第三章土壤水分1节

1、主讲教师：罗春艳主讲教师：罗春艳能源与水利学院二一四年 九月第三章第三章 土壤水分土壤水分主要内内容： 土壤水分类型土壤水分类型 土壤水分能态土壤水分能态 土壤水分运动土壤水分运动 土壤墒情和田间墒情土壤墒情和田间墒情第三章土壤水分第三章土壤水分 通过土壤水分的学习，使学生认识到土壤通过土壤水分的学习，使学生认识到土壤水分的重要性，重点掌握掌握水分的重要性，重点掌握掌握土壤水分类型土壤水分类型、特点及相应的水分常数；、特点及相应的水分常数；掌握掌握土壤土水势土壤土水势、土水吸力、水分特征曲线概念、土水吸力、水分特征曲线概念，能够利用，能够利用水吸力和土水势判断水分运动的方向。水吸力和土水势判断

2、水分运动的方向。本章的教学教学目的：第三章第三章 土壤水分土壤水分本章的重点、难难点：1)1) 土壤水分类型、特点及相应的水分常数土壤水分类型、特点及相应的水分常数2)2) 土壤土水势、土水吸力、水分特征曲线概念土壤土水势、土水吸力、水分特征曲线概念第三章第三章 土壤水分土壤水分土壤水分是土壤最为重要的组成部分，它在土壤形土壤水分是土壤最为重要的组成部分，它在土壤形成、土壤的演化过程中起到极为重要作用。成、土壤的演化过程中起到极为重要作用。第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型一、概述一、概述水是土壤中一系列过程进行的媒介。水是土壤中一系列过程进行的媒介。土壤水是土壤微生物、植物的最主要的水源。

3、土壤水是土壤微生物、植物的最主要的水源。所有的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。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最主要来源。土壤水是作物吸水的最主要来源。 土壤水分状况是土壤肥力的最重要的因素之一。土壤水分状况是土壤肥力的最重要的因素之一。有收无收在于水，收多收少在于肥。有收无收在于水，收多收少在于肥。（一）土壤水分的重要性（一）土壤水分的重要性（二）关于土壤水分的概念需要强调以下几点（二）关于土壤水分的概念需要强调以下几点1.1.土壤水分土壤水分并非纯水并非纯水，而是溶解有各种有机无机物，而是溶解有各种有机无机物质的稀溶液。质的稀溶液。（

4、成分）（成分）第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型2.2.土壤水是指在土壤水是指在105105110110情况下，从土壤中能够情况下，从土壤中能够被烘出来的水分总和被烘出来的水分总和。 （范围）（范围）土壤水分不包含矿物晶架结构内的结晶水。测定土土壤水分不包含矿物晶架结构内的结晶水。测定土壤水分含量时，烘箱温度必须控制在这个温度范围，壤水分含量时，烘箱温度必须控制在这个温度范围，直至烘至恒重。直至烘至恒重。-界定了土壤水分的范围界定了土壤水分的范围3.3.土壤水分均是土壤水分均是来自于来自于自然界降水、灌溉或地下水自然界降水、灌溉或地下水的上升等，保蓄在土壤当中的。土壤水虽然来自于的上升等，保

5、蓄在土壤当中的。土壤水虽然来自于自由水，但又与自由水从许多性质方面有所不同。自由水，但又与自由水从许多性质方面有所不同。（来源）（来源）第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型（二）关于土壤水分的概念需要强调以下几点（二）关于土壤水分的概念需要强调以下几点4.4.土壤水与大气水、地表水、植物水、地下水处于土壤水与大气水、地表水、植物水、地下水处于平衡与交换状态平衡与交换状态（五水转化），（五水转化），成为生态环境的主成为生态环境的主要影响因素。要影响因素。第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型二、土壤的保水性的机制二、土壤的保水性的机制第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型二、土壤的保水性的机制二、土

6、壤的保水性的机制第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型二、土壤的保水性的机制二、土壤的保水性的机制土壤水土壤水固态水：冬季土壤结冰时存在固态水：冬季土壤结冰时存在气态水：存在于土壤空气中气态水：存在于土壤空气中液态水液态水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：重力水重力水吸着水吸着水毛管水毛管水第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型三、土壤水分类型三、土壤水分类型吸湿水：吸湿水：干燥的土粒靠分子引力从土壤空气中吸持的气态水。干燥的土粒靠分子引力从土壤空气中吸持的气态水。（一）吸湿水（一）吸湿水1.

7、1.定义定义机制：表面能（表面分子引力)受到的吸持力受到的吸持力=109Pa=109Pa3.13.1106Pa106Pa（1 1万万3131大气压），大气压），远大于植物根远大于植物根的吸水力的吸水力( (平均为平均为1520kPa), 1520kPa), 植物无法植物无法吸收利用，属于土壤水中的吸收利用，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。第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型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，具有固态水的性质，不，具有固态水的性质，不能流动能流动.2.2.性质性质可帮助分析土壤水的有效性可帮助分析土壤水的有效性，一般土壤

8、中无效水总量约为，一般土壤中无效水总量约为最大吸湿量的最大吸湿量的1.52.0倍。倍。v 比重很大比重很大(约约1.5g/cm3)，无溶解能力无溶解能力，v 冰点下降冰点下降 -78；v 重力也不能使其移动，重力也不能使其移动，又称紧束缚水又称紧束缚水第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型土壤含盐量及盐类成分土壤含盐量及盐类成分土壤质地土壤质地 吸湿水量（）吸湿水量（）土壤质地土壤质地吸湿水量（）吸湿水量（）细沙土细沙土壤沙土壤沙土沙壤土沙壤土轻壤土轻壤土0.030.031.061.061.401.402.092.09中壤土中壤土粘土粘土重粘土重粘土泥炭土泥炭土3.003.005.405.406

9、.546.5418.4218.423.3.影响土壤吸湿水含量的因素影响土壤吸湿水含量的因素土壤空气湿度土壤空气湿度土壤质地和有机质含量土壤质地和有机质含量空气湿度空气湿度 含盐量（含盐量（Mgcl2Mgcl2）第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型( (二二) )膜状水膜状水膜状水：膜状水：土粒靠分子引力吸持的液态水，在土粒吸湿水外围形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。成薄的水膜。1.1.定义定义膜状水示意图膜状水示意图机制：表面能（表面分子引力: 6.25-31 105 Pa ） 31316.256.25大气大气压）压）第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型( (二二)

10、)膜状水膜状水2.2.性质性质平均密度为平均密度为1.25g/cm1.25g/cm3 3；冰点约为；冰点约为-15-15，无溶解性，无溶解性不能在重力作用下移动，可以从水膜厚处向水膜薄处不能在重力作用下移动，可以从水膜厚处向水膜薄处移动，但速度非常缓慢，一般为移动，但速度非常缓慢，一般为0.20.20.4mm/0.4mm/小时。小时。又又称松束缚水称松束缚水膜状水的内层水，植物根无法吸收利用，为无效水，膜状水的内层水，植物根无法吸收利用，为无效水，而它的外层水，植物可以吸收利用，但数量极为有限而它的外层水，植物可以吸收利用，但数量极为有限第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型( (二二) )膜状

11、水膜状水第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型（三）毛管水（三）毛管水1.1.定义定义定义：依靠毛管力吸持和保存在土壤毛管孔隙中的液态水依靠毛管力吸持和保存在土壤毛管孔隙中的液态水受毛管力作受毛管力作用保持在土用保持在土壤中的水分壤中的水分第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型机制：毛管力（0.08- 6.25 105 ）（三）毛管水（三）毛管水2.2.性质性质第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型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

12、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 ）毛管水溶有各种养分，是土壤养分的溶剂和输送者。毛管水溶有各种养分，是土壤养分的溶剂和输送者。是土壤中最宝贵的水是土壤中最宝贵的水毛管现象的演示毛管现象的演示第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型当土壤孔隙直径大于当土壤孔隙直径大于8mm时，毛管力的大小时，毛管力的大小可用拉普拉斯公式计算：可用拉普拉斯公式计算：P P为毛管力为毛管力T=7210-3N/mr为毛管半径为毛管半径第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型P=2T/r土壤质

13、地越细，毛管半径土壤质地越细，毛管半径越小，毛管力越大越小，毛管力越大3.3.毛管力计算公式毛管力计算公式第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型1）水分子本身引力的作用而具有明显的表面张力）水分子本身引力的作用而具有明显的表面张力4.4.毛管水的存在与下列因素有关毛管水的存在与下列因素有关2）土粒在吸足膜状水后尚有多余的引力）土粒在吸足膜状水后尚有多余的引力3）复杂的土壤孔隙系统）复杂的土壤孔隙系统F根据毛管水与地下水是否相连接，可将毛管水分成：根据毛管水与地下水是否相连接，可将毛管水分成：5.5.毛管水分类毛管水分类毛管上升水：毛管上升水：毛管悬着水毛管悬着水第一节土壤水分类型第一节土壤水分类

14、型 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。第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型土土 粒粒毛管毛管悬着悬着水示水示意图意图第一节土壤水分类型第一节土壤水分

15、类型 毛管上升水（毛管上升水（与地下水有关）与地下水有关）借助于毛管合力借助于毛管合力由地下水上升进入上层土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H=75/dH为毛管水上升高度为毛管水上升高度d为土粒平均直径为土粒平均直径第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型土土 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第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型土粒直径土粒直径毛管上升高度毛管上升高度土粒直径土粒直径毛管上升高度

16、毛管上升高度观察值观察值计算值计算值观察值观察值计算值计算值5-25-225252121 0.2-0.10.2-0.1428428500250022-12-165655050 0.1-0.050.1-0.0510551055100010001-0.51-0.5131131100100 0.05-0.020.05-0.0220002000210021000.5-0.20.5-0.2246246210210 在均一的土粒中毛管水上升的观察值与计算值在均一的土粒中毛管水上升的观察值与计算值（四）重力水（四）重力水1.1.含义含义定义：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

17、流动的水，称为的水，称为重力水重力水第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型（四）重力水（四）重力水2.2.特点特点主要发生在大孔隙中。主要发生在大孔隙中。所受的吸力为所受的吸力为0.10.1（0.30.3）0bar0bar。重力水对作物的有效性为临时有效水。重力水对作物的有效性为临时有效水。它容易产生养分淋失，污染地下水的质量。它容易产生养分淋失，污染地下水的质量。土壤空气不足，造成内涝，反而有害于作物生长（多余水）土壤空气不足，造成内涝，反而有害于作物生长（多余水）第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型1.1.吸湿系数（最大吸湿量）吸湿系数（最大吸湿量）：饱和空气中土壤能吸附的：饱和空气中土壤能

18、吸附的最大水汽量。最大水汽量。四、土壤水分常数四、土壤水分常数土壤水分常数：土壤水分常数：在某些特征条件下的土壤含水率称为土壤在某些特征条件下的土壤含水率称为土壤水分特征常数。水分特征常数。第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型粘土壤土砂土；温度高，吸湿系数小。粘土壤土砂土；温度高，吸湿系数小。 2.2.最大分子持水量最大分子持水量：土壤分子力所吸附的水分的最大值：土壤分子力所吸附的水分的最大值称为最大分子持水量（包括吸湿水和薄膜水）称为最大分子持水量（包括吸湿水和薄膜水）四、土壤水分常数四、土壤水分常数第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型 最大分子持水量（最大分子持水量（2 24 4）吸湿系数

19、吸湿系数 此时膜状水达到最大值此时膜状水达到最大值3.3.凋萎系数凋萎系数：当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的：当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土壤（最大土壤（最大) )含水量。含水量。一、土壤水分常数一、土壤水分常数第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型意义：是作物可利用水量的下限，通常作为灌溉下限。意义：是作物可利用水量的下限，通常作为灌溉下限。凋萎系数凋萎系数= = （1.51.52.02.0）吸湿系数吸湿系数表表7.1 不不同同质质地地土土壤壤的的萎萎蔫蔫系系数数（ m%）土土壤壤质质地地 粗粗砂砂壤壤土土 细细砂砂土土 砂砂壤壤土土 壤壤 土土 粘粘壤壤土土萎萎蔫蔫系系数数 0.

20、961.11 2.73.6 5.66.9 9.012.4 13.016.64.4.毛管断裂含水量毛管断裂含水量：当土壤中的悬着毛管水因作物吸收和：当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。土表蒸发而发生断裂时的土壤含水量。第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型 毛管断裂含水量田间持水量毛管断裂含水量田间持水量606070%70%。5.5.饱和含水量（全蓄水量、全持水量）饱和含水量（全蓄水量、全持水量）：土壤所有：土壤所有孔隙充水时土壤的含水量。孔隙充水时土壤的含水量。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、21 252528-3228-32 24-2824-28 22-2622-26 20-2420-24 13-2013-20 10-1410-14 田间持水量田间持水量 二合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。 当含水量达到田持时，若继续供水，并不能使该土体的当含水量达到田持时，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。田间持水持水量再增大，而只能进一步湿润下层土壤。田间持水量是确定量是确定灌水量灌水量的重要依据的重要依据。 影响因素

22、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6.田间持水量田间持水量是指毛管悬着水达到最大数量时的土壤含水量是指毛管悬着水达到最大数量时的土壤含水量 第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型华北平原不同质地土壤的水分常数华北平原不同质地土壤的水分常数质地名称质地名称土壤水分常数土壤水分常数质量含水量（质量含水量（%）容积含水量（容积含水量（%）吸湿吸湿系数系数萎蔫萎蔫系数系数田间持田间持水量水量饱和持饱和持水量水量吸湿吸湿系数系数萎蔫萎蔫系数系数田间持田间持水量水量饱和持饱和持水量水量紧沙土紧沙土- - -16162222- - - -26263232- -沙壤土

23、沙壤土1 12 24 46 622223030303040402 23 35 59 93232424245455252轻壤土轻壤土1 12 24 49 922222828282840402 23 36 612123030363640405252中壤土中壤土2 23 36 6101022222828303038383 35 58 815153030353544445454重壤土重壤土2 23 36 6131322222828282838383 34 49 918183232424240405050轻粘土轻粘土- -15.015.02828323232324040- -20.020.0404045

24、4545455454中粘土中粘土- -121217172525353535354040- -171724243535454548485353重粘土重粘土- - -3030353538384242- - -4040505048485555第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型1 10 00 0% %烘烘干干土土重重土土壤壤水水的的质质量量）土土壤壤质质量量含含水水量量（100swmMM（一）土壤含水量表示方法（一）土壤含水量表示方法质量含水量质量含水量：土壤中所含水质量与烘干土质量的比值。：土壤中所含水质量与烘干土质量的比值。土壤含水量土壤含水量：在一定量土壤中所含水的总量。：在一定量土壤中所含水的总量。1. 1. 质量含水量质量含水量第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型五、土壤含水量与有效性五、土壤含水量与有效性质量含水量的表示必须以质量含水量的表示必须以烘干土重烘干土重为基数，而不能以湿土为基数为基数，而不能以湿土为基数 容积含水量与质量含水量的关系：容积含水量与质量含水量的关系：bmv(%)(%)2. 2.容积含水量容积含水量 容积含水量：单位土壤总容积中水分所占的容积分数。容积含水量：单位土壤总容积中水分所占的容积分数。第一节土壤水分类型第一节土壤水分类型 1 10 00 0% %土土壤壤容容积积水水分分容容积积）土土