土壤的基本组成-水和空气

1、土壤水、空气和热状况土壤水、空气和热状况第二章第二章 土壤组成、形成和分类土壤组成、形成和分类一 土壤水分土壤水分的来源土壤水分的来源土壤水的类型划分土壤水的类型划分土壤水分含量的表示方法土壤水分含量的表示方法土壤水分含量的测定土壤水分含量的测定土壤水分的能量概念土壤水分的能量概念影响土壤水分状况的因素影响土壤水分状况的因素土壤水分在土壤肥力中的土壤水分在土壤肥力中的作用作用 土壤水分主要来源于大气降水和灌溉水土壤水分主要来源于大气降水和灌溉水，此外，地下水上升和大气中水汽的凝结也，此外，地下水上升和大气中水汽的凝结也是土壤水分的来源是土壤水分的来源。1 1 土壤水分的来源土壤水分的来源2 土

2、壤水的类型划分土壤水的类型划分对水的研究方法有对水的研究方法有2 2种：种：数量法和能量法数量法和能量法数量法是按照土壤水受不同力的作用而研数量法是按照土壤水受不同力的作用而研究水分的形态、数量、变化和有效性。究水分的形态、数量、变化和有效性。能量法主要从土壤水受各种力作用后自由能量法主要从土壤水受各种力作用后自由能的变化，去研究土壤水的能态和运动、能的变化，去研究土壤水的能态和运动、变化规律。变化规律。土壤水分类型土壤水分类型（数量法）（数量法）（1）吸附水）吸附水：受土壤吸附力作用保持（包括：受土壤吸附力作用保持（包括吸湿水和膜状水）吸湿水和膜状水）（2）毛管水）毛管水：受毛管力（毛管内气

3、、水界面：受毛管力（毛管内气、水界面上产生的弯月面力）作用保持上产生的弯月面力）作用保持（3）重力水）重力水：受重力支配，容易进一步向土：受重力支配，容易进一步向土壤剖面深层运动壤剖面深层运动吸附水（束缚水），包括吸湿水和膜状水：吸附水（束缚水），包括吸湿水和膜状水：吸湿水吸湿水：干土从空气中吸着水汽所保持的水。又称为紧束缚：干土从空气中吸着水汽所保持的水。又称为紧束缚水，属于无效水分，土壤吸附气态水分子的最大含量称为吸水，属于无效水分，土壤吸附气态水分子的最大含量称为吸湿系数湿系数膜状水膜状水：由土壤颗粒表面吸附所保持的：由土壤颗粒表面吸附所保持的水层水层，其厚度可达几，其厚度可达几十或几百

4、个以上的水分子。膜状水十或几百个以上的水分子。膜状水的含量决定于土壤质地、的含量决定于土壤质地、腐殖质含量等。腐殖质含量等。 膜状水的最大值叫膜状水的最大值叫最大分子持水量最大分子持水量。薄膜。薄膜水对植物生长发育来说属于弱有效水分（土粒吸力小于水对植物生长发育来说属于弱有效水分（土粒吸力小于1515atmatm的那部分水，属有效水，可被植物利用，而吸力大于的那部分水，属有效水，可被植物利用，而吸力大于1515atmatm的那部分水，作物不能利用，为无效水）又称为松束的那部分水，作物不能利用，为无效水）又称为松束缚水分。缚水分。毛管水毛管水： 超过最大分子持水量的水分，不受吸附超过最大分子持水

5、量的水分，不受吸附力的作用；靠土壤中毛管孔隙所产生的力的作用；靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力毛管引力所保持的水分，称为毛管水。毛管水又可以分为所保持的水分，称为毛管水。毛管水又可以分为两种类型。两种类型。 毛管悬着水毛管悬着水 土体中与地下水位无联系的毛土体中与地下水位无联系的毛管水称毛管悬着水。土壤毛管悬着水达到最多管水称毛管悬着水。土壤毛管悬着水达到最多时的含水量称时的含水量称田间持水量田间持水量毛管支持水（毛管上升水）毛管支持水（毛管上升水） 土体中与地土体中与地下水位有联系的毛管水称毛管支持水。下水位有联系的毛管水称毛管支持水。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土壤

6、质地高度（米）砂土0.5-1.0砂壤土、轻壤土1.5粉砂质壤土2.0-3.0中壤土、重壤土1.2-2.0轻粘土0.8-1.0毛管上升水的最大量称为毛管上升水的最大量称为毛管持水量毛管持水量，是，是吸湿水、膜状水和毛管上升水之和。吸湿水、膜状水和毛管上升水之和。当土壤被重力水所饱和，即土壤大小孔隙当土壤被重力水所饱和，即土壤大小孔隙全部被水分充满时的土壤含水量称为饱和全部被水分充满时的土壤含水量称为饱和持水量，或称全蓄水量或持水量，或称全蓄水量或最大持水量最大持水量萎蔫系数萎蔫系数当作物呈现永久萎蔫时的土壤含水量，称萎当作物呈现永久萎蔫时的土壤含水量，称萎蔫系数。蔫系数。一般把田间持水量视为土壤

7、有效水的上限。一般把田间持水量视为土壤有效水的上限。所以田间持水量与萎蔫系数之间的差值即土所以田间持水量与萎蔫系数之间的差值即土壤有效水最大含量。壤有效水最大含量。 土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图土粒土粒细毛管细毛管排除毛管水的排除毛管水的大孔隙大孔隙束缚水占的孔束缚水占的孔隙隙充水的大孔隙充水的大孔隙自地下水面向上自地下水面向上供水的毛管水的网供水的毛管水的网 充水的粗毛管供水充水的粗毛管供水土壤水分、水分常数和有效性的关系土壤水分、水分常数和有效性的关系105烘干重烘干重吸湿系数吸湿系数萎蔫系数萎蔫系数最大分子持水量最大分子持水量田间持水量田间持水量毛

8、管持水量毛管持水量饱和持水量饱和持水量吸湿水吸湿水膜状水膜状水毛管悬着毛管悬着水水毛管上升水毛管上升水重力水重力水无效水无效水有效水有效水多余水多余水（指旱（指旱地）地）3 土壤水分含量的表示方法土壤水分含量的表示方法质量含水量质量含水量容积含水量容积含水量相对含水量相对含水量土壤水贮量土壤水贮量质量含水量质量含水量( m) ：土壤中水分的质量与干土质量的比值，在同一地区因重力加速度相同，又称为重量含水量，质量含水量可用小数形式，也可用百分数形式。土壤质量含水量（%）=数学公式m =100干土质量土壤水质量100221WWW m为土壤质量含水量（为土壤质量含水量（%），），W1为湿土质量、为湿

9、土质量、W2为干为干土质量，土质量，W1-W2为土壤水质量为土壤水质量定义中的干土，一般指在定义中的干土，一般指在105摄氏度条件下烘干的土摄氏度条件下烘干的土壤，而另一种意义上的干土是含有吸湿水的土，通常壤，而另一种意义上的干土是含有吸湿水的土，通常叫叫“风干土风干土”，风干土的含水量一般不恒定，故一般，风干土的含水量一般不恒定，故一般不以此作为计算不以此作为计算 m的基础的基础容积含水量容积含水量 v：即单位土壤总容积中水分所占即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，又称容积湿度、土壤水的容积的容积分数，又称容积湿度、土壤水的容积分数，可用小数和分数表示分数，可用小数和分数表示土壤容积含水量

10、（%）=注意注意 v计算的基础是土壤的总容积。由于水的计算的基础是土壤的总容积。由于水的密度可近似等于密度可近似等于1g/cm3，可以推知可以推知 v与与 m的的换算公式换算公式 v = m（为土壤容量）为土壤容量）一般而言，质量含水量多用于需计算干土重一般而言，质量含水量多用于需计算干土重的工作中，因多数情况下，容积含水量被广的工作中，因多数情况下，容积含水量被广泛使用泛使用100土壤总容积土壤水容积相对含水量相对含水量：指土壤含水量占田间持水量的：指土壤含水量占田间持水量的百分数。百分数。土壤相对含水量土壤相对含水量=土壤水贮量土壤水贮量：一定面积和厚度土壤中含水的：一定面积和厚度土壤中含

11、水的绝对数量绝对数量100田间持水量土壤含水量4 土壤水分含量的测定土壤水分含量的测定烘干法烘干法：经典烘干法，先在田间选择代表性取样点，：经典烘干法，先在田间选择代表性取样点，按所需深度分层取土样，将土样放入铝盒并立即盖好按所需深度分层取土样，将土样放入铝盒并立即盖好盖（防止水分蒸发影响测定效果），称重（即湿土加盖（防止水分蒸发影响测定效果），称重（即湿土加空铝盒重，记为空铝盒重，记为W1），），然后打开盖，置于烘箱，在然后打开盖，置于烘箱，在105110 oC条件下，烘干至恒重（条件下，烘干至恒重（6-8小时），再称重小时），再称重（即干土加盒重，记为（即干土加盒重，记为W2）。）。则该土

12、壤质量含水量则该土壤质量含水量可以由下式求出，设空铝盒重为可以由下式求出，设空铝盒重为W3：m =快速烘干法：包括红外线烘干法，微波炉烘干法等等快速烘干法：包括红外线烘干法，微波炉烘干法等等1003221WWWW中子法中子法TDR法（时域反射仪）法（时域反射仪）中子法中子法把一个快速中子源和慢中子探测器置于套管中，埋入土内。其中的中子源（如镭、镅、铍）以很高速度放射出中子，当这些快中子与水中的氢原子碰撞时，就会改变运动的方向，并失去一部分能量而变成慢中子。土壤水越多，氢越多，产生的慢中子也就越多，慢中子被探测器和一个定器量出，经过校正，得土壤水的含量TDR法法(时域反射仪时域反射仪)（Time

13、-Domain-Reflectometry)将长度为L的波导棒插入土壤介质中，电磁脉冲信号从波导棒的始端传播到终端，由于波导棒终端处于开路状态，脉冲信号受反射又沿波导棒返回到始端。考察脉冲输入到反射返回的时间以及反射时的脉冲幅度的衰减，计算土壤水盐含量农农田田土土壤壤水水的的动动态态模模型型及及应应用用 李李保保国国土水势土水势 为了可逆地等温地在标准大气压下从在指为了可逆地等温地在标准大气压下从在指定的高度的纯水水体中移动无穷小量的水到土壤定的高度的纯水水体中移动无穷小量的水到土壤水分中去，每单位数量的纯水所需作功的数量水分中去，每单位数量的纯水所需作功的数量 土水势包括以下几个分势土水势包

14、括以下几个分势5 土壤水分的能量概念土壤水分的能量概念1、基质势、基质势m 由土壤吸附力和毛管力的制约的土水势。由土壤吸附力和毛管力的制约的土水势。2、渗透势、渗透势s 渗透势又称溶质势，由土壤水中溶解的溶质渗透势又称溶质势，由土壤水中溶解的溶质而引起的土水势的变化。而引起的土水势的变化。3、压力势、压力势p ：指土壤水饱和的情况下，由于受压力而产生土指土壤水饱和的情况下，由于受压力而产生土水势的变化水势的变化 4、重力势、重力势g ：由于重力作用引起的土水势的变化由于重力作用引起的土水势的变化归纳起来，总土水势指上述归纳起来，总土水势指上述4 4个分势的代数个分势的代数和，即和，即=m ms

15、 sp pg g在不同情况下在不同情况下，起支配作用的水势不同，在水分不饱和的，起支配作用的水势不同，在水分不饱和的土壤中，决定土水势的是基质势。土壤中，决定土水势的是基质势。土水势的表示方法土水势的表示方法 土水势多用帕（土水势多用帕（Pa）表示，但常用水柱高的表示，但常用水柱高的对数值表示，称为对数值表示，称为pF值。值。pF值即能反应土壤水值即能反应土壤水吸力能量大小，又能表示出各种水分常数以及土吸力能量大小，又能表示出各种水分常数以及土壤水吸力与含水量的关系。壤水吸力与含水量的关系。 植被：蒸腾作用对土壤水分平衡关系密切，植植被：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

16、分状况都有较大影响。被组成和覆盖度对土壤水分状况都有较大影响。气候：降雨量和蒸发是重要因素。气候：降雨量和蒸发是重要因素。土壤物理性质：特别是土壤质地、结构和有机土壤物理性质：特别是土壤质地、结构和有机质含量等到因素对水的渗透、流动和蒸发有重要影质含量等到因素对水的渗透、流动和蒸发有重要影响。响。6 影响土壤水分状况的因素影响土壤水分状况的因素地形：地形影响水分的再分配。地形：地形影响水分的再分配。水文地质：在不透水层接近地面、地下水位高的水文地质：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地方，由于地下水地方，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，在一定

17、条件下可形成蒸发型通过支持毛管水上行，在一定条件下可形成蒸发型人为影响：如灌溉、排水以及耕作等土壤管理措人为影响：如灌溉、排水以及耕作等土壤管理措施。施。 7 7 土壤水分在土壤肥力中的土壤水分在土壤肥力中的作用作用 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

18、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 二二 土壤空气土壤空气土壤空气的组成土壤空气的组成土壤空气的特点土壤空气的特点土壤通气性与植物生长土壤通气性与植物生长1 1 土壤空气的组成土壤空气的组成 土壤孔隙中的气体称为土壤空气。土壤空气土壤孔隙中的气体称为土壤空气。土壤空气和大气有很大差异。和大气有很大差异。 土壤空气中土壤空气中CO2含量高于大气，而含量高于大气，而O2含量低含量低于大气于大气。土壤空气的组成土壤空气的组成气体成分气体成分O2CO2N2近地面大气近地面大气20.940.0378.05土壤空气土壤空气18.00

19、-20.030.15-0.6578.8-80.242 2 土壤空气的特点土壤空气的特点土壤空气中的土壤空气中的COCO2 2含量比大气多含量比大气多土壤空气中的土壤空气中的O O2 2含量比大气少含量比大气少土壤空气中的水气含量比大气多土壤空气中的水气含量比大气多土壤空气中有时含有少量还原性气体如甲烷土壤空气中有时含有少量还原性气体如甲烷土壤空气成分随时间和空间而变化土壤空气成分随时间和空间而变化土壤通气性是指土壤空气能与大气进行交土壤通气性是指土壤空气能与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和流通的性换以及土体内部允许气体扩散和流通的性能。或土壤具有通透空气的性质称土壤通能。或土壤具有通透空气的性质称土壤通气性。气性。3 3 土壤通气性与植物生长土壤通气性与植物生长 土壤空气状况对植物生长的影响有以下几方面土壤空气状况对植物生长的影响有以下几方面土壤空气与根系发育土壤空气与根系发育土壤空气与种子萌发土壤空气与种子萌发土壤空气与养分状