土壤水气热汇总课件.ppt

1、 土壤水分 l土壤水是作物吸收水分的主要来源，因此是作物生存的重要条件；l土壤水是土壤内部化学、生物和物理过程不可缺少的介质；l土壤水是土壤肥力的重要因素。-土壤水类型的划分与土壤水的研究方法有关。-土壤水的研究方法有：能量法和数量法。能量法的概念将在后续部分介绍。这里介绍基于数量法对土壤水类型的划分。（一）土壤水分的保持和分类（一）土壤水分的保持和分类1、土壤能够保持水分是两种不同的力作用的结果，一是土壤能够保持水分是两种不同的力作用的结果，一是土粒表面对水分子的土粒表面对水分子的吸附力吸附力；二是水和空气界面上的；二是水和空气界面上的弯月弯月面力面力（毛管力），两者总称为（毛管力），两者总

2、称为基质吸力基质吸力。土壤水一部分以土壤水一部分以水膜的形式被土粒吸附于表面，另一部分为水气界面的弯水膜的形式被土粒吸附于表面，另一部分为水气界面的弯月面力所保持，即使在很干旱的地区，也很难将两部分严月面力所保持，即使在很干旱的地区，也很难将两部分严格区分开。格区分开。2、土壤水分按其在土壤中受力大小和水分性质的不同大、土壤水分按其在土壤中受力大小和水分性质的不同大致分为以下类型：致分为以下类型：土壤水土壤水固态水固态水 冬季土壤结冰时存在冬季土壤结冰时存在液态水液态水气态水气态水 存在于土壤空气中存在于土壤空气中受土粒分子引力受土粒分子引力吸湿水吸湿水膜状水膜状水受毛管力作用受毛管力作用毛管

3、悬着水毛管悬着水毛管上升水毛管上升水受重力作用受重力作用重力水重力水地下水地下水-干燥土粒通过分子引力和静电引力的作用，从空气中吸持汽态水，使之在土粒表面形成一或数分子层厚的水膜，称为吸湿水。-没有溶解溶质的能力，不能呈液态自由移动，只有加热到105-110C时，才呈气态扩散。不能被植物吸收利用。-质地粘重、有机质含量高的土壤，吸湿水含量高。-土壤空气湿度达到近100%时，土壤吸湿水达到最大量。此时的含水量称为吸湿系数。l当土壤含水量达到最大吸湿量时，土粒对周围水分子还有剩余引力，可以在吸湿水外层又吸附一层新的液态水膜。这层新的水膜就称为膜状水。l基本性质与液态水相似，但粘滞性较大，无溶解性。

4、可以沿土粒从水膜厚处想薄处移动。土壤膜状水含量达到最大时，成为最大分子持水量。l当根接触膜状水时，膜状水可以被吸收。但膜状水对植物而言是供不应求的。但膜状水尚未完全被利用之前，植物就会出现凋萎状态。l植物因缺水而出现永久萎焉时的土壤含水量，称为凋萎系数。l凋萎系数是植物可以利用的有效水的下限，它因土壤和植物的不同而不同。l当土壤含水量超过最大分子持水量时，水分子不再受土粒表面引力的作用，而是靠毛管引力而保持在土壤的毛管孔隙中，这部分的水就称为毛管水。l毛管水具有自由水的特点，能溶解溶质，移动速度快，可以满足作物的需要，是作物可以利用的土壤水分的主要形态。l根据毛管水与地下水的联系情况和所处的地

5、形部位，可以将其分为毛管上升水和毛管悬着水。l降雨或灌溉以后，由于毛管力的作用而保留在土壤上层的水分，称为毛管悬着水。l毛管悬着水达到最大量时的含水量，称为田间持水量。l田间持水量是旱地土壤有效水的上限。l地下水随毛管孔隙上升而被毛管力保持在土壤中的水份，称为毛管上升水。l当地下水位适当时，毛管上升水是作物所需水份的重要来源。l毛管上升水达到最大量时的土壤含水量，称为毛管持水量。l毛管上升水的高度与孔隙的半径成反比。但当孔隙过细时，管壁对水份运动的阻力增加，因而上升高度反而变小。l当土壤水份超过田间持水量时，多余的水份不能为毛管所保持而在重力作用下沿着大孔隙向下渗漏，这部分水就称为重力水。l重

6、力水对作物是有效的，但由于它渗漏很快，不能被保持，所以对旱作而言是无效的。l当重力水达到饱和，即土壤孔隙全部充满水份时，土壤的含水量就称为饱和持水量。指土壤水的重量占干土重量的百分率。指土壤水的重量占干土重量的百分率。指土壤中水的容积占自然状态下土壤指土壤中水的容积占自然状态下土壤容积的百分数。容积的百分数。水水+气气=总孔隙容积总孔隙容积 土壤空气容积百分数土壤空气容积百分数=孔隙度水孔隙度水容容（%）土壤固相物质所占的容积百分数土壤固相物质所占的容积百分数=1一孔隙度一孔隙度可求出土壤固液气三相物质容积比可求出土壤固液气三相物质容积比水分体积 土壤含水量（水容%）=土壤体积 100%=水重

7、(%)土壤容重 土壤水重（g）湿土重烘干土重 水重（%）=烘干土重(g)100%=烘干土重（g）100%（三）水层厚度（三）水层厚度 （四）水的体积（四）水的体积 将一定面积和一定深度土层中含水总量，将一定面积和一定深度土层中含水总量，换算成水的体积来表示。换算成水的体积来表示。若面积为亩则：若面积为亩则：式中式中1/1000是将毫米数换算成米数，是将毫米数换算成米数，2000/3为一亩地面积（为一亩地面积（m2）此表示方法与水利相应，在农田灌溉中应用极广，便于计算灌水量。此表示方法与水利相应，在农田灌溉中应用极广，便于计算灌水量。200012水 的 体 积（m3/亩）=3 水 层 厚 度(m

8、 m)1000=3 水 层 厚 度(m m)（五）相对含水量五）相对含水量 指土壤自然含水量占田间持水量的百指土壤自然含水量占田间持水量的百分数分数 相对含水量相对含水量%100 ）田间持水量（水）土壤含水量（水重重l在经典物理学中，将能量分为动能和势能两种基本形式。由于土壤水的运动速度很慢，它的动能可以忽略不计。而由于位置和内部状况所产生的势能，在决定土壤水的状态和运动方面十分重要。l物体从势能高处向低处移动，从自由能高处向自由能低处移动。l进入土壤的自由水，由于受到各种力的作用，它的活动能力减弱了。换句话说，与相同条件下的纯自由水相比，土壤水所含的能量降低了。l如果把同样温度、高度和大气压

9、等条件的纯自由水的水势等为零，则土水势为负值。l（一）土水势l所谓土水势，就是指土壤水的势能与纯自由水的能量之差。l从热力学角度出发，可以将土壤水的势能看成是土壤水和标准水之间化学势的差异。l水势是除温度以外的所有影响水的化学势的各种因素之和。因此，土水势由各种分势组成：=m+p+s+g.l由于土壤的基质吸力（即弯月面力和吸附力）对水份的吸持而引起的水份势值的降低，成为基质势。l一般以纯自由水的水势为零作为参比标准，所以基质势是负值。l含水量越高，基质势的绝对值越低。l当土壤水分处于饱和状态时，基质势趋于零。l因此，基质势对非饱和土壤的水势运动和保持有极其重要的作用。l在饱和状态下，土壤水份所

10、承受的压力与参照水面的差值，称为压力势。l不饱和土壤中水的压力势等于零。只有在饱和土壤中，土壤水已经形成连续体的情况下，土壤水才存在压力势。l压力势大于参比标准，所以压力势恒为正值。l同一土壤剖面中，深度越大，压力势越越大。l由于土壤溶质对土壤水的作用而引起的水分势值的降低，称为溶质势。l其数值与渗透压相等，符号相反，为负值。l土壤中没有半透膜，所以溶质势对土壤水本身的运动并没有什么作用，但对根系吸水有影响。l土壤水由于其所处的位置不同，因重力影响而产生的势能也不同，有此而产生的水势称为重力势。l重力势可正可负，它是与参照面相对而言的。参照面以上的土壤水重力势为正值，参照面以下的为负值。l通常

11、选择剖面内部或底面边界。l土水势代表土壤水分总的能量水平。土水势的绝对值越小，土壤水分的能量水平就越高。l土壤水总是从土水势高（即绝对值）低处移动。l如果只考虑土壤水分运动，而不考虑植物对水的吸收，溶质势可以忽略。其余三个分势和称为水力势：h=m+p+gl指土壤水在承受一定吸力的情况下所处的能态。l土壤水吸力不是指土壤对水的吸力。l上面讨论的基质吸力和溶质吸力一般为负值，在使用中不太方便。所以将二者之和的绝对值定义为吸力（S）。也可以分别称之为基质吸力和溶质吸力。l土壤水总是从吸力低处向吸力高处流动。l单位容积土壤水的势能值用压力表示，标准单位帕(Pa)，或千帕（KPa），兆帕（MPa），习惯

12、上也曾用巴（bar）和大气压（atm）表示。l单位重量的土壤水的势能值用相当于一定压力的水柱高厘米数表示。l上述单位之间的关系是：l1Pa=0.0102厘米水柱l1atm=1033厘米水柱=1.0133barl1bar=0.9896atm=1020厘米水柱l有多种方法，如：张力计法、压力膜法、冰点下降法、水气压法等。它们的适宜范围不同。l最常测定的是基质势，仪器为张力计。l土壤水的基质势或土壤水吸力是随土壤含水量的变化而变化的。它们之间的关系曲线称为土壤水分特征曲线或土壤持水曲线。l土壤含水量与土壤水吸力呈负相关，随含水量升高，土壤水吸力降低。l含水量相同时，不同质地土壤水吸力大小顺序为：粘土

13、壤土砂土l土壤水吸力相同时，不同质地土壤含水量大小顺序为：粘土壤土砂土l土壤水分的有效性指土壤水是否能被植物利用及其被利用的难易程度。l传统的水分形态学观点认为：旱地土壤水分有效性的上限是田间持水量，下限是凋萎系数。土壤有效水最大贮量（土壤有效水最大贮量（%）=田间持水量（田间持水量（%）凋萎系数）凋萎系数（%）土壤实际有效水含量（土壤实际有效水含量（%）=土壤自然含水量（土壤自然含水量（%）凋萎系）凋萎系数（数（%）l（二）河北省土壤水分季节变化l冬季冻融聚墒期l早春墒情平稳期l晚春初夏干旱期l雨季收蓄墒期l（三）土壤水分状况与作物生长l1 作物对土壤水分的需求l若某一生育期土壤缺水,对作物

14、产量影响最为严重,这一时期称为需水临界期。l2 土壤水分影响作物对养分的吸收l l液态水运动l汽态水运动l饱和水运动l不饱和水运动l土壤被水所饱和时产生的水分运动。l按照饱和水运动的方向，可以将其分为垂直向下饱和运动、垂直向上饱和运动和水平饱和运动。l在田间常见到的是垂直向下的饱和运动。l饱和水运动的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度。l多数田间条件下，土壤水是不饱和的。l非饱和流的推动力是基质势和重力势梯度。其中主要的是基质势梯度。l非饱和水总是从水膜厚处向水膜薄处运动；从粗孔隙向细孔隙运动。l在细孔隙多的壤土、粘土中非饱和水运动速度比砂土大。l土壤中的水汽运动主要靠扩散作用进行。l水汽从气

15、压高处移向气压低处，从温度高处移向温度低处。l土壤水汽运动可以发生在不同层次之间，也可以发生在土壤与大气之间。l土壤水以汽态扩散到大气中的现象，称为土壤蒸发。这是土壤水分损失的重要途径。l土壤空气中的氧气含量l土壤空气中的二氧化碳含量l土壤空气中的水汽含量l土壤空气的不稳定性l土壤空气中的还原性气体l土壤空气的成分随着时间和空间变化二、土壤空气对作物生长的影响二、土壤空气对作物生长的影响（一）土壤空气影响种子萌发和根系的发育（一）土壤空气影响种子萌发和根系的发育（二）土壤空气影响土壤养分状况（二）土壤空气影响土壤养分状况（三）土壤空气影响植物抗病性（三）土壤空气影响植物抗病性l土壤通气性泛指土

16、壤空气与大气进行交换、不同土层之间气体扩散或流动的性能。l其重要性在于补充氧气。l如果没有大气氧气的补充，土壤中的氧气将迅速被耗尽，缺氧将严重影响根系的正常生长，影响好气微生物的活动，从而影响土壤养分的有效化。一些有毒的还原性物质的累积将毒害根系，严重时会使植物死亡。1、气体扩散、气体扩散 指某种气体由于分压梯度而产生的移动。这是土壤与大气进行气体交换的主要形式。土壤呼吸:O2（大气）土壤 CO2（土壤）大气l由于土壤空气与大气之间存在总压力梯度而引起的气体运动，称为整体流动。l大气压、温度、风、降水、灌溉水的挤压等都可以引起气体的整体流动。土壤的通气孔隙度 土壤通气孔隙度=总孔隙度-容积含水

17、量对多数土壤来说，土壤的通气孔隙度应大于10%。（一）太阳的辐射能（二）生物热（三）地球内热 l土壤热量平衡土壤热量平衡l 土壤热量平衡是指土壤热量的收支情况。lQ=E-Q1-Q2-Q3l （一）、土壤热容量（C）土壤热容量指单位质量或容积的土壤每升高（或降低）1C所需要（或放出）的热容量。Cv=C*:土壤容重l土壤导热率它是指在面积为1cm2、相距1cm的两截面上温度相差1度（0C）时，每秒中所通过该单元土体的热量焦耳数。其单位为J/（cms 0C）。l l三、三、土壤温度与作物生长土壤温度与作物生长l1 土壤温度与种子萌发l2 土壤温度与作物根系生长l3 土壤温度与作物营养生长和生殖生长l

18、4 土壤温度影响养分转化与吸收一、土壤水、气、热之间的相互一、土壤水、气、热之间的相互关系关系1、土壤水、气之间的相互关系2、土壤水、热之间的相互关系 （一）加强农田基本建设，改善水、气、热状况（1）完善田间排灌系统（2）建立防护林带（3）培肥土壤：改善结构，水气并存 （二）合理排灌，控制水分，调节气、热-早春秧田“日排夜灌”，有利于保温，防止冻害；-炎夏“日灌夜排”，可降低土温-稻田管理中有“浅水灌溉”、“排水晒田”等措施，有利于调节土温，兼有调节空气的效果（三）合理耕作、轮作、蓄水、通气、增温1、深耕2、中耕3、轮作和垄作 （四）地面覆盖 常用的有塑料薄膜、草帘、槁杆等。覆盖可以提高土温，减少蒸发。（五）特殊措施 设立风障，建立温室、使用土面增温剂等