土壤水水分移動(dòng)與循環(huán)課件

1、第七章 土壤水分移動(dòng)與循環(huán)第七章 土壤水分移動(dòng)與循環(huán)第一節(jié) 土壤液態(tài)水運(yùn)動(dòng)第一節(jié) 土壤液態(tài)水運(yùn)動(dòng)一、土壤飽和流 (Soil Saturated Water Flow) 飽和流的推動(dòng)力主要是重力勢(shì)梯度和壓力勢(shì)梯度，基本上服從飽和狀態(tài)下多孔介質(zhì)的達(dá)西定律(Darcys law)。 單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積土壤的水量，土壤水通量與土水勢(shì)梯度成正比。 一、土壤飽和流 (Soil Saturated Wate土壤水水分移動(dòng)與循環(huán)課件 土壤所有的孔隙都充滿了水時(shí)，水分向土壤下層或橫向運(yùn)動(dòng)的速度。飽和流導(dǎo)水率(Saturated hydraulic conductivity)飽和導(dǎo)水率的特點(diǎn) 飽和率是常數(shù) 是

2、土壤導(dǎo)水率的MAX 主要取決于土壤的質(zhì)地 和結(jié)構(gòu)。 沙質(zhì)土 壤質(zhì)土 粘質(zhì)土影響飽和導(dǎo)水率的因素 質(zhì)地 水通量與孔隙半徑4次方呈正比。結(jié)構(gòu) 土壤結(jié)皮對(duì)土壤飽和導(dǎo)水率有顯著的影響。有機(jī)質(zhì)含量。粘土礦物種類。 土壤所有的孔隙都充滿了水時(shí)，水分向土壤下層或橫向運(yùn)動(dòng)二、土壤非飽和流（unsaturted soil water flow) 土壤非飽和流的推動(dòng)力主要是基質(zhì)勢(shì)梯度和重力勢(shì)梯度。它也可用達(dá)西定律來描述，對(duì)一維垂向非飽和流，其表達(dá)式為：二、土壤非飽和流（unsaturted soil water非飽和流導(dǎo)水率(unsaturated hydraulic conductivity)土壤水吸力和導(dǎo)水率

3、之間的關(guān)系 非飽和流導(dǎo)水率土壤水吸力和導(dǎo)水率之間的關(guān)系 K(m)為非飽和導(dǎo)水率，d/dx為總水勢(shì)梯度 (water potential gradient) 非飽和導(dǎo)水率是土壤基質(zhì)勢(shì)的函數(shù)。K(m)為非飽和導(dǎo)水率，d/dx為總水勢(shì)梯度 飽和條件下的總水勢(shì)梯度可用差分形式，而非飽和條件下則用微分形式： 飽和條件下的土壤導(dǎo)水率Ks對(duì)特定土壤為一常數(shù)，而非飽和導(dǎo)水率是土壤含水量或基質(zhì)勢(shì)（m）的函數(shù)。 非飽和條件下土壤水流的數(shù)學(xué)表達(dá)式與飽和條件下的類似，二者的區(qū)別在于： 飽和條件下的總水勢(shì)梯度可用差分形式，而非飽和條件三、土壤水分入滲與再分布 （一） 水分入滲（infiltration) 一般是指水自土

4、表垂直向下進(jìn)入土壤的過程，但也不排斥如溝灌中水分沿側(cè)向甚至向上進(jìn)入土壤的過程。 影響因素：一是供水速率，二是土壤的入滲能力 (入滲速率infiltration rate)三、土壤水分入滲與再分布 （一） 水分入滲（infiltr土壤水水分移動(dòng)與循環(huán)課件幾種不同質(zhì)地土壤的最后穩(wěn)定入滲速率(毫米/小時(shí))土壤砂砂質(zhì)和粉質(zhì)土壤壤土粘質(zhì)土壤堿化黏質(zhì)土壤最后入滲速率2010-205-101-51最初入滲速率：Initial infiltration rate穩(wěn)定入滲速率：Stable infiltration rate 所以無論表土下是砂土層還是細(xì)土層，在不斷入滲中最初能使上層土壤先積蓄水，以后才下滲。幾

5、種不同質(zhì)地土壤的最后穩(wěn)定入滲速率(毫米/小時(shí))砂質(zhì)和粉質(zhì)土（二）土壤水再分布 (soil water redistribution)概念：土壤水 入滲過程結(jié)束后，水在重力和吸力梯度影響下在土壤中向下移動(dòng)重新分布的過程。 土壤水的再分布是土壤水的不飽和流。 (三)土壤水的滲漏（Soil water percolation) 把通過土壤某一深度處,如通?？紤]某一植物的最大扎根深度處, 向下的水分運(yùn)動(dòng)稱為土壤水的滲漏。（二）土壤水再分布 概念：土壤水 入滲過程結(jié)束后，水在重力和第二節(jié) 土壤氣態(tài)水運(yùn)動(dòng)土面蒸發(fā)過程區(qū)分為三個(gè)階段。1、大氣蒸發(fā)力控制階段 穩(wěn)定蒸發(fā)階段蒸發(fā)強(qiáng)度的大小主要由大氣蒸發(fā)能力決定，

6、可近似為水面蒸發(fā)強(qiáng)度E0。此階段含水率的下限，一般認(rèn)為該值相當(dāng)于田間持水量的50-70% 。概念：土壤水汽進(jìn)入大氣的過程。 當(dāng)土壤供水充分時(shí)，由大氣蒸發(fā)能力決定的最大可能蒸發(fā)強(qiáng)度稱為潛在蒸發(fā)強(qiáng)度。(Soil potential evaporation)一、土面水分蒸發(fā)第二節(jié) 土壤氣態(tài)水運(yùn)動(dòng)土面蒸發(fā)過程區(qū)分為三個(gè)階段。概念：土壤2、表土蒸發(fā)強(qiáng)度隨含水率變化的階段蒸發(fā)速率急劇降低，有利于土壤墑情的保持 3、水汽擴(kuò)散階段 土壤輸水能力極弱，不能補(bǔ)充表土蒸發(fā)損失的水分，土壤表面形成干土層。在此階段，蒸發(fā)面不是在地表，而是在土壤內(nèi)部，蒸發(fā)強(qiáng)度的大小主要由干土層內(nèi)水汽擴(kuò)散的能力控制，并取決于干土層厚度，一

7、般來說，其變化速率十分緩慢而且穩(wěn)定。 土壤保墑措施在蒸發(fā)的第一階段進(jìn)行效果最佳；第二階段次之。2、表土蒸發(fā)強(qiáng)度隨含水率變化的階段 3、水汽擴(kuò)散階段 土壤土壤水水分移動(dòng)與循環(huán)課件二、 土壤內(nèi)部的水氣運(yùn)動(dòng)土壤氣態(tài)水的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為：水汽擴(kuò)散和水汽凝結(jié)兩種現(xiàn)象水汽擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力是水汽壓梯度，這是由于土壤水勢(shì)梯度或土壤水吸力梯度和溫度梯度所引起的。二、 土壤內(nèi)部的水氣運(yùn)動(dòng)土壤氣態(tài)水的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為：水汽擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)1、“夜潮”現(xiàn)象多出現(xiàn)于地下水埋深較淺的“夜潮地”。1、“夜潮”現(xiàn)象2、“凍后聚墑”現(xiàn)象*冬季表土凍結(jié)，水汽壓降低，而凍層以下土層的水汽壓較高，于是下層水汽不斷地向凍層集聚、凍結(jié)、使凍層不斷加厚，其含

8、水量有所增加，這就是“凍后聚墑”現(xiàn)象。 “凍后聚墑”的多少，主要決定于該土壤的含水量和凍結(jié)的強(qiáng)度。含水量高凍結(jié)強(qiáng)度大，“凍后聚墑”就比較明顯。一般對(duì)土壤上層增水作用為24左右 。2、“凍后聚墑”現(xiàn)象*“凍后聚墑”的多少，主要決定于該土第三節(jié) 土壤水循環(huán)、平衡及有效性田間土壤水分平衡示意圖，據(jù)此可列出其土壤水分平衡的數(shù)學(xué)表達(dá)式： W=P+I+U-ET-R-In-D 田間蒸騰和蒸發(fā)很難截然分開，常合在一起，統(tǒng)稱蒸散ET。 (evapotranspiration)-一定時(shí)間內(nèi)一定面積上土壤蒸發(fā)和植物蒸騰的總和。土壤水分平衡簡(jiǎn)化式為 W=P+I-ET-D 一、農(nóng)田土壤水分循環(huán)及平衡第三節(jié) 土壤水循環(huán)、

9、平衡及有效性田間土壤水分平衡示意圖，據(jù)此（一）土壤植物大氣連續(xù)體 (Soil-plant-atmosphere continuum) 由水勢(shì)引起水由土壤進(jìn)入植物體，再向大氣擴(kuò)散的體系。沙漠植物在200800萬帕?xí)r仍能生存。二、土壤水分有效性（一）土壤植物大氣連續(xù)體 (Soil-plant-atm（二）土壤水的有效性 土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及其難易程度。 不能被植物吸收利用的水稱為無效水，能被植物吸收利用的水稱為有效水。 通常把土壤萎蔫系數(shù)看作土壤有效水的下限， 當(dāng)植物因根無法吸水而發(fā)生永久萎蔫時(shí)的土壤含水量， 稱為萎蔫系數(shù)或萎蔫點(diǎn)。（二）土壤水的有效性 通常把土壤萎蔫系數(shù)看

10、作土壤有效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)之間的差值即土壤有效水最大含量。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三、土壤水分的空間變異性下圖為兩個(gè)不同大小范圍內(nèi)的土壤表層水分變異特征圖三、土壤水分的空間變異性下圖為兩個(gè)不同大小范圍內(nèi)的土壤表層水土壤水水分移動(dòng)與循環(huán)課件第四節(jié)、農(nóng)田土壤水動(dòng)態(tài)與調(diào)控一、土壤水分的動(dòng)態(tài)特性 對(duì)于一具體田塊，土壤類型和作物種類一般來講是相同的，因此影響土壤水分動(dòng)態(tài)變化的主要是氣候因子和農(nóng)田管理措施。第四節(jié)、農(nóng)田土壤水動(dòng)態(tài)與調(diào)控一、土壤水分的動(dòng)態(tài)特性 二、農(nóng)田灌溉與灌溉量計(jì)算一、土壤灌溉計(jì)劃濕潤層深度確定二、土壤含水量

11、上、下限的確定土壤含水量上限應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：既不產(chǎn)生深層滲漏，又要滿足作物對(duì)土壤空氣含量的要求，故一般取田間持水量。土壤含水量下限一般以占田間持水量的百分?jǐn)?shù)計(jì)。二、農(nóng)田灌溉與灌溉量計(jì)算一、土壤灌溉計(jì)劃濕潤層深度確定二、土（三）灌溉日期與灌溉量的確定 灌溉量與灌溉日期確定的原理，主要是依據(jù)農(nóng)田土壤水平衡方程式：W=P+I+U-ET-R-In-D 和土壤水分平衡簡(jiǎn)化式：W=P+I-ET-D 進(jìn)行計(jì)算。 三、農(nóng)田排水 農(nóng)田排水的目的：（1）除澇；（2）防漬；（3）防鹽。 生產(chǎn)實(shí)踐中一般采用排水溝（明溝）、排水管（暗管）或“鼠道”排水洞進(jìn)行農(nóng)田排水。（三）灌溉日期與灌溉量的確定 灌溉量與第五節(jié) 土

12、壤中溶質(zhì)運(yùn)移一、溶質(zhì)的對(duì)流運(yùn)移 土壤溶質(zhì)隨運(yùn)動(dòng)著的土壤水而移動(dòng)的過程稱為對(duì)流。對(duì)流引起的溶質(zhì)通量與土壤水通量和水的濃度有關(guān)， 可用下式表示： Jc = q C 式中: Jc為溶質(zhì)的對(duì)流通量(密度),mol m-2 s-1; q為水通量(密度), m s-1;C為濃度,mol m-3或kg m-3(也常用mmol L-1,g L-1)第五節(jié) 土壤中溶質(zhì)運(yùn)移一、溶質(zhì)的對(duì)流運(yùn)移二、分子擴(kuò)散與溶質(zhì)彌散（一）分子擴(kuò)散 擴(kuò)散是指由于分子的不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)即布朗運(yùn)動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng), 是一個(gè)不可逆過程。 擴(kuò)散作用常用費(fèi)克第一定律來表示: 式中Js為溶質(zhì)的擴(kuò)散通量,molm-2s-1或kgm-2s-1；D0為溶質(zhì)的有效

13、擴(kuò)散系數(shù)m2s-1；dC/dx為濃度梯度。二、分子擴(kuò)散與溶質(zhì)彌散（二）機(jī)械彌散 溶質(zhì)的機(jī)械彌散作用是由于土壤孔隙中水的微觀流速的變化而引起的： 機(jī)械彌散雖然在機(jī)制上與分子擴(kuò)散不同，但可以用相似的表達(dá)式： （三）水動(dòng)力彌散 機(jī)械彌散和擴(kuò)散在土壤中都引起了溶質(zhì)濃度的混合和分散，而且微觀流速不易測(cè)定，彌散與擴(kuò)散結(jié)果也不易區(qū)分，所以在實(shí)際應(yīng)用中常將兩者聯(lián)合起來，稱為水動(dòng)力彌散，（二）機(jī)械彌散三、土壤溶質(zhì)的動(dòng)態(tài)特性（一）土壤溶液的總濃度三、土壤溶質(zhì)的動(dòng)態(tài)特性（一）土壤溶液的總濃度（二） 土壤溶液中的養(yǎng)分濃度（三）土壤溶液中其它元素濃度一般情況下，主要元素的濃度為10-210-4mol/L，微量元素濃度則

14、在10-6mol/L以下。（二） 土壤溶液中的養(yǎng)分濃度（三）土壤溶液中其它元素濃度一般 一、水分高效利用的途徑： 合理開采、分配和管理； 減少輸水損失； 提高灌溉效率。第六節(jié)、土壤水的調(diào)控 一、水分高效利用的途徑：第六節(jié)、土壤水的調(diào)控二、土壤水的調(diào)控措施 主要包括土壤水的保蓄和調(diào)節(jié)。 1、耕作措施 秋耕 中耕 鎮(zhèn)壓等 2、地面覆蓋 薄膜覆蓋 秸稈覆蓋 3、灌溉措施 噴灌、滴灌、滲灌 4、生物節(jié)水 二、土壤水的調(diào)控措施 以色列塑料壩以色列花農(nóng)以色列塑料壩以色列花農(nóng)以色列沙地優(yōu)質(zhì)土豆以色列沙地優(yōu)質(zhì)土豆本章小結(jié)(一)名詞解釋土水勢(shì) 吸濕水 吸濕量 膜狀水 毛管水 毛管斷裂持水量 田間持水量 土壤水吸力 土壤水分特征曲線 夜潮作用 進(jìn)氣值 凍后聚墑 土壤蒸發(fā) 萎蔫系數(shù) 土壤水入滲 土壤水再分布本章小結(jié)問