《土x壤水》PPT课件.ppt

1,土壤肥料学,主讲教师：赵建荣,2,教学内容,第一节 土壤水在农业生态系统中重要性 第二节 土壤水的基础知识 第三节 土壤水分研究的形态学与能态学 第四节 土壤水的运动规律 第五节 土壤水状况及水分平衡,3,4.1土壤水在农业生态系统中重要性,我国水资源概况 我国农业水资源状况 土壤水在农业生态系统中的重要作用,一.我国水资源概况,我国水资源的基本特点： 1.水资源空间分布特点 地区间水资源分布不均匀，水土组合极不平衡。如占国土面积69%的山地、丘陵区,水源工程建设难度大,缺水严重; 2. 时间分布特征 降雨集中,年际之间变化大,可利用水量少,旱涝灾害频繁;,p82,3. 水资源与耕地资源组合不协调 我国北方耕地多而水资源量小，南方地区耕地少而水资源丰富。 我国农业水资源缺乏且用量大，但利用率低，短缺与浪费是我国农业用水紧张的重要特征。 4.水质差、水污染严重;水分利用率低。 我国水资源开发利用率已经很高,接近世界平均水资源开发利用率的三倍,很难进一步提高;,返回,6,我国农业水资源状况,我国人均占有水量是世界的1/4,每公顷占有水量为世界的3/4,约有一半以上的旱地得不到灌溉,是世界13个最缺水的国家之一。,资料,返回,二.土壤水在农业生态系统中的重要作用,1.土壤水的含义 土壤水=土壤溶液 105条件下能从土壤中分离出来的水。 2.重要性 土壤水、地表水、地下水、大气水、植物水成为五水转换系统的中心环节。,返回,8,4.2 土壤水的基础知识,土壤水分的表示方法 测定技术（自学） 土壤墒情（了解）,9,一.土壤水分的表示方法,1、质量含水量(水w %) (mass water content of soil),计算土壤含水量时，以干土重为计算基础，这样才能反映土壤的水分状况。,p83,10,容积百分数(水v%) 土壤所含水分的容积占土壤总容积的百分数,根据水分的容积百分数可算出土壤中空气含量并进而算出土壤固、液、气三相的比例。,2、容积百分数(水v%) (volumetric water content of soil),水v%=水w%土壤容重,p83,11,土壤水贮量是指一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。在土壤物理，农田水利学、水文学中经常要用到，它主要有两种表达方式：,3、土壤贮水量,例4 如某土层厚度为10cm，容积含水量为25，求水深。 Dw =（1025）2.5(cm)25(mm),12,例： 容重为1.2g/cm3的土壤，初始含水量为10%，田间持水量为30%， 降雨10mm，若全部入渗，可使多深土层达田间持水量？ 解: 先将土壤含水量水w%换算为水v% 初始含水量 水v%=10%1.2=12% 田间持水量 水v%=30%1.2=36% 因水mm= 水v% 土层厚度 土层厚度=水mm/水v%=10/(0.36-0.12) =41.7（mm）,13, 即一定面积一定厚度土壤中所含水量的体积数 在数量上，它可简单由hw与所指定面积(如1亩、1公顷)相乘求出，但要注意二者单位一致性。 在灌排计算中常用到这一参数，以确定灌水量和排水量,14,作用:与灌溉水量的表示方法一致，便于计算库容和灌水量。 例：一容重为1g/cm3的土壤，初始含水量为12%，田间持水量为30%，要使30cm土层含水量达田间持水量的80%，需灌水多少（方/亩）？ 解：田间持水量的80%为：30%80%=24% 30cm土层含水达田间持水量80%时 水mm=(0.24-0.12)1300=36(mm) 2/336=24(方/亩),方/亩=水mm1/100010000/15=2/3水mm,15,4.土壤相对含水量 (relative water content of soil),土壤相对含水量 实际含水量占该土壤田间持水量的百分数 一般土壤相对含水量为60%80%最适宜旱作物的生长。,16,二.土壤含水量的测试技术-自学,1.经典烘干法（标准方法） 2.快速烘干法 3.中子法 4. 电阻法 5. TDR法（时域反射仪法）,返回,17,三.土壤墒情（了解）,1墒情的种类 汪水：土壤含水量在田间持水量以上。 黑墒：土壤含水量为田间持水量75%以上。 黄墒：土壤含水量为田间持水量的50%-75%。 潮干土：土壤含水量在田间持水量的50%以下。 干土：土壤含水量在萎蔫系数以下。,p83,18,2. 墒情的判断,墒情在空间上的层次性： 表墒；0-20 底墒；20-50 深墒 50-100 墒情在时间上的季节性： 与气候的季节性以及作物的生长发育季节密切相关。,返回,19,4.3土壤水分研究的形态学与能态学,土壤水分的保持 土壤水分类型及特征 土壤水分的能量概念 土壤水分的有效性,20,一.土壤水分研究的形态学特征与性质,（一）土壤水分的保持 吸附力： 毛管力 ： 毛管内水汽界面产生的弯月面力,21,（二）土壤水分类型及性质,土壤水的类型,p88,22,土壤水分类型,固态水,土壤水,气态水,束缚水,自由水,吸湿水,膜状水,毛管水,重力水,地下水,23,1.吸湿水(soil hygroscopic water),通常在105110条件下烘干除去 性质：近似固态水，是无效水 。 吸湿系数:土壤吸湿水的最大量。,p89,24,p90,4-2,4-1,25,2.膜状水(soil film water),性质:溶解力差，移动缓慢，部分有效。 萎蔫系数 =吸湿系数1.341.5 植物因干旱缺水而发生永久萎蔫时的土壤含水率。反映土壤有效水的下限。,p89,26,膜 状 水 示 意 图,27,3、毛管水(soil capillary water),性质:溶解力强，能向上下左右移动，速度快（10-300mm/n）. 是土中最有效的水分,p90,根据是否与地下水相连分:,毛管上升水: 毛管悬着水,p91,29,毛管上升水:,地下水沿着毛管上升而保持水. 毛管水上升与质地密切相关。 壤土粘土沙土,土 粒,毛管 上升 水示 意图,地下水位,水沿 着毛 管上 升,毛管作用力范围： 0.1-1mm 有明显的毛管作用 0.05-0.1mm 毛管作用较强 0.05-0.005mm 毛管作用最强 0.001mm 毛管作用消失,32,毛管悬着水,毛管悬着水: 降水或灌水进入土壤借助毛管力保持的水.,土 粒,33,毛管悬着水,田间持水量: (field water holding capacity) （=吸湿系数2.5 毛管悬着水的最大量。通常作为灌溉水量定额的最高指标。 即粘土壤土砂土 主要受质地、有机质含量、结构、松紧状况等的影响。,34,不同质地，土壤田间持水量有很大不同,p91,35,4、重力水 (soil gravitational water),饱和持水量 土壤孔隙全部充满水时的含水量. 吸湿水、膜状水、毛管水、重力水都存于土孔隙中，彼此相互联系，相互转化。,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）土水势(soil water potential)负值,1、概念 土壤水与纯自由水的势能值之差. 常用（）来表示。 规定纯自由水的势能为零. 随含水量增加，土水势增加。 移动方向：土水势高处 低处运动.,38,2.土水势的各分势（了解）,基质势（m 0 ）：毛管引力+吸附力引起 溶质势（s）0: 溶质对水的吸附所产生. 重力势（g）: 重力作用产生的水势. 压力势（p）0：土中水层产生的静水压,土水势=m+s+g+p,P93-94,39,土壤中的水势主要由重力势、基质势、渗透势、压力势构成。 基质势（m）是土壤固相物质影响的量度，它包括了全部通过固相物质对水所产生的作用力，如毛管力、表面分子吸引力等对水所产生的一切作用。 基质势是负值，当土壤饱和时最大=0 土壤含水量越高，基质势也越高,40,渗透势是由土壤中可溶性盐所引起的势，它在盐渍土中常具有较大的意义。相当于从土壤溶液中，透过半透膜抽吸单位数量的水所做的功。 渗透势是负值。土壤溶质浓度越高，渗透势越低。 渗透势只有当存在半透膜时才对水分运动起作用。,渗透势（s）,41,压力势（p）是指在土壤水饱和的情况下，由于受压力而产生的土壤水势的变化。 压力势是正值。只有当土壤水分饱和时才有压力势，在不饱和土壤中压力势为0。饱和土层越深，压力势越高。,重力势（ g ），土壤水一直是处在地球重力场的影响之下的，重力势相当于使一定数量的水，由一个相应的水位抬高到一定高度所做的功。 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0。,42,土壤总水势,土壤水势是以上各分势之和，又称总水势（t） t = m + p + s + g 土壤水饱和状态下 t = p + g 土壤水不饱和情况下 t = m + g,土壤水能态,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况所处的能态。 数量上与土水势相等，符号相反。 水吸力=基膜势+溶质势,如何用水吸力和水势判断水分运动的方向？请回答,（三）能量单位及表示方法,土水势的标准单位：帕（Pa），常用百帕(hPa)，兆帕(MPa=106Pa)=10bar 土水势或水吸力的表示方法，以使用水柱高度的厘米 数来表示最简便，最易理解 。 pF：水柱高度厘米数的对数 1大气压（ atm ） =1033cm pF3.01bar=1000mbar 1atm 1 bar105 Pa =760Hg=1000水柱,45,土水势的测定方法（自学）,张力计法，压力膜法，冰点下降法，水气压法,2.压力膜法：根据土壤在不同压力下排水的原理测定，可测水吸力120bar。,1、张力计法（负压计或湿度计），测定水不饱和土壤的基质势。,p95,适用范围800/850 hPa以下的土壤水吸力。,1、张力计法（负压计或湿度计），测定水不饱和土壤的基质势。,p95,47,（四）土壤水分特征曲线 (soil water characteristic curve),概念 指土壤水吸力与土壤含水量的关系曲线。,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%,影响因素 质地 结构 温度 滞后现象,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。 决定于土壤水吸力和根吸力的对比。 萎蔫系数是土壤有效水的下限； 田间持水量是土壤有效水的上限。 超过田间持水量的水分为多余水 。 速效水：田间持水量至毛管断裂含水量 迟效水：毛管断裂含水量至凋萎系数。,50,土壤含水量,p96,51,图：土壤持水量不同阶段的形态、能量指标和有效状况,52,2.土壤中有效水含量的计算,土壤有效水的最大含量（%）= 田间持水量（%） 凋萎系数（%） 土壤有效水的实际含量（%）= 土壤含水量（%） 凋萎系数（%）,53,图5-3 不同质地土壤的有效水分含量图,4,54,土壤质地与有效水最大含量的关系,p97,壤土粘土沙土,返回,水分高效利用的途径： 合理开采、分配和管理； 减少输水损失； 提高灌溉效率。,56,小结,土壤含水量的表示方法 土壤水分类型及有效性 土水势与土壤水吸力 概念 1.相对含水量 2.田间持水量 3.萎焉系数 4.土水势、土壤水吸力,57,第四节 土壤水的运动规律,液态水的运动 气态水的运动 土壤植物大气连续体,p98,一.态水的运动,（一）饱和流 1、饱和流动形式 2、饱和流的推动力 重力势和压力势 2、K饱（Ks） ：主要取决于土壤中粗孔，孔径愈大、越多，导水率就愈高。 q=kr4 砂土壤土粘土 K饱过大过小怎么样?,p98,59,p100,60,（二）不饱和流,不饱和流主要 不饱和流的推动力： 主要是基质势和重力势 不饱导水率取决于细孔 即粘土壤土砂土 不饱和流中，导水率随土壤吸力的增加而降低，砂土较为急剧，在粘土中较为缓和，壤土居中。,p99,61,（三）土壤水分的入渗与再分布,1.入渗： 供水期间，液态水自地表进入土壤的过程。 决定进入土中水分的数量（蓄水量和供水量）. 常使用的指标：最后入渗速率,入渗速率随时间的变化,p99,p100,63,2.土壤水分的再分布,土壤水分再分布 决定各深度在不同时间内保水量影响根区水分收支。 土壤剖面水分分布（质地均一），如图 无论表土下是砂层还是细土层，入渗最初都能使上层土壤先积蓄水，以后才下渗.,入渗中土壤水剖面,p101,返回,64,二、气态水的运动,（一）气态水的运动特点 推动力：土壤水气压梯度温度 运动形式：水汽扩散和凝结. “夜潮”现象和“冻后聚墒”现象是土壤水汽凝结的结果。 水汽凝结：48/24h ，60100/年 顶凌耙地,p101,65,（二）土面蒸发规律（三个阶段）,保墒措施 雨后或灌水后及时中耕或地面覆盖是减少土壤水损失的重要措施,土壤水分蒸发分哪三个阶段?如何保墒?,p101,66,三.土壤植物大气连续体,概念(soil-plant-air contiunm) （SPAC） 植物从土中吸水直到最后蒸腾到大气中去，看作是一个统一的物理过程和连续体系。 在SPAC中水流总是由水势高处流向水势低处。,SPAC循环体系,图5-4 SPAC系统中水分运移过程模式图,4,68,第五节 土壤水分状况及水分平衡,田间水分平衡 土壤水分状况 土壤水分状况调节,69,第五节 土壤水分状况及水分平衡,一、田间水分平衡(field moisture balance) 水=水收-水支 水=水降+水灌-水径-水漏-水蒸-水腾 应用水平衡原理，可以了解作物 日耗水量，在灌区还可作为确定灌溉时间的依据。,p103-104,70,水平衡原理应用,例：某年4月18日灌拔节水前根层土壤含水量为89.6mm，当即灌水45mm。到4月26日再测同一根系土壤含水量为100mm，这一时期若无降水，灌溉后又无深层渗漏，则这一时期作物的日耗水量为 （89.6+45-100）/（26-18）=4.3mm/d,71,二、土壤水分状况（了解）,土壤水分状况 我国北方周年内土壤水分状况可分四个时期： 1. 土壤湿度相对稳定期 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、土壤水分状况调节,1. 科学