植物生长的水、空气与热量环境

1、第三章 植物生长的水、气、热环境第一节 土壤水分第二节 土壤空气和热量第一节第一节 土壤水土壤水 所有的水只有进入土壤转化为土壤水，才能被植物吸收利用。土壤水是作物吸水的土壤水是作物吸水的最主要来源。最主要来源。 土壤水是土壤的最重要组成部分之一。土壤水是土壤的最重要组成部分之一。 土壤水是土壤形成发育的催化剂；土壤水是土壤形成发育的催化剂； 土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土壤水土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土壤水实际上是指在实际上是指在105温度下从土壤中驱逐出来温度下从土壤中驱逐出来的水。的水。土壤水的重要性：土壤水的重要性：一、一、 土壤水的类型及性质土壤水的类型及性质一、土壤水分类

2、型及其性质一、土壤水分类型及其性质二、土壤水分的数量概念二、土壤水分的数量概念三三、土壤水分的有效性、土壤水分的有效性 吸湿水 膜状水 毛管水 重力水（形态观点）一、土壤水分类型及性质一、土壤水分类型及性质依土壤水分依土壤水分所受的所受的力力的作用划分类型的作用划分类型吸附水：吸附水：土壤颗粒表面的分子引力作用而被吸附在土粒周围的水分土壤颗粒表面的分子引力作用而被吸附在土粒周围的水分最大吸湿量：干土在近于水汽饱和的大气中吸附水汽， 并在土粒表面凝结成液态水的数量。定义：干燥土粒从空气（土壤、大气）中吸附的气态水机制：表面能（表面分子引力: 31 105 Pa）水分常数水分常数1 1、土壤吸湿水

3、、土壤吸湿水 它所受土粒表面的它所受土粒表面的吸附力很强吸附力很强，不能流动；，不能流动； 因为它所受的因为它所受的吸力远大于植物根的吸水力吸力远大于植物根的吸水力(平均为平均为1520kPa), 植物无法吸收利用，属于土壤水中的植物无法吸收利用，属于土壤水中的无效水无效水，对生产的直接意义不大。对生产的直接意义不大。 特点特点2.2.土壤膜状水土壤膜状水定义：土壤颗粒借助吸附力吸附在吸湿水外围的连土壤颗粒借助吸附力吸附在吸湿水外围的连续液态水膜称为续液态水膜称为土壤膜状水土壤膜状水机制：表面能（表面分子引力: 6.25-31 105 Pa ）膜状水示意图膜状水示意图膜状水比吸湿水所受的吸附力

4、小得多，它具有液态水的膜状水比吸湿水所受的吸附力小得多，它具有液态水的性质，可以移动，但其移动速率非常慢。一般是由性质，可以移动，但其移动速率非常慢。一般是由水膜厚水膜厚处向水膜薄处处向水膜薄处移动，如移动，如图图所示所示（0.2-0.4mm/h d=1.25） 。特点特点膜状水移动示意图膜状水移动示意图 部分有效膜状水的膜状水的内层水内层水，植物根无法吸收利用，为无效水，植物根无法吸收利用，为无效水，而它的而它的外层水外层水，植物可以吸收利用，但数量极为有限。，植物可以吸收利用，但数量极为有限。水分常数水分常数 凋凋萎蔫系数萎蔫系数：当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土当植物因根无法吸水而

5、发生永久萎蔫时的土壤含水量壤含水量 （萎蔫点，水受到的引力萎蔫点，水受到的引力15.2 105 Pa ）。 表表 7.1 不同质地土壤的萎蔫系数不同质地土壤的萎蔫系数（ m%）土壤质地土壤质地 粗砂壤土粗砂壤土 细砂土细砂土 砂壤土砂壤土 壤壤 土土 粘壤土粘壤土萎蔫系数萎蔫系数 0.961.11 2.73.6 5.66.9 9.012.4 13.016.6 影响因素：影响因素：土壤质地、植物种类、气候等土壤质地、植物种类、气候等 下表给出了不同质地土壤的萎蔫系数参考范围。下表给出了不同质地土壤的萎蔫系数参考范围。 （ P 111表表7-1） 萎蔫系数是植物可以利用的土壤萎蔫系数是植物可以利用

6、的土壤有效水含量的下限。有效水含量的下限。凋凋萎蔫系数萎蔫系数3 3、土壤毛管水、土壤毛管水定义：依靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水就称依靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水就称为为毛管水毛管水机制：毛管力（0.08- 6.25 105 ） h水柱高度（水柱高度（cm)d孔隙直径（孔隙直径（mm）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(0.02)-0.005(0.002) 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它不受重力支配而流失，所受力比植物根的吸水力小得多它不受重力支配而

7、流失，所受力比植物根的吸水力小得多, 是是植物所需水分的主要给源植物所需水分的主要给源毛管水移动性大，能较迅速地运动，一般向消耗点移动，如毛管水移动性大，能较迅速地运动，一般向消耗点移动，如向根系吸水点和表土蒸发面移动向根系吸水点和表土蒸发面移动（10-300mm/h ）它也是土壤养分的溶剂和输送者它也是土壤养分的溶剂和输送者特点特点是土壤中最宝贵的水是土壤中最宝贵的水 毛管悬着水（与地下水无关）毛管悬着水（与地下水无关） 在地下水较深的情况下，在地下水较深的情况下，降水或灌溉水降水或灌溉水等地面水进等地面水进入土壤，入土壤，借助毛管力保持在上层土壤毛管孔隙中的水分借助毛管力保持在上层土壤毛管

8、孔隙中的水分。它它与来自地下水上升的毛管水并不相连与来自地下水上升的毛管水并不相连，好像悬挂在半，好像悬挂在半空中一样，故称之为空中一样，故称之为毛管悬着水毛管悬着水。毛管悬着水是毛管悬着水是地势较高处地势较高处植物吸收水分的主要给源。植物吸收水分的主要给源。类型类型土土 粒粒毛管毛管悬着悬着水示水示意图意图不同质地和耕作条件下的田间持水量不同质地和耕作条件下的田间持水量m m（ % %）紧实紧实耕后耕后 21 21 25 2528-3228-32 24-28 24-28 22-26 22-26 20-24 20-24 13-20 13-20 10-14 10-14 田间持水量田间持水量 二合

9、土二合土粘土粘土重壤土重壤土中壤土中壤土轻壤土轻壤土砂壤土砂壤土砂土砂土 土壤质地土壤质地 在形态上它包括在形态上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水吸湿水、膜状水和毛管悬着水。 当含水量达到田间持时，若继续供水，并不能使该土体当含水量达到田间持时，若继续供水，并不能使该土体的持水量再增大，而只能进一步湿润下层土壤。田间持的持水量再增大，而只能进一步湿润下层土壤。田间持水量是确定水量是确定灌水量灌水量的重要依据的重要依据。 影响因素影响因素：质地、有机质含量、结构、松紧状况等质地、有机质含量、结构、松紧状况等水分常数水分常数田间持水量田间持水量(田持田持)：是指毛管悬着水达到最大数量时的土是指毛管

10、悬着水达到最大数量时的土壤含水量壤含水量 P111 当土壤含水量降低到一定程度时，当土壤含水量降低到一定程度时，较粗毛管中悬着水的连续状态出现断较粗毛管中悬着水的连续状态出现断裂，蒸发速率明显降低，此时土壤含裂，蒸发速率明显降低，此时土壤含水量称为水量称为毛管水断裂量毛管水断裂量。 大约相当于该土壤田间持水量的大约相当于该土壤田间持水量的7575左右。（左右。（生长阻碍含水量生长阻碍含水量） 毛管水断裂量毛管水断裂量水分常数水分常数毛管持水量：毛管持水量：毛管上升水的毛管上升水的最大含量最大含量 毛管上升水（毛管上升水（与地下水有关）与地下水有关）借助于毛管力借助于毛管力由地下水上升进入上层土

11、体的水由地下水上升进入上层土体的水毛管水上升高度：毛管水上升高度：从地下水面到毛管上升水所能到达的绝对高度从地下水面到毛管上升水所能到达的绝对高度水分常数水分常数土土 粒粒毛管毛管上升上升水示水示意图意图地下水位地下水位4 4、重力水、重力水特点：特点：临时存在于土壤大孔隙（通气孔隙）中的水分，与土壤养分的淋失有关；往往因水分过多，土壤空气不足，往往因水分过多，土壤空气不足，造成内涝，反而有害于作物生长（造成内涝，反而有害于作物生长（多余水多余水）定义：土壤中不被土壤保持而受重力支配向下流动不被土壤保持而受重力支配向下流动的水，称为的水，称为重力水重力水机制：重力（0.08 105 Pa ）二

12、、土壤水分的数量概念二、土壤水分的数量概念土壤含水量土壤含水量（一）质量含水量（一）质量含水量（ m或或 mw ） 质量含水量：质量含水量： 是指土壤中水分的质量与干土质量的比值。又是指土壤中水分的质量与干土质量的比值。又称为称为重量含水量重量含水量，常用符号，常用符号m表示表示（百分率百分率）100221 - -= =WWW m m（水重（水重/干土重）干土重）100干土干土，一般是指在，一般是指在105条件下烘干的土壤。条件下烘干的土壤。例例1 ：土壤烘干前湿重为：土壤烘干前湿重为95g，烘干后重，烘干后重79g，求质量含水，求质量含水量。将测定数据代入量。将测定数据代入上式上式， 即求该

13、土壤质量含水量为：即求该土壤质量含水量为： m（95 - 79）/ 79 10020.3土壤有效水(available soil water)：在田间持水量（1-2万帕）到永久萎蔫系数（150万帕）之间保留在土壤中的水分。 土壤水吸力大于150万帕的土壤水对植物来说是无效水。三三、土壤、土壤 水的有效性水的有效性土壤萎蔫系数：土壤萎蔫系数： （wilting point) wilting point) 作物作物叶片发生永久萎蔫时的土壤含水量，也叫永久萎蔫点。四、园林植物对水分的要求 1旱生植物 ：耐旱性强的植物，如长期处于干旱条件下能忍受水分不足。如沙棘、百合科、仙人掌科、景天科植物。2.中生

14、植物 是指适于生长在水分条件适中的环境中的植物。不能忍耐过干或过湿的环境。如油松、侧柏、桑树、旱柳等。3.水生植物 生长在水中，不耐旱。又分为挺水植物如芦苇、荷花，浮水植物如浮萍、凤眼莲，沉水植物如金鱼藻、黑藻。4.湿生植物 能生长在土壤水分经常饱和的环境中如水松、红树、白柳。 一、土壤空气的组成与特点：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。与近地面大气成分近似但又有其自己的特点。1、土壤空气中、土壤空气中O2的数量较大气为少，的数量较大气为少，CO2的数量较大气为多的数量较大气为多;2、土壤空气中水汽含量比大气高、土壤空气中水汽含量比大气高;3、土壤空气中含有少

15、量还原性气体、土壤空气中含有少量还原性气体;二、土壤通气性二、土壤通气性机制机制（1）土壤空气的对流 土壤与大气间由总压力梯度推动的气体整体流动，。对流由高压区流向低压区。 影响土壤空气对流的因素 （1）气压变化：大气压上升，一部分空气进入土壤孔隙，大气压下降，土壤空气膨胀，一部分土壤空气进入大气。 （2）温度变化：土壤温度高于大气温度时，土壤中的空气进入大气，反之，则相反。 （3）降水和灌溉：如土壤接受降水或灌溉，土壤含水量增加，孔隙中的空气就进入大气，反之，则相反。 （4）地表风力：地表风力大，土壤含水量下降，大气中的空气就进入土壤孔隙。反之则相反。 （2）土壤空气的扩散 土壤中气体分子因

16、浓度梯度或分压不同而产生的移动。是土壤与大气交换的主要机制。 （1）土壤松紧度：）土壤松紧度： 。二、土壤空气对二、土壤空气对植植物生长的影响物生长的影响1 1、土壤空气影响种子萌发和根系的发育、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；根系生长需一定氧种子萌发需水分与氧气、氧气不足烂种；根系生长需一定氧气，氧气含量低不长新根，氧气少烂根；不同作物缺氧的忍耐气，氧气含量低不长新根，氧气少烂根；不同作物缺氧的忍耐力不同。力不同。2 2、土壤空气影响土壤养分状况、土壤空气影响土壤养分状况氧气多少影响矿化，影响养分供给；影响根对养分吸收，如氧气多少影响矿化，影响养分供给；影

17、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：玉米缺氧对养分吸收能力依下列次序递减：K KCaCaMg Mg N N P P；3 3、土壤空气影响植物抗病性、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H H2 2S S、CHCH4 4、H H2 2、等会严重危害作物生长，、等会严重危害作物生长，COCO2 2过多致使土壤酸度增高，致使霉菌发育，植株生病。过多致使土壤酸度增高，致使霉菌发育，植株生病。（一）土壤热量的来源（一）土壤热量的来源1、太阳的辐射能 土壤热量的最基本来源是太阳的辐射能。农业就是在充分供应水肥的条件下植物对太阳能的利用。2、生物热 微生物分

18、解有机质的过程是放热的过程。 据估算，含有机质4的土壤，每英亩耕层有机质的潜能为6.281096.99109KJ，相当于2050吨无烟煤的热量。 3、地球内热 由于地壳的传热能力很差，每平方厘米地面全年从地球内部获得热量不高过226J，地热对土壤温度的影响极小，但在地热异常地区，如温泉、火山口附近，这一因素对土壤温度的影响就不可忽略。四、 土壤热性质及土壤温度变化1、土壤热容量 土壤热容量是指单位质量(重量)或容积的土壤每升高(或降低)1所需要(或放出的)的热量。（一）土壤热性质 土壤不同组分的热容量 在土壤的三相物质组成中，水的热容量最大，气体热容量最小，矿物质和有机质热容量介于两者之间。在固相组成物质中，腐殖质热容量大于矿物质，而矿物质热容量彼此差异较小。所以土壤热容量的大小主要决定于土壤水分多少和腐殖质含量。2 2、土壤导热率、土壤导热率土壤具有对吸附热量传导到邻近土层性质，称为导热性。导热性大小用导热率表示。在单位厚度（cm）土层，温差为时，每秒钟经单位断面（cm2）通过的热量焦耳数（）。土壤空气导热率最小，固体物质中矿物质导热率最大，水介于两者之间。因此，土壤导热率的大小主要决定于土壤孔隙的多少和含水量的