土壤水的物理形态和能态（二）

1、土壤水的物理形态和能态（二） 1土水势及其分势 土壤中水分的保持和运动，及其被植物根系汲取、转移以及在大气中的散发都是与能量有关的现象。像自然界其他物体一样，土壤水分具有不同数量和形式的能量。土壤学中将土水势定义为：单位数量土壤水的自由能与标准状态水的自由能的差值，为一负值。土壤水总是由土水势高处流向土水势低处。同一土壤，湿度愈大，土壤水能量水平愈高，土壤水势也愈高。土壤水便由湿度大处流向湿度小处。但是不同土壤则不能只看土壤含水量的多少，更重要的是要看它们土水势的凹凸，才干确定土壤水的流向。例如，含水量为15的黏土其土水势普通低于含水量惟独10的砂土。假如这两种土壤互相接触时，水流将由砂土流向

2、黏土。 在土水势的讨论和计算中，普通要选取一定的参考标准。土壤水在各种力如吸附力、毛管力和重力等的作用下，与同样温度、高度和大气压等条件的纯自由水相比(即以自由水作为参比标准假定其势值为零)，自由能必定不同，这个白由能的差用势能来表示即为土水势(符号为()。 因为引起土水势变幻的缘由或动力不同，所以上水势包括若干分势，如基质势、压力势、溶质势、重力势等。 1)基质势(m) 在不饱和的状况下，土壤水受土壤吸附力和毛管力的制约，其水势自然低于纯自由水参比标准的水势。假定纯水的势能为零，则土水势是负值。这种由吸附力和毛管力所制约的土水势称为基质势(m)。土壤含水量愈低，基质势也就愈低。反之，土壤含水

3、量愈高，则基质势愈高。至土壤水彻低饱和时基质势达最大值，与参比标准相等，即等于零。 2)压力势(p) 土壤水在饱和状态下呈延续水体，除承受大气压外，还要承受其上部水柱的静水压力。以大气压作参比标准(压力势为零)，其水势与此之差，即为压力势(p)。因为压力势大于参比标准，故为正当。在不饱和土壤中，土壤水的压力势普通与参比标准相同，等于零。但在饱和的土壤中孔隙都弥漫水，并延续成水柱。在土表的土壤水与大气接触，仅承受大气压，压力势为零。在饱和土壤愈深层的土壤水，所受的压力愈高，正当愈大。 3)溶质势(s) 是指由土壤水中溶解的溶质而引起土水势的变幻，也称渗透势，普通为负值。土壤水中溶解的溶质愈多，溶

4、质势愈低。在饱和及不饱和状况下，土壤水都有溶质势存在，但其中的溶质极易随水运动而呈匀称状态分布，所以溶质势对土壤水运动影响不大。 4)重力势(g) 是指由重力作用而引起的土水势变幻。土壤水都受重力作用，与参比标准的高度相比，高于参比标准的土壤水，其所受重力作用大于参比标准，故重力势为正当。高度愈高则重力势的正当愈大。参比标准高度普通按照讨论需要而定，可设在地表或地下水面。 5)总水势(t) 土壤水势是以上各分势之和，又称总水势(t)，用数学表达为： tmpsg (2-2) 在不同的土壤含水情况下，打算土水势大小的分势不同：在土壤水饱和状态下，若不考虑半透膜的存在，则t等于p与g 之和；若在不饱

5、和状况下，则t。等于m与g之和；在考察根系吸水时，普通可忽视g，由于根吸水表皮细胞存在半透膜性质，t等于m与s之和，若土壤含水量达饱和状态，则t，等于s。 应该注重，土水势的值并非肯定示值，而是与参比标准的差值，故在按照各分势计算t时，必需分析土壤含水情况，且应注重参比标准及各分势的正负符号。 2土水势的定量表示 土水势的定量表示是以单位数量土壤水的势能值为准(最常用的是单位容积和单位分量)。单位容积土壤水的势能值用压力单位，标准单位帕(pa)，也可用千帕(kpa)和兆帕(mpa)，习惯上也曾用巴(bar)和大气压(atm)表示；单位分量土壤水的势能值则用静水压力或相当于一定压力水柱高度的厘米

6、数(cmh2o)表示。它们之间转换关系为： 1 pa=0.0102 cmh2o 1 atm1033 cmh2o=1.013 3 bar 1 bar=0.989 6 atm=1020 cmh2o 为了简便起见，也实用土水势的水柱高度厘米数(负值)的对数表示，称为pf。例如土水势为-1000 cm水柱，则pf=3。土水势为-10000 cm水柱，则pf=4。这样可以用容易的数字表示很宽的土水势范围。 3土壤水吸力 土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的状况下所处的能态，简称吸力，但并不是指土壤对水的吸力。上面研究的基质势m和溶质势s普通为负值，在用法中不太便利，所以将m和s的相反数(正数)定义为吸力(s)，也可分离称为基质吸力和溶质吸力。因为在土壤水的保持和运动中，不考虑s,所以普通谈及的吸力是指基质吸力，其值与m相等，但符号相反。 吸力同样可用于判明土壤水的流向，土壤水总是有自吸力低处向吸力高处流淌的趋势，但详细运动方向还需考虑其他作用力(或能量驱动)。 土壤水吸力的范围，大致可分为三段，即低吸力段(吸力值1×105 pa)、中吸力段(吸力值为1×1051.5×106pa)和高吸力段(吸力值1.5×106 pa)。而1.5×106 pa以下的中、低吸力段正相当于植物有效水范围。 近年来，土壤水吸力的测定有很大的发展