土壤的基本組成-水和空氣

1、土壤水、空氣和熱狀況土壤水、空氣和熱狀況第二章第二章 土壤組成、形成和分類土壤組成、形成和分類一 土壤水分土壤水分的來源土壤水分的來源土壤水的類型劃分土壤水的類型劃分土壤水分含量的表示方法土壤水分含量的表示方法土壤水分含量的測定土壤水分含量的測定土壤水分的能量概念土壤水分的能量概念影響土壤水分狀況的因素影響土壤水分狀況的因素土壤水分在土壤肥力中的土壤水分在土壤肥力中的作用作用 土壤水分主要來源于大氣降水和灌溉水土壤水分主要來源于大氣降水和灌溉水，此外，地下水上升和大氣中水汽的凝結也，此外，地下水上升和大氣中水汽的凝結也是土壤水分的來源是土壤水分的來源。1 1 土壤水分的來源土壤水分的來源2 土

2、壤水的類型劃分土壤水的類型劃分對水的研究方法有對水的研究方法有2 2種：種：數(shù)量法和能量法數(shù)量法和能量法數(shù)量法是按照土壤水受不同力的作用而研數(shù)量法是按照土壤水受不同力的作用而研究水分的形態(tài)、數(shù)量、變化和有效性。究水分的形態(tài)、數(shù)量、變化和有效性。能量法主要從土壤水受各種力作用后自由能量法主要從土壤水受各種力作用后自由能的變化，去研究土壤水的能態(tài)和運動、能的變化，去研究土壤水的能態(tài)和運動、變化規(guī)律。變化規(guī)律。土壤水分類型土壤水分類型（數(shù)量法）（數(shù)量法）（1）吸附水）吸附水：受土壤吸附力作用保持（包括：受土壤吸附力作用保持（包括吸濕水和膜狀水）吸濕水和膜狀水）（2）毛管水）毛管水：受毛管力（毛管內(nèi)氣

3、、水界面：受毛管力（毛管內(nèi)氣、水界面上產(chǎn)生的彎月面力）作用保持上產(chǎn)生的彎月面力）作用保持（3）重力水）重力水：受重力支配，容易進一步向土：受重力支配，容易進一步向土壤剖面深層運動壤剖面深層運動吸附水（束縛水），包括吸濕水和膜狀水：吸附水（束縛水），包括吸濕水和膜狀水：吸濕水吸濕水：干土從空氣中吸著水汽所保持的水。又稱為緊束縛：干土從空氣中吸著水汽所保持的水。又稱為緊束縛水，屬于無效水分，土壤吸附氣態(tài)水分子的最大含量稱為吸水，屬于無效水分，土壤吸附氣態(tài)水分子的最大含量稱為吸濕系數(shù)濕系數(shù)膜狀水膜狀水：由土壤顆粒表面吸附所保持的：由土壤顆粒表面吸附所保持的水層水層，其厚度可達幾，其厚度可達幾十或幾百

4、個以上的水分子。膜狀水十或幾百個以上的水分子。膜狀水的含量決定于土壤質地、的含量決定于土壤質地、腐殖質含量等。腐殖質含量等。 膜狀水的最大值叫膜狀水的最大值叫最大分子持水量最大分子持水量。薄膜。薄膜水對植物生長發(fā)育來說屬于弱有效水分（土粒吸力小于水對植物生長發(fā)育來說屬于弱有效水分（土粒吸力小于1515atmatm的那部分水，屬有效水，可被植物利用，而吸力大于的那部分水，屬有效水，可被植物利用，而吸力大于1515atmatm的那部分水，作物不能利用，為無效水）又稱為松束的那部分水，作物不能利用，為無效水）又稱為松束縛水分。縛水分。毛管水毛管水： 超過最大分子持水量的水分，不受吸附超過最大分子持水

5、量的水分，不受吸附力的作用；靠土壤中毛管孔隙所產(chǎn)生的力的作用；靠土壤中毛管孔隙所產(chǎn)生的毛管引力毛管引力所保持的水分，稱為毛管水。毛管水又可以分為所保持的水分，稱為毛管水。毛管水又可以分為兩種類型。兩種類型。 毛管懸著水毛管懸著水 土體中與地下水位無聯(lián)系的毛土體中與地下水位無聯(lián)系的毛管水稱毛管懸著水。土壤毛管懸著水達到最多管水稱毛管懸著水。土壤毛管懸著水達到最多時的含水量稱時的含水量稱田間持水量田間持水量毛管支持水（毛管上升水）毛管支持水（毛管上升水） 土體中與地土體中與地下水位有聯(lián)系的毛管水稱毛管支持水。下水位有聯(lián)系的毛管水稱毛管支持水。不同土壤質地毛管水上升高度不同土壤質地毛管水上升高度土壤

6、質地高度（米）砂土0.5-1.0砂壤土、輕壤土1.5粉砂質壤土2.0-3.0中壤土、重壤土1.2-2.0輕粘土0.8-1.0毛管上升水的最大量稱為毛管上升水的最大量稱為毛管持水量毛管持水量，是，是吸濕水、膜狀水和毛管上升水之和。吸濕水、膜狀水和毛管上升水之和。當土壤被重力水所飽和，即土壤大小孔隙當土壤被重力水所飽和，即土壤大小孔隙全部被水分充滿時的土壤含水量稱為飽和全部被水分充滿時的土壤含水量稱為飽和持水量，或稱全蓄水量或持水量，或稱全蓄水量或最大持水量最大持水量萎蔫系數(shù)萎蔫系數(shù)當作物呈現(xiàn)永久萎蔫時的土壤含水量，稱萎當作物呈現(xiàn)永久萎蔫時的土壤含水量，稱萎蔫系數(shù)。蔫系數(shù)。一般把田間持水量視為土壤

7、有效水的上限。一般把田間持水量視為土壤有效水的上限。所以田間持水量與萎蔫系數(shù)之間的差值即土所以田間持水量與萎蔫系數(shù)之間的差值即土壤有效水最大含量。壤有效水最大含量。 土壤毛管水從地下水吸取水分的示意圖土壤毛管水從地下水吸取水分的示意圖土粒土粒細毛管細毛管排除毛管水的排除毛管水的大孔隙大孔隙束縛水占的孔束縛水占的孔隙隙充水的大孔隙充水的大孔隙自地下水面向上自地下水面向上供水的毛管水的網(wǎng)供水的毛管水的網(wǎng) 充水的粗毛管供水充水的粗毛管供水土壤水分、水分常數(shù)和有效性的關系土壤水分、水分常數(shù)和有效性的關系105烘干重烘干重吸濕系數(shù)吸濕系數(shù)萎蔫系數(shù)萎蔫系數(shù)最大分子持水量最大分子持水量田間持水量田間持水量毛

8、管持水量毛管持水量飽和持水量飽和持水量吸濕水吸濕水膜狀水膜狀水毛管懸著毛管懸著水水毛管上升水毛管上升水重力水重力水無效水無效水有效水有效水多余水多余水（指旱（指旱地）地）3 土壤水分含量的表示方法土壤水分含量的表示方法質量含水量質量含水量容積含水量容積含水量相對含水量相對含水量土壤水貯量土壤水貯量質量含水量質量含水量( m) ：土壤中水分的質量與干土質量的比值，在同一地區(qū)因重力加速度相同，又稱為重量含水量，質量含水量可用小數(shù)形式，也可用百分數(shù)形式。土壤質量含水量（%）=數(shù)學公式m =100干土質量土壤水質量100221WWW m為土壤質量含水量（為土壤質量含水量（%），），W1為濕土質量、為濕

9、土質量、W2為干為干土質量，土質量，W1-W2為土壤水質量為土壤水質量定義中的干土，一般指在定義中的干土，一般指在105攝氏度條件下烘干的土攝氏度條件下烘干的土壤，而另一種意義上的干土是含有吸濕水的土，通常壤，而另一種意義上的干土是含有吸濕水的土，通常叫叫“風干土風干土”，風干土的含水量一般不恒定，故一般，風干土的含水量一般不恒定，故一般不以此作為計算不以此作為計算 m的基礎的基礎容積含水量容積含水量 v：即單位土壤總容積中水分所占即單位土壤總容積中水分所占的容積分數(shù)，又稱容積濕度、土壤水的容積的容積分數(shù)，又稱容積濕度、土壤水的容積分數(shù)，可用小數(shù)和分數(shù)表示分數(shù)，可用小數(shù)和分數(shù)表示土壤容積含水量

10、（%）=注意注意 v計算的基礎是土壤的總容積。由于水的計算的基礎是土壤的總容積。由于水的密度可近似等于密度可近似等于1g/cm3，可以推知可以推知 v與與 m的的換算公式換算公式 v = m（為土壤容量）為土壤容量）一般而言，質量含水量多用于需計算干土重一般而言，質量含水量多用于需計算干土重的工作中，因多數(shù)情況下，容積含水量被廣的工作中，因多數(shù)情況下，容積含水量被廣泛使用泛使用100土壤總容積土壤水容積相對含水量相對含水量：指土壤含水量占田間持水量的：指土壤含水量占田間持水量的百分數(shù)。百分數(shù)。土壤相對含水量土壤相對含水量=土壤水貯量土壤水貯量：一定面積和厚度土壤中含水的：一定面積和厚度土壤中含

11、水的絕對數(shù)量絕對數(shù)量100田間持水量土壤含水量4 土壤水分含量的測定土壤水分含量的測定烘干法烘干法：經(jīng)典烘干法，先在田間選擇代表性取樣點，：經(jīng)典烘干法，先在田間選擇代表性取樣點，按所需深度分層取土樣，將土樣放入鋁盒并立即蓋好按所需深度分層取土樣，將土樣放入鋁盒并立即蓋好蓋（防止水分蒸發(fā)影響測定效果），稱重（即濕土加蓋（防止水分蒸發(fā)影響測定效果），稱重（即濕土加空鋁盒重，記為空鋁盒重，記為W1），），然后打開蓋，置于烘箱，在然后打開蓋，置于烘箱，在105110 oC條件下，烘干至恒重（條件下，烘干至恒重（6-8小時），再稱重小時），再稱重（即干土加盒重，記為（即干土加盒重，記為W2）。）。則該土

12、壤質量含水量則該土壤質量含水量可以由下式求出，設空鋁盒重為可以由下式求出，設空鋁盒重為W3：m =快速烘干法：包括紅外線烘干法，微波爐烘干法等等快速烘干法：包括紅外線烘干法，微波爐烘干法等等1003221WWWW中子法中子法TDR法（時域反射儀）法（時域反射儀）中子法中子法把一個快速中子源和慢中子探測器置于套管中，埋入土內(nèi)。其中的中子源（如鐳、镅、鈹）以很高速度放射出中子，當這些快中子與水中的氫原子碰撞時，就會改變運動的方向，并失去一部分能量而變成慢中子。土壤水越多，氫越多，產(chǎn)生的慢中子也就越多，慢中子被探測器和一個定器量出，經(jīng)過校正，得土壤水的含量TDR法法(時域反射儀時域反射儀)（Time

13、-Domain-Reflectometry)將長度為L的波導棒插入土壤介質中，電磁脈沖信號從波導棒的始端傳播到終端，由于波導棒終端處于開路狀態(tài)，脈沖信號受反射又沿波導棒返回到始端?？疾烀}沖輸入到反射返回的時間以及反射時的脈沖幅度的衰減，計算土壤水鹽含量農(nóng)農(nóng)田田土土壤壤水水的的動動態(tài)態(tài)模模型型及及應應用用 李李保保國國土水勢土水勢 為了可逆地等溫地在標準大氣壓下從在指為了可逆地等溫地在標準大氣壓下從在指定的高度的純水水體中移動無窮小量的水到土壤定的高度的純水水體中移動無窮小量的水到土壤水分中去，每單位數(shù)量的純水所需作功的數(shù)量水分中去，每單位數(shù)量的純水所需作功的數(shù)量 土水勢包括以下幾個分勢土水勢包

14、括以下幾個分勢5 土壤水分的能量概念土壤水分的能量概念1、基質勢、基質勢m 由土壤吸附力和毛管力的制約的土水勢。由土壤吸附力和毛管力的制約的土水勢。2、滲透勢、滲透勢s 滲透勢又稱溶質勢，由土壤水中溶解的溶質滲透勢又稱溶質勢，由土壤水中溶解的溶質而引起的土水勢的變化。而引起的土水勢的變化。3、壓力勢、壓力勢p ：指土壤水飽和的情況下，由于受壓力而產(chǎn)生土指土壤水飽和的情況下，由于受壓力而產(chǎn)生土水勢的變化水勢的變化 4、重力勢、重力勢g ：由于重力作用引起的土水勢的變化由于重力作用引起的土水勢的變化歸納起來，總土水勢指上述歸納起來，總土水勢指上述4 4個分勢的代數(shù)個分勢的代數(shù)和，即和，即=m ms

15、 sp pg g在不同情況下在不同情況下，起支配作用的水勢不同，在水分不飽和的，起支配作用的水勢不同，在水分不飽和的土壤中，決定土水勢的是基質勢。土壤中，決定土水勢的是基質勢。土水勢的表示方法土水勢的表示方法 土水勢多用帕（土水勢多用帕（Pa）表示，但常用水柱高的表示，但常用水柱高的對數(shù)值表示，稱為對數(shù)值表示，稱為pF值。值。pF值即能反應土壤水值即能反應土壤水吸力能量大小，又能表示出各種水分常數(shù)以及土吸力能量大小，又能表示出各種水分常數(shù)以及土壤水吸力與含水量的關系。壤水吸力與含水量的關系。 植被：蒸騰作用對土壤水分平衡關系密切，植植被：蒸騰作用對土壤水分平衡關系密切，植被組成和覆蓋度對土壤水

16、分狀況都有較大影響。被組成和覆蓋度對土壤水分狀況都有較大影響。氣候：降雨量和蒸發(fā)是重要因素。氣候：降雨量和蒸發(fā)是重要因素。土壤物理性質：特別是土壤質地、結構和有機土壤物理性質：特別是土壤質地、結構和有機質含量等到因素對水的滲透、流動和蒸發(fā)有重要影質含量等到因素對水的滲透、流動和蒸發(fā)有重要影響。響。6 影響土壤水分狀況的因素影響土壤水分狀況的因素地形：地形影響水分的再分配。地形：地形影響水分的再分配。水文地質：在不透水層接近地面、地下水位高的水文地質：在不透水層接近地面、地下水位高的地方，或者有承壓地下水來源的地方，由于地下水地方，或者有承壓地下水來源的地方，由于地下水通過支持毛管水上行，在一定

17、條件下可形成蒸發(fā)型通過支持毛管水上行，在一定條件下可形成蒸發(fā)型人為影響：如灌溉、排水以及耕作等土壤管理措人為影響：如灌溉、排水以及耕作等土壤管理措施。施。 7 7 土壤水分在土壤肥力中的土壤水分在土壤肥力中的作用作用 土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，它一方面直接供給植物吸收利用；另一方面它一方面直接供給植物吸收利用；另一方面又影響土壤的其它性狀和肥力因素。又影響土壤的其它性狀和肥力因素。 土壤水分影響土壤的養(yǎng)分狀況土壤水分影響土壤的養(yǎng)分狀況 土壤水分影響土壤的通氣狀況土壤水分影響土壤的通氣狀況 土壤水分影響土壤的熱量狀況土壤水分影響土壤的熱量狀況 土壤水分影

18、響微生物和活動土壤水分影響微生物和活動 土壤水分影響土壤的物理機械性和耕性土壤水分影響土壤的物理機械性和耕性 二二 土壤空氣土壤空氣土壤空氣的組成土壤空氣的組成土壤空氣的特點土壤空氣的特點土壤通氣性與植物生長土壤通氣性與植物生長1 1 土壤空氣的組成土壤空氣的組成 土壤孔隙中的氣體稱為土壤空氣。土壤空氣土壤孔隙中的氣體稱為土壤空氣。土壤空氣和大氣有很大差異。和大氣有很大差異。 土壤空氣中土壤空氣中CO2含量高于大氣，而含量高于大氣，而O2含量低含量低于大氣于大氣。土壤空氣的組成土壤空氣的組成氣體成分氣體成分O2CO2N2近地面大氣近地面大氣20.940.0378.05土壤空氣土壤空氣18.00

19、-20.030.15-0.6578.8-80.242 2 土壤空氣的特點土壤空氣的特點土壤空氣中的土壤空氣中的COCO2 2含量比大氣多含量比大氣多土壤空氣中的土壤空氣中的O O2 2含量比大氣少含量比大氣少土壤空氣中的水氣含量比大氣多土壤空氣中的水氣含量比大氣多土壤空氣中有時含有少量還原性氣體如甲烷土壤空氣中有時含有少量還原性氣體如甲烷土壤空氣成分隨時間和空間而變化土壤空氣成分隨時間和空間而變化土壤通氣性是指土壤空氣能與大氣進行交土壤通氣性是指土壤空氣能與大氣進行交換以及土體內(nèi)部允許氣體擴散和流通的性換以及土體內(nèi)部允許氣體擴散和流通的性能。或土壤具有通透空氣的性質稱土壤通能?；蛲寥谰哂型ㄍ缚諝獾男再|稱土壤通氣性。氣性。3 3 土壤通氣性與植物生長土壤通氣性與植物生長 土壤空氣狀況對植物生長的影響有以下幾方面土壤空氣狀況對植物生長的影響有以下幾方面土壤空氣與根系發(fā)育土壤空氣與根系發(fā)育土壤空氣與種子萌發(fā)土壤空氣與種子萌發(fā)土壤空氣與養(yǎng)分狀