第六章土壤水分-1

1、第六章第六章 土壤水分、空氣和熱量狀況土壤水分、空氣和熱量狀況土壤水分、空氣和熱量狀況是土壤肥力因土壤水分、空氣和熱量狀況是土壤肥力因素中密切相關(guān)的三個因素，其中尤以素中密切相關(guān)的三個因素，其中尤以水與水與空氣的動態(tài)變化最為活躍空氣的動態(tài)變化最為活躍。它們同處于。它們同處于土土壤孔隙壤孔隙中，二者在容積上是互相消長的，中，二者在容積上是互相消長的，從而影響從而影響土壤中溫度和養(yǎng)分狀況土壤中溫度和養(yǎng)分狀況的變化。的變化。第一節(jié)第一節(jié) 土壤水分土壤水分土壤水是土壤的重要組成部分，是土壤四大肥力因素之一。土壤水是土壤的重要組成部分，是土壤四大肥力因素之一。它在土壤形成過程中起著極其重要的作用，因為形

2、成土壤剖它在土壤形成過程中起著極其重要的作用，因為形成土壤剖面的土層內(nèi)各種物質(zhì)的運移，主要是以面的土層內(nèi)各種物質(zhì)的運移，主要是以溶液溶液形式進行的，也形式進行的，也就是說，這些物質(zhì)同就是說，這些物質(zhì)同液態(tài)土壤水液態(tài)土壤水一起運移。同時，土壤水在一起運移。同時，土壤水在很大程度上參與了土壤內(nèi)進行的許多很大程度上參與了土壤內(nèi)進行的許多物質(zhì)轉(zhuǎn)化物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程：如礦物過程：如礦物質(zhì)風化、有機化合物的合成和分解等。質(zhì)風化、有機化合物的合成和分解等。 一、土壤水的類型劃分一、土壤水的類型劃分（一）土壤水的概念（一）土壤水的概念我們要研究的土壤水是指存在于我們要研究的土壤水是指存在于土粒表面土粒表面和和土粒間

3、孔隙中的水土粒間孔隙中的水，也就是在，也就是在105110溫溫度下能從土壤中驅(qū)逐出來的水分，不包括度下能從土壤中驅(qū)逐出來的水分，不包括化化合水和結(jié)晶水。合水和結(jié)晶水?；纤徒Y(jié)晶水統(tǒng)稱為化合水和結(jié)晶水統(tǒng)稱為化學束縛水化學束縛水?；纤纤竻⑴c粘土礦物晶格組成，并被礦物所牢固保存指參與粘土礦物晶格組成，并被礦物所牢固保存的水，如的水，如Fe(OH)3、Al(OH)3等，只有在等，只有在溫度大于溫度大于105，甚，甚至大于至大于300500時才能釋放出來的水分。時才能釋放出來的水分。結(jié)晶水結(jié)晶水是和礦物晶格相結(jié)合不夠牢固的水分，如石膏是和礦物晶格相結(jié)合不夠牢固的水分，如石膏CaSO42H2O、

4、芒硝芒硝Na2SO410H2O等，它在較低的溫度，等，它在較低的溫度，如石膏如石膏6065，芒硝，芒硝2025時就可分離出來。時就可分離出來。這兩種水分不能直接參與土壤的物理作用，也不能為植這兩種水分不能直接參與土壤的物理作用，也不能為植物所利用。物所利用。土壤水分在不同的溫度條件下，可以是土壤水分在不同的溫度條件下，可以是其中固態(tài)、氣態(tài)其中固態(tài)、氣態(tài)的水對農(nóng)業(yè)來說，研究的意義不大，的水對農(nóng)業(yè)來說，研究的意義不大，是土壤水是土壤水主要的形態(tài)，存在于主要的形態(tài)，存在于 土壤水土壤水并非純水并非純水，而是稀薄的，而是稀薄的溶液溶液，不僅含有，不僅含有各種各種溶質(zhì)溶質(zhì)，而且還有，而且還有膠體顆粒懸浮

5、或分散于其中膠體顆粒懸浮或分散于其中。因此，。因此，通常通常土壤溶液土壤溶液是植物生長所需水分和養(yǎng)分的主要供給源。是植物生長所需水分和養(yǎng)分的主要供給源。在鹽堿土中，土壤水所溶鹽分可達相當高的濃度。在鹽堿土中，土壤水所溶鹽分可達相當高的濃度。（二）土壤水的來源（二）土壤水的來源（三）土壤水分的保持（三）土壤水分的保持1 1、土粒和水界面上的吸附力、土粒和水界面上的吸附力膠體表面對極性水分子的靜電引力膠體表面對極性水分子的靜電引力（ 2 ）影響吸附力的因素）影響吸附力的因素2 2、水和空氣界面上的彎月面力、水和空氣界面上的彎月面力土壤水的形態(tài)分類：土壤水的形態(tài)分類：土壤水按其存在形態(tài)可大致分為下列

6、幾種土壤水按其存在形態(tài)可大致分為下列幾種類型：類型：土壤吸濕水、土壤膜狀水、土壤毛土壤吸濕水、土壤膜狀水、土壤毛管水和土壤重力水。管水和土壤重力水。特性特性臨界水分常數(shù)臨界水分常數(shù)最大吸濕量（或吸濕系數(shù)）最大吸濕量（或吸濕系數(shù)）n土壤吸濕水含量的高低主要取決于土粒的土壤吸濕水含量的高低主要取決于土粒的和和土粒的比表面積土粒的比表面積和空氣的相對濕度越大，吸濕水含量也越高。和空氣的相對濕度越大，吸濕水含量也越高。n當空氣的相對濕度為當空氣的相對濕度為94-98%時，干燥土粒表時，干燥土粒表面吸附的水氣分子達到最大量，此時的土壤面吸附的水氣分子達到最大量，此時的土壤吸濕水量叫做吸濕水量叫做。此時，

7、。此時，吸濕水有吸濕水有4-5nm厚，約厚，約15-20層水分子，其最層水分子，其最外層水分子所受土粒吸力為外層水分子所受土粒吸力為3106Pa。特性特性受土粒吸力：受土粒吸力：受土粒吸力較吸濕水小受土粒吸力較吸濕水小。土粒保持膜狀水土粒保持膜狀水的力也屬于的力也屬于分子引力分子引力，土粒表面吸附水分子形成吸濕水，土粒表面吸附水分子形成吸濕水層以后，尚有剩余的吸附力，它層以后，尚有剩余的吸附力，它不能不能吸附吸濕水層外吸附吸濕水層外動動能較大的水氣分子能較大的水氣分子，只，只能能吸附吸附動能較小動能較小的液態(tài)水分子。的液態(tài)水分子。因此水分子所受吸力較吸濕水小，在靠近土粒的內(nèi)層，因此水分子所受吸

8、力較吸濕水小，在靠近土粒的內(nèi)層，受到的引力一般在受到的引力一般在3106Pa，在距離土粒較遠的外層，在距離土粒較遠的外層，受到的引力約為受到的引力約為0.6106Pa。 膜狀水及其運動膜狀水及其運動方向方向性質(zhì)：性質(zhì)：對作物有效性：對作物有效性：臨界水分常數(shù)臨界水分常數(shù)最大分子持水量最大分子持水量、萎蔫濕萎蔫濕度度萎蔫濕度萎蔫濕度n膜狀水膜狀水可被作物利用的那部分水可被作物利用的那部分水，由于移動很慢，常，由于移動很慢，常補充不及，在補充不及，在可利用水可利用水還未消耗完前，作物就會因缺還未消耗完前，作物就會因缺水而呈現(xiàn)水而呈現(xiàn)永久萎蔫狀態(tài)永久萎蔫狀態(tài)（即一旦發(fā)生萎蔫，則再補充（即一旦發(fā)生萎蔫

9、，則再補充水分也不能恢復原狀）。植物因無法吸收水分而發(fā)生水分也不能恢復原狀）。植物因無法吸收水分而發(fā)生的土壤含水量的土壤含水量稱為稱為（或凋萎系（或凋萎系數(shù)）。數(shù)）。n當土壤還含有當土壤還含有全部吸濕水和部分膜狀水全部吸濕水和部分膜狀水時，高等植物時，高等植物就已經(jīng)發(fā)生永久萎蔫了。就已經(jīng)發(fā)生永久萎蔫了。 3、土壤、土壤毛管水毛管水當土壤含水量超過當土壤含水量超過最大分子持水量最大分子持水量后，在后，在毛管力毛管力作作用下，保持在毛管孔隙里的水，叫毛管水。用下，保持在毛管孔隙里的水，叫毛管水。即當即當水分增加水分增加超過超過土粒對膜狀水的最大吸附力土粒對膜狀水的最大吸附力時，時，便在重力作用下以

10、便在重力作用下以自由水自由水的形式向下移動，當它的形式向下移動，當它與與土粒組成的土粒組成的細小毛管細小毛管接觸時，便靠接觸時，便靠毛管力毛管力的作用的作用保保持在曲折微細的孔隙之中持在曲折微細的孔隙之中，形成毛管水。，形成毛管水。特性：特性：（1）受力：毛管力，比）受力：毛管力，比植物根吸力小。植物根吸力小。（2）具有）具有自由水自由水的性質(zhì)：的性質(zhì)：可以可以上下左右移動上下左右移動，移，移動動速度快速度快，溶解力強溶解力強，數(shù)量多，植物吸收利用數(shù)量多，植物吸收利用的主要形態(tài)。的主要形態(tài)。（3）它）它不但溶有各不但溶有各種養(yǎng)分種養(yǎng)分，而能，而能將養(yǎng)分將養(yǎng)分輸送到植物根際附近輸送到植物根際附近

11、。因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中它因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中它是土壤內(nèi)是土壤內(nèi)最有效最有效的水的水分。分。毛管水是土壤中最寶貴的水分。毛管水是土壤中最寶貴的水分。這是因為：這是因為：第一，它是土壤中第一，它是土壤中。毛管水所受的毛管引力為。毛管水所受的毛管引力為0.6106-0.01106Pa，遠小于作物根系的平均吸水力（遠小于作物根系的平均吸水力（1.5106Pa）。）。第二，毛管水不僅有第二，毛管水不僅有的能力，在土壤中可的能力，在土壤中可移動，而且移動，而且，具有，具有輸送養(yǎng)分輸送養(yǎng)分到作物根部到作物根部的作用。的作用。（注：毛管水移動速度為（注：毛管水移動速度為10-30mmh-1。）。） n根據(jù)土層中毛管水

12、與根據(jù)土層中毛管水與地下水地下水有無連接有無連接，通常，通常將毛管水分為兩種，即將毛管水分為兩種，即毛管懸著水毛管懸著水和和毛管上毛管上升水升水。（1）毛管懸著水）毛管懸著水n由于降雨或灌溉使田間由于降雨或灌溉使田間達到最大量時的土達到最大量時的土壤含水量，稱為田間持水量。壤含水量，稱為田間持水量。n田間持水量是農(nóng)田土壤所能保持的田間持水量是農(nóng)田土壤所能保持的最大水量最大水量，也是旱，也是旱地作物地作物，超過的水分就會受重力的作，超過的水分就會受重力的作用流失到下層。（浪費）用流失到下層。（浪費）是是，也是，也是。其大小受其大小受，影影響。響。田間持水量：田間持水量：n土壤的土壤的不同，田間持

13、水量的大小也不同。不同，田間持水量的大小也不同。但但對于同一種土壤來說，又是一個相對穩(wěn)定的常數(shù)。對于同一種土壤來說，又是一個相對穩(wěn)定的常數(shù)。毛管斷裂含水量：毛管斷裂含水量：n如果因如果因或或，毛管懸著水，毛管懸著水，直到，直到，此時的土壤含水量叫此時的土壤含水量叫。是。是。n這時土壤水分運動緩慢，作物根系雖能吸收，這時土壤水分運動緩慢，作物根系雖能吸收，但補充困難，作物生長受阻，所以又叫但補充困難，作物生長受阻，所以又叫生長生長阻礙含水量阻礙含水量。 何時灌溉最好？是毛管斷裂含水量，何時灌溉最好？是毛管斷裂含水量，還是萎蔫濕度？還是萎蔫濕度？的概念的概念毛管上升水與毛管上升水與相連，由相連，由

14、補給。毛補給。毛管上升水是指管上升水是指地下水層地下水層籍毛管力支持上升進入籍毛管力支持上升進入并保持在土壤中的水分。并保持在土壤中的水分。從地下水面到毛管上升水所能到達的相對高從地下水面到毛管上升水所能到達的相對高度叫度叫。 （2）毛管上升水）毛管上升水在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要的意義，它與要的意義，它與能否供給能否供給以以及土壤的及土壤的都有關(guān)。都有關(guān)。一般在地下水位一般在地下水位13m的情況下，毛管上升的情況下，毛管上升水可以到達水可以到達，是作物所需，是作物所需水分的重要來源之一；當?shù)叵滤凰值闹匾獊碓粗?；當?shù)叵滤粫r，時，毛管上升水毛管上升水根系分布層，根系分布層，作

15、用；而當?shù)叵滤蛔饔茫欢數(shù)叵滤?，則容易發(fā)生，則容易發(fā)生，當?shù)叵滤數(shù)叵滤^多時，在干較多時，在干旱和半干旱地區(qū)還有發(fā)生旱和半干旱地區(qū)還有發(fā)生的危險。的危險。 影響影響土壤質(zhì)地：土壤質(zhì)地：毛管上升水上升高度毛管上升水上升高度 H=0.15/rH=0.15/r，即即H H與與成反成反比，在一定的孔徑范圍內(nèi)，比，在一定的孔徑范圍內(nèi)，水分上升，水分上升，上升上升；反之，孔徑；反之，孔徑，水分上升，水分上升，但上升的但上升的。不過，孔徑。不過，孔徑的土壤，則不但的土壤，則不但上升速度極慢，上升的高度也有限。上升速度極慢，上升的高度也有限。從土壤質(zhì)地上看，從土壤質(zhì)地上看，的孔徑粗，毛管上升水上升

16、的孔徑粗，毛管上升水上升，高度高度；無結(jié)構(gòu)的；無結(jié)構(gòu)的，孔徑細，非活性孔隙多，上，孔徑細，非活性孔隙多，上升升，上升，上升；而；而的上升的上升，。 從地下水面到毛管上升水所能到從地下水面到毛管上升水所能到達的相對高度叫毛管上升高度。達的相對高度叫毛管上升高度。臨界水分常數(shù)臨界水分常數(shù)毛管持水量（或毛管持水量（或持水當量）持水當量）重力水雖然可以被植物吸收重力水雖然可以被植物吸收， 但但由于重力水很快就流失（一般兩由于重力水很快就流失（一般兩天就會從土壤中移走），因此利天就會從土壤中移走），因此利用率很低。用率很低。 4 4、土壤重力水、土壤重力水（1 1）概念：當進入土壤中的水分）概念：當進入

17、土壤中的水分保持的保持的時，時，受受作作用沿用沿向下移動，這種受向下移動，這種受能夠能夠由土壤中排除出去的水分叫由土壤中排除出去的水分叫。n在在，由于水稻是淹水栽培，水稻莖稈又有特殊，由于水稻是淹水栽培，水稻莖稈又有特殊的輸導氧組織，能供給水稻根系對的輸導氧組織，能供給水稻根系對氧氧的部分需要，因的部分需要，因此重力水是水稻的有效水分，但也需經(jīng)常換水排氣；此重力水是水稻的有效水分，但也需經(jīng)常換水排氣；n對對來說，重力水雖然可為作物吸收利用，但來說，重力水雖然可為作物吸收利用，但土壤會土壤會，而，而又易造成又易造成，所以，所以是是。 性質(zhì)：性質(zhì)：它與常態(tài)水一樣，與土壤表面之間的引力已接近于零。它

18、與常態(tài)水一樣，與土壤表面之間的引力已接近于零。它對旱地作物來說是有效的，但又是多余的它對旱地作物來說是有效的，但又是多余的 A 雖然能被植物吸收利用，但很快就會滲透到根層以下，雖然能被植物吸收利用，但很快就會滲透到根層以下，不能持續(xù)供作物利用。不能持續(xù)供作物利用。 B 長期滯留在土壤中會妨礙土壤通氣而發(fā)生澇害。長期滯留在土壤中會妨礙土壤通氣而發(fā)生澇害。 C 隨著重力水的滲漏，土壤中可溶性養(yǎng)分隨之流失。隨著重力水的滲漏，土壤中可溶性養(yǎng)分隨之流失。它是水稻的有效水分。它是水稻的有效水分。因為水稻是淹水栽培的，水稻莖稈的輸導組織可以把空氣因為水稻是淹水栽培的，水稻莖稈的輸導組織可以把空氣從地上送到地

19、下，以保持水稻根系區(qū)域的供氧條件。從地上送到地下，以保持水稻根系區(qū)域的供氧條件。 土壤含水量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個很重要參數(shù)，土壤含水量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個很重要參數(shù)，了解土壤水分狀況，對指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，決定了解土壤水分狀況，對指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，決定作物的播種期、生育期內(nèi)的灌水、施肥都具作物的播種期、生育期內(nèi)的灌水、施肥都具有重要的意義。有重要的意義。 【例題】某耕地耕例題】某耕地耕層取濕土重為層取濕土重為0.12kg，烘干土重烘干土重為為0.10kg，水重為水重為20g。則質(zhì)量含水量則質(zhì)量含水量=20/0.1=200(g/kg)/1000100%g kgkgkgkggkgkgkgkg土壤質(zhì)量含水量（）濕土重

20、（） 烘干土重（）烘干土重（）水重（ ）烘干土重（）濕土重（） 烘干土重（）或者烘干土重（）1 1、土壤質(zhì)量含水量、土壤質(zhì)量含水量土粒土粒空氣空氣水分水分 %100%1100%1100%10001/100%1000(%)100%gggkgg kg水分容積土壤容積含水量土壤容積水分重（ ）烘干土重（ ）容重水分重（ ）容重烘干土重（）質(zhì)量含水量（）容重質(zhì)量含水量容重例如：某地耕層質(zhì)例如：某地耕層質(zhì)量含水量為量含水量為200g/kg，土壤容重為土壤容重為1.2（g/cm3），），求該土求該土壤的容積含水量？壤的容積含水量？v土壤容積含水量土壤容積含水量%v=2001/10001.2100% =24

21、%v或者或者v土壤容積含水量土壤容積含水量%v=20%1.2100% =24%1001%）密度容重（）土壤總孔度（100%土壤體積孔隙體積）土壤總孔度（100孔隙體積土粒體積孔隙體積求三相比問題1. 1. 土壤固相土壤固相2. 2. 土壤液相土壤液相3. 3. 土壤氣相土壤氣相思路思路: :1. 1. 求土壤總孔隙度求土壤總孔隙度2. 2. 土壤容積含水量土壤容積含水量= =土壤液相土壤液相3. 3. 土壤總孔隙度土壤總孔隙度- -土壤容積含水量土壤容積含水量= =土壤氣相土壤氣相4. 1-4. 1-土壤總孔隙度土壤總孔隙度= =土壤固相土壤固相例如：某地耕層質(zhì)量含水量為例如：某地耕層質(zhì)量含水

22、量為200g/kg，土壤容重為土壤容重為1.2（g/cm3），），土壤總孔度為土壤總孔度為54.35%，求三相比？，求三相比？%10010001/%10010001%1001%100%容重）含水量（容重）烘干土重（）水分重（容重）烘干土重（）水分重（土壤容積水分容積土壤容積含水量kggkgggg土壤容積含水量土壤容積含水量%=2001/10001.2100% =24%，土壤空氣容積土壤空氣容積%=54.35-24=30.35%，土粒容積土粒容積%=100-54.35=45.65%。三相比三相比為固：液：氣為固：液：氣=45.65：24：30.35=1：0.53：0.66。土壤容重為土壤容重為1

23、.2g/cm3，計算其質(zhì)量含水量為計算其質(zhì)量含水量為25%時時的固、液、氣三相比為多少？的固、液、氣三相比為多少？ 解：土壤容積含水量解：土壤容積含水量%土壤容積含水量土壤容積含水量%=25%1.2100%=30%土壤總孔度土壤總孔度=（1-容重容重/密度）密度）100%土壤總孔度土壤總孔度=（1-1.2/2.65）100%=54.7% 土粒容積土粒容積%=100-54.7=45.3%。三相比為固：液：氣三相比為固：液：氣=45.3：30：24.7=1：0.66：0.55。%100田間持水量土壤含水量土壤相對含水量 v水層厚度（水水層厚度（水 mm）v=土層厚度土層厚度(mm)土壤質(zhì)量含水量土

24、壤質(zhì)量含水量(%)容重容重v=土層厚度土層厚度(mm)土壤容積含水量土壤容積含水量(%)v例題：如某土層厚度為例題：如某土層厚度為100cm，土壤質(zhì)量含水量為土壤質(zhì)量含水量為20%，容重為，容重為1.2g/cm3，則水層厚度（水則水層厚度（水 mm）為為多少？多少？v水層厚度水層厚度(水水 mm)=土層厚度土層厚度(mm)土壤質(zhì)量含水量土壤質(zhì)量含水量(%)容重容重=100 10 20% 1.2=240mmn水儲量深度的方便之處在于它適于水儲量深度的方便之處在于它適于表示任何面表示任何面積土壤一定厚度的含水量積土壤一定厚度的含水量，可與，可與大氣降水量大氣降水量、土壤蒸發(fā)量土壤蒸發(fā)量等直接比較。

25、等直接比較。（2 2）水儲量容積）水儲量容積計算公式：土壤貯水量（計算公式：土壤貯水量（m3/畝）畝）=666.7m2例題：設(shè)土層深度為例題：設(shè)土層深度為1米，質(zhì)量含水量為米，質(zhì)量含水量為20%，容重為，容重為1.2g/cm3，其土壤貯水量（水其土壤貯水量（水 m3/畝）為：畝）為：（水（水 m3/畝）畝）=666.7m2土層深度（土層深度（m）質(zhì)量含水量質(zhì)量含水量（%）容重）容重=666.7m21m20%1.2=160m3/畝畝（水（水 mm）與與（水（水 m3/畝）可作如下?lián)Q算：畝）可作如下?lián)Q算：（水（水 mm）=3/2（水（水 m3/畝）畝）（水（水 m3/畝）畝）=2/3（水（水 mm）已知某田間持水量為已知某田間持水量為26%（質(zhì)量含水量）質(zhì)量含水量），土土壤容重為壤容重為1.5g/cm3，當土壤含水量為當土