第三章_土壤水分

1、土壤水是土壤的重要组成部分土壤水是土壤的重要组成部分土壤矿物土壤矿物 (38%,v/v)(95%,w/w)土壤有机质土壤有机质 (12%,v/v)(5%,w/w)土壤空气土壤空气 (15-35%,v/v)土壤水土壤水 (15-35%,v/v)土壤水是土壤肥力因子之一土壤水是土壤肥力因子之一水热气 肥 土壤水是土壤中最活跃的因素土壤水是土壤中最活跃的因素被植物的吸收被植物的吸收溶解矿质养分溶解矿质养分参与土壤有机质的矿质化与腐殖化参与土壤有机质的矿质化与腐殖化影响土壤的物理、化学和生物性质影响土壤的物理、化学和生物性质土壤水分的来源土壤水分的来源 土壤水分土壤水分大气降水大气降水灌溉水地下水上升

2、和大气中水汽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。2.3.1土壤水分类型与性质土壤水分类型与性质土壤水土壤水（soil watersoil water） 自由水自由水（free waterfree water） 束缚水束缚水（bonding waterbonding water） 气态水气态水: :水汽，易凝结为液态水水汽，易凝结为液态水（vaporous watervaporous water） 固态水：固态水：冰，冬季寒冷的中高纬度地区冰，冬季寒冷的中高纬度地区（solid watersolid water）化学束缚水化学束缚水物理束缚水物理束缚水化合水

3、：化合水：H H2 2AlAl2 2SiSi2 2O O 8H8H2 2O O(water of hydration)(water of hydration)结晶水：结晶水：CaSOCaSO4 4 2H2H2 2O O(crystalline water)(crystalline water)吸湿水吸湿水 (hydroscopic water)(hydroscopic water)膜状水膜状水 (membrane/film water)(membrane/film water) 毛管水毛管水(capillary water)(capillary water) 重力水重力水(gravitatio

4、nal water)(gravitational water)毛管悬着水毛管悬着水(hanging capillary water)(hanging capillary water)毛管上升水毛管上升水(ascending capillary water)(ascending capillary water)物理束缚水物理束缚水吸湿水吸湿水 (hydroscopic water)(hydroscopic water) 毛管水毛管水(capillary water)(capillary water) 重力水重力水(gravitational water)(gravitational water)

5、毛管悬着水毛管悬着水(hanging capillary water)(hanging capillary water)毛管上升水毛管上升水(ascending capillary water)(ascending capillary water)膜状水膜状水 (membrane/film water)(membrane/film water)吸湿水吸湿水（hydroscopic water ）：干燥土粒从干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分大气和土壤空气中吸附的气态水分又称为紧束缚水，属于无效水分。又称为紧束缚水，属于无效水分。一、吸湿水A AA AA AA A范德华力water vap

6、orH HH HH HH H氢键E EE EE EE E库仑力作用力作用力：土粒表面的引力（范德华力、氢键、库仑力）强力 水吸力水吸力：3.1MPa（3.1106Pa） 特特 点点：密度大；冰点低；厚度小；不能自由移动；无效水 影响因素：影响因素： 土壤空气湿度：湿度 ，吸湿水 土壤质地：质地由砂变粘， ，吸湿水 土壤有机质含量：有机质含量 ，吸湿水 土壤含盐量：含盐量 ，吸湿水 膜状水膜状水：吸湿水达到最大量后，靠土粒剩余的分子引力吸吸湿水达到最大量后，靠土粒剩余的分子引力吸附在吸湿水外面的一层水膜。又称松束缚水。附在吸湿水外面的一层水膜。又称松束缚水。 作用力作用力：土粒表面较弱的分子引力

7、(范德华力)、水分子内聚力、交换性阳离子的水化作用 水吸力水吸力：3.10.63MPa 特特 点点：密度较大；冰点较低；移动缓慢；部分有效二、膜状水 membrane water RARBABRA RB 膜状水运动方向膜状水运动方向 membrane water RARBABRA RB水运动停止水运动停止 膜膜状状水水示示意意图图土粒膜状水 毛管水毛管水（capillary water）：受毛管力的作用在受毛管力的作用在土壤毛管孔隙中保持和运动的水分。土壤毛管孔隙中保持和运动的水分。 作用力作用力：土壤毛管孔隙（0.060.002mm）的毛管力capillarity 特特 点点：自由水（保存、

8、运动、溶解养分）； 有效水（available water） 水吸力水吸力：0.630.008MPa三、毛管水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悬着毛管水上升毛管水束缚水地下水毛管悬着水毛管悬着水： 地下水位较深时，降雨或灌溉后靠毛管力保持在土壤上层中的水分。田间持水量田间持水量旱地悬着毛管水的最大值毛管上升水毛管上升水： 地下水藉毛管力支持上升并保持在上层土壤毛管中的水分。 地势低洼

9、区；地下水位高；“回潮” 上升毛管水的最大值称为毛管持水量毛管持水量土土 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 重力水（重力水（ gravitational water ）：当土壤含当土壤含水量超过田间持水量后，过量的水分不能被毛管力水量超过田间持水量后，过量的水分不能被毛管力所吸持，而在重力作用下沿土壤大孔隙向下移动的所吸持，而在重力作用下沿土壤大孔隙向下移动的水分。水分。 四、重力水 地下水河流河流4.1 作用力作用力：重力4.2 特特 点点：自由水；多余水 水田为有效水（available water）4.3 水吸力水吸力

10、：0.0080MPa土壤水土壤水（soil watersoil water） 自由水自由水（free waterfree water） 束缚水束缚水（bonding waterbonding water） 气态水气态水: :水汽，易凝结为液态水水汽，易凝结为液态水（vaporous watervaporous water） 固态水：固态水：冰，冬季寒冷的中高纬度地区冰，冬季寒冷的中高纬度地区（solid watersolid water）化学束缚水化学束缚水物理束缚水物理束缚水化合水：化合水：H H2 2AlAl2 2SiSi2 2O O 8H8H2 2O O(water of hydrati

11、on)(water of hydration)结晶水：结晶水：CaSOCaSO4 4 2H2H2 2O O(crystalline water)(crystalline water)吸湿水吸湿水 (hydroscopic water)(hydroscopic water)膜状水膜状水 (membrane/film water)(membrane/film water) 毛管水毛管水(capillary water)(capillary water) 重力水重力水(gravitational water)(gravitational water)毛管悬着水毛管悬着水(hanging capill

12、ary water)(hanging capillary water)毛管上升水毛管上升水(ascending capillary water)(ascending capillary water)物理束缚水物理束缚水吸湿水吸湿水 (hydroscopic water)(hydroscopic water) 毛管水毛管水(capillary water)(capillary water) 重力水重力水(gravitational water)(gravitational water)毛管悬着水毛管悬着水(hanging capillary water)(hanging capillary wa

13、ter)毛管上升水毛管上升水(ascending capillary water)(ascending capillary water)膜状水膜状水 (membrane/film water)(membrane/film water).2土壤水分常数与土壤含水量土壤水分常数与土壤含水量 土壤水分常数土壤水分常数：在一定条件下，土壤各类型水在一定条件下，土壤各类型水分达到最大量时的土壤含水量。分达到最大量时的土壤含水量。 在一定条件下，同一土壤的水分常数保持相对在一定条件下，同一土壤的水分常数保持相对稳定的数值。稳定的数值。一、土壤水分常数 1.1 吸湿系数吸湿系数（hygros

14、copic coefficienthygroscopic coefficient）：干干燥土壤从湿度接近饱和（燥土壤从湿度接近饱和（95%）的空气中吸收水）的空气中吸收水汽而达到的最大含水量。汽而达到的最大含水量。 土壤吸湿水的最大值；水吸力土壤吸湿水的最大值；水吸力3.1MPa土壤颗粒吸湿水吸湿水吸湿系数吸湿系数 1.2 凋萎系数凋萎系数（wilting coefficientwilting coefficient）：）：植物产生植物产生永久凋萎时土壤的含水量。植物可利用的土壤水量永久凋萎时土壤的含水量。植物可利用的土壤水量（有效水）的下限。（有效水）的下限。 吸湿水部分膜状水；水吸力吸湿水

15、部分膜状水；水吸力1.5MPa；吸湿系数的；吸湿系数的1.52.0倍倍Soil particle吸湿水吸湿水吸湿系数吸湿系数膜状水膜状水（部分）（部分）凋萎系数凋萎系数 1.3 最大分子持水量最大分子持水量（maximum molecular maximum molecular moisture holding capacitymoisture holding capacity）：土壤膜状水达到最大值的：土壤膜状水达到最大值的土壤含水量。土壤含水量。 吸湿水全部膜状水；水吸力吸湿水全部膜状水；水吸力0.63MPa；吸湿水的；吸湿水的24倍倍最大分子持水量最大分子持水量Soil particle

16、凋萎系数凋萎系数膜状水膜状水 1.4 毛管断裂含水量毛管断裂含水量（作物生长阻滞含水量作物生长阻滞含水量）：土壤中的悬着毛管水因作物吸收和土表蒸发而发生土壤中的悬着毛管水因作物吸收和土表蒸发而发生断裂时的土壤含水量。断裂时的土壤含水量。 吸湿水膜状水部分毛管水；处于对植物吸湿水膜状水部分毛管水；处于对植物“供不应求供不应求”的状态；旱地土壤灌水的下限的状态；旱地土壤灌水的下限 1.5 田间持水量田间持水量（field capacityfield capacity）：土壤中悬土壤中悬着毛管水达到最大量时的土壤含水量。是土壤不受着毛管水达到最大量时的土壤含水量。是土壤不受地下水影响所能保持水量的最

17、大值。地下水影响所能保持水量的最大值。 吸湿水膜状水悬着毛管水；旱地土壤有效水的上吸湿水膜状水悬着毛管水；旱地土壤有效水的上限；确定灌水定额的依据；水吸力限；确定灌水定额的依据；水吸力0.05MPa 1.6 (最大最大）毛管持水量毛管持水量( (maximum capillary maximum capillary capacitycapacity) )：土壤所有毛管孔隙中都充满水分时的土壤土壤所有毛管孔隙中都充满水分时的土壤含水量。含水量。 吸湿水膜状水上升毛管水；水吸力吸湿水膜状水上升毛管水；水吸力0.008MPa 1.7 饱和含水量饱和含水量/全持水量全持水量 ( (Saturation

18、)Saturation)：土壤所土壤所有孔隙中全部充满水分时的土壤含水量。有孔隙中全部充满水分时的土壤含水量。 吸湿水膜状水上升毛管水重力水；水吸力吸湿水膜状水上升毛管水重力水；水吸力0MPa；水田灌水水量的依据水田灌水水量的依据 2.1 土壤水分有效性土壤水分有效性：土壤水分土壤水分能否被植物利用能否被植物利用及其被利用的及其被利用的难易程度难易程度。有效水有效水无效水无效水易有效水易有效水难有效水难有效水多余水多余水无效水无效水三、土壤水分的有效性干干湿湿水吸力水吸力/MPa土壤土壤水分水分常数常数土壤土壤水分水分形态形态土壤土壤水分水分有效有效性性土土粒粒103化学束化学束缚水缚水105

19、烘干土烘干土3.1吸湿水吸湿水吸湿系数吸湿系数1.5无效水无效水凋萎系数凋萎系数0.63膜状水膜状水最大分子持水量最大分子持水量难有效水难有效水毛管断裂含水量毛管断裂含水量0.05悬着毛管水悬着毛管水田间持水量田间持水量0.008上升毛管水上升毛管水易有效水易有效水毛管持水量毛管持水量0重力水重力水多余水多余水饱和含水量饱和含水量有效水下限有效水下限旱地灌溉下限旱地灌溉下限旱地有效旱地有效水上限水上限2.2 影响土壤有效水量的因素影响土壤有效水量的因素： (1)土壤有机质含量越高，有效水量越大；土壤有机质含量越高，有效水量越大； (2)土壤结构、土壤松紧度土壤结构、土壤松紧度(3)土壤质地土壤

20、质地(决定因素决定因素)田间持水量田间持水量凋萎系数凋萎系数重力水重力水有效水有效水无效水无效水2015105有效水含量细砂土面砂土粉砂土粉土粉壤土粘壤土壤粘土粘土土壤质地土壤质地砂土砂土 砂壤土砂壤土 轻壤土轻壤土 中壤土中壤土 重壤土重壤土 粘土粘土田间持水量田间持水量(%)(%)121218182222242426263030凋萎系数凋萎系数(%)(%)3 35 56 69 911111515有效水含量有效水含量(%)(%)9 913131616151515151515土壤质地与有效水最大含量的关系土壤质地与有效水最大含量的关系类类 型型 持水当量持水当量 萎蔫含水量萎蔫含水量 有效含水

21、范围有效含水范围 壤壤 土土 20.0 20.0 7.1 7.1 13.l13.l 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.l 13.l 土壤含水量：土壤含水量： soil watersoil water contentcontent土壤湿度：土壤湿度：soil humiditysoil humidity 土壤含水率：土壤含水率：percentage of soil waterpercent

22、age of soil water一定量土壤中所含水分数量的多少。一定量土壤中所含水分数量的多少。三、土壤含水量及其表示方法1.土壤重量重量/质量含水量质量含水量：m m （mass water content of soilmass water content of soil） 土壤所含水分的重量占烘干土重的百分数。-(%) =*100wSmsSWW WWW土壤水分含量的表示方法土壤水分含量的表示方法2.容积容积/体积含水量体积含水量（volumetric water contentvolumetric water content）：v v 土壤水分体积占土壤体积的百分数。100(%)VVw

23、vdmdswdSwwrrWWrWW100100/3.水层厚度（water thicknesswater thickness） ：hw 一定深度土层中的含水量换算成的水层的厚度。 与降雨量及腾发量相对应wD () =()*smmh mmvhs（mm）m r d4.土壤贮水量（soil water-storage capacitysoil water-storage capacity） ：Vw 一定厚度单位面积土壤中水的体积。 与灌、排水定额相对应3w1(/)D ()100001000V mhammwD () 10mmV方方/亩亩2/3Dw5.相对含水量（relative soil water c

24、ontentrelative soil water content） ：Rw 土壤实际含水量与田间持水量（或全持水量）的百分比值。（土含占田间持水量的60-80%时最适宜作物生长发育） 无量纲值。旱地土壤：100)w田间持水量自然状态土壤含水量（R100)w全持水量自然状态土壤含水量（R水田土壤：6.土壤水分饱和度（percent saturation of soil waterpercent saturation of soil water） 土壤水分体积占土壤孔隙体积的百分数。 100土壤孔隙体积土壤水分体积饱和度（）某一旱地土壤容重为某一旱地土壤容重为1.3g/cm3，田间，田间持水量持

25、水量m为为30%。为保证作物正常生。为保证作物正常生长，需使长，需使30cm土层的相对含水量达到土层的相对含水量达到80。灌水前取湿土。灌水前取湿土27.60g，105下下充分烘干后称重，土样质量为充分烘干后称重，土样质量为24.00g。灌水前适逢降雨灌水前适逢降雨10.0mm，问还需灌水，问还需灌水多少（多少（m3/ha）才能达到要求？）才能达到要求？ 需灌溉补充的水层厚度：需灌溉补充的水层厚度： hwi35.1-10.025.1（mm） 30cm土层中需增加的水层厚度：土层中需增加的水层厚度： hw（mm）=9%1.3300=35.1(mm) 需增加的土壤质量含水量需增加的土壤质量含水量:

26、 m24%-15%9% 相对含水量为相对含水量为80时的土壤质量含水量：时的土壤质量含水量： m230%80%=24% 解解: 降雨前土壤质量含水量：降雨前土壤质量含水量： m1（27.60-24.00）/24.010015% 相当的土壤贮水量：相当的土壤贮水量： Vwi25.110=251(m3/ha) 田间持水量为30%相当于水层厚度：30%*30*10*1.2=108mm灌水前含水量为20%相当于水层厚度为20%*30*10*1.2=72mm灌水600m3/ha相当于水层厚度为600/10=60mm灌水和降水后含水量为72+60+5=137mm水漏=137-108=29mm设小麦的日耗水

27、量x，则水（支出）=10 x+29水收入=60+5=65mm水期初=72mm水期末=19%*30*10*1.2=68.4mm依水分平衡原理水期初-水期末=水支-水收，可得72-68.4=10 x+29-65X=4.06mm某一公顷的麦田耕层深30厘米，其容重为1.2g/cm3，田间持水量为30%，灌水前测得含水量为20%，测后灌水600m3/ha，10天后测得同一耕层含水量19%，期间降水5mm，问小麦的日耗水为多少毫米：某试验站开展冬小麦节水灌溉试验研究,已知麦田土壤田间持水量为28.5%（重量含水量），土壤平均干容重为1.35g/cm3。三个生育期的已知条件如下表，请逐个生育期完成：确定是

28、否需要灌水？如果需要灌水,计算各生育期应灌水量(m3/亩)（应灌水量以适宜含水量上限为指标）。.3土壤水分能态土壤水分能态 将单位数量土壤水从一个平衡系统中移到与其温度将单位数量土壤水从一个平衡系统中移到与其温度相同的处于参照状态下的纯自由水池时所做的功。相同的处于参照状态下的纯自由水池时所做的功。 参照状态参照状态: : 纯自由水，其水势定义为纯自由水，其水势定义为 0 0。由于受各种力的作用，土壤水的移动性较自由水为小，由于受各种力的作用，土壤水的移动性较自由水为小，所以其水势一般小于所以其水势一般小于0 0。一、土水势及其分势s1.1 概念概念土作功水1.2 土水势的分势

29、土水势的分势土水势（土水势（ s ）Soil Water Potential压力势（压力势（p）Pressure Potential基质势（基质势（m）Matric Potential溶质势溶质势/渗透势渗透势（o）Solute/Osmotic Potential重力势（重力势（g）Gravitational PotentialA. 基质势基质势土水系统中由于土壤固体特性所引起的一种势值。土水系统中由于土壤固体特性所引起的一种势值。 作用力作用力： 土壤颗粒表面的分子引力、静电引力土壤颗粒表面的分子引力、静电引力土壤毛管孔隙的毛管力土壤毛管孔隙的毛管力 作用结果作用结果：负的能势负的能势 影响

30、因素：differences 土壤吸附力和土壤孔性非饱和水土壤：非饱和水土壤： m0低于参照面：低于参照面： g0不饱和水土壤：不饱和水土壤： p0 pgh h ：水层厚度：水层厚度饱和土层越深，压力势越高。饱和土层越深，压力势越高。4. 溶质势溶质势/渗透势（渗透势（o）Solute/Osmotic Potential由土壤水中溶解的溶质而引起的势值。由土壤水中溶解的溶质而引起的势值。 o壤土壤土砂土砂土相同水吸力时，含水量：粘土相同水吸力时，含水量：粘土壤土壤土砂土砂土粘壤砂5.2.2土壤结构（土壤结构（soil structure）在低吸力（高含水量）时表现明显：破坏土壤结构（压在低吸力

31、（高含水量）时表现明显：破坏土壤结构（压紧）土壤使通气孔隙和毛管孔隙减少，饱和含水量减小紧）土壤使通气孔隙和毛管孔隙减少，饱和含水量减小5.2.3土壤温度（土壤温度（soil temperature）一定水吸力下，温度越高，含水量越低（温度升高，水一定水吸力下，温度越高，含水量越低（温度升高，水的粘滞性和表明张力下降，水吸力降低）的粘滞性和表明张力下降，水吸力降低）5.2.滞后现象：同一吸力下，脱水过滞后现象：同一吸力下，脱水过程的含水量比吸水过程的含水量高程的含水量比吸水过程的含水量高机理：孔隙的几何特点，由干变湿时，大孔隙中形成气泡而占据一定容积，含水量不同土壤水分特征曲线的滞后现象土壤水

32、分特征曲线的滞后现象?张力计法?压力薄膜法?平板吸力法5.3 土壤水分特征曲线的测定土壤水分特征曲线的测定5.3.1 5.3.1 张力计法张力计法（TensiometerTensiometer）指针式数字式使用方法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。张力计法（张力计法（TensiometerTensiometer）gs = gDh = m +g +phs（土壤水力势）（土壤水力势） = hD（张力计水力势）（张力计水力势）ps =0，mD = 0ms + +gs + +ps = =mD + +gD+ +pDms +ps = mD +pDms = pD5.3

33、.2 压力薄膜法压力薄膜法Soil water characterizationSoil water characterization空气过滤器5巴压力室巴压力室连接软管器连接软管器15巴压力室巴压力室压力表压力表空 气 压空 气 压缩机缩机调节器调节器压力表压力表连 接连 接软管软管调节器调节器压力薄膜法压力薄膜法 s w mw+ pw+gw =ms +ps+ gs mw=0 , pw=0, gw=gs ms +ps =0ms = -ps = -pAtmosphere (p)Soil sFree water wdrainingHigh pressure atmosphere多孔板压力室压力室

34、水分特征曲线的用途水分特征曲线的用途进行土壤水吸力进行土壤水吸力S S和含水率和含水率 之间的换算。之间的换算。可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布。可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布。可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性。分的有效性。应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定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要量分析时，水分特征曲线是必不可少的重要参数。参数。某实验室用土壤水分特征曲线求土壤孔隙分布。已知土壤的干容重为1.30g/cm 3，测得进气吸力为Sa=30mbar，且此时的土壤含水量为38%（占干土重

35、%），当S1=50mbar时，土壤含水量为30%（占干土重%） 土壤的最大孔隙Da =3/Sa = 3/30 =0.1mm土壤中小于Da的孔隙度： 38% * 1.30 = 49.4%土壤D1的孔隙度： 30% *1.30 = 39%土壤中介于Da D1 的孔隙度： 49.4% - 39% = 10.4% 土壤中小于D1的孔隙度： 30% *1.30 = 39%2.3.4土壤水分运动土壤水分运动渗透过程-水分进入土壤过程（渗吸过程、渗漏阶段）土壤中存在土壤中存在3 3种类型的水分运动种类型的水分运动饱和流饱和流即土壤孔隙全部即土壤孔隙全部充满水时的水流，充满水时的水流，这主要是重力水这主要是重

36、力水的运动的运动非饱和流非饱和流土壤中只有部土壤中只有部分孔隙中有水时分孔隙中有水时的水流，主要是的水流，主要是毛管水和膜状毛管水和膜状水的运动水的运动水汽移动水汽移动一、一、饱和流饱和流在土壤中，有些情况下会在土壤中，有些情况下会出现饱和流，如大量持续出现饱和流，如大量持续降水和稻田淹灌时会出现降水和稻田淹灌时会出现垂直向下的饱和流；地下垂直向下的饱和流；地下泉水涌出属于垂直向上的泉水涌出属于垂直向上的饱和流；平原水库库底周饱和流；平原水库库底周围则可以出现水平方向的围则可以出现水平方向的饱和流。饱和流。一维垂直向饱和流一维垂直向饱和流饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度，基质饱和流的

37、推动力主要是重力势梯度和压力势梯度，基质势为零，饱和导水率势为零，饱和导水率K K常数，且砂土常数，且砂土 壤土壤土 粘土。本上粘土。本上服从饱和状态下多孔介质的达西定律。即单位时间内通服从饱和状态下多孔介质的达西定律。即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过单位面积土壤的水量，土壤水通量与土水势梯度成正比。比。 LHKqs式中：式中：qq表示土壤水流通量；表示土壤水流通量； HH表示总水势差；表示总水势差； LL水流路径的直线长度；水流路径的直线长度； KsKs土壤饱和导水率。土壤饱和导水率。饱和流导水率饱和流导水率u 土壤确定条件下饱和流土壤确定条件下饱和流导水率是

38、导水率是一个常数一个常数；u 饱和流导水率是饱和流导水率是土壤导土壤导水率中的最大值水率中的最大值；u 饱和流导水率的大小受饱和流导水率的大小受土壤的土壤的质地、结构、有机质地、结构、有机质含量和无机胶体类型质含量和无机胶体类型等等因素的影响。因素的影响。 土壤饱和导水率反映了土壤饱和导水率反映了土壤的饱和渗透性能，土壤的饱和渗透性能，任何影响土壤孔隙大小任何影响土壤孔隙大小和形状的因素都会影响和形状的因素都会影响饱和导水率。饱和导水率。通过半径为通过半径为1mm1mm的孔隙的的孔隙的流量相当于通过流量相当于通过1000010000个个半径半径0.1mm0.1mm的孔隙的流量。的孔隙的流量。

39、二、土壤非饱和流二、土壤非饱和流 土壤非饱和流的推动土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度和力主要是基质势梯度和重力势梯度。它也可用重力势梯度。它也可用达西定律来描述，对一达西定律来描述，对一维垂向非饱和流，其表维垂向非饱和流，其表达式为：达式为：dxdKqm)(非饱和土壤中的水流简称为非饱和流或不饱和流，即土壤非饱和土壤中的水流简称为非饱和流或不饱和流，即土壤中只有部分孔隙中有水时的水流，中只有部分孔隙中有水时的水流， 这主要是毛管水和膜状这主要是毛管水和膜状水的运动。水的运动。式中：式中： 非饱和导水率；非饱和导水率； 总水势梯度。总水势梯度。)(mKdxd非饱和流导水率非饱和流导水率土壤水

40、吸力和导水率土壤水吸力和导水率之间的关系之间的关系 饱和条件下的总水势梯度可用差分形式，而非饱饱和条件下的总水势梯度可用差分形式，而非饱和条件下则用微分形式：和条件下则用微分形式： 饱和条件下的土壤导水率饱和条件下的土壤导水率Ks对特定土壤为一常数对特定土壤为一常数，而非饱和导水率是土壤含水量或基质势（，而非饱和导水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式与饱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，二者的区别在于：和条件下的类似，二者的区别在于：K( m)为非饱和导水率，为非饱和导水率，d /dx为总水势梯度为总水势梯度 三、土壤水汽运动三

41、、土壤水汽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”。土壤水运动土壤水运动 当水汽由暖处向冷处扩散遇冷时便可凝结成液态当水汽由暖处向冷处扩散遇冷时便可凝结成液态水，这就是水汽凝结。水汽凝结有两种现象值得水，这就是水汽凝结。水汽凝结有两种现象值得注意，一是注意，一是“夜潮夜潮”现象，二是现象，二是“冻后聚墒冻后聚墒”现现象。象。水汽凝结：汽态水变为液态水的过程水汽凝结：汽态水变为液态水的过程“夜潮夜潮”现象多出现于地下水埋深度较浅的现象多出现于地下

42、水埋深度较浅的“夜夜潮地潮地”。白天土壤表层被晒干，夜间降温，底土。白天土壤表层被晒干，夜间降温，底土土温度高于表土，所以水汽由底土向表土移动，土温度高于表土，所以水汽由底土向表土移动，遇冷便凝结，使白天晒干的表土又恢复潮湿。遇冷便凝结，使白天晒干的表土又恢复潮湿。 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 。四、入渗、土壤水的再分布

43、四、入渗、土壤水的再分布一般是指水自土表垂直向下进入土壤的过程，但一般是指水自土表垂直向下进入土壤的过程，但也不排斥如沟灌中水分沿侧向甚至向上进入土壤也不排斥如沟灌中水分沿侧向甚至向上进入土壤的过程。的过程。 1. 土壤入渗土壤入渗soil water infiltration)*影响因素：一是供水速率，二是土壤的入渗能力 (入渗速率)几种不同质地土壤的最后稳定入渗速率(毫米/小时)土壤砂砂质和粉质土壤壤土粘质土壤碱化粘质土壤最后入渗速率2010-205-101-51最初入渗速率最初入渗速率稳定入渗速率稳定入渗速率 无论表土下是砂土层还是细土层，在不断入渗中最初能使无论表土下是砂土层还是细土层

44、，在不断入渗中最初能使上层土壤先积蓄水，以后才下渗。上层土壤先积蓄水，以后才下渗。2.土壤水的再分布土壤水的再分布 概念：概念：土壤水 入渗过程结束后，水在重力和吸力梯度影响下在土壤中向下移动重新分布的过程。 土壤水的再分布是土壤水的不饱和流。 五、田间土壤水分平衡五、田间土壤水分平衡Soil water balance田间土壤水分平衡示意图，据此可列出其土壤水分平田间土壤水分平衡示意图，据此可列出其土壤水分平衡的数学表达式：衡的数学表达式： W=P+I+U-E-T-R-In-D 田间蒸腾和蒸发很难截然田间蒸腾和蒸发很难截然分开，常合在一起，统称蒸散分开，常合在一起，统称蒸散ET。 (evap

45、otranspiration)-一一定时间内一定面积上土壤蒸发定时间内一定面积上土壤蒸发和植物蒸腾的总和。和植物蒸腾的总和。旱地土壤水分平衡旱地土壤水分平衡 W=P+I-ET-D 土壤水的来源是大气降水、凝结水、地下水和人工灌土壤水的来源是大气降水、凝结水、地下水和人工灌溉溉。其中大气降水是主要的来源，凝结水在干旱地区。其中大气降水是主要的来源，凝结水在干旱地区以及粗质土壤上也有一定意义。而地下水和人工灌溉以及粗质土壤上也有一定意义。而地下水和人工灌溉水，实际上主要也是从大气降水和部分地从凝结水转水，实际上主要也是从大气降水和部分地从凝结水转变而来。变而来。 大气降水除了植被（特别是林冠）截流

46、和地面径流大气降水除了植被（特别是林冠）截流和地面径流外，其余部分便进入土壤中成为土壤水。土壤水的外，其余部分便进入土壤中成为土壤水。土壤水的消耗有以下途径：消耗有以下途径：（1）向下渗漏、侧向径流和地）向下渗漏、侧向径流和地下径流；（下径流；（2）蒸发；（）蒸发；（3）蒸腾）蒸腾。所以，土壤的含。所以，土壤的含水量就是这些水分收入和支出的差额。水量就是这些水分收入和支出的差额。降雨P径流R下渗水D上行水U蒸散ET灌溉I截留蒸发In W=P+I+U-E-T-R-In-D概念：概念：土壤水汽进入大气的过程。土壤水汽进入大气的过程。 当土壤供水充分时，由大气蒸发能力决定的最大可当土壤供水充分时，由

47、大气蒸发能力决定的最大可能蒸发强称为潜在蒸发强度。能蒸发强称为潜在蒸发强度。(Soil potential evaporation)2、表土蒸发强度随含水率变化的阶段表土蒸发强度随含水率变化的阶段蒸发速率急剧降低，土壤向表土层供水不足蒸发速率急剧降低，土壤向表土层供水不足 3、水汽扩散阶段、水汽扩散阶段土壤输水能力极弱，不能补充表土蒸发损失的水分，土壤表面形土壤输水能力极弱，不能补充表土蒸发损失的水分，土壤表面形成干土层。在此阶段，蒸发面不是在地表，而是在土壤内部，蒸成干土层。在此阶段，蒸发面不是在地表，而是在土壤内部，蒸发强度的大小主要由干土层内水汽扩散的能力控制，并取决于干发强度的大小主要

48、由干土层内水汽扩散的能力控制，并取决于干土层厚度，一般来说，其变化速率十分缓慢而且稳定。土层厚度，一般来说，其变化速率十分缓慢而且稳定。土面蒸发过程区分为三个阶段。土面蒸发过程区分为三个阶段。1、表土蒸发强度保持稳定的阶段表土蒸发强度保持稳定的阶段 稳定蒸发阶段蒸发强度的大小主要由大气蒸发能力决定，可近似为稳定蒸发阶段蒸发强度的大小主要由大气蒸发能力决定，可近似为水面蒸发强度水面蒸发强度E0。此阶段含水率的下限，一般认为该值相当于毛管。此阶段含水率的下限，一般认为该值相当于毛管水断裂量的含水率，或田间持水量的水断裂量的含水率，或田间持水量的50-70% 壤质和粘质的土面蒸发分三个阶段土壤导水率控制阶段：田间持水量以下蒸发到毛管断裂含水量地面水分蒸发只能靠毛管作用从下层土壤伟导水分到土在， 而蒸发，蒸发速度不断减小。大气蒸发力控制阶段：下雨或灌溉停止蒸发开始阶段，蒸发速度快接近天水面蒸发，水分减小至田间持水量为此阶段，失去水为重力水扩散控制阶段：当土壤含水量减少到毛管断裂含水量时，土面蒸发得不到毛管水上升的补充，地表开始形成干土层，水分只能靠干土层下面的湿润的土层产生水汽，再通过大孔隙扩散到