第四章土壤水分、空气与热性质示文稿ppt课件

1、 第四章 土壤水分、空气与 热性质v土壤水分、空气和热量都是土壤肥力的重要因素，也是植物正常发育所必须的条件。任何土壤的形成，土壤的性质及植物的生长都与土壤水、气、热状况密切相关。所以土壤水分的丰缺，空气的组成以及土壤温度的适宜与否，对土壤肥力和植物生长都具有十分重要的意义。第一节 土壤水分v土壤水分是植物生活的基本条件，是土壤肥力的重要因素。“有收无收在于水，收多收少在于肥”，这说明水在农业生产中的重要作用。一、土壤水分的类型v 通常把在l05一110温度下能从土壤驱逐出来的水称为土壤水。v 土壤能够保持水分是两种不同的力作用的结果，一是土粒表面对水分子的吸附力；二是水和空气界面上的弯月面力

2、毛管力），两者总称为基质吸力。土壤水一部分以水膜的形式被土粒吸附于表面，另一部分为水气界面的弯月面力所保持，即使在很干旱的地区，也很难将两部分严格区分开。v 土壤水分按其在土壤中受力大小和水分性质的不同大致分为以下类型：土壤水土壤水固态水固态水 冬季土壤结冰时存在冬季土壤结冰时存在液态水液态水气态水气态水 存在于土壤空气中存在于土壤空气中受土粒分子引力受土粒分子引力吸湿水吸湿水膜状水膜状水受毛管力作用受毛管力作用毛管悬着水毛管悬着水毛管上升水毛管上升水受重力作用受重力作用重力水重力水地下水地下水（一）、吸湿水v1、定义：干燥的土粒靠分子引力从土壤空气中吸持的气态水称为吸湿水。干燥的土粒具有吸附

3、空气中气态水分子的能力，这种能力是由于颗粒表面存在自由能并带有电荷，而水分子是偶极分子的缘故。v2、性质：v紧靠土粒表面的水分子受到的吸持力范围从109Pa3.1106Pa1000031大气压）v 密度1.22.4g/cm3，平均1.5g/cm3，表现出固态水的性质。v冰点低至7.8，不能移动，没有溶解能力。v由于植物根系的渗透压一般只有15个大气压，因此，吸湿水对植物是一种无效水v 土壤在水汽相对饱和的环境中相对湿度100%）吸持水分子可达到最大量，此时土壤的含水量称为最大吸湿量或吸湿系数大概有1520层水分子,厚度48nm），不同土壤吸湿系数不一样。v普通，粘土土壤砂土， 另外吸湿系数大小

4、还与测定时温度有关，温度高，吸湿系数小。v（二膜状水 v1、定义： 土粒吸持空气中的水汽达到饱和后，土粒表面还有剩余的分子引力，这时如果土粒表面与液态水接触，土粒能够进一步吸附液态水。土粒靠分子引力吸持的液态水，在土粒吸湿水外围形成薄的水膜。称为膜状水。v2、性质：v膜状水被土粒吸持的力为0.62531Mpa （316.25大气压）。v所受引力大于常态水。由于一般植物根的吸水力平均为1.5106Pa ，所以超过土粒吸持力1.5106Pa的那部分膜状水就不能被植物利用。v平均密度为1.25 g/cm3。v冰点约为4，微有溶液能力。v膜状水虽不能在重力作用下移动，但本身可以从水膜厚处向水膜薄处移动

5、，但速度非常缓慢，一般为0.20.4mm/小时。v当土壤含水量减少到土粒对水分子的引力等于或大于1.5106Pa时，植物会因无力吸水而发生永久性凋萎，土壤对水分子引力等于1.5106Pa15巴时的土壤含水量称为永久萎焉点或凋萎系数。凋萎系数=吸湿系数1.5经验公式当膜状水达到最大量时土壤的含水量叫土壤最大分子持水量。v（三毛管水v1、定义：土壤孔隙借弯月面力即毛管力而保持的水分，称为毛管水。毛管水实际上包括吸湿水、膜状水和毛管水的总和。v2、性质：v毛管水所受力6.25105Pa104Pa6.250.1atm在之间，比一般作物根系渗透压要低的多，可全部被作物所吸收利用。v毛管水的基本上和自由水

6、有相同的移动速度，可达10300mm/小时，对作物根系吸水补给迅速。v毛管水溶有各种养分，是土壤中最有效的水分。v3、种类v根据毛管水与地下水是否相连接，可将毛管水分成：v（1）、毛管悬着水：地下水位较深，土壤上层的毛管水与地下水不直接相连，因而不受地下水源补给的毛管水，好像悬着在上层土壤的毛管孔隙中称为毛管悬着水。v毛管悬着水达到最大量时土壤的含水量称为田间持水量。v（2）、毛管上升水：土壤中受地下水源补给并上升到一定高度的毛管水。当表层土壤水分被蒸发、蒸腾而消耗后，地下水可沿毛管上升，使地表水不断得到补充。v毛管上升水达到最大量时的土壤的含水量，称为毛管持水量。v（四重力水 v1、定义：土

7、壤中所有毛管孔隙充满水后，再有多余的水分不能被毛管孔隙所保持，而受重力作用沿大孔隙向下移动，这种水分叫重力水。v2、特点：性质与常态水一样，可以被植物吸收利用，但很快渗掉，不能持续有效，若长期滞留会造成涝灾。v当土壤中所有孔隙充满水时的土壤的含水量叫饱和含水量或全持水量）v(五)地下水 当土壤深处有不透水层时，重力水就会在上面聚积形成地下水，又称支持重力水。二、土壤水的有效性v土壤水分的有效性：是指水分被植物利用的程度。v 有效水：可被植物吸收利用的那一部分水分称有效水。v 无效水：另一部分不能被植物吸收利用的水称为无效水。v 土壤水分常数吸湿系数、凋萎系数、最大分子持水量、田间持水量、毛管持

8、水量、饱和持水量等都是土壤水分常数，这些常数对于作物的生长有一定意义）v土壤有效水的范围（%）=田间持水量（%）-凋萎系数（%）v速效水：田间持水量至毛管断裂含水量。v迟效水：毛管断裂含水量至凋萎系数。v土壤中各种类型水分有效性如图所示v （一质量含水量（一质量含水量 指土壤水的质量占干土质量的指土壤水的质量占干土质量的百分率。百分率。 （二容积含水量（二容积含水量 指土壤中水的容积占自然状态指土壤中水的容积占自然状态下土壤容积的百分数。下土壤容积的百分数。水水+气气=总孔隙容积总孔隙容积 土壤空气容积百分数土壤空气容积百分数=孔隙度水容（孔隙度水容（%）土壤固相物质所占的容积百分数土壤固相物

9、质所占的容积百分数=1一孔隙度一孔隙度可求出土壤固液气三相物质容积比可求出土壤固液气三相物质容积比（三水层厚度（三水层厚度 将一定面积一定厚度土层中的水分总量，将一定面积一定厚度土层中的水分总量，换算成水层厚度换算成水层厚度mm），是与气象资料相吻合的一种表），是与气象资料相吻合的一种表示方式。示方式。 水层厚度水层厚度mm）=土层厚度土层厚度mm）水容水容% =土层厚度土层厚度mm）水重水重%土壤容重土壤容重（四水的体积（四水的体积 将一定面积和一定深度土层中含水总量，将一定面积和一定深度土层中含水总量，换算成水的体积来表示。换算成水的体积来表示。水的体积水的体积=土壤面积土壤面积土层厚度土

10、层厚度土壤容重土壤容重水重水重%若面积为亩则：若面积为亩则：式中式中1/1000是将毫米数换算成米数，是将毫米数换算成米数，2000/3为一亩地面积为一亩地面积m2）此表示方法与水利相应，在农田灌溉中应用极广，便于计此表示方法与水利相应，在农田灌溉中应用极广，便于计算灌水量。算灌水量。200012水 的 体 积 （ m3/亩 ） =3 水 层 厚 度 (m m )1000=3 水 层 厚 度 (m m )（五相对含水量 指土壤自然含水量占田间持水量的百分数 相对含水量% 100 这种表示方法在旱地作物栽培中经常用到，它用来说明土壤水分的饱和程度。）田间持水量（水）土壤含水量（水重重四、土壤含水

11、量的测定方法v（一烘干法v原理：在1052的 温度 下，水分会从土壤中全部蒸发，有机质大致不会分解。根据烘干前后的质量差，就可以计算出土壤水分含量的百分数。v（二酒精烘烤法v原理：土壤中加入酒精，在105-110下烘烤，可以加速水分蒸发，大大缩短烘烤的时间，有机质也不会损失。v（三酒精燃烧法v原理：利用酒精在土壤中燃烧放出的热量，使土壤水分蒸发干燥。这是快速测定方法。但是，有机质的燃烧，使结果有一定的误差。五、土壤水分的能量状态v土壤水的能态是指土壤中水分的能量状态，常用土水势和水吸力来表示。v（一）、土水势 v 1、概念： 土壤中的水在土壤中受到了各种力场的作用，如吸附力，毛管力等，使土壤中

12、的水比纯水自由能降低了分子活动能力降低了），土壤水的自由能和纯自由水之间自由能的差值，其值大小等于在标准大气压等温条件下，单位数量的纯自由水转变成土壤水时所作的功或其自由能的降低值称为土水势。v 土水势严密的概念如下：从一已定高度的蓄水池中，把无限少量的纯水，在一个大气压下等温可逆地转移到土壤中的某一已定点，使成为土壤水，这时必须做的功，以单位水量来表示称为土水势。v我们规定纯水自由水势能值为零，土水势应是负值2 2、土水势的分势：土水势实际上是作用于土壤水分的各种、土水势的分势：土水势实际上是作用于土壤水分的各种力的总和而产生，所以它可分为以下几个分势。力的总和而产生，所以它可分为以下几个分

13、势。（1 1基质势基质势mm）：由土壤固体基质对土壤水分的吸）：由土壤固体基质对土壤水分的吸引而使水分自由能降低，这种势能叫基质势。主要是由吸附引而使水分自由能降低，这种势能叫基质势。主要是由吸附力和弯月面力所引起，为负值。力和弯月面力所引起，为负值。土壤水分含量越少，土壤水受到的这种约束力越大，基质势土壤水分含量越少，土壤水受到的这种约束力越大，基质势越低。反之，土壤水分含量越多，土壤水受到的这种约束力越低。反之，土壤水分含量越多，土壤水受到的这种约束力越小，基质势越高。当土壤水分完全饱和时，基质势等于零。越小，基质势越高。当土壤水分完全饱和时，基质势等于零。（2 2溶质势溶质势ss）：土壤

14、水中的溶质盐分），对水分子）：土壤水中的溶质盐分），对水分子有吸持作用，使水分自由能降低，称为溶质势。为负值。有吸持作用，使水分自由能降低，称为溶质势。为负值。时间干土湿土渗透速率dH q = -K dx 象。秋冬土壤表层温度低，下层土温度高，水汽也由下层向象。秋冬土壤表层温度低，下层土温度高，水汽也由下层向上层运动，水汽扩散到表层凝结并结冰，形成含水量较高的上层运动，水汽扩散到表层凝结并结冰，形成含水量较高的冻层。一年中由凝结补充水分约冻层。一年中由凝结补充水分约60-100mm。dp qv= -Dv dx v土壤水分的调节措施：v1加强农田基本建设，合理耕作，减少水分渗漏。v2改良土壤，增

15、施有机肥，提高土壤保水能力。v3、及时中耕松土，切断毛管联系，减少水分蒸发。4、实行节水灌溉v 节水灌溉包括灌水技术喷灌、滴灌、渗灌等）、防渗技术和灌溉制度灌水时间、灌水量和灌水次数）。v5耕作栽培措施(1)深耕浅盖 (2)提墒播种 (3)造墒播种 (4)育苗移栽 (5)应用增温保墒剂第二节 土壤空气v土壤空气和土壤水分、养分一样，也是土壤肥力的重要因素之一。土壤空气的数量和组成直接影响到种子的萌发，根系的发育，微生物的活动以及土壤的理化性质。v一、土壤空气的组成与特点：与近地面大气成分近似但又有其自己的特点。v（一土壤空气中O2的数量较大气为少，CO2的数量较大气为多;v（二土壤空气中水汽含

16、量比大气高;v（三土壤空气中含有少量还原性气体;v（四土壤空气的组成不稳定;v（五土壤空气存在的形态与大气不同 ; v土壤空气存在形态按其物理性质分为：1、自由态气体；2、吸附态气体；3、溶解态气体。二、土壤空气对作物生长的影响二、土壤空气对作物生长的影响（一土壤空气影响种子萌发和根系的发育（一土壤空气影响种子萌发和根系的发育种子萌发需水分与氧气、氧气不足烂种；种子萌发需水分与氧气、氧气不足烂种；根系生长需根系生长需一定氧气，氧气含量低不长新根，氧气少烂根；一定氧气，氧气含量低不长新根，氧气少烂根；不同作不同作物缺氧的忍耐力不同。物缺氧的忍耐力不同。（二土壤空气影响土壤养分状况（二土壤空气影响

17、土壤养分状况氧气多少影响矿化，影响养分供给；氧气多少影响矿化，影响养分供给；影响根对养分吸影响根对养分吸收，如玉米缺氧对养分吸收能力依下列次序递减：收，如玉米缺氧对养分吸收能力依下列次序递减：KCaMg N P；影响养分存在形态，一般氧化态养分影响养分存在形态，一般氧化态养分易被作物吸收利用。易被作物吸收利用。（三土壤空气影响植物抗病性（三土壤空气影响植物抗病性通气不良产生还原性气体通气不良产生还原性气体H2S、CH4、H2、PH3等会严重等会严重危害作物生长，危害作物生长，CO2过多致使土壤酸度增高，致使霉菌发过多致使土壤酸度增高，致使霉菌发育，植株生病。育，植株生病。三、土壤通气性及其调节

18、三、土壤通气性及其调节土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换以及土土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换以及土体内部气体扩散和通气的能力。体内部气体扩散和通气的能力。（一土壤通气性机制（一土壤通气性机制土壤空气与大气交换的机制有二：土壤空气与大气交换的机制有二：一是气体对流，二是气体扩散一是气体对流，二是气体扩散气体对流是指土壤空气与大气之间的整体交换。气体对流是指土壤空气与大气之间的整体交换。其驱动力是总气压梯度，对流迅速，但只占土壤其驱动力是总气压梯度，对流迅速，但只占土壤空气与大气交换的空气与大气交换的10%。影响因素有：大气压力、土壤温度、降水与灌溉影响因素有：大气压力、土壤温度、降水与灌

19、溉v气体扩散指土壤空气各组分的分子由分压大处向分压小处的运动。是土壤空气与大气更新的主要形式，在土壤中经常进行。进行缓慢但经常进行。其驱动力是某一组分的分压梯度。v土壤中O2的分压总是低于大气，而CO2的分压总是高于大气。所以O2是从大气向土壤扩散，而CO2则是从土壤向大气扩散，正如人不断呼出CO2和吸进O2一样，因此，土壤气体交换被称为“土壤呼吸”。Eh200ml作用，硝酸盐开始消失，出现大量作用，硝酸盐开始消失，出现大量NO2-和和Mn2+，严重影响作物，严重影响作物生长。生长。(三)、土壤通气性的调节土壤通气性好坏主要取决于土壤通气孔隙的多少，调节土壤通气性就要通过各种措施改善土壤孔隙状

20、况。1、改良土壤质地和结构 2、合理耕作管理 3、合理排水和灌溉4、合理施用有机肥。第三节 土壤的热性质v土壤热量状况对土壤微生物活动、土壤养分的转化和土壤中水分、空气的运动以及对植物的生长与发育都有重要的影响。所以，它是土壤肥力的重要因素之一。v一、土壤热量的来源v 1太阳的辐射能v 太阳辐射能是土壤热量的主要来源，地球表面所获得的平均辐射强度为1.9cal/cm2/mm，此值又称太阳常数。 v2. 生物热v 土壤微生物在分解有机质的过程中常放出一定的热量，但数量较少。v3. 地球内热v 由地球内部的岩浆传导至地表的热。但因地壳导热能力差，因此这部分热量占的比例小，但温泉附近，这一热源不可忽

21、视。v 一般情况下，土壤中物理化学反应及土壤中生物生命活动产生的热能不大，相比之下，土壤热量几乎全部来源于太阳的辐射能。水水空空 气气有有 机机 质质矿矿 物物 土土 粒粒(平平 均均 值值)ccal/(g )10.240.440.480.2cvcal/(cm3 )10.00030.1640.25密密 度度 （g/cm3）10.001251.32.65土壤导热率大小也决定于土壤固液气三相物质组成的比例及其各自的导热率。土壤矿物的导热率最大，约为空气导热率100倍，水导热率比空气大25倍。（三） 土壤导温率土壤热扩散率） 指标准状态下，在土层垂直方向上，每cm距离内有1的温度梯度即单位距离的温差

22、），每秒钟流入1cm3土壤断面面积的热量，使单位体积1cm3土壤所发生的温度变化。 土 壤 导 温 率 =/ c v 导 热 率 cv 热容量 与导热率成正比，与容积热容量成反比 v土壤导温率的大小同样取决于三相物质的比例：一般而言，土壤固相部分较稳定。土壤导温率主要取决于水和空气的比例，干土温度易上升，湿土温度不易上升。v热容量不变时，导温率与导热率的增高是一致的，但如果热容量发生变化时，则二者的表现就不一致了。如当干土水分开始增加时，土壤导温率因导热率的增大而增大。但当水分增加到一定程度后，导温率反而降低。 三、土壤热平衡及其热量状况三、土壤热平衡及其热量状况1 1土壤热量平衡土壤热量平衡

23、当土壤表面吸收辐射热后，部分以辐射形式再返回大气，另一部分当土壤表面吸收辐射热后，部分以辐射形式再返回大气，另一部分传给下层土壤，以用以土壤水分蒸发的消耗，余下的热量才用于传给下层土壤，以用以土壤水分蒸发的消耗，余下的热量才用于土壤本身的升温。土壤本身的升温。 土壤热量平衡是指土壤热量在一年中收支情况，可用下式表示：土壤热量平衡是指土壤热量在一年中收支情况，可用下式表示： S=W1+W2+W3+RS=W1+W2+W3+R 式中：式中：SS土壤表面接受的太阳辐射能土壤表面接受的太阳辐射能 W1W1地面辐射所损失的热量地面辐射所损失的热量 W2W2土壤增稳的热量土壤增稳的热量 W3W3土壤水分蒸发所消耗的热量土壤水分蒸发所消耗的热量 RR其它方面所消耗的热其它方面所消耗的热量量 一般情况下，在太阳辐射能量为一固定量的情况下，如果能一般情况下，在太阳辐射能量为一固定量的情况下，如果能减少减少W1W1地面辐射能损失的能量、地面辐射能损失的能量、W3W3土壤水分蒸发所消耗的热量和土壤水分蒸发所消耗的热量和R R土壤温度可随之增加；反之，土壤温度会降低。土壤温度可随之增加；反之，土壤温度会降低。 农业生产中，常采用中耕松土，地表覆盖，设置风障，塑料农业生产中，常采用中耕松土，地表覆盖，设置风障，塑料大棚等措施以调节土壤温度。大棚等措施以