1、第一节第一节 土壤水分的类型及有效性土壤水分的类型及有效性一、土壤水的重要性：一、土壤水的重要性： 所有的水只有进入土所有的水只有进入土壤转化为土壤水，才能被壤转化为土壤水，才能被植物吸收利用。土壤水是植物吸收利用。土壤水是作物吸水的最主要来源。作物吸水的最主要来源。 土壤水是土壤的最重要组成部分之一。土壤水是土壤的最重要组成部分之一。 土壤水是土壤形成发育的催化剂；土壤水是土壤形成发育的催化剂； 土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土壤土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土壤水实际上是指在水实际上是指在105105温度下从土壤中驱逐出来温度下从土壤中驱逐出来的水。的水。1、吸湿水、吸湿水(hydro
2、scopic water) 干土从空气中吸着水干土从空气中吸着水汽所保持的水，称为吸湿水。又称为紧束缚水，属汽所保持的水，称为吸湿水。又称为紧束缚水，属于无效水分。于无效水分。2、膜状水（薄膜水）膜状水（薄膜水） ( membraneous water) 指由土指由土壤颗粒表面吸附所保持的水层，壤颗粒表面吸附所保持的水层，膜状水的最大值叫膜状水的最大值叫最大分子持水量。薄膜水对植物生长发育来说属于最大分子持水量。薄膜水对植物生长发育来说属于弱有效水分，又称为松束缚水分。弱有效水分，又称为松束缚水分。二、土壤水分的类型和性质二、土壤水分的类型和性质水汽水汽土壤膜状膜状水水膜膜状状水水示示意意图图
3、土粒膜状水3、毛管水、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的水分，称为毛管水。水分，称为毛管水。毛管水是土壤中最毛管水是土壤中最宝贵的水分。宝贵的水分。 毛管水又可以分为两种类型。毛管水又可以分为两种类型。 毛管悬着水毛管悬着水(capillary supporting water) 土体中与地土体中与地下水位无联系的毛管水称下水位无联系的毛管水称毛管悬着水。毛管悬着水。 毛管支持水（毛管上毛管支持水（毛管上升水）升水） (capillary suspending water) 土体中与地下水位
4、土体中与地下水位有联系的毛管水称毛管有联系的毛管水称毛管支持水。支持水。地下水位高地下水位高地下水地下水位低位低水水沿沿着着毛毛管管上上升升毛管作用力范围：毛管作用力范围： 0.1-1mm有明显的毛管作用有明显的毛管作用0.05-0.1mm 毛管作用较强毛管作用较强 0.05-0.005mm 毛管作用最强毛管作用最强0.001mm 毛管作用消失毛管作用消失毛管作用毛管作用土土 粒粒地下水位毛管毛管悬着悬着水示水示意图意图土土 粒粒毛毛管管上上升升水水示示意意图图地下水位地下水位土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图.自地下水面向上供水的毛管水的网.充水的粗毛管供水土粒细毛管排除毛管水的大孔隙束缚水
5、占的孔隙充水的大孔隙*毛管水上升高度从地下水面到毛管上升谁所能达从地下水面到毛管上升谁所能达到的相对高度，叫毛管水上升高到的相对高度，叫毛管水上升高度。度。 h水柱高度（cm)，d孔隙直径（mm）土壤质地土壤质地 毛管水上升高度毛管水上升高度 土壤质地土壤质地 毛管水上升高度毛管水上升高度 砂砂 土土 0.50.51.0 1.0 中壤土，中壤土，重壤土重壤土 1.21.22.0 2.0 砂壤土，砂壤土，轻壤土轻壤土 1.5 1.5 粘粘 土土 0.80.81.01.0 不同土壤质地毛管水上升高度不同土壤质地毛管水上升高度4、重力水、重力水(gravitational water) 又称多余水，
6、是指土壤中充滞于又称多余水，是指土壤中充滞于充气孔隙中的水分。存在于土壤中的时充气孔隙中的水分。存在于土壤中的时间短，很快会因为重力作用而渗入或流间短，很快会因为重力作用而渗入或流出。出。河流河流三、土壤水分含量的表示方法三、土壤水分含量的表示方法（一）质量含水量（一）质量含水量（ m）100221WWWn（二）容积含水量（二）容积含水量（ v） V= m （三）相对含水量（三）相对含水量（%） 土壤相对含水量土壤含水量田间持水量（三）土壤贮水量（三）土壤贮水量 2、水方（、水方（ m3）wDV10/公顷方V方方/亩亩2/3Dw1、水深（、水深（DW） DW= Vh 或或Dhwini,1001
7、1mm（一）土壤水分常数（一）土壤水分常数(soil moisture constant) 在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分常数。分常数。吸湿系数吸湿系数(hygroscopic coefficient) 最大吸湿水量最大吸湿水量凋萎系数凋萎系数(wilting coefficient) 萎蔫含水量又称稳萎蔫含水量又称稳定凋萎含水量。植物因缺水凋萎并不能复原时的定凋萎含水量。植物因缺水凋萎并不能复原时的土壤含水量，又称萎蔫含水量。土壤含水量，又称萎蔫含水量。四、土壤水分常数及土壤水分有效性四、土壤水分常数及土壤水分有效性 田间持水量(field c
8、apacity) *： 毛管悬着水达到最大值时的土壤含水量称为田间持水量，通常作为灌溉水量定额的最高指标。 在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。 饱和含水量饱和含水量(saturated water content) 饱和含饱和含水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量。以水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量。以干土质量或容积的百分量表示。干土质量或容积的百分量表示。（二）（二）土壤水的有效性土壤水的有效性(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难易程度。植物吸收利用及其难易程度。 不能被植物吸收利用的水称为无效不能被植物吸收
9、利用的水称为无效水水,能被植物吸收利用的水称为有效水能被植物吸收利用的水称为有效水。 最大有效水含量是凋萎系数至田间最大有效水含量是凋萎系数至田间持水量的水分。持水量的水分。土壤水分在上限（田间持水量）和下土壤水分在上限（田间持水量）和下限（凋萎系数）之间同等有效。限（凋萎系数）之间同等有效。在上述范围内随土壤水分减少而降低。在上述范围内随土壤水分减少而降低。传统的土壤水分有效范围传统的土壤水分有效范围 土壤质地土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的土壤质地的影响主要是由土壤的表面积和孔隙系统的性质引起的。表面积和孔隙系统的性质引起的。 土壤结构土壤结构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高，团聚体土
10、壤孔隙度大，含水量高，持水孔隙发达，故有效水分含量高。如团聚体发持水孔隙发达，故有效水分含量高。如团聚体发育好的东北黑土。育好的东北黑土。 有机质含量有机质含量 有机质本身的持水量很大，更有机质本身的持水量很大，更能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质，能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质，可以扩大有效水范围。可以扩大有效水范围。( (三三) )影响土壤水分有效性的因素影响土壤水分有效性的因素土壤质地土壤质地 田间持水量 萎蔫系数有效含水范围松砂土松砂土 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轻粘土轻粘土 23.8 17.
11、4 6.4类类 型型 持水当量持水当量 萎蔫含水量萎蔫含水量 有效含水范围有效含水范围 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 13. 13.l l 返回第二节第二节 土壤水的能态土壤水的能态土壤土壤A砂土砂土10%土壤土壤B粘土粘土15%水流向何方？水流向何方？ 土水势是在标准大气压下，极小单位水量土水势是在标准大气压下，极小单位
12、水量从一个平衡的土一水系统可逆地移到和它温度相从一个平衡的土一水系统可逆地移到和它温度相同，处于参比状态水池时所做的功。同，处于参比状态水池时所做的功。 一、土水势概念一、土水势概念土作功水 渗透势渗透势s 渗透势又称溶质势，负值。土渗透势又称溶质势，负值。土壤溶质浓度越高，溶质势越低。壤溶质浓度越高，溶质势越低。 溶质势只有对半透膜的水分运动起作用。溶质势只有对半透膜的水分运动起作用。二、土水势的组成二、土水势的组成 基质势基质势m负值，当土壤饱和时最大负值，当土壤饱和时最大0.土壤含水量越高，基质势也越高。土壤含水量越高，基质势也越高。压力势压力势p正值。只有当土壤水分饱和时正值。只有当土
13、壤水分饱和时才有压力势在不饱和土壤中压力势为才有压力势在不饱和土壤中压力势为0.饱和土层饱和土层越深，压力势越高。越深，压力势越高。 p= wghV 重力势重力势g g重力势（重力势（ g）是指由重力作用）是指由重力作用而引起的土水势变化。而引起的土水势变化。 任何时候重力势都存在。高任何时候重力势都存在。高于参比面时为正，反之为负，参比面处重力势为于参比面时为正，反之为负，参比面处重力势为0.总水势：总水势： t= m+ p+ s+ g 请注意：在不同的情请注意：在不同的情况下，土壤总水势的况下，土壤总水势的各分势组成是不同的各分势组成是不同的。切记。切记。土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力
14、的土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的情况下所处的能态，简称吸力，但并不是情况下所处的能态，简称吸力，但并不是指土壤对水的吸力。指土壤对水的吸力。T T - - m m 如何用水吸力和水势判断如何用水吸力和水势判断水分运动的方向？请回答水分运动的方向？请回答。绝对正值绝对正值三、土壤水吸力三、土壤水吸力* * * * 一般谈及的吸力是指基质吸力，其值与一般谈及的吸力是指基质吸力，其值与 m相等，但符号相反。相等，但符号相反。四、土壤水势的定量测定四、土壤水势的定量测定土水势的标准单位：帕土水势的标准单位：帕（Pa） 1 Pa=0.0102厘米水柱厘米水柱 1 atm=1033厘米水柱厘米水柱=
15、1.0133bar 1 bar=0.9896atm=1020厘米水柱厘米水柱 1 bar=100000 Pa一般只能测定一般只能测定8 8万帕万帕以下的土壤水吸力。以下的土壤水吸力。五、土壤水分特征曲线五、土壤水分特征曲线* * * *：指土壤水分含量与土壤水吸力的关系曲线。目前尚无法从理论上推导出土壤含水率与土壤水吸力或基质势之间小关系，只能用实验方法获得水分特征曲线。 S=ab S=a(/s)b S=A(s-)n/m0 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%影响因素影响因素质地质地结构结构温度温度滞后现象滞后现象机理：滞后
16、现象沙土比粘土明显水分特征曲线的用途：水分特征曲线的用途：第四，应用数学物理方法对土壤中的水运动进第四，应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时，水分特征曲线是必不可少的重行定量分析时，水分特征曲线是必不可少的重要参数。要参数。首先，可利用它进行土壤水吸力首先，可利用它进行土壤水吸力S和含水率和含水率 之之间的换算间的换算(图图3.7)。其次，土壤水分特征曲线可以间接地反映出土其次，土壤水分特征曲线可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布。壤孔隙大小的分布。第三，水分特征曲线可用来分析不同质地土壤第三，水分特征曲线可用来分析不同质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
17、三节第三节 土壤水分运动土壤水分运动土壤水流动土壤水流动水分蒸发水分蒸发水分入渗水分入渗水分再分配水分再分配一、饱和流一、饱和流 (Saturated Soil Water Flow) 饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度，饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度，基本上服从饱和状态下多孔介质的达西定律基本上服从饱和状态下多孔介质的达西定律(Darcys law) *单位时间内通过单位面积土壤的水量，土壤水单位时间内通过单位面积土壤的水量，土壤水通量与土水势梯度成正比。通量与土水势梯度成正比。 qKHLs 土壤所有的孔隙都充满了水时，水分向土壤土壤所有的孔隙都充满了水时，水分向土壤下层
18、或横向运动的速度。下层或横向运动的速度。饱和流导水率饱和流导水率(Saturated hydraulic conductivity)饱和导水率的特点饱和导水率的特点 饱和率是常数饱和率是常数 是土壤导水率的是土壤导水率的MAX 主要取决于土壤的质地主要取决于土壤的质地 和结构。和结构。 沙质土沙质土 壤质土壤质土 粘粘质土质土影响饱和导水率的因素影响饱和导水率的因素 质地质地 水通量与孔隙半径水通量与孔隙半径4次方呈正比。次方呈正比。结构结构 土壤结皮对土壤饱和土壤结皮对土壤饱和导水率有显著的影响。导水率有显著的影响。有机质含量。有机质含量。粘土矿物种类。粘土矿物种类。二、土壤非饱和流二、土壤
19、非饱和流* （unsaturted soil water flaw) 土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度和重力势梯度。它也可用达西定律来描述，和重力势梯度。它也可用达西定律来描述，对一维垂向非饱和流，其表达式为：对一维垂向非饱和流，其表达式为：qKddxm ()非饱和流导水率非饱和流导水率(unsaturated hydrolic conductivity)(unsaturated hydrolic conductivity)土壤水吸力和导水率之间的关系土壤水吸力和导水率之间的关系 饱和条件下的总水势梯度可用饱和条件下的总水势梯度可用差分形式，而非包和条件
20、下则用微差分形式，而非包和条件下则用微分形式；分形式； 饱和条件下的土壤导水率饱和条件下的土壤导水率Ks对对特定土壤为一常数，而非饱和导水特定土壤为一常数，而非饱和导水率是土壤含水量或基质势（率是土壤含水量或基质势（ m）的）的函数。函数。 非饱和条件下土壤水流的数学表达非饱和条件下土壤水流的数学表达式与饱和条件下的类似，二者的区式与饱和条件下的类似，二者的区别在于：别在于：三、土壤水气运动三、土壤水气运动土壤气态水的运动表现为土壤气态水的运动表现为水汽扩散水汽扩散和和水汽凝结水汽凝结两种现象两种现象水汽扩散运动的推动力是水汽压梯度，水汽扩散运动的推动力是水汽压梯度，主要由土水势梯度或水吸力梯
21、度和温度主要由土水势梯度或水吸力梯度和温度梯度引起。梯度引起。1、“夜潮夜潮”现象现象多出现于地下水埋深度较浅的多出现于地下水埋深度较浅的“夜潮地夜潮地”。2、“冻后聚墒”现象*冬季表土冻结，水汽压降低，而冻层以下土层的水汽压较高，于是下层水汽不断向冻层集聚、冻结、使冻层不断加厚，其含水量有所增加，这就是“冻后聚墒”现象。 “冻后聚墒”的多少，主要决定于该土壤的含水量和冻结的强度。含水量高冻结强度大，“冻后聚墒”就比较明显。一般对土壤上层增水作用为24左右 。第四节第四节 土壤水分平衡土壤水分平衡一、土壤水分的来源一、土壤水分的来源 土壤水分土壤水分大气降水大气降水灌溉水地下水上升和大气中水汽
22、的凝地下水上升和大气中水汽的凝结也是土壤水分的来源。结也是土壤水分的来源。二、土壤水分的消耗二、土壤水分的消耗 渗漏、侧向径流和下渗径流渗漏、侧向径流和下渗径流二、土壤水分的消耗二、土壤水分的消耗 渗漏、侧向径流和下渗径流渗漏、侧向径流和下渗径流地下水河流河流土壤蒸发土壤蒸发土壤水汽进入大气的过程。土壤水汽进入大气的过程。植物蒸腾植物蒸腾三、土壤植物大气连续体(SPAC) (Soil-plant-atmosphere continuum) 由水势引起水由土壤进入植物体，再向大气扩散的体系。沙漠植物在200800万帕时仍能生存。四、土壤水分在土壤肥力中的四、土壤水分在土壤肥力中的作用作用 土壤水
23、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，它一方面直接供给植物吸收利用；另一方面它一方面直接供给植物吸收利用；另一方面又影响土壤的其它性状和肥力因素。又影响土壤的其它性状和肥力因素。 土壤水分影响土壤的养分状况土壤水分影响土壤的养分状况 土壤水分影响土壤的通气状况土壤水分影响土壤的通气状况 土壤水分影响土壤的热量状况土壤水分影响土壤的热量状况 土壤水分影响微生物和活动土壤水分影响微生物和活动 土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性 植被植被 蒸腾作用对土壤水分平衡关蒸腾作用对土壤水分平衡关系密切，植被组成和覆盖度对土壤水分状系密切，植被组成和覆
24、盖度对土壤水分状况都有较大影响。况都有较大影响。 气候气候 降雨量和蒸发是重要因素。降雨量和蒸发是重要因素。五、影响土壤水分状况的因素五、影响土壤水分状况的因素 土壤物理性质土壤物理性质 特别是土壤质地、结构特别是土壤质地、结构和有机质含量等到因素对水的渗透、流动和和有机质含量等到因素对水的渗透、流动和蒸发有重要影响。蒸发有重要影响。 地形地形 地形影响水分的再分配。地形影响水分的再分配。 水文地质水文地质 在不透水层接近地面、地下在不透水层接近地面、地下水位高的地方，或者有承压地下水来源的水位高的地方，或者有承压地下水来源的地方，由于地下水通过支持毛管水上行，地方，由于地下水通过支持毛管水上
25、行，在一定条件下可形成蒸发型。在一定条件下可形成蒸发型。 人为影响人为影响 如灌溉、排水以及耕作等土如灌溉、排水以及耕作等土壤管理措施。壤管理措施。 本章重点：本章重点：1 1、概念：吸湿水、毛管水、萎蔫含水量、田间持、概念：吸湿水、毛管水、萎蔫含水量、田间持水量、水量、土壤水吸力、夜潮作用、土壤水分特征曲线土壤水吸力、夜潮作用、土壤水分特征曲线2 2、为什么说毛管水是土壤中最宝贵的水分？、为什么说毛管水是土壤中最宝贵的水分？3 3、分析土壤水分的有效性、分析土壤水分的有效性4 4、研究土壤水有何重大意义、研究土壤水有何重大意义? ?土壤水在土壤中有何土壤水在土壤中有何重要作用重要作用? ? 5 5、土水势与土壤水吸力有何异同点？、土水势与土壤水吸力有何异同点？
