第四章-土壤水分说课讲解

1、第一页，共56页。水：自然界最奇异的物质水：自然界最奇异的物质水：液态水：液态(yti)金子金子水对人类本身的重要性：水对人类本身的重要性：例：人的身体例：人的身体(shnt)(shnt)一年大约需要一吨水来维持健康一年大约需要一吨水来维持健康和生命。和生命。水是农业之本：水是农业之本：每生产一吨粮食约需每生产一吨粮食约需10001000吨水，近年来世界粮食产量下吨水，近年来世界粮食产量下降，干旱和水源不足是其中的重要原因之一降，干旱和水源不足是其中的重要原因之一民以食为天民以食为天民以水为天民以水为天第二页，共56页。第三页，共56页。地球地球(dqi)上水分贮量及其严峻性上水分贮量及其严峻

2、性地球上的总水量地球上的总水量“缸缸”，淡水，淡水“瓢瓢”，可利用水，可利用水“勺勺”地球上的淡水总贮量约为地球上的淡水总贮量约为0.39亿亿km3，淡水占全球水量，淡水占全球水量的的0.014%。其中被冰雪封存和埋藏在地壳深层的水有。其中被冰雪封存和埋藏在地壳深层的水有0.349亿亿km3可供人类生活和生产的循环水总贮量只有可供人类生活和生产的循环水总贮量只有(zhyu)0.041亿亿km3，仅占总淡水量的，仅占总淡水量的10.5%。在。在0.041亿亿km3的淡水的淡水中，除循环地下水（占中，除循环地下水（占95.12%)和湖泊水和湖泊水(占占2.95%)超过超过土壤水土壤水(1.59%)

3、外，土壤贮水量明显大于江河水外，土壤贮水量明显大于江河水(0.03%)和大气水和大气水(0.34%)的贮量。的贮量。第四页，共56页。联合国粮农组织联合国粮农组织1995年指出，到年指出，到2000年全球各大洲人均年全球各大洲人均占有水资源最少的是亚洲，只有占有水资源最少的是亚洲，只有3300m3。我国水资源总量丰富，为我国水资源总量丰富，为2.8万亿万亿m3，居世界第，居世界第6位。但位。但因人口过多，人均占有量只有因人口过多，人均占有量只有2300m3（1998年年10月月24日的结束的日的结束的21世纪城市水资源国际学术研讨会：中世纪城市水资源国际学术研讨会：中国年人均用水量为国年人均用

4、水量为2200m3），在世界上排名），在世界上排名121位，位，是全世界人口平均用水量的是全世界人口平均用水量的1/4；联合国根据此资料，将我国列为全球联合国根据此资料，将我国列为全球13个缺水的国家个缺水的国家(guji)之一。之一。我省黄淮海地区：平均用水量是全国用水量的我省黄淮海地区：平均用水量是全国用水量的1/3则是世界平均用水量的则是世界平均用水量的1/12第五页，共56页。第六页，共56页。植物营养在土壤中的转化植物营养在土壤中的转化(zhunhu)、迁移及功能的发挥离不开水分。迁移及功能的发挥离不开水分。第七页，共56页。 第一节第一节 土壤水分的形态、数量和能态土壤水分的形态、

5、数量和能态The forms, amount and potential of soil water一、土壤水分的形态一、土壤水分的形态 根据水分所处的状态、所受力的种类根据水分所处的状态、所受力的种类(zhngli)及势值大及势值大小进行分类。可分三种：吸附水，毛管水，重力水。小进行分类。可分三种：吸附水，毛管水，重力水。 (一一)吸附水（吸附水（adsorbed moisture）1、定义：受土粒吸附力作用而保持在土粒表面的水分。、定义：受土粒吸附力作用而保持在土粒表面的水分。2、吸附力范围：、吸附力范围：6.25 105108pa(6.25104bar)3、吸附水分：吸湿水和膜状水。、吸

6、附水分：吸湿水和膜状水。第八页，共56页。 4、吸湿水（、吸湿水（hygroscopic water） 干燥土粒藉其表面的分子引力干燥土粒藉其表面的分子引力(ynl)和静电引力和静电引力(ynl)从大气和土壤从大气和土壤空气中吸收一些水汽分子附着在土粒表面，这部分水分称空气中吸收一些水汽分子附着在土粒表面，这部分水分称 吸力范围：吸力范围：31 105109pa 特点：特点： 对植物无效；密度大，甚至不导电。对植物无效；密度大，甚至不导电。受到土粒的吸力大，水分子呈定向紧密排列，密度受到土粒的吸力大，水分子呈定向紧密排列，密度1.2-2.4 g/cm3，平均为，平均为1.5g/cm3，无溶解能

7、力，不能以液态水自由移动，也不能被植物吸收，无溶解能力，不能以液态水自由移动，也不能被植物吸收，为无效水。为无效水。 第九页，共56页。 土壤吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表面积和大气土壤吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表面积和大气的相对湿度的相对湿度(xingdu shd)； 土壤质地愈粘重和有机质含量愈高，其比表面积愈大，吸土壤质地愈粘重和有机质含量愈高，其比表面积愈大，吸湿水含量愈高；湿水含量愈高； 大气相对湿度大气相对湿度(xingdu shd)愈大，吸湿水含量愈高，当愈大，吸湿水含量愈高，当空气相对湿度空气相对湿度(xingdu shd)为为94-98%时，吸湿水达到时，吸湿水

8、达到最大值，此时的土壤吸湿水量就叫最大吸湿水量。最大值，此时的土壤吸湿水量就叫最大吸湿水量。第十页，共56页。表 土壤(trng)质地与土壤(trng)吸湿水和最大吸湿量第十一页，共56页。5、膜状水（、膜状水（membranous water） 在吸湿水层外，土粒剩余力场还可吸附一部分液态水形成连续水在吸湿水层外，土粒剩余力场还可吸附一部分液态水形成连续水膜，称膜，称 吸力范围：吸力范围：31 105 6.25 105 pa 特点特点 （1）对植物）对植物(zhw)部分有效：部分有效：6.25-15巴有效，大于巴有效，大于15巴无效；巴无效； （2）水分移动性仍差：供水能力差，作物易受旱；）

9、水分移动性仍差：供水能力差，作物易受旱； （3）影响因素：质地愈粘，有机质含量愈高，盐分含量愈少，则）影响因素：质地愈粘，有机质含量愈高，盐分含量愈少，则膜状水含量愈高。膜状水含量愈高。 6、凋萎系数（、凋萎系数（wilting coefficient） 当土壤水吸力大于等于当土壤水吸力大于等于15巴，作物根系难于从土壤中吸水而发生巴，作物根系难于从土壤中吸水而发生永久性萎焉时的土壤含水量。是土壤有效水下限。永久性萎焉时的土壤含水量。是土壤有效水下限。凋萎系数主要与质地，植物凋萎系数主要与质地，植物(zhw)种类有关。（见下表）种类有关。（见下表）第十二页，共56页。不同质地土壤的凋萎不同质地

10、土壤的凋萎(dio wi)系数系数第十三页，共56页。（二）毛管水（二）毛管水（capillary water）1、定义：土壤毛管孔隙中由毛管引力而保持、定义：土壤毛管孔隙中由毛管引力而保持(boch)的水分。的水分。2、作用力：、作用力：0.15 1056.25 105 pa(6.25-0.1bar)3、特点：移动速度大，、特点：移动速度大，1030mm/hr，补水迅速。全为有效水，易被作物吸，补水迅速。全为有效水，易被作物吸收。收。4、毛管水含量的影响因素：、毛管水含量的影响因素：（1）质地：砂壤，轻壤含量多，毛管水多；）质地：砂壤，轻壤含量多，毛管水多；（2）结构：团粒结构多，保水性高；

11、）结构：团粒结构多，保水性高；（3）地下水位：地下水位高，则毛管水含量越高；）地下水位：地下水位高，则毛管水含量越高；（4）腐殖质含量：含量愈高，则毛管水含量愈高。）腐殖质含量：含量愈高，则毛管水含量愈高。第十四页，共56页。5、毛管上升水和毛管悬着水、毛管上升水和毛管悬着水（capillary rising water and capillary hanging water）（1）毛管悬着水）毛管悬着水定义：地形部位定义：地形部位(bwi)高，地下水位深的地方，灌水或降水高，地下水位深的地方，灌水或降水后，借着毛管引力而保持在上层土壤中的水分。后，借着毛管引力而保持在上层土壤中的水分。特点：

12、与对下水位一般无关。特点：与对下水位一般无关。这些土壤称旱地或雨养农业。这些土壤称旱地或雨养农业。第十五页，共56页。旱作旱作(hn zu)农业（农业（upland farming）雨养农业（雨养农业（rainfed agriculture） 采取各种措施增加土壤入渗，并通过耕作，熟化，增采取各种措施增加土壤入渗，并通过耕作，熟化，增强土壤水库功能，使入渗水分更多地保存于土壤，避免径强土壤水库功能，使入渗水分更多地保存于土壤，避免径流和淋失的发生，保持较多水分，满足作物生长需要。流和淋失的发生，保持较多水分，满足作物生长需要。 第十六页，共56页。田间持水量（田间持水量（field moist

13、ure capacity)：土壤毛：土壤毛管悬着水达到最大值时的土壤含水量。是自管悬着水达到最大值时的土壤含水量。是自然状况下土壤所能保持水分的最大数量。是然状况下土壤所能保持水分的最大数量。是农田农田(nngtin)灌水的上限。灌水的上限。田间持水量的作用：田间持水量的作用：（1）是旱地作物灌溉水含量的上限：）是旱地作物灌溉水含量的上限： 灌水定额灌水定额= 田间持水量田间持水量土壤含水量土壤含水量（2）计算：土壤中最大有效水分含量）计算：土壤中最大有效水分含量 田间持水量凋萎系数田间持水量凋萎系数第十七页，共56页。（2 2）毛管支持水（毛管上升水）毛管支持水（毛管上升水）指地下水层籍毛管

14、力支持上升进入并保持在土壤中的水分。指地下水层籍毛管力支持上升进入并保持在土壤中的水分。影响因素：影响因素：地下水位的高低：地下水位上升，则毛管支持水上升；地下水位的高低：地下水位上升，则毛管支持水上升；土壤质地：砂土最低，粘土居中，壤土最高。土壤质地：砂土最低，粘土居中，壤土最高。毛管持水量：当毛管支持水达到最大时土壤的含水量，它实毛管持水量：当毛管支持水达到最大时土壤的含水量，它实质质(shzh)(shzh)上是吸湿水、膜状水和毛管上升水的总和。上是吸湿水、膜状水和毛管上升水的总和。第十八页，共56页。当地下水位适当时，毛管支持水可当地下水位适当时，毛管支持水可达到植物根系，是作物所需水分

15、的达到植物根系，是作物所需水分的重要重要(zhngyo)来源之一；来源之一；当地下水位很深时，毛管支持水达当地下水位很深时，毛管支持水达不到根系，不能发挥补水作用；不到根系，不能发挥补水作用；若地下水位过浅，易发生渍害，可若地下水位过浅，易发生渍害，可能引起土壤盐渍化能引起土壤盐渍化第十九页，共56页。（三）自由水（三）自由水（free water）1、定义：当土壤含水量达田间持水量以后，多余的水分称、定义：当土壤含水量达田间持水量以后，多余的水分称为自由水。为自由水。土壤重力水土壤重力水(gravitational water)：大孔隙中受重力作用向：大孔隙中受重力作用向下渗漏的水分。是地下

16、水的主要来源。当重力水达到饱和，下渗漏的水分。是地下水的主要来源。当重力水达到饱和，即土壤所有即土壤所有(suyu)孔隙都充满水分时的含水量称为土壤全孔隙都充满水分时的含水量称为土壤全蓄水量或饱和持水量。蓄水量或饱和持水量。 特点：可被作物吸收，由于下渗作用，多为无效，但在水特点：可被作物吸收，由于下渗作用，多为无效，但在水田例外。田例外。 在旱地，重力水下渗入下层土壤，转变为毛管水，供深在旱地，重力水下渗入下层土壤，转变为毛管水，供深层根系吸收。层根系吸收。第二十页，共56页。二、土壤水分二、土壤水分(shufn)的数量表示的数量表示amount expression of soil wat

17、er(一一)土壤含水量（土壤含水量（soil water content,%）1、质量含水量：土壤中水分、质量含水量：土壤中水分(shufn)的重量与土的重量与土壤干重的百分比值，单位：壤干重的百分比值，单位：g/kg（也曾用百分率表（也曾用百分率表示）。示）。 土壤水分土壤水分(shufn)重量重量 W，% = 100 土壤干重土壤干重注意应用干土重为基数进行计算。注意应用干土重为基数进行计算。测定方法：烘干法测定方法：烘干法2、容积含水量、容积含水量(volumetric water content)：土壤中：土壤中水分水分(shufn)的容积与土壤总容积的百分比值。的容积与土壤总容积的百

18、分比值。 土壤水分土壤水分(shufn)容积容积 W，% = 100=重量含水量重量含水量土壤容重土壤容重 土壤容积土壤容积第二十一页，共56页。利用土壤容积含水量可以反映土壤水分在土壤孔隙容利用土壤容积含水量可以反映土壤水分在土壤孔隙容积含水量的比例，或水、气容积的比例。积含水量的比例，或水、气容积的比例。W，% = 重量含水量重量含水量土壤容重土壤容重如土壤质量如土壤质量(zhling)含水量为含水量为200g kg-1，容重为，容重为1.2g cm-3，则土壤的容积含水率为，则土壤的容积含水率为24%。若知土壤的总孔。若知土壤的总孔隙度，则通过总孔隙度减去容积含水率，则得空气所隙度，则通

19、过总孔隙度减去容积含水率，则得空气所占的容积，这样土壤的固气液三相比可以求得占的容积，这样土壤的固气液三相比可以求得第二十二页，共56页。3、相对含水量（、相对含水量（relative humidity,%）：某一时刻土壤含水量占该土）：某一时刻土壤含水量占该土壤田间持水量的百分数来表示土壤水分的多少。壤田间持水量的百分数来表示土壤水分的多少。 土壤含水量土壤含水量 RH,% = 100 田间持水量田间持水量相对含水量可以衡量各种土壤持水性能，能更好地反映土壤水分的有相对含水量可以衡量各种土壤持水性能，能更好地反映土壤水分的有效性和土壤水气状况，是评价不同效性和土壤水气状况，是评价不同(b t

20、n)土壤供给作物水分的统一土壤供给作物水分的统一尺度。尺度。通常旱地作物生长适宜的相对含水量是田间持水量的通常旱地作物生长适宜的相对含水量是田间持水量的7080，而，而成熟期则宜保持在成熟期则宜保持在60左右。左右。 第二十三页，共56页。（二）土壤水层厚度：指一定（二）土壤水层厚度：指一定(ydng)深度深度(mm)土层土层中的水分总量相当于若干水层厚度中的水分总量相当于若干水层厚度(mm)。它便于将土。它便于将土壤含水量与降雨量、蒸发散失量和作物耗水量等相比壤含水量与降雨量、蒸发散失量和作物耗水量等相比较，以便确定灌溉定额。较，以便确定灌溉定额。 土壤面积土壤面积厚度厚度容重容重重量含水量

21、重量含水量% 水层厚度水层厚度 = 土壤面积土壤面积 = 厚度厚度容重容重重量含水量重量含水量%10 。第二十四页，共56页。二、土壤水分的能态二、土壤水分的能态(potential of soil water)(一一)土水势土水势(shu sh)(soil water potential) w 1、定义：土壤水与同样条件下纯自由水自由、定义：土壤水与同样条件下纯自由水自由能的差值。能的差值。 纯自由水能态最高，为纯自由水能态最高，为0，土壤水由于受各种力的，土壤水由于受各种力的作用，能态降低，为负值。作用，能态降低，为负值。 为了可逆地等温地在标准大气压下从在指定高为了可逆地等温地在标准大气

22、压下从在指定高度的纯水体中移动无穷小量的水到土壤水分中去，度的纯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。每单位数量的纯水所需作功的数量。土壤中水分的有效性以及运动的方向受水分的能土壤中水分的有效性以及运动的方向受水分的能态支配，与水分含量无关。态支配，与水分含量无关。 第二十五页，共56页。2 2、水分运动方向：高势区向低势区运动。土水势是判断土、水分运动方向：高势区向低势区运动。土水势是判断土壤水分运动方向和有效性的唯一可靠指标。壤水分运动方向和有效性的唯一可靠指标。3 3、土水势的分势、土水势的分势 土水势是土壤中各种力共同作用的结果，各种力所产土水势是土壤中

23、各种力共同作用的结果，各种力所产生的势能、具可加和性，彼此生的势能、具可加和性，彼此(bc)(bc)独立，故土水势可以独立，故土水势可以分为以下分势。分为以下分势。 w = g + p + m + sw = g + p + m + s 土水势土水势= =基质势基质势+ +压力势压力势+ +溶质势溶质势+ +重力势重力势第二十六页，共56页。第二十七页，共56页。（1）基质势）基质势 matric potential m土壤水分不饱和土壤水分不饱和(boh)时，水分受土壤吸附力和毛管引力时，水分受土壤吸附力和毛管引力作用而产生的势能值，为负值；作用而产生的势能值，为负值；而饱和而饱和(boh)的

24、土壤水不受基质吸持，其基质势为的土壤水不受基质吸持，其基质势为0。（2）重力势）重力势 gravitational potential g土壤水受重力作用而产生的势能土壤水受重力作用而产生的势能 。参照面以上为正，以下。参照面以上为正，以下为负。为负。 g=gh: ：水密度；：水密度； g：重力常数；：重力常数； h：高度：高度第二十八页，共56页。（3）压力势）压力势 pressure potential p 指将单位水量从一个土水体系移动另外一个压力不同指将单位水量从一个土水体系移动另外一个压力不同(b tn)，而温度、基质、溶质等状态完全相同的参比系统时所做，而温度、基质、溶质等状态完全

25、相同的参比系统时所做的功，的功，参比系统一般设定为当地的大气压，故土壤水的压力势以其受到参比系统一般设定为当地的大气压，故土壤水的压力势以其受到的压力与大气压力之差计算。的压力与大气压力之差计算。 不饱和土壤中，其孔隙与大气相通，水受到的压力同大气压不饱和土壤中，其孔隙与大气相通，水受到的压力同大气压相等，其压力势为相等，其压力势为0；饱和土壤中，水柱产生的压力高于参比大气压，故地下水位以下饱和土壤中，水柱产生的压力高于参比大气压，故地下水位以下的土壤水压力势为正值，的土壤水压力势为正值， p=-gh第二十九页，共56页。（4）渗透势）渗透势(溶质势溶质势 osmatic potential

26、s 由于水中的溶质所引起的势能（渗透压），由于水中的溶质所引起的势能（渗透压），对于具有一定盐分浓度的土壤，溶质分子对水分的吸对于具有一定盐分浓度的土壤，溶质分子对水分的吸持，需要环境对它做功，故为负值。持，需要环境对它做功，故为负值。若土壤水不含溶质，为若土壤水不含溶质，为0。在土壤中溶质随水流动，渗透势不起什么作用，但在在土壤中溶质随水流动，渗透势不起什么作用，但在又半透膜（如根系又半透膜（如根系(gnx)）时或有蒸发面时，应该考）时或有蒸发面时，应该考虑。虑。第三十页，共56页。（二）土壤水分能态观点的应用（二）土壤水分能态观点的应用(yngyng)意义意义1、反映土壤水分能态水平，与水

27、分数量指标结合，可使不同土壤的、反映土壤水分能态水平，与水分数量指标结合，可使不同土壤的水分有效性在同一尺度上进行比较。水分有效性在同一尺度上进行比较。土壤土壤 凋萎系数凋萎系数% 能态（巴）能态（巴） 当土壤含水当土壤含水%时时 能态（巴）能态（巴） 有效有效性性 方向方向粉砂土粉砂土 6.6 -15 10 -0.5 有效有效粉粘土粉粘土 17.4 -15 15 -18 无效无效 2、判断土壤水分运动的方向、判断土壤水分运动的方向3、可使土壤、植株、大气之间的水分运动在同一的能态尺度上进行、可使土壤、植株、大气之间的水分运动在同一的能态尺度上进行系统研究。总的原则：水分从高势区向低势区流动。

28、系统研究。总的原则：水分从高势区向低势区流动。SPAC-soil, plant, atmosphere continum(chain)土壤植株大气连续体中，一般土壤植株大气连续体中，一般 土壤水分土壤水分 -0.3-15巴巴 植株植株 -20巴左右巴左右 大气大气 -300巴左右巴左右第三十一页，共56页。4、在研究手段上提供了更精确、更科学、更有效的方、在研究手段上提供了更精确、更科学、更有效的方法和技术。法和技术。 易于用数学模拟以及仪器定量反映土壤水分状况变易于用数学模拟以及仪器定量反映土壤水分状况变化化(binhu)，为今后农业生产科学化、机械化、自动化，为今后农业生产科学化、机械化、

29、自动化开辟了广阔的前景。开辟了广阔的前景。如农田水分自动动态监测和自动化灌溉。如农田水分自动动态监测和自动化灌溉。第三十二页，共56页。（三）土壤水吸力（三）土壤水吸力（soil water suction）1、定义：指土壤水承受一定吸力情况下所处的能态。是土、定义：指土壤水承受一定吸力情况下所处的能态。是土壤水能态的又一表达方式。壤水能态的又一表达方式。2、需要说明的是：、需要说明的是：（1）不是指土壤对水的吸引力，而是能态。）不是指土壤对水的吸引力，而是能态。（2）意义与土水势相同，但符号相反。）意义与土水势相同，但符号相反。S= w（3）土壤水吸力通常在不饱和土壤中存在，主要包括基质）土

30、壤水吸力通常在不饱和土壤中存在，主要包括基质吸力和渗透吸力两部分。吸力和渗透吸力两部分。（4） 水流方向是从低吸力区向高吸力区流动。水流方向是从低吸力区向高吸力区流动。在应用上，土壤水吸力更方便在应用上，土壤水吸力更方便(fngbin)一些。一些。 第三十三页，共56页。三、土壤水分测定方法三、土壤水分测定方法Measurement of soil moisture1、取土烘干法（经典方法）、取土烘干法（经典方法） 田间用土钻取土，室内烘箱田间用土钻取土，室内烘箱(hngxing)内内105110度烘度烘68小时至衡重。测出含水量。小时至衡重。测出含水量。2、酒精燃烧法、酒精燃烧法3、中子仪法

31、、中子仪法4、电阻块法、电阻块法5、负压计法（张力计法）、负压计法（张力计法）6、压力膜法、压力膜法7、时域反射仪法（、时域反射仪法（TDR， time dimension reflection）第三十四页，共56页。四、土壤水分数量与能态间的关系四、土壤水分数量与能态间的关系土壤水分特征土壤水分特征(tzhng)曲线曲线soil water characteristic curve(一一)定义：土壤水分数量指标与能态指标间所作的关定义：土壤水分数量指标与能态指标间所作的关系曲线。也称持水曲线（系曲线。也称持水曲线（soil water retention curve）。）。第三十五页，共56

32、页。（二）土壤水分特征曲线的用途（意义（二）土壤水分特征曲线的用途（意义(yy)）1、进行土壤水分数量和能态间的互算。、进行土壤水分数量和能态间的互算。 W = aS-b2、研究土壤水储量与水分的有效性。、研究土壤水储量与水分的有效性。 土壤有效水贮量土壤有效水贮量 = 0.3巴时含水量巴时含水量 - 15巴时含水巴时含水量。量。土壤有效水含量土壤有效水含量 = 土壤含水量土壤含水量 - 15巴时含水量。巴时含水量。3、利于说明不同质地土壤水分特性的差异。、利于说明不同质地土壤水分特性的差异。土壤土壤 15巴时巴时% 0.3巴时巴时% 有效有效贮量贮量%砂土砂土 4 10 6壤土壤土 10 2

33、7 17粘土粘土 17 35 18所以，所以，9%含水量时，壤土和粘土都干旱，砂土含水量时，壤土和粘土都干旱，砂土正常；正常； 15%含水量时，壤土正常，粘土干旱，含水量时，壤土正常，粘土干旱，砂土渍水；砂土渍水； 30%含水量时，粘土正常，壤土、砂土含水量时，粘土正常，壤土、砂土过饱和而渍水。过饱和而渍水。第三十六页，共56页。丨同一同一(tngy)含水量的能态（水吸力），粘土含水量的能态（水吸力），粘土壤土壤土 砂土；砂土；土水势：砂土土水势：砂土壤土壤土 粘土。粘土。同一同一(tngy)能态的含水量：粘土能态的含水量：粘土 壤土壤土 砂土。砂土。第三十七页，共56页。4、了解土壤当量孔径

34、的分布、了解土壤当量孔径的分布(fnb)情况。情况。D= 3/T= 3/S. S0=0cmH2O, = 74% S1=5cm, 1= 60% S2=10cm. 2= 37% 0 -1=14%, 是从是从 大于大于 D1=3/5=0.6mm的孔隙中的孔隙中流出的。流出的。 2-1=23%，是从，是从0.60.3mm 孔隙中流出的。孔隙中流出的。第三十八页，共56页。五、土壤水分状况与作用生长五、土壤水分状况与作用生长（一）、作物对水分的需求（一）、作物对水分的需求1、水分是作物的重要组成部分、水分是作物的重要组成部分一般作物体内含水约一般作物体内含水约6080，蔬菜瓜果的含水量，蔬菜瓜果的含水量

35、高达高达90以上；以上；光合作用，光合产物的运移需要水分的参与新陈代谢；光合作用，光合产物的运移需要水分的参与新陈代谢；叶面叶面(y min)蒸腾散热，维持体温等蒸腾散热，维持体温等2、土壤水分是影响作用出苗率的重要因素、土壤水分是影响作用出苗率的重要因素第三十九页，共56页。3 3、作物不同生育期对土壤水分的要求不同、作物不同生育期对土壤水分的要求不同总体来说，苗期需水较少，随生长发育需水量加大，成熟期减少总体来说，苗期需水较少，随生长发育需水量加大，成熟期减少(jinsho)(jinsho)。需水临界期：若某一生育期土壤缺水，对作物产量影响最为严重的需水临界期：若某一生育期土壤缺水，对作物

36、产量影响最为严重的时期。时期。 麦类：抽穗期灌浆期；麦类：抽穗期灌浆期； 玉米：抽雄期；玉米：抽雄期； 高梁：花序形成至灌浆期；高梁：花序形成至灌浆期； 棉花：花铃期棉花：花铃期 豆类、花生：开花期；豆类、花生：开花期； 水稻：孕穗期抽穗期；水稻：孕穗期抽穗期； 马铃薯：开花至块茎形成期；马铃薯：开花至块茎形成期； 向日葵：花盘形成到开花期向日葵：花盘形成到开花期第四十页，共56页。（二）、土壤水分影响作物对养分的吸收（二）、土壤水分影响作物对养分的吸收1 1、有机养分的分解矿化；、有机养分的分解矿化；2 2、化学肥料的溶解；、化学肥料的溶解；3 3、养分离子、养分离子(lz)(lz)的迁移；

37、的迁移；4 4、作物根系对养分的吸收、作物根系对养分的吸收第四十一页，共56页。第二节第二节 土壤水分的运动和田间土壤水分的运动和田间(tin jin)循环循环Transportation and circulation of water in soil一、液态水的运动一、液态水的运动 是土壤水运动的主要形式。包括饱和流和不饱和流，共是土壤水运动的主要形式。包括饱和流和不饱和流，共同点：同点：符合达西定律（符合达西定律（Darcys law）, 即在水势梯度方向上，单位即在水势梯度方向上，单位时间内通过单位横截面积的水量。时间内通过单位横截面积的水量。水流驱动力：土水势梯度水流驱动力：土水势梯

38、度水流运动方向：高势区向低势区运动，即又低吸力区向高吸水流运动方向：高势区向低势区运动，即又低吸力区向高吸力区运动。力区运动。达西公式：达西公式： Q= -K d/dx = q/T.S d/dx: water potential gradient K: conductivity of soil water “-” shows the direction of water flow.第四十二页，共56页。( 一一)饱和流饱和流(saturated flow)定义：所有孔隙都充满水时所发生的水流。定义：所有孔隙都充满水时所发生的水流。驱动力：重力势驱动力：重力势+压力势（压力势（g+p）K(s)饱

39、和导水率，对某饱和导水率，对某 种土壤来说，是一种土壤来说，是一个常数个常数(constant)，主要取决于土壤导水的难，主要取决于土壤导水的难易。涉及易。涉及(shj)土壤质地、结构性、孔隙数土壤质地、结构性、孔隙数量与质量、松紧度、裂隙等。其次是水分自量与质量、松紧度、裂隙等。其次是水分自身的性质：如粘滞性、密度等（随温度变身的性质：如粘滞性、密度等（随温度变化）。化）。水流方向：高势区向低势区运动。水流方向：高势区向低势区运动。三种饱和流。三种饱和流。wat7-1.tif第四十三页，共56页。（1）垂直向下水流(vertical downward flow) 在水田(shutin)、灌渠

40、及在降雨、灌溉时常见。 am=o q=-Ks.d/dx H ag=L = -Ks(H+L)/L ap=H L ref.level Darcys model bg=0 bp=bm=0第四十四页，共56页。（2）垂直向上水流）垂直向上水流(vertical upward flow) 主要在地下泉水流出的田块（冷浸田），或土体下主要在地下泉水流出的田块（冷浸田），或土体下部有不透水层并且有坡降的地方，在低平地常有向上部有不透水层并且有坡降的地方，在低平地常有向上浸水现象，称浸水现象，称“上浸田上浸田”。属低产土壤，需改良。属低产土壤，需改良。（3）水平饱和流（）水平饱和流（horizontal sa

41、turated flow） 在河流、水渠侧向水流（侧渗在河流、水渠侧向水流（侧渗side seepage）发生。剖面中下部有不透水层时，下渗水发生滞留形发生。剖面中下部有不透水层时，下渗水发生滞留形成滞水层，其水分侧向流动，产生上层土壤成滞水层，其水分侧向流动，产生上层土壤“白浆白浆化化”，铁锰还原，铁锰还原(hun yun)淋洗，土壤白化、粉沙化。淋洗，土壤白化、粉沙化。第四十五页，共56页。输水过程中水分主要输水过程中水分主要(zhyo)损失损失途径途径第四十六页，共56页。（二）不饱和流（二）不饱和流（ unsaturated water flow in soil）定义：土壤中部分孔隙充

42、满水时发生定义：土壤中部分孔隙充满水时发生(fshng)的水流，即土壤水分不饱和的水流，即土壤水分不饱和时的水流。在土壤水分运动的主要形时的水流。在土壤水分运动的主要形式，旱地中水流多为不饱和流。式，旱地中水流多为不饱和流。驱动力：土壤基质势为主，驱动力：土壤基质势为主， m+ g不饱和导水率不饱和导水率K，是一个变量，是一个变量（variable）,是土壤含水量和土水势的是土壤含水量和土水势的函数，同时又受土壤质地及其层次性函数，同时又受土壤质地及其层次性的影响。的影响。第四十七页，共56页。 随着土壤水由饱和变为不饱和，随着土壤水由饱和变为不饱和，K值急剧下降，下降值急剧下降，下降速度沙土

43、速度沙土 壤土壤土 粘土。原因：部分孔隙充水，使导水面粘土。原因：部分孔隙充水，使导水面积减少；充水孔隙均较细，含水量和土水势越低，导水孔积减少；充水孔隙均较细，含水量和土水势越低，导水孔隙越细，依普氏原理隙越细，依普氏原理u R2, 导水速率变慢；由通气孔隙导水速率变慢；由通气孔隙产生的阻隔作用。产生的阻隔作用。 当当m=0，即土壤水分饱和时，即土壤水分饱和时，K=Ks m=-1/3bar , K 1/100Ks 1/1000Ks m=-1.0bar, K 1/10000Ks 4、不饱和流仍然服从达西定理、不饱和流仍然服从达西定理(dngl)，水流方向仍是，水流方向仍是高势区向低势区流动。高

44、势区向低势区流动。Q=-K(w,)d/dX =-K(w,)d(m+ g)/dX第四十八页，共56页。二、水汽运动二、水汽运动( water vapor movement )1、气态水在土壤中的运动实质上是水分渍的扩散、气态水在土壤中的运动实质上是水分渍的扩散运动。服从一般气体的扩散定律，既费克定律：运动。服从一般气体的扩散定律，既费克定律：Ficks law qv = - Dv dP/dx Dv_diffusion coefficient dP/dx _gradient of vapor pressure2、Dv 比空气中比空气中D值小的多，只有中等湿度土壤中值小的多，只有中等湿度土壤中才具有

45、较高的才具有较高的D值（考虑水汽量和扩散空间）值（考虑水汽量和扩散空间）3、 dP/dx 主要由土水势主要由土水势(shu sh)梯度和温度梯度梯度和温度梯度决定，且温度的影响要比土水势决定，且温度的影响要比土水势(shu sh)的影响大的影响大得多。得多。4、方向：高温区向低温区；高势区向低势区运动。、方向：高温区向低温区；高势区向低势区运动。5、影响因素：土壤因素：含水量，土水势、影响因素：土壤因素：含水量，土水势(shu sh)，土温，质地，孔隙，结构，容重，积盐，裂，土温，质地，孔隙，结构，容重，积盐，裂隙；隙； 大气因素：气温、大气因素：气温、RH%、风速、太阳辐射等。、风速、太阳辐

46、射等。第四十九页，共56页。三、水分向土壤中入渗及其再分布三、水分向土壤中入渗及其再分布Water infiltration and redistribution in soils （一）入渗过程（一）入渗过程1、定义：指水分自地表垂直向下进入土壤的过程。、定义：指水分自地表垂直向下进入土壤的过程。漫灌、滴灌、渗灌、降雨过程中都发生有这一过程。漫灌、滴灌、渗灌、降雨过程中都发生有这一过程。入渗情况决定着水分进入土壤的数量，生产中我们常采取入渗情况决定着水分进入土壤的数量，生产中我们常采取许多措施增加入渗，减少径流（许多措施增加入渗，减少径流（runoff），以有效蓄积、利），以有效蓄积、利用水

47、分。用水分。“收墒、蓄墒收墒、蓄墒”water harvesting.2 、入渗速率（、入渗速率（infiltration rate）：当土壤表面有水层时，）：当土壤表面有水层时，单位时间内通过单位面积土壤的水量。单位时间内通过单位面积土壤的水量。L3/L2.T=L/T, mm/min3、入渗特点：、入渗特点： 入渗速率随时间延长由高变低，最后降到一入渗速率随时间延长由高变低，最后降到一个稳定个稳定(wndng)的水平。的水平。第五十页，共56页。5、影响因素：、影响因素：（1）土壤）土壤(trng)水分含量和基质吸力：入渗时驱动力有水分含量和基质吸力：入渗时驱动力有基质势、重力势和压力势，初始阶段主要取决于基质势。基质势、重力势和压力势，初始阶段主要取决于基质势。以后与重力势和压力势有关。以后与重力势和压力势有关。 I土壤土壤(trng)越干燥，基质势越低，越干燥，基质势越低，dm/dX 越大，入渗越快。越大，入渗越快。 T第五十一页，共56页