土壤水森林土壤課件

第一節(jié) 土壤水分的類型及有效性1一、土壤水的重要性：所有的水只有進(jìn)入土壤轉(zhuǎn)化為土壤水，才能被植物吸收利用。土壤水是作物吸水的最主要來源。土壤水是土壤的最重要組成部分之一。土壤水是土壤形成發(fā)育的催化劑；土壤水并非純水、而是稀薄的溶液。土壤水實(shí)際上是指在105℃溫度下從土壤中驅(qū)逐出來的水。1

、吸濕水(hydroscopic2water)

干土從空氣中吸著水二、土壤水分的類型和性質(zhì)水汽土壤汽所保持的水，稱為吸濕水。又稱為緊束縛水，屬于無效水分。2、膜狀水（薄膜水）

(membraneous

water)指由土壤顆粒表面吸附所保持的水層，膜狀水的最大值叫最大分子持水量。薄膜水對植物生長發(fā)育來說屬于弱有效水分，又稱為松束縛水分。膜狀水膜狀水示意圖土粒膜狀水3、毛管水(capillary

water)毛管水是靠土壤中毛管孔隙所產(chǎn)生的毛管引力所保持的水分，稱為毛管水。毛管水是土壤中最寶貴的水分。毛管水又可以分為兩種類型。4毛管懸著水(capillarysupporting

water)土體中與地下水位無聯(lián)系的毛管水稱毛管懸著水。毛管支持水（毛管上升水）

(capillarysuspendingwater)土體中與地下水位有聯(lián)系的毛管水稱毛管支持水。地下水位高地下水位低5水沿著毛管上升毛管作用力范圍：0.1-1mm有明顯的毛管作用0.05-0.1mm毛管作用較強(qiáng)0.05-0.005mm毛管作用最強(qiáng)〈0.001mm毛管作用消失毛管作用6土

粒地下水位毛管懸著水示意圖7土

粒8毛管上升水示意圖地下水位土壤毛管水從地下水吸取水分的示意圖Ⅰ.自地下水面向上供水的毛管水的網(wǎng)Ⅱ.充水的粗毛管供水⒈土粒⒉細(xì)毛管⒊排除毛管水的大孔隙⒋束縛水占的孔隙⒌充水的大孔隙9***毛管水上升高度從地下水面到毛管上升誰所能達(dá)到的相對高度，叫毛管水上升高度。h水柱高度（cm)，d孔隙直徑（mm）10土壤質(zhì)地毛管水上升高度土壤質(zhì)地毛管水上升高度砂

土0.5～1.0中壤土，重壤土1.2～2.0砂壤土，輕壤土1.5粘

土0.8～1.0不同土壤質(zhì)地毛管水上升高度114、重力水(gravitational

water)12又稱多余水，是指土壤中充滯于充氣孔隙中的水分。存在于土壤中的時間短，很快會因?yàn)橹亓ψ饔枚鴿B入或流出。河流三、土壤水分含量的表示方法（一）質(zhì)量含水量（θm）（二）容積含水量（θv）θV=θm·ρ（三）相對含水量（%）13（三）土壤貯水量V方/畝＝2/3Dw1、水深（DW）DW=θV·h

或2、水方（

m3）mm14（一）土壤水分常數(shù)(soil

moisture

constant)在一定條件下的土壤特征性含水量稱土壤水分常數(shù)。吸濕系數(shù)(hygroscopic

coefficient)

最大吸濕水量凋萎系數(shù)(wilting

coefficient)

萎蔫含水量又稱穩(wěn)定凋萎含水量。植物因缺水凋萎并不能復(fù)原時的土壤含水量，又稱萎蔫含水量。四、土壤水分常數(shù)及土壤水分有效性15田間持水量(field

capacity)***：毛管懸著水達(dá)到最大值時的土壤含水量稱為田間持水量，通常作為灌溉水量定額的最高指標(biāo)。在數(shù)量上它包括吸濕水、膜狀水和毛管懸著水。飽和含水量(saturated

water

content)飽和含水量是指土壤中孔隙都充滿水時的含水量。以干土質(zhì)量或容積的百分量表示。16（二）土壤水的有效性(availability)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。最大有效水含量是凋萎系數(shù)至田間持水量的水分。17土壤水分有效性的三種假設(shè)18★土壤水分在上限（田間持水量）和下限（凋萎系數(shù)）之間同等有效?！镌谏鲜龇秶鷥?nèi)隨土壤水分減少而降低。★傳統(tǒng)的土壤水分有效范圍土壤質(zhì)地

土壤質(zhì)地的影響主要是由土壤的表面積和孔隙系統(tǒng)的性質(zhì)引起的。土壤結(jié)構(gòu)

團(tuán)聚體土壤孔隙度大，含水量高，持水孔隙發(fā)達(dá)，故有效水分含量高。如團(tuán)聚體發(fā)育好的東北黑土。有機(jī)質(zhì)含量

有機(jī)質(zhì)本身的持水量很大，更能促進(jìn)良好土壤結(jié)構(gòu)的形成，所以多施有機(jī)質(zhì)，可以擴(kuò)大有效水范圍。(三)影響土壤水分有效性的因素19土壤質(zhì)地對有效水范圍的影響土壤質(zhì)地田間持水量萎蔫系數(shù)有效含水范圍松砂土4.51.82.7砂壤土12.06.65.4中壤土20.77.812.9輕粘土23.817.46.420有機(jī)質(zhì)對有效水范圍的影響類

型持水當(dāng)量萎蔫含水量有效含水范圍壤

土20.07.113.l泥

炭16682.383.71/2壤土＋1/2泥炭3114.516.54/5壤土十1/5泥炭21.68.513.l返回21第二節(jié) 土壤水的能態(tài)土壤A砂土10%土壤B粘土15%水流向何方？22土水勢是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，極小單位水量從一個平衡的土一水系統(tǒng)可逆地移到和它溫度相同，處于參比狀態(tài)水池時所做的功。一、土水勢概念作功土水23滲透勢ψs滲透勢又稱溶質(zhì)勢，負(fù)值。土壤溶質(zhì)濃度越高，溶質(zhì)勢越低。溶質(zhì)勢只有對半透膜的水分運(yùn)動起作用。二、土水勢的組成24基質(zhì)勢ψm負(fù)值，當(dāng)土壤飽和時最大＝0.土壤含水量越高，基質(zhì)勢也越高。壓力勢ψp25正值。只有當(dāng)土壤水分飽和時才有壓力勢在不飽和土壤中壓力勢為0.飽和土層越深，壓力勢越高。ψp=ρwghV重力勢ψg重力勢（

ψg

）是指由重力作用而引起的土水勢變化。 任何時候重力勢都存在。高于參比面時為正，反之為負(fù)，參比面處重力勢為0.總水勢：ψt=ψm+ψp+ψs+ψg請注意：在不同的情

況下，土壤總水勢的

各分勢組成是不同的。切記。26土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的情況下所處的能態(tài)，簡稱吸力，但并不是指土壤對水的吸力。T＝|-?m

|如何用水吸力和水勢判斷水分運(yùn)動的方向？請回答。絕對正值27三、土壤水吸力***一般談及的吸力是指基質(zhì)吸力，其值與ψm相等，但符號相反。四、土壤水勢的定量測定28土水勢的標(biāo)準(zhǔn)單位：帕（Pa）1

Pa=0.0102厘米水柱1

atm=1033厘米水柱=1.0133bar1

bar=0.9896atm=1020厘米水柱1 bar=100000

Pa一般只能測定8萬帕以下的土壤水吸力。29五、土壤水分特征曲線***：30指土壤水分含量與土壤水吸力的關(guān)系曲線。目前尚無法從理論上推導(dǎo)出土壤含水率與土壤水吸力或基質(zhì)勢之間小關(guān)系，只能用實(shí)驗(yàn)方法獲得水分特征曲線。S=aθbS=a(θ/θs)bS=A(θs-θ)n/θm土壤水吸力黏土壤土砂土0

10

20

30

40

50

60

70土壤含水量%影響因素質(zhì)地結(jié)構(gòu)溫度滯后現(xiàn)象31機(jī)理：滯后現(xiàn)象沙土比粘土明顯水分特征曲線的用途：首先，可利用它進(jìn)行土壤水吸力S和含水率θ之間的換算(圖3.7)。其次，土壤水分特征曲線可以間接地反映出土壤孔隙大小的分布。第三，水分特征曲線可用來分析不同質(zhì)地土壤的持水性和土壤水分的有效性。第四，應(yīng)用數(shù)學(xué)物理方法對土壤中的水運(yùn)動進(jìn)行定量分析時，水分特征曲線是必不可少的重要參數(shù)。

33第三節(jié) 土壤水分運(yùn)動34※土壤水流動※水分蒸發(fā)※水分入滲※水分再分配一、飽和流

(Saturated Soil

Water

Flow)飽和流的推動力主要是重力勢梯度和壓力勢梯度，基本上服從飽和狀態(tài)下多孔介質(zhì)的達(dá)西定律(Darcy’slaw)

***單位時間內(nèi)通過單位面積土壤的水量，土壤水通量與土水勢梯度成正比。3536飽和流導(dǎo)水率(Saturated

hydraulic

conductivity)土壤所有的孔隙都充滿了水時，水分向土壤下層或橫向運(yùn)動的速度。飽和導(dǎo)水率的特點(diǎn)①飽和率是常數(shù)②是土壤導(dǎo)水率的MAX③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37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。二、土壤非飽和流***（unsaturted

soil

water

flaw)土壤非飽和流的推動力主要是基質(zhì)勢梯度和重力勢梯度。它也可用達(dá)西定律來描述，對一維垂向非飽和流，其表達(dá)式為：38非飽和流導(dǎo)水率(unsaturated

hydrolic

conductivity)土壤水吸力和導(dǎo)水率之間的關(guān)系39飽和條件下的總水勢梯度可用差分形式，而非包和條件下則用微分形式；飽和條件下的土壤導(dǎo)水率Ks對特定土壤為一常數(shù)，而非飽和導(dǎo)水率是土壤含水量或基質(zhì)勢（ψm）的函數(shù)。40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：三、土壤水氣運(yùn)動41土壤氣態(tài)水的運(yùn)動表現(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)動的推動力是水汽壓梯度，主要由土水勢梯度或水吸力梯度和溫度梯度引起。1、“夜潮”現(xiàn)象多出現(xiàn)于地下水埋深度較淺的“夜潮地”。422、“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，于是下層水汽不斷向凍層集聚、凍結(jié)、使凍層不斷加厚，其含水量有所增加，這就是“凍后聚墑”現(xiàn)象。43“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。一般對土壤上層增水作用為2－4％左右。第四節(jié) 土壤水分平衡一、土壤水分的來源大氣降水土壤水分灌溉水地下水上升和大氣中水汽的凝結(jié)也是土壤水分的來源。44二、土壤水分的消耗45滲漏、側(cè)向徑流和下滲徑流二、土壤水分的消耗46滲漏、側(cè)向徑流和下滲徑流地下水河流土壤蒸發(fā)土壤水汽進(jìn)入大氣的過程。植物蒸騰47三、土壤—植物—大氣連續(xù)體(SPAC)(Soil-plant-atmosphere

continuum)由水勢引起水由土壤進(jìn)入植物體，再向大氣擴(kuò)散的體系。沙漠植物在—200～—800萬帕?xí)r仍能生存。48四、土壤水分在土壤肥力中的作用50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通氣狀況土壤水分影響土壤的熱量狀況土壤水分影響微生物和活動土壤水分影響土壤的物理機(jī)械性和耕性51植被蒸騰作用對土壤水分平衡關(guān)系密切，植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。五、影響土壤水分狀況的因素52土壤物理性質(zhì) 特別是土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)含量等到因素對水的滲透、流動和蒸發(fā)有重要影響。地形 地形