1、第六章第六章 土壤水土壤水第一頁，共57頁。第一節(jié)第一節(jié) 土壤水分的類型及有效性土壤水分的類型及有效性一、土壤水的重要性：一、土壤水的重要性： 所有的水只有進入土壤轉(zhuǎn)化為所有的水只有進入土壤轉(zhuǎn)化為土壤水，才能被植物吸收利用。土土壤水，才能被植物吸收利用。土壤水是作物吸水的最主要來源。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土壤水是土壤的最重要組成部分之一。分之一。 土壤水是土壤形成發(fā)育的催化劑；土壤水是土壤形成發(fā)育的催化劑； 土壤水并非純水、而是稀薄的土壤水并非純水、而是稀薄的溶液。土壤水實際上是指在溶液。土壤水實際上是指在105溫溫度下從土壤中驅(qū)逐出來的水。度下從土壤中驅(qū)逐出

2、來的水。第二頁，共57頁。1、吸濕水、吸濕水(hydroscopic water) 干土從空氣中吸著水汽干土從空氣中吸著水汽所保持的水，稱為吸濕水。又稱為緊束縛水，屬于無所保持的水，稱為吸濕水。又稱為緊束縛水，屬于無效水分。效水分。2、膜狀水薄膜水、膜狀水薄膜水 ( membraneous water) 指由指由土壤顆粒外表吸附所保持的水層，膜狀水的最大值叫最土壤顆粒外表吸附所保持的水層，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。水分，又稱為松束縛水分。二、土壤水分的類型和性質(zhì)二、土壤水分的類型和性

3、質(zhì)水汽水汽土壤膜狀水膜狀水第三頁，共57頁。膜膜狀狀水水示示意意圖圖土粒膜狀水第四頁，共57頁。3、毛管水、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤中毛管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。孔隙所產(chǎn)生的毛管引力所保持的水分，稱為毛管水。毛管水是土壤中最珍貴的水分。毛管水是土壤中最珍貴的水分。 毛管水又可以分為兩種類型。毛管水又可以分為兩種類型。第五頁，共57頁。 毛管懸著水毛管懸著水(capillary supporting water) 土體中土體中與地下水位無聯(lián)絡(luò)的毛管與地下水位無聯(lián)絡(luò)的毛管水稱毛管懸著水。水稱毛管懸著水。 毛管支持水毛管上毛管

4、支持水毛管上升水升水 (capillary suspending water) 土體土體中與地下水位有聯(lián)絡(luò)的中與地下水位有聯(lián)絡(luò)的毛管水稱毛管支持水。毛管水稱毛管支持水。地下水位高地下水位高地下水位地下水位低低第六頁，共57頁。水水沿沿著著毛毛管管上上升升毛管作用力范圍：毛管作用力范圍： 有明顯的毛管作用有明顯的毛管作用0.05-0.1mm 毛管作用較強毛管作用較強 0.05-0.005mm 毛管作用最強毛管作用最強0.001mm 毛管作用消毛管作用消失失第七頁，共57頁。土土 粒粒地下水位毛管毛管懸著懸著水示水示意圖意圖第八頁，共57頁。土土 粒粒毛管毛管上升上升水示水示意圖意圖地下水位地下水

5、位第九頁，共57頁。土壤毛管水從地下水汲取水分的示意圖.自地下水面向上供水的毛管水的網(wǎng).充水的粗毛管供水土粒細毛管排除毛管水的大孔隙束縛水占的孔隙充水的大孔隙第十頁，共57頁。*毛管水上升高度從地下水面到毛管上升誰所能到達的相對高度，叫毛管水上升高度。 h水柱高度cm)，d孔隙直徑mm第十一頁，共57頁。土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地 毛管水上升高度毛管水上升高度 土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地 毛管水上升高度毛管水上升高度 砂砂 土土 1.0 中壤土，中壤土，重壤土重壤土 2.0 砂壤土，砂壤土，輕壤土輕壤土 1.5 1.5 粘粘 土土 1.0 不同土壤質(zhì)地毛管

6、水上升高度不同土壤質(zhì)地毛管水上升高度第十二頁，共57頁。4、重力水、重力水(gravitational water) 又稱多余水，是指土壤中充又稱多余水，是指土壤中充滯于充氣孔隙中的水分。存在于滯于充氣孔隙中的水分。存在于土壤中的時間短，很快會因為重土壤中的時間短，很快會因為重力作用而滲入或流出。力作用而滲入或流出。第十三頁，共57頁。三、土壤水分含量的表示方法三、土壤水分含量的表示方法（一）質(zhì)量含水量（一）質(zhì)量含水量（ m）100221WWWn二容積含水量二容積含水量 v V=m （三）相對含水量（三）相對含水量（%） 土壤相對含水量土壤含水量田間持水量第十四頁，共57頁。三土壤貯水量三土壤

7、貯水量 2、水方（、水方（ m3）wDV10/公頃方V方方/畝畝2/3Dw1、水深、水深DW DW= Vh 或或Dhwini,10011mm第十五頁，共57頁。一土壤水分常數(shù)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在一定條件下的土壤特征性含水量稱土壤水分常數(shù)。常數(shù)。吸濕系數(shù)吸濕系數(shù)(hygroscopic coefficient) 最大吸濕水量最大吸濕水量凋萎系數(shù)凋萎系數(shù)(wilting coefficient) 萎蔫含水量又稱穩(wěn)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)原時的土定凋萎含水量。植物因缺水凋萎并不能復(fù)原時的

8、土壤含水量，又稱萎蔫含水量。壤含水量，又稱萎蔫含水量。四、土壤水分常數(shù)及土壤水分有效性四、土壤水分常數(shù)及土壤水分有效性 第十六頁，共57頁。田間持水量田間持水量(field capacity) *： 毛管懸著水到達最大值時的土壤含水量稱為田間持水量，毛管懸著水到達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)。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。在數(shù)量上它包括吸濕水、膜狀水和毛管懸著水。 飽和含水量飽和含水量(saturated water content) 飽和含水量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)量或是指土壤中

9、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。容積的百分量表示。第十七頁，共57頁。二土壤水的有效性二土壤水的有效性(availability) 土壤水的有效性是指土壤水能否被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。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不能被植物吸收利用的水稱為無效水水,能被植物吸收利用的水稱為有效水。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)至田間持最大有效水含量是凋萎系數(shù)至田間持水量的水分。水量的水分。第十八頁，共57頁。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。在上述范圍內(nèi)隨土壤水分減少而降低。傳統(tǒng)的

10、土壤水分有效范圍第十九頁，共57頁。 土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地 土壤質(zhì)地的影響主要是由土壤的土壤質(zhì)地的影響主要是由土壤的外表積和孔隙系統(tǒng)的性質(zhì)引起的。外表積和孔隙系統(tǒng)的性質(zhì)引起的。 土壤構(gòu)造土壤構(gòu)造 團聚體土壤孔隙度大，含水量高，持水團聚體土壤孔隙度大，含水量高，持水孔隙興隆，故有效水分含量高。如團聚體發(fā)育好的東孔隙興隆，故有效水分含量高。如團聚體發(fā)育好的東北黑土。北黑土。 有機質(zhì)含量有機質(zhì)含量 有機質(zhì)本身的持水量很大，更能有機質(zhì)本身的持水量很大，更能促進良好土壤構(gòu)造的形成，所以多施有機質(zhì)，可以促進良好土壤構(gòu)造的形成，所以多施有機質(zhì)，可以擴大有效水范圍。擴大有效水范圍。第二十頁，共57頁。土壤質(zhì)地土壤

11、質(zhì)地 田間持水量 萎蔫系數(shù)有效含水范圍松砂土松砂土 4.5 1.8 2.7 砂壤土砂壤土 12.0 6.6 5.4 中壤土中壤土 20.7 7.8 12.9輕粘土輕粘土 23.8 17.4 6.4第二十一頁，共57頁。類類 型型 持水當(dāng)量持水當(dāng)量 萎蔫含水量萎蔫含水量 有效含水范圍有效含水范圍 壤壤 土土 20.0 20.0 7.1 7.1 13.13.ll 泥泥 炭炭 166 166 82.3 82.3 83.7 83.71/21/2壤土壤土1/21/2泥炭泥炭 31 31 14.5 14.5 16.5 16.54/54/5壤土十壤土十1/51/5泥炭泥炭 21.6 21.6 8.5 8.5

12、 13. 13.l l 返回第二十二頁，共57頁。第二節(jié)第二節(jié) 土壤水的能態(tài)土壤水的能態(tài)土壤土壤A砂土砂土10%土壤土壤B粘土粘土15%第二十三頁，共57頁。 土水勢是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，極小單位水量從一個土水勢是在標(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一樣，處于參平衡的土一水系統(tǒng)可逆地移到和它溫度一樣，處于參比狀態(tài)水池時所做的功。比狀態(tài)水池時所做的功。 一、土水勢概念一、土水勢概念土作功水第二十四頁，共57頁。 浸透勢浸透勢s 浸透勢又稱溶質(zhì)勢，負值。土浸透勢又稱溶質(zhì)勢，負值。土壤溶質(zhì)濃度越高，溶質(zhì)勢越低。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動起作用

13、。溶質(zhì)勢只有對半透膜的水分運動起作用。二、土水勢的組成二、土水勢的組成 基質(zhì)勢基質(zhì)勢m負值，當(dāng)土壤飽和時最大負值，當(dāng)土壤飽和時最大0.土壤含水量越高，基質(zhì)勢也越高。土壤含水量越高，基質(zhì)勢也越高。第二十五頁，共57頁。壓力勢壓力勢p正值。只有當(dāng)土壤水分飽和時才正值。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有壓力勢在不飽和土壤中壓力勢為0.飽和土層越深，飽和土層越深，壓力勢越高。壓力勢越高。 p= wghV 重力勢重力勢g重力勢重力勢g是指由重力是指由重力作用而引起的土水勢變化。作用而引起的土水勢變化。 任何時候重力勢都任何時候重力勢都存在。高于參比面時為正，反之為負，參比面存在。高于

14、參比面時為正，反之為負，參比面處重力勢為處重力勢為0.第二十六頁，共57頁。總水勢：總水勢： t= m+ p+ s+ g 第二十七頁，共57頁。土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的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。指土壤對水的吸力。T T- - m m 如何用水吸力和水勢判斷水分如何用水吸力和水勢判斷水分運動的方向？請答復(fù)。運動的方向？請答復(fù)。絕對正值絕對正值三、土壤水吸力三、土壤水吸力* * * * 一般談及的吸力是指基質(zhì)吸力，其值與一般談及的吸力是指基質(zhì)吸力，其值與 m相等，但符號相反。相等，但符號

15、相反。第二十八頁，共57頁。四、土壤水勢的定量測定四、土壤水勢的定量測定土水勢的標(biāo)準(zhǔn)單位：帕土水勢的標(biāo)準(zhǔn)單位：帕Pa 厘米水柱厘米水柱 1 atm=1033厘米水柱厘米水柱 1 bar=0.9896atm=1020厘米水柱厘米水柱 1 bar=100000 Pa第二十九頁，共57頁。一般只能測定一般只能測定8 8萬帕以萬帕以下的土壤水吸力。下的土壤水吸力。第三十頁，共57頁。五、土壤水分特征曲線五、土壤水分特征曲線* * * *：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，只能用實驗方法獲得水分特征曲線。 S=ab S=a(/s)b

16、S=A(s-)n/m第三十一頁，共57頁。0 10 20 30 40 50 60 70土土壤壤水水吸吸力力黏土黏土壤土壤土砂土砂土土壤含水量土壤含水量%影響因素影響因素質(zhì)地質(zhì)地構(gòu)造構(gòu)造溫度溫度滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象第三十二頁，共57頁。機理：滯后現(xiàn)象沙土比粘土明顯第三十三頁，共57頁。水分特征曲線的用處：水分特征曲線的用處：第四，應(yīng)用數(shù)學(xué)物理方法對土壤中的水運動進第四，應(yīng)用數(shù)學(xué)物理方法對土壤中的水運動進展定量分析時，水分特征曲線是必不可少的重展定量分析時，水分特征曲線是必不可少的重要參數(shù)。要參數(shù)。首先，可利用它進展土壤水吸力首先，可利用它進展土壤水吸力S和含水率和含水率之之間的換算間的換算(圖圖3.

17、7)。其次，土壤水分特征曲線可以間接地反映出土其次，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。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。的持水性和土壤水分的有效性。第三十四頁，共57頁。第三節(jié)第三節(jié) 土壤水分運動土壤水分運動土壤水流動土壤水流動水分蒸發(fā)水分蒸發(fā)水分入滲水分入滲水分再分配水分再分配第三十五頁，共57頁。一、飽和流一、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，根飽和流的推動力主要是重力勢梯度和壓力勢梯度，根本上服從飽和狀態(tài)下

18、多孔介質(zhì)的達西定律本上服從飽和狀態(tài)下多孔介質(zhì)的達西定律(Darcys law) *單位時間內(nèi)通過單位面積土壤的水量，土壤水通量與單位時間內(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。土水勢梯度成正比。 qKHLs 第三十六頁，共57頁。第三十七頁，共57頁。 土壤所有的孔隙都充滿了水時，水分向土壤土壤所有的孔隙都充滿了水時，水分向土壤下層或橫向運動的速度。下層或橫向運動的速度。飽和流導(dǎo)水率飽和流導(dǎo)水率(Saturated hydraulic conductivity)飽和導(dǎo)水率的特點飽和導(dǎo)水率的特點 飽和率是常數(shù)飽和率是常數(shù) 是土壤導(dǎo)水率的是土壤導(dǎo)水率的MAX 主要取決于土壤的質(zhì)地主

19、要取決于土壤的質(zhì)地 和結(jié)構(gòu)。和結(jié)構(gòu)。 沙質(zhì)土沙質(zhì)土 壤質(zhì)土壤質(zhì)土 粘質(zhì)粘質(zhì)土土影響飽和導(dǎo)水率的因素影響飽和導(dǎo)水率的因素 質(zhì)地質(zhì)地 水通量與孔隙半徑水通量與孔隙半徑4次方呈正比。次方呈正比。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 土壤結(jié)皮對土壤飽和土壤結(jié)皮對土壤飽和導(dǎo)水率有顯著的影響。導(dǎo)水率有顯著的影響。有機質(zhì)含量。有機質(zhì)含量。粘土礦物種類。粘土礦物種類。第三十八頁，共57頁。二、土壤非飽和流二、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。它也可用達西定律來描繪，對一維垂力勢梯度。它也可用達西定律來描繪，對一

20、維垂向非飽和流，其表達式為：向非飽和流，其表達式為：qKddxm ()第三十九頁，共57頁。非飽和流導(dǎo)水率非飽和流導(dǎo)水率(unsaturated hydrolic conductivity)(unsaturated hydrolic conductivity)土壤水吸力和導(dǎo)水率之間的關(guān)系土壤水吸力和導(dǎo)水率之間的關(guān)系 第四十頁，共57頁。 飽和條件下的總水勢梯度可用差分飽和條件下的總水勢梯度可用差分形式，而非包和條件下那么用微分形形式，而非包和條件下那么用微分形式；式； 飽和條件下的土壤導(dǎo)水率飽和條件下的土壤導(dǎo)水率Ks對對特定土壤為一常數(shù)，而非飽和導(dǎo)水特定土壤為一常數(shù)，而非飽和導(dǎo)水率是土壤含水量

21、或基質(zhì)勢率是土壤含水量或基質(zhì)勢m的的函數(shù)。函數(shù)。 非飽和條件下土壤水流的數(shù)學(xué)表達非飽和條件下土壤水流的數(shù)學(xué)表達式與飽和條件下的類似，二者的區(qū)式與飽和條件下的類似，二者的區(qū)別在于：別在于：第四十一頁，共57頁。三、土壤水氣運動三、土壤水氣運動土壤氣態(tài)水的運動表現(xiàn)為土壤氣態(tài)水的運動表現(xiàn)為水汽擴散水汽擴散和和水汽凝結(jié)水汽凝結(jié)兩種現(xiàn)象兩種現(xiàn)象水汽擴散運動的推動力是水汽壓梯度，主水汽擴散運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要由土水勢梯度或水吸力梯度和溫度梯度引起。引起。第四十二頁，共57頁。1、“夜潮現(xiàn)象夜潮現(xiàn)象多出現(xiàn)于地下水埋深度較淺的多出現(xiàn)于地下水埋深度較淺的“夜潮地。夜

22、潮地。第四十三頁，共57頁。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。 “凍后聚墑的多少，主要決定于該土壤的含水量和凍結(jié)的強度。含水量高凍結(jié)強度大，“凍后聚墑就比較明顯。一般對土壤上層增水作用為24左右 。第四十四頁，共57頁。第四節(jié)第四節(jié) 土壤水分平衡土壤水分平衡一、土壤水分的來源一、土壤水分的來源 土壤水分土壤水分大氣降水大氣降水灌溉水地下水上升和大氣中水汽的凝結(jié)地下水上升和大氣中水汽的凝結(jié)也是土壤水分的來源。也是土壤水分的來源。第四十五頁，共57頁。二、土壤水分的消耗

23、二、土壤水分的消耗 滲漏、側(cè)向徑流和下滲徑流滲漏、側(cè)向徑流和下滲徑流第四十六頁，共57頁。二、土壤水分的消耗二、土壤水分的消耗 滲漏、側(cè)向徑流和下滲徑流滲漏、側(cè)向徑流和下滲徑流地下水河流河流第四十七頁，共57頁。土壤蒸發(fā)土壤蒸發(fā)土壤水汽進入大氣的過程。土壤水汽進入大氣的過程。植物蒸騰植物蒸騰第四十八頁，共57頁。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入植物體，再向大氣擴散的體系。沙漠植物在200800萬帕?xí)r仍能生存。第四十九頁，共57頁。第五十頁，共57頁。四、土壤水分在土壤肥力中的作用四、土壤水分在土壤肥力中的作用 土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，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。面又影響土壤的其它性狀和肥力因素。第五十一頁，共57頁。 土壤水分影響土壤的養(yǎng)分狀況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通氣狀況 土壤水分影響土壤的熱量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微生物和活動 土壤