第三章 土壤水分2節(jié)

主講教師：羅春艷能源與水利學院二〇一四年九月第三章土壤水分第二節(jié)土壤水分能態(tài)主要內容：

土壤水勢定義及各分勢土壤水分特征曲線土壤水分能態(tài)測定方法第三章土壤水分通過土壤水分能態(tài)的學習，使學生掌握水勢的概念及土壤水勢的組成；掌握土壤水分特征曲線的含義及影響因素，并簡單了解土壤水分特征曲線的測定方法。本節(jié)教學目的：第三章土壤水分本章的重點、難點：1)水勢的概念及各分勢含義2)土壤水分特征曲線的含義及影響因素第三章土壤水分一、土壤水分能量概念水流向何方？第二節(jié)土壤水分的能態(tài)土壤B粘土15%土壤A砂土10%以水分本身的能量變化來研究水分在土壤中保持、運動以及SPAC的循環(huán)過程。水分能量觀點:動能第二節(jié)土壤水分的能態(tài)勢能可忽略不計土壤水的能量Buckingham（白金漢姆）（1907）首先提出應用能量理論和方法研究土壤水分問題。經(jīng)過近百年的研究歷程，尤其是近20～30年來得到了較大發(fā)展。

國際土壤學會名詞委員會定義：土水勢(ψ土)：在標準大氣壓下，將單位數(shù)量的等溫可逆的移動到相應點（標準參照狀態(tài)）時所做的功。水分從土壤移動做功所需要的能量即為該系統(tǒng)的土壤水勢。一、土壤水勢概念標準參照狀態(tài)——一定高度處、某一特定溫度（常溫或與土壤水相同溫度）下承受標準大氣壓（或者當?shù)卮髿鈮海┑募冏杂伤?不受溶質、不受固相介質作用)。水流動方向：土水勢高（負值小）→低（負值大）第二節(jié)土壤水分的能態(tài)第二節(jié)土壤水分的能態(tài)能量很難獲得它的絕對值，幾乎都是相對而言。一、土壤水分能量概念第二節(jié)土壤水分的能態(tài)土壤水勢概念中強調的內容：進一步將水分在土壤中狀態(tài)進行分析會得出影響土壤水分能量水平的因素，就得到了許多分勢。純水池中的純水作為參照標準，并規(guī)定水勢為零?？偹畡萃寥浪目倓菽堞穡=ψm+ψs+ψg+ψp+ψt基質勢土壤基質的吸附力和毛管力所引起的水勢溶質勢土壤水分中的溶質所引起的水勢重力勢重力引起的土壤水勢壓力勢：當土壤飽和時,自由水面下土壤由于靜水壓力所產生的水勢一、土壤水分能量概念第二節(jié)土壤水分的能態(tài)溫度：由溫度場溫差引起的水勢土壤總水勢是土壤中各種作用力所產生的分勢的和產生原因：基質勢由土壤基質對水分的吸持作用引起的。水和土壤骨架之間的吸附力和毛管力將土壤水束縛在土壤中，要使土壤移動，必須克服這種吸持作用做功。（一）土壤各分勢基質勢：將土壤水移動到標準參照狀態(tài)（自由水、無束縛）時，對土壤水所做的功稱為基質勢。1.基質勢（ψm）第二節(jié)土壤水分的能態(tài)（一）土壤各分勢基質勢概念中強調的內容：第二節(jié)土壤水分的能態(tài)基質勢為負值。當土壤達到完全飽和狀態(tài)時，不受基質吸持，基質勢為零。含水量越高，基質勢絕對值越低，基質勢越高在土壤水不飽和的情況下，非鹽堿化土壤的土水勢以Ψm為主由于溶質對水分子具有吸引力，將水分移動到標準參照狀態(tài)時必須對土壤水做功

C為溶液濃度，mol/L；R為氣體常數(shù)；T為絕對溫度，K2.溶質勢（ψs

）第二節(jié)土壤水分的能態(tài)對于鹽漬化土壤，溶質勢是影響水分能量的重要內容。溶質勢概念中強調的內容：第二節(jié)土壤水分的能態(tài)溶質勢為負值溶質勢與滲透壓數(shù)值相同，但符號相反。溶質勢在影響土壤水分移動能力情況下，必須要有半透膜作用。通常將標準狀態(tài)下的壓力定義為標準大氣壓或當?shù)卮髿?，相對于大氣壓所存在的勢能差，為壓力勢?.壓力勢（ψp）土水系統(tǒng)的壓力超過參照狀態(tài)下的壓力而引起的水勢。非飽和時飽和時壓力勢可用靜水壓強來表示第二節(jié)土壤水分的能態(tài)壓力勢主要是連續(xù)水體的表現(xiàn)，只有在飽和情況下才存在。壓力勢測定：連通管水面到待測點垂直距離就是該點水分的壓力勢值。壓力勢概念中強調的內容：氣壓勢不是壓力勢的主要成分，它主要體現(xiàn)在土壤孔隙中被封的空氣作用，隨著氣體溶解，其逐漸為零。第二節(jié)土壤水分的能態(tài)由重力作用而引起的土壤水勢的變化。重力勢大小估算:

atheightZaboveZ0:ψg=mgZ

perunitmass:ψg=mgZ/m=gZ(J/kg)perunitvolume:ψg=mgZ/v=ρwgZ(N/m2)perunitweight:ψg=mgZ/mg=Z(m)∴重力勢與土壤性質無關4.重力勢（ψg

）第二節(jié)土壤水分的能態(tài)實質上是由于位置差所產生的土壤水分的能量差。規(guī)定參考面處為零，它的選擇不影響空間任意兩點間重力勢差值；重力勢概念需要特別強調的內容：第二節(jié)土壤水分的能態(tài)其值的大小等于待測點到參考面的垂直高度與土壤性質無關；無需特別測量儀器和設備。由溫度場的溫差引起的。土壤中任一點土壤水分的溫度勢由該點的溫度與標準參照狀態(tài)的溫度之差所決定5.溫度勢（ψt

）ψm=0,ψs=0,ψt可忽略Ψh=ψg+ψp

總土水勢:

ψh=ψg+ψs+ψp+ψm+ψt飽和情況下非飽和情況下ψp=0，ψs，ψt可忽略，Ψh=ψg+ψm2.單位容積水勢標準單位為帕Pa，KPa,MPa，也曾用Bar和大氣壓atm表示1.單位質量水勢水的質量為克或公斤時,能的單位為J/kg或爾格/克3.單位重量的水勢：cmH2O高orcmHg高第二節(jié)土壤水分的能態(tài)土水勢表示方法：單位重量土壤水的勢能值用相當于一定水柱高度的厘米數(shù)表示第二節(jié)土壤水分的能態(tài)在土壤水分分勢中，基質勢和溶質勢為負值，為了使用方便，習慣上將這兩個分勢的絕對值之和統(tǒng)稱為土壤水吸力。一般簡稱土壤吸力。6土壤水吸力(

土壤水吸力是能量尺度的一種表示方法，不要誤以為是土壤對水的吸力。土壤水吸力pF值厘米水柱高度變化大第二節(jié)土壤水分的能態(tài)水分運動總是從土水勢高的地方自發(fā)地流向水勢低的地方。而不一定是從含水量高的流向含水量低的地方。土壤水分能量學觀點是土壤科學領域一次大的飛躍。第二節(jié)土壤水分的能態(tài)第二節(jié)土壤水分的能態(tài)土壤B粘土15%土壤A砂土10%10%15%7.平衡系統(tǒng)中的土水勢第二節(jié)土壤水分的能態(tài)（一）概念土壤水分特征曲線：表示土壤含水量（數(shù)量）與土壤基質勢（土壤水吸力）（能量）的關系曲線。二、土壤水分特征曲線第二節(jié)土壤水分的能態(tài)土壤水吸力土壤含水量增加而降低。1.土壤質地(二）影響土壤水分特征曲線的因素相同含水量，水吸力黏土>壤土>砂土相同水吸力，含水量黏土>壤土>砂土第二節(jié)土壤水分的能態(tài)2.土壤結構(二）影響土壤水分特征曲線的因素在低吸力（高含水量時表現(xiàn)明顯：破壞土壤構（壓緊）土壤使通氣隙和毛管孔隙減少，飽含水量小第二節(jié)土壤水分的能態(tài)3.溫度4.土壤水分變化過程一定水吸力下，溫度越高，含水量越低（溫度升高，水的粘滯性和表面張力下降，土水勢升高，水吸力降低）第二節(jié)土壤水分的能態(tài)

1、張力計法（負壓計或濕度計），測定水不飽和土壤的基質勢或基質吸力。（三）土壤水分特征曲線的測定第二節(jié)土壤水分的能態(tài)第二節(jié)土壤水分的能態(tài)Ψw=ψm+ψs+ψg+ψp+ψt第二節(jié)土壤水分的能態(tài)Ψws（土壤）=ΨwD（張力計中的水勢）ψg=0，ψs=0，ψt=0，Ψws（土壤）=Ψps

+ΨmsΨwD（張力計）=ΨpD

+ΨmDΨps

=0ΨmD

=0Ψws（土壤）=ΨwD（張力計）

2、壓力膜法：根據(jù)土壤在不同壓力下排水的原理測定，可測水吸力1~20bar。張力計法適用范圍800/850hPa以下，超過此范圍，就有空氣進入陶土管而失效。旱地作物可吸水的吸力范圍多在1000hPa以下，故張力計有一定實用價值。壓力膜（板）儀土樣Pressureplateapparatus出水孔壓力調控壓力室優(yōu)點：測量范圍大（0～20個大氣壓）缺點：平衡時間長，需要恒溫條件S.JRichards,1931設計注意：不同吸力范圍選用不同壓力室和膜或板所有的壓力膜儀都要求在一個可以提供調節(jié)的壓力源下進行操作。壓縮機或者高壓氮瓶提供系統(tǒng)壓力。Ψs總=ψw

（自由水）第二節(jié)土壤水分的能態(tài)ψg=0，ψs=0，ψt=0，Ψs總（土壤）=Ψps

+ΨmsΨw（自由水）=Ψm（自由水）

+Ψp（自由水）Ψp（自由水）=

0，Ψm（自由水）

=0Ψw=ψm+ψs+ψg+ψp+ψtΨs總（土壤）=Ψps

+Ψms=0Ψms=-Ψps可利用它進行土壤水吸力S和含水率之