土壤水分形態(tài)及作物關(guān)系

1、“水是生命之源水是生命之源”“有收無收在于水，收有收無收在于水，收多收少在于肥多收少在于肥” 內(nèi)容提要內(nèi)容提要一、土壤水分的存在形態(tài)一、土壤水分的存在形態(tài)二、作物中二、作物中土壤水分形態(tài)循環(huán)平衡循環(huán)平衡三、作物對水分的吸收與利用三、作物對水分的吸收與利用四、作物的濕害與澇害四、作物的濕害與澇害一、土壤水分的存在形態(tài)一、土壤水分的存在形態(tài)土壤水土壤水固態(tài)水固態(tài)水 冬季土壤結(jié)冰時存在冬季土壤結(jié)冰時存在液態(tài)水液態(tài)水氣態(tài)水氣態(tài)水 存在于土壤空氣中存在于土壤空氣中受土粒分子引力受土粒分子引力吸濕水吸濕水膜狀水膜狀水受毛管力作用受毛管力作用毛管懸著水毛管懸著水毛管上升水毛管上升水受重力作用受重力作用重力水

2、重力水地下水地下水1. 1.吸濕水吸濕水 土粒表面靠分子引力從空氣中吸附的氣態(tài)水并保持在土粒表面靠分子引力從空氣中吸附的氣態(tài)水并保持在土粒表面的水分叫土粒表面的水分叫吸濕水，吸濕水，也叫緊結(jié)合水或緊束縛水也叫緊結(jié)合水或緊束縛水。 吸濕系數(shù)（土壤最大吸濕量）：吸濕系數(shù)（土壤最大吸濕量）：當(dāng)大氣相對濕度達(dá)到當(dāng)大氣相對濕度達(dá)到飽和時，土壤吸濕水達(dá)到最大量，這時吸濕水占土壤飽和時，土壤吸濕水達(dá)到最大量，這時吸濕水占土壤干重的百分?jǐn)?shù)稱為土壤最大吸濕量。干重的百分?jǐn)?shù)稱為土壤最大吸濕量。2. 2.膜狀水膜狀水 土壤水分達(dá)到最大吸濕量后，土粒表面吸收的吸附在土壤水分達(dá)到最大吸濕量后，土粒表面吸收的吸附在吸濕水

3、層之外的包圍土粒的水膜叫膜狀水，也叫松結(jié)吸濕水層之外的包圍土粒的水膜叫膜狀水，也叫松結(jié)合水或松束縛水。合水或松束縛水。 膜狀水的特點(diǎn)：膜狀水的特點(diǎn)：膜狀水受到土壤顆粒表面分子引膜狀水受到土壤顆粒表面分子引力較小，一般為力較小，一般為316個大氣壓。膜狀水一部分對作個大氣壓。膜狀水一部分對作物有效，一部分無效。物有效，一部分無效。 凋萎系數(shù)：凋萎系數(shù)：當(dāng)植物因根無法吸水而發(fā)生永久萎蔫當(dāng)植物因根無法吸水而發(fā)生永久萎蔫時的土壤最高含水量叫萎蔫系數(shù)，也叫凋萎系數(shù)。時的土壤最高含水量叫萎蔫系數(shù)，也叫凋萎系數(shù)。3.3.毛管水毛管水 由土壤毛管力所保持在土壤毛管孔隙中的水分叫毛管由土壤毛管力所保持在土壤毛管

4、孔隙中的水分叫毛管水，包括水，包括毛管懸著水毛管懸著水和和毛管上升水毛管上升水。 毛管水特點(diǎn)：毛管水特點(diǎn)：所受的毛管吸力為所受的毛管吸力為6.250.3（0.1）個個大氣壓。大氣壓。水水沿沿著著毛毛管管上上升升毛管水在自然界有兩種情況：毛管水在自然界有兩種情況： （1 1）毛管懸著水：）毛管懸著水： 當(dāng)?shù)叵滤缓苌顣r，將由地表進(jìn)入土壤的水分依靠毛管當(dāng)?shù)叵滤缓苌顣r，將由地表進(jìn)入土壤的水分依靠毛管力的作用保留在土壤上層的毛管孔隙中的水分叫毛管懸力的作用保留在土壤上層的毛管孔隙中的水分叫毛管懸著水。著水。 毛管懸著水與地下水位沒有任何聯(lián)系。它是普遍存在在毛管懸著水與地下水位沒有任何聯(lián)系。它是普遍存

5、在在自然界中。自然界中。 田間持水量：田間持水量：毛管懸著水達(dá)到最大數(shù)量時的土壤含水量毛管懸著水達(dá)到最大數(shù)量時的土壤含水量叫田間持水量，也有人叫叫田間持水量，也有人叫田間穩(wěn)定濕度田間穩(wěn)定濕度。毛管毛管懸著懸著水示水示意圖意圖（2）毛管上升水）毛管上升水 在地下水位較淺的地區(qū)，地下水借助于毛管力上升并在地下水位較淺的地區(qū)，地下水借助于毛管力上升并保持在上層土壤中的水分。保持在上層土壤中的水分。 毛管上升水與地下水位有密切聯(lián)系。發(fā)生在地勢低洼毛管上升水與地下水位有密切聯(lián)系。發(fā)生在地勢低洼的河谷地區(qū)及泛濫平原地區(qū)。毛管上升水是土壤發(fā)生的河谷地區(qū)及泛濫平原地區(qū)。毛管上升水是土壤發(fā)生次生鹽漬化的前提條件

6、之一。次生鹽漬化的前提條件之一。 毛管持水量：毛管持水量：毛管上升水達(dá)到最大數(shù)量時的土壤含水毛管上升水達(dá)到最大數(shù)量時的土壤含水量，也有人叫量，也有人叫1/10bar含水量。含水量。4. 4.重力水重力水 土壤水分含量超過田間持水量之后，過量的水分不能土壤水分含量超過田間持水量之后，過量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿著大孔隙向下滲漏被毛管吸持，而在重力的作用下沿著大孔隙向下滲漏成為多余的水叫成為多余的水叫重力水。重力水。 重力水特點(diǎn)：重力水特點(diǎn)：所受的吸力為所受的吸力為0.1（0.3）0bar。主要發(fā)。主要發(fā)生在大孔隙中。重力水對作物的有效性為生在大孔隙中。重力水對作物的有效性為臨時有

7、效水臨時有效水。 飽和含水量：飽和含水量：土壤所有孔隙充水時土壤的含水量，也土壤所有孔隙充水時土壤的含水量，也叫全蓄水量，全持水量。叫全蓄水量，全持水量。 二、作物中二、作物中土壤水分形態(tài)循環(huán)平衡循環(huán)平衡1 1、作物體內(nèi)的水分：作物組織含水量為、作物體內(nèi)的水分：作物組織含水量為70-90%70-90%（1 1）作物體內(nèi)水分存在狀態(tài)）作物體內(nèi)水分存在狀態(tài) 自由水自由水：存在于細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙、液泡、導(dǎo)管和管胞內(nèi)、以及其他組織：存在于細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙、液泡、導(dǎo)管和管胞內(nèi)、以及其他組織間隙和細(xì)胞中未被緊密吸附的水分。變化較大，移動性較強(qiáng)，參與植物的間隙和細(xì)胞中未被緊密吸附的水分。變化較大，移動性較強(qiáng)

8、，參與植物的生命活動。生命活動。 束縛水束縛水：細(xì)胞中受原生質(zhì)顆粒、細(xì)胞壁親水性物質(zhì)和一些有機(jī)、無機(jī)離子：細(xì)胞中受原生質(zhì)顆粒、細(xì)胞壁親水性物質(zhì)和一些有機(jī)、無機(jī)離子吸附的水。移動性差，含量少，不參與植物的生命活動，受外界環(huán)境影響吸附的水。移動性差，含量少，不參與植物的生命活動，受外界環(huán)境影響小，但與膠體穩(wěn)定性和作物抗逆性有密切關(guān)系。小，但與膠體穩(wěn)定性和作物抗逆性有密切關(guān)系。 化合態(tài)水化合態(tài)水：以基團(tuán)形式參與有機(jī)物形成，成為該分子結(jié)構(gòu)的一部分，約占：以基團(tuán)形式參與有機(jī)物形成，成為該分子結(jié)構(gòu)的一部分，約占作物一生耗水量的作物一生耗水量的0.2%0.2%左右，對作物的生理作用不大。左右，對作物的生理作

9、用不大。 （2 2）作物體內(nèi)水分狀況指標(biāo)）作物體內(nèi)水分狀況指標(biāo) 組織含水量（組織含水量（% %）= =（鮮重（鮮重 - - 干重）干重）/ / 鮮重鮮重100100 含水量受大氣濕度和植株生理年齡的影響，應(yīng)用含水量受大氣濕度和植株生理年齡的影響，應(yīng)用時須加以考慮。時須加以考慮。 組織相對含水量（組織相對含水量（RWCRWC）= =（鮮重（鮮重- - 干重）干重）/ /（吸脹重（吸脹重- -干重）干重）100100 細(xì)胞水勢：細(xì)胞水勢：w=s+p+mw=s+p+m 單位單位:1MPa=10bar=9.87atm=10:1MPa=10bar=9.87atm=106 6J/L=10J/L=106 6

10、N/mN/m2 2 吸脹重是指組織飽和吸水重。應(yīng)用水勢、相對含吸脹重是指組織飽和吸水重。應(yīng)用水勢、相對含水量較理想。水量較理想。 2 2、土壤水類型及有效性、土壤水類型及有效性 土壤水分類型與可利用性土壤水分類型與可利用性土壤水分狀況及其可利用性土壤水分狀況及其可利用性水勢（水勢（MPaMPa）0-0.006 -0.0033-1.5-3.1-1000土壤水分形態(tài)與可利用性土壤水分形態(tài)與可利用性 重力水：重力水：10m10m孔隙中的水分；孔隙中的水分； 毛管水：毛管水：0.20.210m10m孔隙中的水分，即被毛細(xì)管吸孔隙中的水分，即被毛細(xì)管吸持，而不因重力而下降流失的水分；持，而不因重力而下降

11、流失的水分； 吸濕水：吸濕水：0.2m0.2m孔隙中的水分，即被土壤顆粒強(qiáng)孔隙中的水分，即被土壤顆粒強(qiáng)烈吸持，不能被作物吸收的水，是土壤處于風(fēng)干狀烈吸持，不能被作物吸收的水，是土壤處于風(fēng)干狀態(tài)所含有的水分態(tài)所含有的水分。不同土壤類型的水分狀況不同土壤類型的水分狀況 作物可利用的土壤水分是萎蔫點(diǎn)與田間持水量間的作物可利用的土壤水分是萎蔫點(diǎn)與田間持水量間的水分。作物對不同土壤中水分的利用性不同。水分。作物對不同土壤中水分的利用性不同。 不同土類的田間持水量、萎蔫點(diǎn)及可利用水分的百分?jǐn)?shù)（不同土類的田間持水量、萎蔫點(diǎn)及可利用水分的百分?jǐn)?shù)（% %）3 3、農(nóng)作系統(tǒng)中水分循環(huán)平衡、農(nóng)作系統(tǒng)中水分循環(huán)平衡水

12、的來源：水的來源： 降水（降水（P P，包括降雨、降雪、降霜等）、灌溉水（，包括降雨、降雪、降霜等）、灌溉水（I I）、地下水（只存在某些地下水位較高的地區(qū)）。）、地下水（只存在某些地下水位較高的地區(qū)）。 水的去向：水的去向： 徑流（徑流（RoRo）、滲漏（）、滲漏（D D）、土壤蒸發(fā)（）、土壤蒸發(fā)（EsEs）、土層）、土層保留（保留（WsWs，如土壤膠體、毛管吸持）、植物蒸騰（，如土壤膠體、毛管吸持）、植物蒸騰（EpEp）、植物保留（）、植物保留（WpWp）。）。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水量平衡方程：水量平衡方程： （P+IP+I）- -（Ro+D+Es+Ws+Ep+WpRo+D+Es+Ws

13、+Ep+Wp）= 0= 0水循環(huán)平衡的動力水循環(huán)平衡的動力太陽輻射：太陽輻射：影響土壤蒸發(fā)和作物蒸騰；影響土壤蒸發(fā)和作物蒸騰；重力：重力：造成土壤水分滲漏和徑流；造成土壤水分滲漏和徑流；水勢梯度：水勢梯度：導(dǎo)致水分從水勢高的地方流向水勢低的地導(dǎo)致水分從水勢高的地方流向水勢低的地方。方。在農(nóng)作系統(tǒng)中，由于存在作物對水分的吸收、傳導(dǎo)和在農(nóng)作系統(tǒng)中，由于存在作物對水分的吸收、傳導(dǎo)和蒸騰，水分的流動便形成了土壤蒸騰，水分的流動便形成了土壤作物作物大氣連續(xù)體大氣連續(xù)體系（系（soil-plant-atmosphere continuumsoil-plant-atmosphere continuum，SP

14、ACSPAC）。）。在這個體系中，水勢是以遞減的形式分布的，水的運(yùn)在這個體系中，水勢是以遞減的形式分布的，水的運(yùn)動基本上是一個降低自由能的過程，并不需要額外能動基本上是一個降低自由能的過程，并不需要額外能量的輸入。量的輸入。相鄰層次間的水通量可用：相鄰層次間的水通量可用：F=-KF=-K描述，其中，描述，其中，K K為水傳導(dǎo)度（水流阻力的倒數(shù)），為水傳導(dǎo)度（水流阻力的倒數(shù)），為水勢梯度。為水勢梯度。 三、作物對水分的吸收與利用三、作物對水分的吸收與利用1 1、水對作物的生理生態(tài)效應(yīng)、水對作物的生理生態(tài)效應(yīng)生理作用生理作用生態(tài)作用生態(tài)作用2 2、作物對水分的吸收與傳導(dǎo)、作物對水分的吸收與傳導(dǎo) 細(xì)

15、胞吸水：細(xì)胞吸水：細(xì)胞主要通過質(zhì)膜上的水孔以水集流的方式從環(huán)境細(xì)胞主要通過質(zhì)膜上的水孔以水集流的方式從環(huán)境中吸水；水分傳遞方向和限度依據(jù)水勢的相對大小。中吸水；水分傳遞方向和限度依據(jù)水勢的相對大小。 根根- -土之間的水分傳遞：土之間的水分傳遞：根系吸水時，水分首先從根土接觸的根系吸水時，水分首先從根土接觸的界面較自由地進(jìn)入細(xì)胞壁，使細(xì)胞壁達(dá)到水飽和狀態(tài)，然后通界面較自由地進(jìn)入細(xì)胞壁，使細(xì)胞壁達(dá)到水飽和狀態(tài)，然后通過滲透作用，經(jīng)根表或根毛細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞，過滲透作用，經(jīng)根表或根毛細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞，再經(jīng)液泡膜進(jìn)再經(jīng)液泡膜進(jìn)入入液泡中。液泡中。根表細(xì)胞到木質(zhì)部的水分傳遞：根表細(xì)胞到木質(zhì)部的水分傳遞

16、：一般通過質(zhì)外體空間一般通過質(zhì)外體空間徑向傳遞，但由于根內(nèi)皮層細(xì)胞壁存在凱氏帶加厚，徑向傳遞，但由于根內(nèi)皮層細(xì)胞壁存在凱氏帶加厚，水分進(jìn)入根中柱木質(zhì)部，應(yīng)穿過根內(nèi)皮層細(xì)胞質(zhì)。水分進(jìn)入根中柱木質(zhì)部，應(yīng)穿過根內(nèi)皮層細(xì)胞質(zhì)。 根內(nèi)從表皮到木質(zhì)部導(dǎo)管各部位的水勢變化有一根內(nèi)從表皮到木質(zhì)部導(dǎo)管各部位的水勢變化有一定的規(guī)律性。內(nèi)皮層以外的各細(xì)胞水勢從外到內(nèi)逐步定的規(guī)律性。內(nèi)皮層以外的各細(xì)胞水勢從外到內(nèi)逐步降低，但內(nèi)皮層細(xì)胞水勢有突然的、較大幅度降低的降低，但內(nèi)皮層細(xì)胞水勢有突然的、較大幅度降低的現(xiàn)象，這稱為現(xiàn)象，這稱為“內(nèi)皮層躍變現(xiàn)象內(nèi)皮層躍變現(xiàn)象”，具體機(jī)制不明。，具體機(jī)制不明。導(dǎo)管系統(tǒng)中水的傳遞：導(dǎo)管

17、系統(tǒng)中水的傳遞：水以集流的方式在導(dǎo)管死細(xì)胞水以集流的方式在導(dǎo)管死細(xì)胞中流動，傳導(dǎo)阻力小。中流動，傳導(dǎo)阻力小。葉脈、葉肉細(xì)胞與大氣間的水分傳遞：葉脈、葉肉細(xì)胞與大氣間的水分傳遞：發(fā)達(dá)的葉脈導(dǎo)發(fā)達(dá)的葉脈導(dǎo)管與葉肉細(xì)胞間建立了廣泛的聯(lián)系，并有較大的接觸管與葉肉細(xì)胞間建立了廣泛的聯(lián)系，并有較大的接觸面。水分首先由葉脈的木質(zhì)部傳遞給鄰近的葉肉細(xì)胞面。水分首先由葉脈的木質(zhì)部傳遞給鄰近的葉肉細(xì)胞的細(xì)胞壁，再滲透到細(xì)胞內(nèi)部。的細(xì)胞壁，再滲透到細(xì)胞內(nèi)部。 水分散失時，水分從濕潤的細(xì)胞壁表面以氣態(tài)蒸水分散失時，水分從濕潤的細(xì)胞壁表面以氣態(tài)蒸發(fā)到葉肉細(xì)胞間隙中，使其達(dá)到接近水蒸氣飽和狀態(tài)發(fā)到葉肉細(xì)胞間隙中，使其達(dá)到

18、接近水蒸氣飽和狀態(tài)，然后通過氣孔擴(kuò)散到大氣。，然后通過氣孔擴(kuò)散到大氣。 3 3、作物的需水規(guī)律及水分利用效率、作物的需水規(guī)律及水分利用效率作物需水量：作物需水量：可用在最佳水分供應(yīng)條件時達(dá)到作物旺可用在最佳水分供應(yīng)條件時達(dá)到作物旺盛生長的田間蒸散量（盛生長的田間蒸散量（ETET）估算作物田間需水量：）估算作物田間需水量： ET=Es+Ep ET=Es+Ep，EsEs為土表直接蒸發(fā)失水量，為土表直接蒸發(fā)失水量，EpEp為作物蒸為作物蒸騰失水量，用騰失水量，用kgkg或或mmmm表示。表示。 作物一生的需水量也可根據(jù)蒸騰系數(shù)，即作物每形作物一生的需水量也可根據(jù)蒸騰系數(shù)，即作物每形成成1g1g干物質(zhì)

19、所需要消耗的水分克數(shù)來估測。干物質(zhì)所需要消耗的水分克數(shù)來估測。水分臨界期：水分臨界期：作物對缺水最敏感的時期。一般在營養(yǎng)作物對缺水最敏感的時期。一般在營養(yǎng)生長末期到生殖生長時期。生長末期到生殖生長時期。此期的作物對缺水的反應(yīng)此期的作物對缺水的反應(yīng)最強(qiáng)烈，因此要保證此期的作物需水。最強(qiáng)烈，因此要保證此期的作物需水。 最大需水期：最大需水期：作物對水分需求量最大的時期。一般是作物對水分需求量最大的時期。一般是作物生長最快的時期。作物生長最快的時期。四、作物的濕害與澇害四、作物的濕害與澇害濕害濕害( (water logging)water logging)：土壤含水量超過最大土壤含水量超過最大田間

20、持田間持水量水量時，時，對旱作物對旱作物所造成的傷害。所造成的傷害。澇害澇害( (flood injury)flood injury)：地面積水，地面積水，淹沒淹沒了作物一部分了作物一部分或全部，對作物所造成的傷害?；蛉?，對作物所造成的傷害。1 1、作物對濕、澇的反應(yīng)、作物對濕、澇的反應(yīng)作物濕、澇傷害的成因作物濕、澇傷害的成因作物受澇時，水本身對作物的危害不大，主要是由于作物受澇時，水本身對作物的危害不大，主要是由于缺缺O(jiān) O2 2造成的直接和間接傷害。造成的直接和間接傷害。作物濕澇傷害的形態(tài)、生理反應(yīng)作物濕澇傷害的形態(tài)、生理反應(yīng)種子的浸水傷害：種子的浸水傷害：淹水所導(dǎo)致的作物發(fā)芽率大幅度下

21、淹水所導(dǎo)致的作物發(fā)芽率大幅度下降或喪失發(fā)芽能力。與無氧呼吸、離子滲漏等有關(guān)。降或喪失發(fā)芽能力。與無氧呼吸、離子滲漏等有關(guān)。 絕大多數(shù)作物種子在淹水條件下不能萌發(fā)，即使耐絕大多數(shù)作物種子在淹水條件下不能萌發(fā)，即使耐淹水能力強(qiáng)的水稻種子在水中也僅限于胚芽鞘的伸長淹水能力強(qiáng)的水稻種子在水中也僅限于胚芽鞘的伸長，而無根和幼葉的發(fā)生和生長。，而無根和幼葉的發(fā)生和生長。表表玉米種子萌發(fā)期對淹水較敏感，玉米種子萌發(fā)期對淹水較敏感， 小麥種子有較高耐性。小麥種子有較高耐性。漬澇造成的次生傷害漬澇造成的次生傷害 離子脅迫傷害：離子脅迫傷害：土壤受淹剖面中鹽分濃度上升，如土壤受淹剖面中鹽分濃度上升，如NaNa+

22、+、ClCl- -濃度增加，阻止作物體內(nèi)濃度增加，阻止作物體內(nèi)NaNa+ +、ClCl- -離子排出離子排出，造成細(xì)胞鹽害、中毒。，造成細(xì)胞鹽害、中毒。 土壤產(chǎn)生有毒物質(zhì)：土壤產(chǎn)生有毒物質(zhì)：土壤處于還原狀態(tài)下，土壤處于還原狀態(tài)下，pHpH下降下降, , 產(chǎn)生一系列有毒物質(zhì)，如產(chǎn)生一系列有毒物質(zhì)，如MnMn2+2+、NONO2 2- -、FeFe2+2+、H H2 2S S、CHCH4 4、脂肪酸、不飽和酚、醛類、酮類等，對植株造成毒、脂肪酸、不飽和酚、醛類、酮類等，對植株造成毒害。害。 加劇營養(yǎng)失調(diào)：加劇營養(yǎng)失調(diào)：如硝態(tài)氮發(fā)生反硝化作用，以氣態(tài)如硝態(tài)氮發(fā)生反硝化作用，以氣態(tài)N N釋放；釋放；S

23、 S、ZnZn、CuCu等有效性下降；等有效性下降；P P、SiSi、MgMg、MnMn、FeFe等有效性提高，易流失。等有效性提高，易流失。2 2、物對濕、澇的耐性、物對濕、澇的耐性 與作物通氣組織的發(fā)達(dá)程度和無氧呼吸系統(tǒng)的完善與作物通氣組織的發(fā)達(dá)程度和無氧呼吸系統(tǒng)的完善程度有關(guān)程度有關(guān) 有些作物，如水稻的根、莖、葉中存在有些作物，如水稻的根、莖、葉中存在氣腔組織氣腔組織，根，根系還存在乙醇酸氧化酶，通過系還存在乙醇酸氧化酶，通過乙醇酸氧化途徑乙醇酸氧化途徑釋放新釋放新生態(tài)氧，氧化根際還原性物質(zhì)，所以水稻比小麥、棉生態(tài)氧，氧化根際還原性物質(zhì)，所以水稻比小麥、棉花的耐淹性強(qiáng)。花的耐淹性強(qiáng)。 秈稻的耐淹性大于粳稻；玉米中能快速誘導(dǎo)厭氧蛋白秈稻的耐淹性大于粳稻；玉米中能快速誘導(dǎo)厭氧蛋白合成的合成的品種品種比缺乏此能力的品種耐淹性強(qiáng)。比缺乏此能力的品種耐淹性強(qiáng)。 棉花既不耐淹水，也不耐漬水，當(dāng)?shù)叵滤贿^高時也棉花