土壤肥料学课件 李成亮04第四章土壤水分空气热量

第一节土壤水分第二节土壤空气第三节土壤热量第四节土壤水、气、热的关系及其调节第四章土壤水分、空气与热量状况第一节土壤水分土壤水：在105－110摄氏度从土壤中驱赶出来的水。

土壤水是重要的：是作物生长发育所需水分的主要来源一般作物要获得一份产量，必须消耗500－1000份的水是作物吸收养分的重要条件参与土壤中许多物理、化学和生物学过程自然界重要“水库”和水循环重要环节，环境的重要组分土壤－植物－大气连续体(SPAC)。二、土壤水含量的表示方法（一）质量含水量土壤质量含水量(%)＝土壤水质量/干土质量×100%（二）容积含水量

土壤容积含水量（％）＝土壤水容积/土壤总容积×100％＝水重％×土壤容重（三）相对含水量土壤相对含水量（％）＝土壤含水量÷田间持水量一般合适的相对含水量为70%～80%（60-100%）（四）水层厚度（水深）mm

＝土层厚度×水容％（五）土壤水贮量（方/亩或吨/亩）＝2/3×水层厚度

(六)墒情：干墒、黄墒、灰墒、黑墒干、润、潮、湿三、土壤水分含量的测定（一）烘干法：常用

1、经典烘干法：恒温箱105－110ºC烘干称重计算

2、快速烘干法：红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃烧法、电炉法等。（二）中子法：定点长期测定（三）TDR法：快速测定土壤的容积水含量英文全称是Time-Domain-Reflectometry，中文译为时域反映仪。（四）电阻法：石膏块加导线。定点长期测定

TDR法：石膏块中子仪二、土壤水分类型与水分常数土壤水分类型受土粒分子引力（吸附力）受毛管力作用受重力作用吸湿水（紧结合水）膜状水（松结合水）毛管悬着水毛管上升水重力水(一)土壤水分的类型与性质（一）类型划分1、吸附水(束缚水):

受土壤吸附力的作用保持。吸湿水:干燥土粒靠分子引力吸收的气态水。

（距离土粒近，受力3.1MPa-1GPa以上。对作物无效）

膜状水：土粒靠分子引力吸收的液态水，在土粒表面形成水膜。

（距离土粒稍远，0.625-3.lMpa，部分有效）萎蔫系数：当作物出现永久萎蔫时土壤的含水量。灌溉的下限。2、毛管水:受毛管力的作用而保持。(1)毛管悬着水：当地下水较深，借助毛管力保持在上层土壤的毛管孔隙中的水。

特点：0.08-0.625Mpa(0.1-6.25atm)之间，是最有效的水，是土壤能稳定保持的最大有效水田间持水量：毛管悬着水的最大量（田间灌水的上限）(2)毛管上升水：借助毛管力由地下水上升到土壤中的水

毛管水上升情况于土壤质地的关系：砂土：上升速度快，上升高度小壤土：上升速度快，上升高度最大大粘土：上升速度慢，上升高度较大3、重力水：受重力支配，容易进一步向土壤剖面深层移动。所受的吸力为0.1（0.3）~0bar。易发生渗漏，基本无效。（二）土壤水的有效性

有效水：能被植物吸收利用的水。无效水：不能被植物吸收利用的水田间持水量为土壤有效水的上限；萎蔫系数土壤有效水的下限。实际有效含水量＝实际含水量－萎蔫系数最大有效含水量＝田间持水量－萎蔫系数表：土壤质地与有效水最大含量的关系土壤质地砂土砂壤土轻壤土中壤土重壤土粘土田间持水量（％）121822242630萎蔫系数（％）35691115最大有效水含量（％）91316151515吸湿水萎蔫系数膜状水田间持水量毛管持水量重力水无效水有效水多余水三、土壤水分能量状态（一）土水势（1）基质势（Ψm）由吸附力和毛管力所产生（2）压力势（Ψp）由静水层所产生的压力（3）溶质势（Ψs）由土壤水的溶质而引起（渗透势）（4）重力势（Ψg）由重力作用而引起总水势（Ψt）Ψt＝Ψm＋Ψp＋Ψs＋Ψg（二）土壤水吸力

指土壤水在承受一定吸力的情况下所处的能态，简称吸力。

与土水势的意义一致，但只是基质吸力和溶质吸力的和。（三）土水势的测定主要有张力计法（测定基质势最常用）压力膜法冰点下降法水气压法等张力计法压力膜法冰点下降法渗透压的测定可由冰点降低法间接求得。通常采用测量溶液冰点下降来间接测定其毫渗透压摩尔浓度。①：△T=Km式①中，K--冰点降低常数，溶剂不同，K值不同，对水溶剂K=1.86；m--渗透压摩尔浓度。而渗透压符合：②：P'=K'm式②中，P'为渗透压，K'为渗透压常数，m为溶液重量摩尔浓度。由于式①和式②中浓度等同，故可以用冰点下降法测定溶液的渗透压摩尔浓度。测定药物溶液的渗透压时，只要能测得药物溶液的冰点降低值，就可求出。注：常用的渗透压计就是采用冰点下降的原理来设计的。对药物的注射剂、滴眼剂等，要求制成适合人体的等渗溶液，正常人血浆渗透压为749.6kPa。（四）、土壤水分特征曲线土壤水吸力是随土壤含水率而变化的，水吸力大小与土壤含水量成负相关。定义：把土壤水的能量指标与数量指标所作的关系曲线称为土壤水分特征曲线。土壤水分特征曲线示意图土壤水吸力S

土壤含水率ΘSa不同土壤的水分特征曲线（低吸力脱湿过程）01002003004005006007008009000.10.20.30.40.5细砂砂壤土壤土粘土四、土壤水的运动（一）水分运动：1、饱和水流：遵循达西定律（通过数量与土水势梯度成正比）推动力：重力势梯度和压力势梯度。砂土>壤土>粘土2、非饱和土壤中的水流推动力：基质势梯度和重力势梯度粘土>壤土>砂土3、土壤中的水汽运动推动力是水汽压梯度（浓度和温度）。强度由大气蒸发力和土壤的导水性共同决定。“夜潮”现象：在夏、秋季节，天气晴朗时，昼夜温差较大的情况下，夜间表土温度低，含水量小，而下层土壤温度高，水汽压大，引起水汽向表土层运动，并在温度较低的地表凝结，形成凌晨的露水，使表土潮湿。在干旱地区一昼夜能增加4～8㎜水分，对缓解干旱的危害有很大的作用。

“冻后聚墒”冬季土壤表层冻结，水汽压急剧下降，下层土壤水汽不断向冻层运动、冻结，使表层土壤含水量不断增加。通过冻后聚墒能使上层土壤水分增加2～4%，对于缓解春旱、及时春播提供了必要条件。

入渗速率：即在土面保持有大气压下的薄水层，单位时间通过单位面积土壤的水量。渗透率（渗透系数）：指土壤入渗强度最后达到稳定时的入渗速率。1.入渗（二）、田间水分的循环几种不同质地土壤渗透率（mm/h）土壤砂土砂质和粉质土壤壤土粘质土壤碱化粘质土壤最后入渗率>2010－205－101－5<1不同质地土壤水入渗情况粘土壤土砂土2.土壤水的再分布3.土面蒸发土面蒸发主要取决于两方面：一是受辐射、气温、湿度和风速等气象因素的影响；二是受土壤含水率的大小和分布的影响土面蒸发过程区分为三个阶段：1、大气蒸发控制阶段2、土壤导水快慢控制阶段在土壤不是很湿能进入田间时，应及时锄地松土，减少水分蒸发。3、水汽扩散阶段一般情况下，只要土表有1～2mm干土层就能显著降低蒸发强度。田间土壤水分收支示意图降水

P

截流蒸发

In

蒸散

ET

灌溉

I

径流损失

R土体储水变化ΔWE上行水量D下渗水五、田间土壤水分平衡根据田间土壤水分示意图，可列出其土壤水分平衡的数学表达式：ΔW＝P＋I＋U－E－T－R－In－DΔW表示计算时段末与时段初土壤水差值（mm）；P表示计算时段内降水量（mm）；I表示计算时段内灌水量（mm）；U表示计算时段内上行水总量（mm）；E表示计算时段内土面蒸发量（mm）；T表示计算时段内植物叶面蒸腾量（mm）；R表示计算时段内地面径流损失量（mm）；In表示计算时段内植物冠层截留量（mm）；D表示计算时段内下渗水量（mm）；六、土壤水分状况及其调节(一)土壤水分状况华北分四个阶段：1、冻融期：从小雪到来年春分（前一年11月22日到来年3月20日）2、春旱期：土壤解冻到雨季来临3、收墒期：7－9月份4、秋旱期：雨季结束到冻融开始

二十四节气歌春雨惊春清谷天，夏满芒夏二暑连，秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。每月两节日期定，最多相差一两天，上半年来六、廿一，下半年来八、廿三。(二)土壤水分状况的调节1.加强农田基本建设，改良土壤质地和结构，增强土壤水分的保蓄能力。合理轮作与耕作，深耕深耙云南元阳2.增加土壤水分入渗，减少土壤水分损失。

修筑梯田、等高种植、地面覆盖、深耕深松、秋后耕翻、初春顶凌耙地、中耕。顶凌耙地：初春耙地，是我国北方农民在长期抗旱斗争中积累的一条宝贵经验。

“顶凌耙麦田，一亩打三石。”顶凌耙麦，不仅可以消除麦田板结，减少水分蒸发，填补土壤裂缝，而且可以适当清除田间的枯枝落叶和杂草，减少病虫害的传播。

“夜冻昼消，耙地正好”，指出了顶凌耙地的时机。据试验，当地表化冻四至五厘米，地面有干湿斑块，下层尚未解冻时，耙地最好。农谚有“锄头底下有水”顶凌耙麦田中耕3.合理灌溉排水，及时增减土壤水分。变漫灌、畦灌、沟灌等地面灌溉方式为波涌灌、膜下灌等改良的灌溉方式，有条件的可采用较为先进的滴灌、喷灌和渗灌

波涌灌：利用间歇阀进行大流量、间断性、快速推进的方式向沟(畦)放水。滴灌渗灌固定式喷灌半固定式喷灌卷盘式喷灌4、合理确定灌水时间及灌水量（1）灌水时间：作物关键需水期：苗期、营养生长、生殖生长等土壤含水情况：田间相对含水量小于70％土壤水吸力大于0.6大气压（2）灌水量：＝浇水面积×土层深度×土壤容重×（田间持水量－实际含水量）第二节土壤空气一、土壤温度的重要性（一）土壤空气对种子萌发和根系的影响

①种子萌发需水分与氧气、氧气不足烂种；②根系生长需一定氧气，氧气含量低不长新根，氧气少烂根；③不同作物缺氧的忍耐力不同，一种作物不同生长期耐缺氧能力不同，如番茄在生长早期缺氧危害最大。（二）土壤空气对土壤养分状况的影响①氧气多少影响矿化，影响养分供给；②影响根对养分吸收，如玉米缺氧对养分吸收影响K＞Ca＞Mg＞N＞P；③影响养分存在形态，一般氧化态养分易被作物吸收利用。（三）土壤空气对植物抗病性的影响通气不良产生还原性气体H2S、CH4、H2、NO等会严重危害作物生长，CO2过多致使土壤酸度增高，致使霉菌发育，植株生病氧扩散率（ODR与不同植物状况之间关系）植物土壤类型3种土壤深度内的ODR生长表现10cm20cm30cm茎叶菜莴苣菜豆甜菜草莓棉花柑橘壤土粉砂壤土壤土壤土砂壤土粘壤土砂壤土534927583676431262760329453832251634-39生长良好生长好植物黄化主根发育不良植物黄化植物黄化根系生长迅速二、土壤空气特点（1）CO2浓度高，O2浓度低（2）湿度大（3）还原性气体浓度高（4）易改变成分三、土壤空气交换对流：土壤空气与大气的整体交换。扩散：土壤组分与大气相应组分的交换。土壤呼吸：

土壤中的CO2进入大气，大气中的O2进入土壤的过程。四影响土壤空气运动的因素有：气象因素：气温、气压、风力和降雨等土壤性质：孔隙、松紧、质地、结构、含水量农业措施：灌溉、中耕、镇压五土壤通气性的调节1.改良土壤质地与结构。2.加强耕作管理。对于旱地：中耕松土、深耙勤锄、破除地表板结；对于水田：干耕、晒垡、搁田、烤田等。3.排除积水和适时合理灌溉。

4.科学施肥：多施有机肥，有机无机配合施肥。土壤层次(cm)深耕25cm深耕50cm总孔隙度(%)空气孔隙度(%)总孔隙度(%)空气孔隙度(%)0－1048.317.351.914.710－2549.213.150.420.025－5044.615.353.820.0

第三节土壤热量一、土壤温度的重要性1.土壤温度与种子萌发2.土壤温度与作物根系生长3.土壤温度与作物营养生长和生殖生长4.土壤温度影响养分转化与吸收二、土壤热量的平衡：土壤热量收入支出情况（一）土壤热量的收入：1.主要来源于太阳辐射能；2.有机质分解产生的生物热；3.地热

（二）土壤热量的消耗：1.地面反射或长波辐射2.土壤水分的蒸发和植物的蒸腾土壤接受用于提高土壤温度的热量约为达到地表有效辐射的5-15%。（三）影响土壤热量平衡的因素

纬度、海拔、云厚、大气温度季节昼夜变化、土壤起伏、土壤颜色、土壤水分三、土壤热性质（一）土壤热容量（c）：表示土壤吸热升温和散热降温的程度，

可分为重量热容量C，容积热容量Cv，土壤热容量（c）：指1g或1cm3土壤温度升高或降低1℃所需要吸收或放出的热量卡数

容积热容量CV=重量热容量C×容重

C水>C矿物质>C气因此，影响土壤热容量大小的因素主要为土壤含水量。田间管理中用水调节土温的实例：麦子浇冻水：热天菜园浇水：（二）土壤导热性

指土壤传导热量的性能。导热性的大小通常是用导热率（K）来衡量：导热率：是指相距1cm，两端温差1℃时，每秒通过1cm2土壤断面的热量卡数。单位cal/cm.s.℃。

矿物质》水》空气土粒紧实、含水量大，愈易向下导热。春季松土、排水；冬季压土、保水。（三）土壤导温性：指土壤传递热量的温度变化后的性能用导温率（D）表示：导热率使1cm3土壤发生的温度变化。导温率与导热率和热容量的关系如下：

导温率影响因素主要也是土壤含水量，导温率开始