1,土壤肥料學,主講教師：趙建榮,2,教學內容,第一節 土壤水在農業生態系統中重要性 第二節 土壤水的基礎知識 第三節 土壤水分研究的形態學與能態學 第四節 土壤水的運動規律 第五節 土壤水狀況及水分平衡,3,4.1土壤水在農業生態系統中重要性,我國水資源概況 我國農業水資源狀況 土壤水在農業生態系統中的重要作用,一.我國水資源概況,我國水資源的基本特點： 1.水資源空間分布特點 地區間水資源分布不均勻，水土組合極不平衡。如占國土面積69%的山地、丘陵區,水源工程建設難度大,缺水嚴重; 2. 時間分布特征 降雨集中,年際之間變化大,可利用水量少,旱澇災害頻繁;,p82,3. 水資源與耕地資源組合不協調 我國北方耕地多而水資源量小，南方地區耕地少而水資源豐富。 我國農業水資源缺乏且用量大，但利用率低，短缺與浪費是我國農業用水緊張的重要特征。 4.水質差、水污染嚴重;水分利用率低。 我國水資源開發利用率已經很高,接近世界平均水資源開發利用率的三倍,很難進一步提高;,返回,6,我國農業水資源狀況,我國人均占有水量是世界的1/4,每公頃占有水量為世界的3/4,約有一半以上的旱地得不到灌溉,是世界13個最缺水的國家之一。,資料,返回,二.土壤水在農業生態系統中的重要作用,1.土壤水的含義 土壤水=土壤溶液 105條件下能從土壤中分離出來的水。 2.重要性 土壤水、地表水、地下水、大氣水、植物水成為五水轉換系統的中心環節。,返回,8,4.2 土壤水的基礎知識,土壤水分的表示方法 測定技術（自學） 土壤墑情（了解）,9,一.土壤水分的表示方法,1、質量含水量(水w %) (mass water content of soil),計算土壤含水量時，以干土重為計算基礎，這樣才能反映土壤的水分狀況。,p83,10,容積百分數(水v%) 土壤所含水分的容積占土壤總容積的百分數,根據水分的容積百分數可算出土壤中空氣含量并進而算出土壤固、液、氣三相的比例。,2、容積百分數(水v%) (volumetric water content of soil),水v%=水w%土壤容重,p83,11,土壤水貯量是指一定面積和厚度土壤中含水的絕對數量。在土壤物理，農田水利學、水文學中經常要用到，它主要有兩種表達方式：,3、土壤貯水量,例4 如某土層厚度為10cm，容積含水量為25，求水深。 Dw =（1025）2.5(cm)25(mm),12,例： 容重為1.2g/cm3的土壤，初始含水量為10%，田間持水量為30%， 降雨10mm，若全部入滲，可使多深土層達田間持水量？ 解: 先將土壤含水量水w%換算為水v% 初始含水量 水v%=10%1.2=12% 田間持水量 水v%=30%1.2=36% 因水mm= 水v% 土層厚度 土層厚度=水mm/水v%=10/(0.36-0.12) =41.7（mm）,13, 即一定面積一定厚度土壤中所含水量的體積數 在數量上，它可簡單由hw與所指定面積(如1畝、1公頃)相乘求出，但要注意二者單位一致性。 在灌排計算中常用到這一參數，以確定灌水量和排水量,14,作用:與灌溉水量的表示方法一致，便于計算庫容和灌水量。 例：一容重為1g/cm3的土壤，初始含水量為12%，田間持水量為30%，要使30cm土層含水量達田間持水量的80%，需灌水多少（方/畝）？ 解：田間持水量的80%為：30%80%=24% 30cm土層含水達田間持水量80%時 水mm=(0.24-0.12)1300=36(mm) 2/336=24(方/畝),方/畝=水mm1/100010000/15=2/3水mm,15,4.土壤相對含水量 (relative water content of soil),土壤相對含水量 實際含水量占該土壤田間持水量的百分數 一般土壤相對含水量為60%80%最適宜旱作物的生長。,16,二.土壤含水量的測試技術-自學,1.經典烘干法（標準方法） 2.快速烘干法 3.中子法 4. 電阻法 5. TDR法（時域反射儀法）,返回,17,三.土壤墑情（了解）,1墑情的種類 汪水：土壤含水量在田間持水量以上。 黑墑：土壤含水量為田間持水量75%以上。 黃墑：土壤含水量為田間持水量的50%-75%。 潮干土：土壤含水量在田間持水量的50%以下。 干土：土壤含水量在萎蔫系數以下。,p83,18,2. 墑情的判斷,墑情在空間上的層次性： 表墑；0-20 底墑；20-50 深墑 50-100 墑情在時間上的季節性： 與氣候的季節性以及作物的生長發育季節密切相關。,返回,19,4.3土壤水分研究的形態學與能態學,土壤水分的保持 土壤水分類型及特征 土壤水分的能量概念 土壤水分的有效性,20,一.土壤水分研究的形態學特征與性質,（一）土壤水分的保持 吸附力： 毛管力 ： 毛管內水汽界面產生的彎月面力,21,（二）土壤水分類型及性質,土壤水的類型,p88,22,土壤水分類型,固態水,土壤水,氣態水,束縛水,自由水,吸濕水,膜狀水,毛管水,重力水,地下水,23,1.吸濕水(soil hygroscopic water),通常在105110條件下烘干除去 性質：近似固態水，是無效水 。 吸濕系數:土壤吸濕水的最大量。,p89,24,p90,4-2,4-1,25,2.膜狀水(soil film water),性質:溶解力差，移動緩慢，部分有效。 萎蔫系數 =吸濕系數1.341.5 植物因干旱缺水而發生永久萎蔫時的土壤含水率。反映土壤有效水的下限。,p89,26,膜 狀 水 示 意 圖,27,3、毛管水(soil capillary water),性質:溶解力強，能向上下左右移動，速度快（10-300mm/n）. 是土中最有效的水分,p90,根據是否與地下水相連分:,毛管上升水: 毛管懸著水,p91,29,毛管上升水:,地下水沿著毛管上升而保持水. 毛管水上升與質地密切相關。 壤土粘土沙土,土 粒,毛管 上升 水示 意圖,地下水位,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 0.05-0.005mm 毛管作用最強 0.001mm 毛管作用消失,32,毛管懸著水,毛管懸著水: 降水或灌水進入土壤借助毛管力保持的水.,土 粒,33,毛管懸著水,田間持水量: (field water holding capacity) （=吸濕系數2.5 毛管懸著水的最大量。通常作為灌溉水量定額的最高指標。 即粘土壤土砂土 主要受質地、有機質含量、結構、松緊狀況等的影響。,34,不同質地，土壤田間持水量有很大不同,p91,35,4、重力水 (soil gravitational water),飽和持水量 土壤孔隙全部充滿水時的含水量. 吸濕水、膜狀水、毛管水、重力水都存于土孔隙中，彼此相互聯系，相互轉化。,p92,36,二、土壤水分的能量概念,土壤 A 砂土 10%,土壤 B 粘土 15%,水流向何方？,37,（一）土水勢(soil water potential)負值,1、概念 土壤水與純自由水的勢能值之差. 常用（）來表示。 規定純自由水的勢能為零. 隨含水量增加，土水勢增加。 移動方向：土水勢高處 低處運動.,38,2.土水勢的各分勢（了解）,基質勢（m 0 ）：毛管引力+吸附力引起 溶質勢（s）0: 溶質對水的吸附所產生. 重力勢（g）: 重力作用產生的水勢. 壓力勢（p）0：土中水層產生的靜水壓,土水勢=m+s+g+p,P93-94,39,土壤中的水勢主要由重力勢、基質勢、滲透勢、壓力勢構成。 基質勢（m）是土壤固相物質影響的量度，它包括了全部通過固相物質對水所產生的作用力，如毛管力、表面分子吸引力等對水所產生的一切作用。 基質勢是負值，當土壤飽和時最大=0 土壤含水量越高，基質勢也越高,40,滲透勢是由土壤中可溶性鹽所引起的勢，它在鹽漬土中常具有較大的意義。相當于從土壤溶液中，透過半透膜抽吸單位數量的水所做的功。 滲透勢是負值。土壤溶質濃度越高，滲透勢越低。 滲透勢只有當存在半透膜時才對水分運動起作用。,滲透勢（s）,41,壓力勢（p）是指在土壤水飽和的情況下，由于受壓力而產生的土壤水勢的變化。 壓力勢是正值。只有當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。,重力勢（ g ），土壤水一直是處在地球重力場的影響之下的，重力勢相當于使一定數量的水，由一個相應的水位抬高到一定高度所做的功。 任何時候重力勢都存在。高于參比面時為正，反之為負，參比面處重力勢為0。,42,土壤總水勢,土壤水勢是以上各分勢之和，又稱總水勢（t） t = m + p + s + g 土壤水飽和狀態下 t = p + g 土壤水不飽和情況下 t = m + g,土壤水能態,43,（二）土壤水吸力(soil water suction),土壤水吸力：是指土壤水承受一定吸力的情況所處的能態。 數量上與土水勢相等，符號相反。 水吸力=基膜勢+溶質勢,如何用水吸力和水勢判斷水分運動的方向？請回答,（三）能量單位及表示方法,土水勢的標準單位：帕（Pa），常用百帕(hPa)，兆帕(MPa=106Pa)=10bar 土水勢或水吸力的表示方法，以使用水柱高度的厘米 數來表示最簡便，最易理解 。 pF：水柱高度厘米數的對數 1大氣壓（ atm ） =1033cm pF3.01bar=1000mbar 1atm 1 bar105 Pa =760Hg=1000水柱,45,土水勢的測定方法（自學）,張力計法，壓力膜法，冰點下降法，水氣壓法,2.壓力膜法：根據土壤在不同壓力下排水的原理測定，可測水吸力120bar。,1、張力計法（負壓計或濕度計），測定水不飽和土壤的基質勢。,p95,適用范圍800/850 hPa以下的土壤水吸力。,1、張力計法（負壓計或濕度計），測定水不飽和土壤的基質勢。,p95,47,（四）土壤水分特征曲線 (soil water characteristic curve),概念 指土壤水吸力與土壤含水量的關系曲線。,p96,48,0 10 20 30 40 50 60 70,土 壤 水 吸 力,粘土,壤土,砂土,土壤含水量%,影響因素 質地 結構 溫度 滯后現象,49,三、土壤水分的有效性,1.水分的有效性：指水分被植物利用的程度。 決定于土壤水吸力和根吸力的對比。 萎蔫系數是土壤有效水的下限； 田間持水量是土壤有效水的上限。 超過田間持水量的水分為多余水 。 速效水：田間持水量至毛管斷裂含水量 遲效水：毛管斷裂含水量至凋萎系數。,50,土壤含水量,p96,51,圖：土壤持水量不同階段的形態、能量指標和有效狀況,52,2.土壤中有效水含量的計算,土壤有效水的最大含量（%）= 田間持水量（%） 凋萎系數（%） 土壤有效水的實際含量（%）= 土壤含水量（%） 凋萎系數（%）,53,圖5-3 不同質地土壤的有效水分含量圖,4,54,土壤質地與有效水最大含量的關系,p97,壤土粘土沙土,返回,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。,56,小結,土壤含水量的表示方法 土壤水分類型及有效性 土水勢與土壤水吸力 概念 1.相對含水量 2.田間持水量 3.萎焉系數 4.土水勢、土壤水吸力,57,第四節 土壤水的運動規律,液態水的運動 氣態水的運動 土壤植物大氣連續體,p98,一.態水的運動,（一）飽和流 1、飽和流動形式 2、飽和流的推動力 重力勢和壓力勢 2、K飽（Ks） ：主要取決于土壤中粗孔，孔徑愈大、越多，導水率就愈高。 q=kr4 砂土壤土粘土 K飽過大過小怎么樣?,p98,59,p100,60,（二）不飽和流,不飽和流主要 不飽和流的推動力： 主要是基質勢和重力勢 不飽導水率取決于細孔 即粘土壤土砂土 不飽和流中，導水率隨土壤吸力的增加而降低，砂土較為急劇，在粘土中較為緩和，壤土居中。,p99,61,（三）土壤水分的入滲與再分布,1.入滲： 供水期間，液態水自地表進入土壤的過程。 決定進入土中水分的數量（蓄水量和供水量）. 常使用的指標：最后入滲速率,入滲速率隨時間的變化,p99,p100,63,2.土壤水分的再分布,土壤水分再分布 決定各深度在不同時間內保水量影響根區水分收支。 土壤剖面水分分布（質地均一），如圖 無論表土下是砂層還是細土層，入滲最初都能使上層土壤先積蓄水，以后才下滲.,入滲中土壤水剖面,p101,返回,64,二、氣態水的運動,（一）氣態水的運動特點 推動力：土壤水氣壓梯度溫度 運動形式：水汽擴散和凝結. “夜潮”現象和“凍后聚墑”現象是土壤水汽凝結的結果。 水汽凝結：48/24h ，60100/年 頂凌耙地,p101,65,（二）土面蒸發規律（三個階段）,保墑措施 雨后或灌水后及時中耕或地面覆蓋是減少土壤水損失的重要措施,土壤水分蒸發分哪三個階段?如何保墑?,p101,66,三.土壤植物大氣連續體,概念(soil-plant-air contiunm) （SPAC） 植物從土中吸水直到最后蒸騰到大氣中去，看作是一個統一的物理過程和連續體系。 在SPAC中水流總是由水勢高處流向水勢低處。,SPAC循環體系,圖5-4 SPAC系統中水分運移過程模式圖,4,68,第五節 土壤水分狀況及水分平衡,田間水分平衡 土壤水分狀況 土壤水分狀況調節,69,第五節 土壤水分狀況及水分平衡,一、田間水分平衡(field moisture balance) 水=水收-水支 水=水降+水灌-水徑-水漏-水蒸-水騰 應用水平衡原理，可以了解作物 日耗水量，在灌區還可作為確定灌溉時間的依據。,p103-104,70,水平衡原理應用,例：某年4月18日灌拔節水前根層土壤含水量為89.6mm，當即灌水45mm。到4月26日再測同一根系土壤含水量為100mm，這一時期若無降水，灌溉后又無深層滲漏，則這一時期作物的日耗水量為 （89.6+45-100）/（26-18）=4.3mm/d,71,二、土壤水分狀況（了解）,土壤水分狀況 我國北方周年內土壤水分狀況可分四個時期： 1. 土壤濕度相對穩定期 2. 春夏之交土壤失水期 3. 夏季土壤水分聚集期 4. 晚秋至冬初的土壤失水期,p104-105,72,三、土壤水分狀況調節,1. 科學