土壤物理学讲稿(总复习)20110105

土壤物理学总复习主讲：蔡典雄中国农科院农业资源与农业区划所2010年12月第一部分：土壤物理基本原理第一章土壤物理学的任务、基本概念、定义及基本性质

第一节土壤物理学的基本任务第二节土壤物理基本概念第三节定义及基本性质第四节分散体系的土壤（土壤固、液、气相，土壤颗粒大小）

第二章土壤组分的容积和质量关系

第一节土壤密度第二节土壤容重第三节总容重第四节空隙度第五节土壤湿度第六节土壤水量第七节充气空隙度第八节土壤固、液、气容积和质量换算与转化关系第三章土壤水势理论

第一节势值概念、单位和土壤水势（水位，水头）第二节土壤水流与非饱和土壤水流方程第三节土壤水入渗与方程第二部分：应用土壤物理第一章农田土壤水状况第一节田间水分平衡第二节田间土壤水分特征第三节田间水分渗透与蒸发第四节水分再分布与排水第二章土壤水分与植物关系

第一节植物内部水分关系第二节植物对叶部水分亏损的反应第三节叶水势与土壤水分关系第四节土壤生物与土壤水关系第三章土壤水分管理

第一节地表水管理第二节灌溉与排水第三节淋洗和改良第四节污水利用和地下水补给；第四章水土保持

第一节径流与侵蚀第二节水蚀、风蚀产生发生因素第三节土壤侵蚀控制第四节土壤侵蚀方程第五节土壤侵蚀管理第一部分绪论1、土壤物理学的定义

土壤物理学是研究土壤中产生的一系列物理现象及其变化规律的科学。土壤物理学可以看成是叙述土壤物理性质，测定、预报以及控制在土壤中或通过土壤所发生的物理过程的土壤学的分支。是阐述土壤中物质的状态和运动以及能量的传导和转化的科学。内容涉及：土壤机械组成、土壤胶体、土壤结构、土壤空气、土壤水分、灌溉原理、土壤温度、土壤耕作、与土壤侵蚀等。2、土壤物理学的任务

土壤物理学的基本任务

在于获得对支配土壤行为及其在生物圈中的机制的基本理解，包括这样一些相互联系的过程，如大地的能量交换以及田间水分和可移动物质的循环。

在实践方面：

土壤物理学着重于通过灌溉、排水、土壤和水的保持、耕作、通气、土壤热量调解，以及为了工程目的地土壤材料的利用等，合理的管理好土壤。因此，土壤物理学是一门范围广泛的，即使基础的，又是实践学科。它与土壤学、以及其他学科相交叉，如地球生态学、水文学、微气候学、地质学、植物学、作物学等等。第二部分分散相特性1、土壤是一个非常复杂的体系。空气水固体固相物质——矿物质或者有机质

矿物质部分包含不同大小、形状和化学组成的颗粒；有机质部分除去活有机体以外，还包含不同分解阶段的残渣；生（动）物部分。液相——占据在部分或全部的固体粒子之间的空隙里的土壤水，其化学组成和自由移动的能力是变动的。气相或蒸气相——土粒间未被水占据的空间，包括：水气、气态物质等。2、晶体粘土矿物可分四大组：

1：1晶格型高岭土组

2：1晶格型水化云母组

2：1膨胀晶格型蒙脱石组

2：1变异晶格型坡缕石或纤维粘土组

3、粘粒的表面与颗粒大小的关系每单位质量的巨大表面是所有分散体系的首要特性。某一分散体系表面大大小通常称“比表面”，用每克或每立方厘米分散相中有多少平方厘米表面表示。由于土壤中不同的质地分级是以其有效直径为基础而进行分组的，因此了解每一组的比面特别有意义。例如很少量的物质若经高度细分，则有可显示出巨大无比的表面积。粘土与砂土每单位质量总表面积之间的巨大差异，使我们对他们的物理性质之所以显著不同有了一个比较明确的理解。阳离子吸附阳离子西服是平衡由粘土晶格中同晶置换和晶体边缘断键所产生的负电荷的结果。不同粘土矿物组的CEC随着晶格的结构的性质以及同晶置换的程度而异，其次序为：

蛭石>蒙脱石>伊利石>高岭石阳离子交换量与内外表面的总和有关，因此CEC将随颗粒变小而增加。离子的大小、水化程度和价数直接影响着阳离子交换量。阴离子吸附某些粘土矿物如高岭石组矿物和水铝英石，在较低pH值时显示正电荷。这些正电荷就是产生阴离子吸附和交换之处。4、颗粒大小

土壤中各种质地粒级是按其当量直径分成不同大小组合的。土壤颗粒并非球体，是不等轴的。因此，对机械过筛分出的较大颗粒而言，当量直径指能穿过某一只大小孔洞的球体的直径，而靠沉降技术分出的小颗粒而言，当量直径指在液体介质中具有相同密度以及沉降速度的球体直径。（1）土粒的分散田间或自然土壤，绝大部分或全部粘粒都是相互团聚成粒径不同的团粒，微团粒是粘粒直接凝聚而成，粗团粒则主要是由腐殖质和某些情况下土壤中的石灰物质、游离铁等所起的作用。在中性土壤中主要是交换性Ca2+起作用，酸性土壤中还有交换性AL3+的作用，土壤溶液中盐类溶质浓度高也促进粘粒的团聚。5、粒径分析过去也称为机械分析使土壤实验科学中最古老的测定技术之一，它包含以下操作步骤。

传统的处理方法：用H2O2-HCl处理和添加含Na+的化合物作为分散剂。其中：

H2O2——

作用是破坏有机质；稀HCl——

作用是为了溶解游离的CaCO3和其他的胶结剂，并用H+代换有凝聚作用的Ca2+和AL3+等离子和淋洗土壤溶液中的溶质。交换性的H+也有凝聚作用，必须用分散粘粒的Na+代换，所用的Na+的数量不能过多超过土壤的交换量。

无法筛分的细土粒，普遍采用Stokes定律，按土粒在水中沉降的快慢区分不同粒级的土粒。颗粒在水中沉降除重力作用外还受与重力作用相反的粘滞阻力的作用，G.G.Stokes(1851)指出，粘滞阻力Fr应等于：

Fr=6πμrυ

式中：μ为水的粘度（Pa·s);r为土壤颗粒半径（cm);υ为土壤颗粒沉降速度（cm/s).

（2）细土粒的沉降分离

颗粒开始沉降，沉降速度随时间增大，粘滞阻力也随之增大，但颗粒所受粘滞阻力与所收的重力平衡时，沉降速度不再增加，颗粒以匀速沉降，这是的沉降速度称为终极速度。颗粒所受的重力可以由下式计算：

G=4πr3(ρs-ρf)g/3式中：4πr3/3为球体颗粒的体积，ρs为颗粒密度（g/cm3），ρf为流体的密度（g/cm3），g为重力加速度。当

Fr=G时可得：

υt=d2(ρs-ρf)g/1800μ式中：υt为终极速度，d为颗粒直径（mm）。

假设沉降速度几乎在沉降过程一开始就立即达到，则可计算一定直径的颗粒沉降到L（cm）所需要的时间：

t=1800Lμ/(d2（ρs-ρf)g)利用沉降法进行历经分析，应注意以下几点假定：颗粒是坚固的球体且表面光滑所有的颗粒密度相同颗粒直应达到不受流体分子布朗运动的影响供沉降分析的悬液必须稀释到颗粒沉降互不干扰，即每一个颗粒的沉降都不受相邻颗粒的影响环绕颗粒的流体保持层流运动，没有颗粒的过快沉降引起流体紊流运动。以上几点除了c,d可以大致满足以外，其他很难满足，虽已历经分析只能给出近似的结果。

具体测定个细土粒的方法，可用移液管于沉降开始的一瞬间（按Stokes方程计算）在一定深度缓慢吸取一定量的悬浮液样品，烘干后称重，在计算小于相应的粒径的累积量，两次测定的累积量相减,便为某一粒径范围的土粒量。以上方法称为吸管法，是目前国际上认为较精确的方法。另外，还有比重计法，近年来，激光粒度分析仪也逐渐应用于土壤颗粒分析。6、土壤质地

国际上，砂粒、粉粒、粘粒的质量比是确定土壤质地的基础。美国农业部的土壤质地分组和西欧大多数国家质地分组都是按照他们各自的粒径分级标准划分的。我国自20世纪50年代初，近40多年来广泛流行前苏联卡庆斯基的简化质地分组法。这个方法的特点是：卡认为，粒径小于0.01mm的土粒已经明显表现为交替的许多性质，故将土粒分为两级：粒径小于0.01mm的为物理性粘粒，粒径大于0.01mm的为物理性砂粒按物理性粘粒或物理性砂粒的数量进行质地分组，质地分组种考虑到土壤类型的不同，对草原土壤以及红黄壤灰化土和碱化及强碱化土壤有不同的质地分组尺度。1定义1、土壤结构的定义：

土壤中颗粒的排列和组织称为土壤结构。2、土壤结构的重要性土壤结构决定着总孔隙度以及孔隙形状和大小的分布，影响着土壤中流体的保持与传导，包括入渗与通气。土壤结构还影响着土壤的机械性质，所以，他也可影响种子的萌发，根系的生长，土壤耕作，陆上交通和土壤侵蚀。

第四部分土壤结构3、土壤结构的特点：由于土壤颗粒的形状、大小和取向不同，而且可能是以各式各样的方式联接起来的，因而形成复杂的，形状不规则的复合体。由于土壤结构固有的稳定性，因而产生了在实践上的易变性和在空间上的不均匀性。土壤结构强烈的受到气候、生物活动以及土壤管理的影响，并且也易遭受到机械的和物理化学性质的破坏力的作用

土壤正处于岩石圈、水圈、大气圈和生物圈相互紧密交接的地带，是连接各自然地理要素的枢纽，是结合有机自然界和无机自然界的中心环节。土壤与地理环境各要素之间不断进行着物质和能量的交换、相互联系、相互作用，不断发生着变化。第五部分土壤在地理环境系统中的地位和作用一方面，土壤是在五大成土因素的作用下形成的，这些因素同等重要、相互不可代替，这些因素的发展变化制约着土壤的形成和变化。另一方面，土壤的发生和发展又对地理环境的发生起推动作用。

1、基本概念土壤：指地球表面具有一定肥力且能生长植物的疏松层。土壤肥力：指土壤供给和调节作物正常生长所需要的水、肥、气、热和耕性的能力。一种良好的土壤应该使植物吃得饱（指养料供应充足）、喝得足（指水分供应充分）、住得好（指土壤空气流通、温度适宜）、而且站得稳（指根系能伸展得开，支持牢固）肥力高的土壤能稳、匀、足、适地供应和协调作物对水、肥、气、热的需要。土壤母质把与土壤形成有关的块状岩体称为母岩。把与土壤有直接发生联系的母岩风化物称为母质。母质是形成土壤的基础，母质直接影响到土壤颗粒粗细、化学组成、水、气、热状况和肥力状况。如，由黄土母质形成的褐土；由第四纪粘土形成的红壤。土壤生物因素：植物、动物、微生物由于生物的光合作用，才把大量太阳能引进了成土过程的轨道，同时通过生物的生长作用把分散在岩石圈、水圈和大气圈的营养元素积聚在土壤，并且将植物的残体归还与土壤，使土壤产生了腐殖质，形成良好的土壤结构。在一定意义上说，没有生物的作用就没有土壤的作用。2、土壤的组成和性质土壤固体土粒粒间孔隙各种生物矿物质有机质气体水分G%V%95%以上38%以上5%以下12%动物微生物澡类、细菌、真菌、放线菌大型动物、微型动物3、土壤的颗粒组成：土壤颗粒大小不同，土粒的大小级别就称为粒级；目前有不同的分类标准，基本级别有：石砾、砂粒、粉粒（粉砂粒）和粘粒。粗细4、土壤有机质

土壤有机质:包括土壤中的动植物残体和微生物体及其分解和合成的有机物质。土壤有机质：一般有机质：碳水化合物、含氮化合物土壤腐殖质：黄腐酸、褐腐酸、胡敏素土壤腐殖质：进入土壤的有机物质在土壤微生物的作用下，经腐殖化过程形成的一种组成和结构比原来有机化合物更为复杂的高分子有机聚合物。整体呈黑色、化学稳定性很强，有强大的吸水能力。有机质在土壤肥力上的作用（1）提供作物需要的各种养分（2）促进团粒结构的形成，改善土壤物理性质（3）增强土壤保肥性能（4）含碳丰富是土壤微生物所需能量的来源。（5）有助于消除土壤中农药残留和重金属污染。5、土壤的孔性（1）土壤的比重单位容积的固体土粒（不包括粒间孔隙）的干土重量。单位：克/厘米3

土壤比重主要决定于土壤矿物质和有机质的组成，多数土壤矿物质的比重在2.6---2.7，而土壤有机质的比重1.25---1.40；故土壤中有机物质含量愈高，它的比重愈小。随土层深度的增加而增加。（2）土壤容重：单位容积原状土壤体（包括孔隙）的干土重量。单位：克/厘米3土壤容重大小受土壤质地、结构和松紧度等的影响而变化。土壤愈疏松，容重越小，愈紧实，容重愈大。土壤容重可以反映土壤的松紧度；计算土壤重量；计算一定土层中各组分的数量。1、一亩土地耕层厚度为20厘米，容重为1.15克/厘米3，则它的重量为：

6.67×106×

20×1.15=1.5×108

（克）所以，通常我们按每亩土重150吨，即30万斤计算。2、上例中土壤耕层含水量为5%，要求灌水后达到25%，则每亩的灌水定额为

150吨×（25%-5%）=30吨

举例（3）土壤的孔性（1）土壤的孔（隙）度=（1-容重/比重）×100%（2）土壤孔隙比：指土壤孔隙的容积与土粒容积的比值。表示土壤孔隙的数量。土壤孔隙比=孔度/1-孔度（3）土壤孔隙分级：非活性孔隙(<0.0002mm)、毛管孔隙(0.0002—0.02mm)、通气孔（非毛管孔）(>0.0mm)6、土壤通气性概念及意义概念：泛指土壤空气与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和通气的能力。意义：通过和大气的交流，不断更新其组成，并使土体内部各部分的气体组成趋向均一。7、土壤通气性的指标（1）土壤呼吸系数（RQ）：指一定时间内，一定面积的土壤上，CO2产生的容积对O2消耗的容积的比率。正常情况下：RQ≈1通气良好通气不良时：RQ＞1（2）土壤的氧扩散率（ODR）：每分钟内扩散通过每平方厘米土层氧的克数。ODR大小标志了土壤空气中氧的补给更新速率的快慢。一般而言ODR随着土层深度而递减的。（3）土壤通气量：土壤在常压下单位时间、单位面（1cm2）及单位厚度（1cm）所通过空气的数量。ml/cm3.S

采用压力计法或常压测定法8、土壤氧化还原电位

Eh=E0+log[氧化态]/[还原态]指标意义：A、指示土壤溶液中氧压的高低，反映土壤通气排水状况。B、指示土壤中养料存在的形态和供应情况。C、反映微生物活度。旱作根际＜根外；水稻根际＞根外。影响土壤氧化还原电位因素：A、土壤空气状况；B、土壤含水量；C、微生物活动；D、易分解的有机质含量；E、植物根系的代谢作用；F、土壤的pH值。一般而言是随着pH值的升高而下降的。9、土壤通气性的调节旱地：耕作松土、深耙勤锄、深松耕层等措施。水田：干耕、晒垡、烤田等措施。10、土壤温度和热量（1）土壤温度的重要性

1）对作物生长发育的影响：任何植物种子萌发都必须有适宜的土壤温度范围。影响到植物根系的生长。一般2-4℃开始有微弱的生长，10℃以上生长较活跃，超过30-35℃根系生长受到阻碍。冬麦12-16℃；玉米24℃；棉花25-30℃；豆科22-26℃；稻25-30℃生长最好。土温影响作物的生理过程适宜的土温能促进作物的营养生长和生殖生长。几种作物营养生长最旺盛要求的土温是：春麦16-20℃；冬小麦12-16℃；玉米24-28℃；水稻32-35℃；棉花25-30℃。2）对土壤肥力的影响：影响土壤中的化学反应。温度越高，化学反应越强烈。如热带地区，矿物化学风化强烈。影响到土壤中生物学过程。如土壤微生物活动要求温度为15-45℃。影响土壤有机质和氮素的积累。影响到土壤水、气运动。土温越高，土壤水（溶液）的移动越频繁，土壤中的气态水越多；土温低时，土壤水冻结，水的移动处于停止，液态水和气态水可能转化为固态。（2）温度日变化规律一日中，表层土温日间变暖，夜间变冷。一般每天从6-18时热从地表向下运动；夜间则相反。一般最高土温出现在14时，最低土温在清晨6时左右。表层土温的日变幅较大，随着深度的增加变幅逐渐减小。11、土壤的热学性质（1）土壤的吸热性和散热性：土壤表面吸收太阳辐射所转变成的热能，并使土壤温度升高的能力，称为吸热性。土壤在吸热增温后，又进行地面辐射放出热量，称为散热性。一般土表颜色愈暗、湿度愈大、土表愈粗糙，吸热性愈强。天气晴朗、地表无覆盖、土壤水分蒸发等，土壤散失的热量增多。（2）土壤热容量(C)：单位重量（或体积）土壤增减1℃所需要或放出的热量，称为重量（或体积）热容量。

土壤不同组分的热容量土壤物质成分卡/立方厘米.度粗石英砂0.198

高岭石0.233

石灰0.214

腐殖质0.477

土壤空气0.240

土壤水分1.0

土壤热容量决定于三相物质组成，但固相部分的数量变化不大，而水分和空气互为消长。土壤热容量随土壤容重和含水量的增加而增大。砂土一般含水量少，温度容易升降，为暖性土；粘土为冷性土。（3）土壤导热率（K）：单位时间、单位截面、单位距离相差1℃时，单位时间内传导通过的热量。卡/厘米.秒.度水分的热导率比空气大28倍，K随含水量的增加而增加。土壤越紧密（容重越大、孔隙度越大）K越大。土壤质地的影响：一定条件下，砂土增温快、冷却也快，昼夜温差较大；粘土温差小。（4）土壤热扩散率a：在一定热量供给的情况下，土壤不同部分之间的温差达到平衡的快慢和难易程度。

a=K/CV

当土壤水分含量适中时有利于土温的提高，过湿则升高极为缓慢。a小的土壤，其表层温度升降明显，温度变化大；a大的土壤，则变化小。12、土壤水分一、土壤水的类型固态水汽态水物理束缚水化学结合水和结晶水毛管水重力水吸湿水薄膜水13、土壤含水率的表示方法1、重量含水量：土壤水的重量占干土重的百分数。干土重指105℃下烘干6-8小时重量。2、容积含水量：土壤水的容积占土壤容积的百分数。换算：水容积%=水重%×土壤容重土壤空气体积=孔隙度-水容积%土壤固相容积%=1-孔隙度3、饱和度：指土壤中水的容积和孔隙容积比。4、土壤水贮量：指单位面积一定厚度土层内土壤水的总贮量。土壤含水量（mm）=水重%×H×B×10H为土层厚度（cm）；B为土壤容重。（四）土壤含水量的测定方法1、烘干法：标准方法，简单直观，但代表性差，且采样会干扰田间土壤水的连续性。2、中子法：用中子仪在田间测定各土层含水量。优点：可以在原地不同深度周期性地反复测定而不破坏土壤，也不大受周围温度的影响。缺点：仪器价格昂贵，空间分辨率低，不能测定表层土壤含水量，中子和γ射线对人体有危害。3、TDR法根据探测器发出的电磁波在不同介电常数物质中的传输时间的不同，计算出被测物含水量。土壤的电导大小常受土壤电解溶液浓度的干扰。其法简单易行，直接可以读出测定值。4、FDR技术及代表产品利用FDR原理（Frequency

Domain

Reflectometry）,由高频波发生器发射一定频率的电磁波，电磁波沿探针传输，到达底部后返回，检测探头输出的电压，由输出电压和水分的关系则可计算出土壤的含水量。其中探头输出的电压与土壤的介电常数的方根√ε呈线性关系，通常空气和干燥土壤的介电常数基本为一定值，因此土壤介电常数的变化通常取决于土壤的含水量，由此计算土壤的含水量Enviroscan

土壤水分仪（澳大利亚）PR1土壤水分仪(英国）AZS-2土壤水分测量仪（中国）5、γ射线法放射性同位素放射的γ射线穿透土壤时，其衰减度随土壤湿容重的增大而提高。比起中子仪法，其优点是空间分辨率高，并且可以测定表层土壤含水量。但γ射线仪对人体健康更有危险，必须小心。五、土壤水、气、热的关系与调控土壤水分、空气和热量三者之间的关系是非常密切而又复杂的。水分和空气是相互矛盾、相互消长的。土壤含水量的多少又影响到土壤的热容量和导热率。土壤热量直接影响到土壤水和空气的状况。调控土壤水、气和热量的变化是十分重要。

土壤水的能态土壤水的流速非常慢，因此土壤物理学中一般不考虑土壤水的动能势能是由物体的相对位置及内部状况决定，它是制约土壤水状态及运动的主要能量。所以，以后说到土壤水能态时，一般是指土壤水的势能，简称土水势

1、基准系统一个平衡的土-水系统所具有的能够做功能量即为该系统的土壤水势能，称土水势。国际土壤协会选定的基准系统是：恒温下，处在大气压下一定高度的纯自由水池水面的势能。由于假设水池所处的高度是任意的，因此土壤中任意一点的土水势与标准状态相比并不是绝对的基准系统的土水势值为零。在同一标准状态下，土壤中任意两点的土水势之差是唯一的。2、土水势土壤水能够自发地从势能高处向势能低处运动的趋势，并最终达到与周围环境的能量平衡在分析土壤水的保持和运动中，重要的不在于一个系统本身的能量水平，而在于两个平衡系统之间的土水势之差定义：可逆地和等温地从特定高度和大气压下的纯水水池转移极少量水到土壤中某一研究点每一单位数量纯水所做的功土水势的大小可以清楚地表明土壤水对作物的有效程度、土壤水运动的方向和速度。它是研究土壤水分运动和土壤-植物植-大气连续系统最基本的概念。2.1土水势的单位系统土水势的表示方法符号名称量纲SI单位能量/质量*

T化学势L2/T2J/kg能量/容积

T土壤水势M/LT2N/m2能量/重量hT土壤水势头Lm*或能量/mol，引自Sposito2.2常用的土水势单位1bar=100kPa=0.99atm=14.5psi=33.5feethead=10.2metershead1psi=2.31feethead=6.9kPa1kPa=1kJm-3=1J.kg-11meterhead=9.8kPa=9.8kJm-3=9.8Jkg-11milibar=1cmofwater=100pascal=1hPa2.3土水势的分势()=m+g+o+….m=基质势

g=重力势

o=溶质势还包括空气压力势a

、荷载势b和湿润势w并不是所有分势组成总土水势，而是在不同的情况，总土水势由不同的分势（并不一定是所有的分势）组成重力势(

g、

z或用水势头z）重力势是地球重力对土壤水作用的结果，由土壤水在重力场中的相对于参照面的高度决定。参照面可以任意选择。如果土水势采用土壤水势的量纲，则重力势可以由下式确定

g=±Wgz当z高于参照面时，z为正，当z低于参照面时，z为负只要参照面的位置不变，重力势值都是一致的重力势的测定：测定参照面至测定的点的垂直距离重力势的计算参照面可以任意确定！！基质势（

m或用水势头h）由于土壤基质的毛管作用和吸附作用而产生的。砂质土壤毛管作用占主导地位粘质土壤吸附作用占主导地位在任何情况下，都小于0在饱和土壤中，

m=0土壤水在非饱和范围内，土壤含水量较高时，毛管作用起主导作用；而在含水量较低时，土壤颗粒吸附力起主导作用注意一个标准大气压为101325Pa，约105Pa，这里指的是绝对大气压。才土壤物理学研究中，常用相对大气压，即规定大气压值为0，所有压力值都以相对大气压为基准而测定张力计BCBC张力计的测定范围通常为-0.08~0MPa，虽然-0.08~0MPa的范围仅仅是田间遇到的基质变化范围的一小部分，但它一般包含了土壤湿度范围的较大部分Richards&Marsh（1961）在农田中张力剂测定范围包含了50%（在粗质土壤达75%或更多）的作物吸收的土壤水的重量。不可能扩大张力计的测定范围田间使用的注意事项漏气Salt(NaCl)Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-+-+-+--溶质势(

o)溶质势van’tHoff定理溶质势（atm）R为气体常数N/V溶液浓度T绝对温度i+和-电荷总数溶质势是土壤所有溶质对土水势综合影响的结果。土壤水溶液中的离子和水分子之间存在吸力。由于这种吸力的存在，降低了土壤水的能量水平，这是溶质势产生的原因。如果以纯自由水的溶质势为0，而在其他条件下喊有溶质的土壤水的溶质势为负值溶质势的计算压力势当土壤处在地下水自由水面以下或土壤表面长期积水的情况下，土壤水具有压力势，压力势由土壤水静水压力所产生的。压力势在任何情况下，都取不小于0的值几个术语土壤水吸力：是土壤水能态的一种表示方法。将基模势

m和溶质势O的负数定义为吸力（S）。在土壤水的保持和运动中，由于不考虑溶质势，因此所指的吸力实际即基模吸力。pF值：当土壤基质势用水势头，且用cm水柱表示时最大分子持水量(maximummolecularmoisture-holdingcapacity)土壤水分常数的一种。薄膜水达到最大量时的土壤含水量。是吸湿水和薄膜水的总和；相应的土壤水吸力为613kPa。最大分子持水量中，大于凋萎系数的部分含水量能被作物吸收利用，但数量很少。

饱和含水量(saturationcapacity)亦称“全蓄水量”。土壤水分常数的一种。土壤所有孔隙全部充满水分时的土壤含水量。一般可通过孔隙率来计算，即饱和含水量(体积百分比)等于孔隙率。它代表土壤的最大蓄水能力。相应的土壤水吸力等于零。

吸着水(hydroscopicwater)即“吸湿水”。薄膜水(filmwater)又称“弱结合水”。当土壤吸湿水达最大量后，在吸湿水外层所形成的膜状液态水。当土粒表面吸附水汽分子形成的吸湿水达最大量后”剩余的分子引力和静电引力向周围吸附液态水。这些水分子就围绕汲湿水外层而定向排列。随着薄膜水厚度的增加，较外层的薄膜水所受引力较内层要弱。厚度增加到一定值后，部分薄膜水可摆脱引力的束缚，向薄膜水较薄的土粒表面移动。内层薄膜水很难移动，不能被作物所吸收。外层薄膜水可以移动，但移动速度缓慢，数量也少，对作物生长的意义不大。此外，薄膜水厚，土粒间的距离就大，土粒就易于相对移动。反之则难于移动。薄膜水的厚度(或称含量)影响土的物理、力学性质。结合水(bondedwater)吸湿水和薄膜水的统称。有强结合水相弱结合水之分。

毛管水(capillarywater)

亦称“毛钢管水”。受毛管压力作用而保持在土壤孔隙中的水分。运动方向和速度依毛管压力的大小而定。毛管水上升高度与毛管半径咸反比，毛管水运动速度与毛管半径平方成正比。粘性土中孔隙小，毛管水上升高度大而运动速度很慢；砂性土中则相反，其上升高度小而运动速度很快；壤土介于两者之间。毛管水与植物生长关系密切。按其存在形式，可分为毛管上升水、毛管悬着水和孔角水。

所谓平衡状态，即在土-水系统中，各点土水势相等，因此在系统中土壤水不运动，处在静止状态。在不存在半透膜的情况下，我们把水势平衡又称为水力平衡。3.3平衡条件下的土水势分析Given:Theconditionsofpreviousexample,excepttheRListhesoilsurface3.4非平衡条件下的土水势分析所谓非平衡状态，即在土-水系统中，各点土水势为非常数，土壤水有能够自发地从势能高处向势能低处运动的趋势，并最终达到与周围环境的能量平衡3土壤水-植物之间的宏观与微观关系宏观

土壤和水是土壤物理学的核心，也是我国生产实践中的主要问题。水资源匮乏是困扰我国生态环境建设与粮食安全的主要问题，如何解决土壤水分的有效转化并进行节水农业是最关键的措施之一。微观

土壤-植物-大气连统体（SPAC）基本特征，植被-水分关系，植物细胞和组织间水分关系，根系结构和功能，根系吸水机理，土壤-植物系统水势和水流的变异性，土壤水分运动和植物蒸腾间关系，田间水分与能量平衡的基本原理，土壤水分有效性。第一节植物对水的适应性

依据植物对水分的依赖程度可把植物分为以下几种生态类型：

（一）水生植物

体内有发达的通气系统，以保证对氧气的需要；叶片常呈带状、丝状或极薄，有利于增加采光面积和对CO2与无机盐的吸收；植物体具有较强的弹性和抗扭曲能力以适应水的流动。

（二）陆生植物

1．湿生植物

抗旱能力小，不能长时间忍受缺水。生长在光照弱、湿度大的森林下层，或生长在日光充足、土壤水分经常饱和的环境中。前者如热带雨林中的各种附生植物（蕨类和兰科植物）和秋海棠等；后者如水稻、毛茛、灯心草和半边莲等。

2．中生植物

适于生长在水湿条件适中的环境中，其形态结构及适应性均介于湿生植物和旱生植物之间，是种类最多、分布最广和数量最大的陆生植物。

3．旱生植物

能忍受较长时间干旱，主要分布在干热草原和荒漠地区。按旱生植物对干旱的适应方式可分为：

（1）避旱植物主要是一些短命植物，以种子或孢子阶段避开干旱影响。其主要特征是个体小、根茎比值大、短期完成生命史。降雨后，当土壤水分满足植物需要时，几周内，便完成萌发、生长、开花和结实等全部生长发育阶段。它们没有抗旱植物的形态特征，不能忍耐土壤干旱。

（2）抗旱植物包括防旱植物、耐旱植物和适旱植物

防旱植物本身不能忍耐干旱，通常有两种适应干旱的方式，即保水型和耗水型。

保水型植物是肉质和某些硬叶植物。肉质植物能随时、大量吸收可利用水并贮存在薄壁细胞和液泡中。气孔仅在夜间和上午短时间开放，以避免水分损失。

耗水型植物蒸腾速率高，以加速水分吸收，保持体内的水分。这类植物根系发达，可扎入土壤深层。叶脉、维管束等输导组织发达，蒸腾速率高、根茎比值极大。

耐旱植物：有各种特征达到耐旱或避免脱水的目的，例如严重脱水时，细胞液的溶质含量的提高能使细胞产生低渗透势（高渗透压）维持细胞膨胀，从而防止脱水。尽管植物体内水分含量不高，仍能维持气孔的开放而避免二氧化碳的供应不足，达到耐旱的目的。耐旱象耐低温一样，受预先调节或耐旱“锻炼”的影响。预先调节是将该种植物处在不能致命的干旱条件下进行锻炼，从而可产生对致命干旱生境的抗性。启示？

适旱植物：

具有对形态和生理方面对干旱条件的适应。主要的形态特征是：缩小枝条，增加根系扩展范围，缩小叶面，增加叶厚度，增厚细胞壁和角质层，减少气孔，缩小细胞间隙等。主要的生理特征是：含糖量高，细胞叶浓度高，渗透势低，细胞含水量低，单位叶面积蒸腾速率和光合速率高，开花结实早，寿命长等。（三）植物与水利用的关系

对陆生植物来说，失水是一个严重的问题。植物在正常的气体交换过程中所损失的水要比动物多得多。植物失水的可能性要比动物大700倍！一株玉米一天约需要2千克水，一生需要200多千克水。夏天一株树木一天的需水量约等于其全部鲜叶重的5倍。植物从环境中吸收的水约有99％用于蒸腾作用，只有1％保存在体内。小麦每生产1千克干物质就需耗水300～400千克，因此只有充分的水分供应才能保证植物的正常生活。

第二节植物对土壤水分的吸收SPAC（Soil---Plant---AtmosphereCycling）动力：植物蒸腾作用途径：植物导管（Conduits）方式：土壤水根毛根茎叶叶肉细胞调节方式：气孔开闭

土壤水不仅与植物本身有关，而且与养分利用（水肥耦合）、环境污染密切相关

水分养分耦合作用机理及水肥高效利用：土壤水分能直接被植物根系所吸收。土壤水分的适量增加有利于各种营养物质溶解和移动，有利于磷酸盐的水解和有机态磷的矿化，这些都能改善植物的营养状况。土壤水分还能调节土壤温度，但水分过多或过少都会影响植物的生长。水分过少时，植物会受干旱的威胁及缺养；水分过多会使土壤中空气流通不畅并使营养物质流失，从而降低土壤肥力，或使有机质分解不完全而产生一些对植物有害的还原物质。(三)土壤温度与水关系

⇛低温能降低根系的吸水速率，其原因是：水分本身的粘性增大，扩散速率降低；细胞质粘性增大，水分不易通过细胞质；呼吸作用减弱，影响根压；根系生长缓慢，有碍吸水表面的增加。春天低温水凉，水稻的水分管理原则之一，就是提高水温和土温。在冷底田栽种水稻生长不良的原因之一，就是土温低，影响禾苗吸水、吸肥。⇛土壤温度过高对根系吸水也不利。高温加速根的老化过程，使根的木质化部位几乎达到尖端，吸收面积减少，吸收速率也下降。同时，温度过高使酶钝化，细胞质流动缓慢甚至停止。第四节蒸散蒸散为蒸发和蒸腾之和

1．蒸散不仅限于土面水分的蒸发，还包括植物根层的水分。

2．植物通过叶面气孔的张开和关闭，可以调节植物的蒸腾。

3．蒸腾作用主要在白天进行，而蒸发日夜都在进行。

4．蒸散中的蒸发面，不仅是土壤表面，而且还包括植物的叶面。影响蒸散的因素

1．随空气湿度降低而增加；2．随风力增加而增加3．随温度提高而增加4.随土壤湿度增加而增加

ET≤ETm≤ET0≤Ew

ET为实际蒸散，ETm为最大蒸散，ET0为可能蒸散，Ew为自由水面蒸散。

可能蒸散比自由水面蒸发更接近农田条件，它排除了一些植物与土壤的特殊性，故具有普遍比较的可能，常用于鉴定不同地区农田蒸散的能力。特别是与降水量作比较，分别代表水分收入与支出项，比单用降水量鉴定一地不同季节的水分资源较为全面，在气候学与农业气候学上广泛应用。一、土壤水平衡二、土壤剖面中水分的运动土壤水分入渗土壤水分侧渗土壤水分蒸发土壤水分渗漏第一节、土壤水平衡一土壤水平衡二、土壤剖面中水分的运动（1）土壤水分入渗：水分进入土壤的过程（垂直与水平）垂直入渗二、土壤剖面中水分的运动（2）土壤水分侧渗（水平入渗）二、土壤剖面中水分的运动（3）Evaporation土壤吸力(巴)土壤吸力(巴)土壤水蒸发土壤水分渗漏（排水、饱和流）二、土壤剖面中水分的运动（4）降雨、灌溉降雨、灌溉地下水第二节、地面水入渗一、土面水入渗的定量指标二、影响水分入渗的因素三、入渗模型：经验入渗模型毛管理论模型Philip入渗模型非均质土壤入渗二维入渗一、土面水入渗的定量指标

入渗率（i）：单位时间、单位面积通过的入渗水量（mm/min，cm/d）累积入渗量I：在一定时间内通过单位面积的总水量（mm，cm）二、影响水分入渗的因素

供水速率土壤入渗率土壤孔隙状况土壤质地土壤结构温度土壤矿物组成土壤初始含水量土壤吸力梯度土壤孔隙通道变化气泡封闭作用三、入渗模型经验入渗模型毛管理论模型Philip入渗模型非均质土壤入渗二维入渗非均质土壤入渗三、入渗模型（4）节水农业的潜力在哪里？

作物耗水特点和田间节水潜力土壤水被作物吸收后，作物吸收的水分中约有1%-2%能够用于器官构筑，其他部分则以叶面蒸腾和棵间蒸发方式向大气散失。其中作物叶面蒸腾耗水，约占需水量的60%。农业用水量中有63%以水蒸气形式向大气排放，耗水量占总耗水量的80%以上。在水资源匮乏、旱作物占绝大多数的东北、西北和华北地区，腾发耗水所占的比例更高。从资源角度，作物腾发耗水是真正意义上的资源消耗。如何降低蒸散？覆盖土壤

减少蒸发挡风

降低蒸发与蒸腾作物

不同作物需水量不同有效灌溉方式

滴灌、渗灌、畦灌土地整平

提高农业用水效率的主要技术途径

1、减少无效蒸发

降低无效蒸发是提高农业用水效率的重要技术途径，具体是减少土壤蒸发和作物奢侈蒸腾。据估算，半干旱区蒸发量相当于作物总耗水量的1/4—l/2。

1）地膜覆盖和秸秆覆盖，2）改善土壤理化性质，3）秸秆覆盖。2、减少奢侈蒸腾3、调整种植结构，开发培育节水高产品种4、节水高产品种的培育5、节水高产施肥、培肥技术6、节水灌溉制度7、农业节水高新技术研究

第九节节水灌溉方法

节水灌溉是通过改造耕地，发展喷灌、滴灌等实现田间灌溉的节水。目前我国采用喷灌、滴灌技术的耕地面积不到3％通过整理土地，如采用畦灌、沟灌等技术实现科学的农田灌溉十分重要。畦灌、沟灌都是对过去落后的“大水漫灌”方式的改进，技术简单，农民容易掌握，推广见效快，节水效果好。西北地区群众将当地解决人畜饮水的集雨技术和节水灌溉技术结合起来，通过修建集雨场，将雨水集中到小水窖、小水池等小型水利工程中，然后再利用高效节水技术进行灌溉，也值得注意。

先进的喷灌可使水的利用率达到80％以上，并节省土地，增加作物产量，省工省力，有利于农业机械化、现代化，但使用喷灌技术应因地制宜，要根据不同的地区地理气候条件来选择。

如在气候条件极为干燥、日照长、大气水分蒸发量大的平原旱区就不太适宜大规模地推广喷灌技术。

微灌技术是将水和肥料浇在作物的根部，它比喷灌更省水，节水效果最好，由于发展微灌技术投资较高，一般主要用于果树、蔬菜、花卉等经济类作物的节水生产。

近年来，西北农大等通过土壤－植物－大气连续体水分传输和节水机理研究，提出了农田节水调控的新思路，即控制性分根交替灌溉。盆栽玉米控制性分根交替灌水，结果表明，当土壤含水量为田间持水量的55%~65%时，控制1/2根区交替灌水其用水量减少34.4%~36.8%，而生物量仅下降6%~12%，水分利用效率、根冠比、气孔阻力明显增加，叶片蒸腾速率明显下降，蒸腾效率提高而光合速率未明显变化。

控制1/2根系区域交替灌水比固定1/2区域灌水的用水效率明显提高，根系总量和根冠比增加，根系分布均匀，地上部生物产量增加。初步证明控制性分根交替灌水是一种高效而可行的节水新技术

将以往对土地的灌溉，转变为对植物进行灌溉，充分发挥水的有效利用率。而渗灌是继喷灌、滴灌之后，一种新型的有效地下灌溉技术。

渗灌技术已成功地应用于室温大棚内蔬菜、花卉、果树，大田马铃薯、大豆的种植，城市绿地以及西部黄土高原植树造林等领域。试验结果表明：渗灌技术可以使温室内蔬菜提前成熟，提高作物产量１０％～３０％；使马铃薯增产５２％，促使大豆根系向深层土壤中生长以获取更多的水分。在春旱的情况下，可以确保作物出全苗，并促进作物苗期生长。

渗灌与其它地面灌溉技术相比，具有诸多独特的优点与缺点：

⇛土壤表面几乎没有蒸发、没有径流，也没有深层渗漏等现象，由此可以避免土壤发生板结和盐渍化；⇛渗灌可以控制和改变水的流量，因此它适合于各种复杂地形上的使用；渗灌管自身的多微孔性能，除可为植物生长提供必要的水分外，还可用来向植物提供肥、气、药等要素，减少其用量，提高其使用效率；

⇛渗灌可达到最大的节水增产效率，从而解决了地表灌溉过程中的水蒸发、流失、营养浪费等问题，同时它还具有疏松土壤，提高土壤肥力与地表温度，减少杂草与病害，促进作物生长等功能；⇛与漫灌相比，渗灌可节水、节电６０％～７０％；渗灌还具有明显提高劳动生产效率的特点，铺设后无需日常维护。⇛渗灌是一种低能耗的灌溉方式，只需０．１ｋｇ的压力，就可实施灌溉。水循环：是指自然界的水在水圈、大气圈、岩石圈、生物圈四大圈中通过各个环节连续运动的过程。

地表覆盖与休闲地表遮荫和覆盖人工引起径流地表水管理

排水土壤水分管理什么是节水农业?

主要是指在充分利用自然降水的基础上高效用水的农业.节水农业包括哪些类型?(1)节水灌溉农业;(2)有限灌溉农业;(3)旱作农业.什么是节水灌溉农业?是节水农业的主要类型,一般指为节约水资源,尽量减少灌溉水输送过程中的水份渗漏和蒸发,同时不断改进灌溉技术,优化灌溉制度,减少灌溉定额,以尽量满足作物各个生育阶段对水份的需求,实现高产的一种灌溉农业类型.什么是有限灌溉农业?缺水地区根据水资源状况和作物需水规律,在充分利用自然降水的基础上进行低限补充供水的一种农业类型.有限灌溉仅能部分满足作物对水分的需要,为旱地栽培与有限供水结合的一种作物管理制度.什么是旱作农业?答:在无补充灌溉水源的地区,高效利用自然降水(包括通过集雨措施)以达到有限增产的农业,亦可视为节水农业的范畴,即旱作节水农业.

旱农降水高效利用提高降水利用率技术提高降水利用效率技术集雨补充灌溉技术增加降水就地入渗覆盖降低蒸发选育节水优良品种调整农田结构布局增加土壤贮水化学节水技术耕作培肥农艺工程节水技术（渠道防渗等）改进地面灌技术（如波涌灌、隔沟灌、膜上灌等）农艺节水技术节水灌溉管理技术节水灌溉技术农业节水技术体系化学节水技术二、节水农业的内涵与技术体系

1.节水农业的内涵与目标

内涵与目标：指通过采取工程、生物、农艺和管理等措施，综合提高天然降水和灌溉水利用率及其利用效益的农业生产体系，以实现节约用水和提高农业用水效益的目标，促进农业可持续发展。

核心问题:

提高农业生产中水的利用率和利用效率

灌溉农业:节水灌溉，同时实现作物高产

旱作农业:充分挖掘降水潜力，达到作物增产、稳产

节水灌溉，有限补充灌溉,旱作农业节水灌溉是常规灌区主要的农业灌溉类型，是当前实施节水农业的主体。旱作农业以提高自然降水利用效率为核心，一般称之为旱作节水农业。有限补灌系指缺水地区利用补充灌溉部分满足作物对水分的需求，是旱地栽培与有限供水相结合的一种作物管理制度，为节水农业发展的一种新趋向，有可能成为未来农业高效用水的一种主要方式。三种类型：2.节水农业的技术体系2.节水农业的技术体系四、节水农业研究的发展态势与关键问题

1.作物结构性节水与保护性农业节水的研究

◆我国大部分地区，农业结构比较单一，虽然单一作物的耗水并不高，但结构性耗水较高。同时相应的研究大多集中在单一作物微观尺度上的调控技术。现今复合农业结构的建立，迫切需要研究作物布局改变和非充分灌溉条件下的作物需水规律及其区域分布;研究节水灌溉对区域作物耗水分布的影响及多种作物组合层次的耗水量和主要作物需水量数字化图；研究不同区域主要农作物节水优产型非充分灌溉制度、为灌区节水高效作物结构的建立提供依据。

◆水土流失、风蚀、农田裸露和土壤肥力下降是旱作节水农业研究的一个永恒课题。应借鉴国外以少免耕和秸秆覆盖为主保护性耕作技术应用的成功经验，研究构建中国特色的保护性农业技术体系与区域发展模式，将减少休闲农田蒸发损失和降水资源有效化以及土壤蓄水保水能力建设，作为未来农业节水研究的主攻方向和关键问题之一。①在西部水土流失和沙尘严重农牧区，重点建立以植被恢复和少免耕覆盖为主的农业脆弱环境保护带，尤其要研究雨养农业区的少耕、深松耕和覆盖机具与技术规范，保护和建设黄土旱塬区域性降水高效利用农业带；②在北方灌区实施以工程、农艺、生物、土壤培肥为目标的保护性节水高效农业带；③在中部和南方粮食主产区，实施以少免耕和秸秆覆盖为主的保护性粮食生产带。2.生物节水研究

生物节水是指利用和开发生物体自身的生理和遗传潜力，在同等供水条件下能够获得更多的农业产出。在各种节水技术中，利用遗传改良筛选抗旱节水或超高产品种是当今节水研究的热点。许多专家指出：“只有提高生物本身的水分利用效率才有可能取得节水上的新突破”。从宏观与微观结合的角度来看，发展节水农业有四个目标。●通过工程节水提高水资源的利用率。●提高作物的水分利用效率（WUE）和产量。●提高植物的价值水分利用效率。●提高植物的生态水分利用效率。

干旱缺水对作物的影响有一个从“适应”到“伤害”的过程,不超过适应范围的缺水，往往在复水后可以产生生理、生长和产量形成上的补偿效应，在节约大量用水的同时，最终产量不受或少受影响。大量研究表明：干旱缺水并不总是降低产量,作物对特定生育阶段适度水分亏缺具有一定的适应性和抵抗性效应，对增产和节水都有利。目前的研究主要集中在水分亏缺对不同生理过程的影响程度、作物不同发育阶段对水分亏缺的敏感性、不同作物和品种对水分亏缺的反应及产量-耗水量-水分利用效率之间的关系四个主要方面。3.作物适度缺水的补偿效应及作物生理节水机理研究4.高新技术节水研究高新技术在水资源管理和节水农业中的应用已成为未来研究的热点问题。主要包括生物基因工程、信息技术、精细农业、新材料等方面。

生物技术：目前主要进行抗旱节水基因的定位和分子标记,植物水分利用效率基因组，转高光效和高WUE基因为主的基因工程改良等，这是未来可以成为战略竞争的一个焦点问题。

信息工程：将数据库、作物模型库、知识库和地理信息系统结合的节水灌溉决策支持系统研究将成为水资源管理的重点。

新材料研制与开发：利用高新技术，研制开发节水新材料和新产品也是节水农业研究的一个热点问题。国外以滴灌和喷灌为主的自动化微灌技术，已广泛应用于农田节水，如美国推行的低能耗近地面精确灌溉系统，集成了多种微喷灌产品与技术的创新，水的灌溉效率达95%。我国开发的不同类型微灌产品,由于受土地经营管理模式、运行成本、组织管理等因素的限制，生产应用的比例很小。因此，借鉴国外经验，开发适宜我国农业经营模式的智能化灌溉设备，开辟节水农业的新途径。五、我国未来节水农业发展的重点

从总体来看，我国节水农业发展的重点是加强常规技术的升级，提升基础研究水平，实现利用高新技术创新。

常规技术升级：包括结构性节水、雨水利用、高效节灌、保护性耕作、土壤水库增容等技术，升级的基本方向是技术的标准化和规范化；

高技术创新：包括抗旱节水品种的创新、区域植物缺水信息与土壤墒情监测和实时预报、数字化节灌与灌溉决策支持系统、节水型农作制度与农田节水标准化技术等。①与我国优势农产品生产与产业带布局相一致，建立区域性低耗水农业种植结构，注重提高区域生产力和改善生态环境技术同步发展；②重视生物和农艺节水技术的应用，提高内在节水增产潜力；③建立农艺、农机、节灌技术与产品的标准化，确定节水指标的实现；④低压管道输水，推广亏缺灌溉技术；⑤在旱地农业区重点推行机械化保护性农业措施，建设土壤水库和黄土旱塬区域性节水农业带。节水农业技术选择应重视五个方面：①不同区域植物用水指标的确定及多种作物组合层次的需水量。②研究作物生理节水潜力—农田节水潜力—区域节水潜力的耦合关系及理论节水潜力与现实节水潜力指标体系。③继续研究植物适度缺水补偿效应及非充分灌溉机理，建立非充分灌溉的控制指标与调控模式。④研究旱地农业区不同植被条件下水分承载力，土壤干旱化程度，农田土壤底墒和肥力的协同抗旱节水机制，以及集雨农业适宜区域和发展模式，农田保护性耕作的功效与技术规范等关键问题。⑤节水植物及品种的创新。节水农业应重点突出五个方面的关键内容。一、世界土壤侵蚀形势世界各国都存在程度不等的土壤侵蚀，有些国家呈发展趋势。第二次世界大战结束以来，全球约12亿hm2的土地遭受侵蚀，毁坏了10.5%的肥沃土地，地球上约35%的地区正处于沙漠化。1992年在巴西里约热内卢举行的世界环境与发展大会指出，当前区域性和全球性重大环境问题有八项，即:

(1)臭氧层破坏;(2)全球气候变暖;(3)酸雨范围扩大;(4)淡水污染和短缺;(5)森林资源锐减;(6)野生动植物物种消失;(7)水土流失和沙漠化扩展;(8)有毒化学品和危险物扩展它们相互制约，如森林资源破坏导致水土流失和荒漠化，从而影响到水资源短缺、沙尘暴发生、空气CO2增多、生物多样性破坏、生态系统恶化等，又反馈为土壤侵蚀加剧和全球环境恶化。二、中国土壤侵蚀状况遥感调查1992年国务院发布了我国土壤侵蚀遥感调查资料，全国水蚀面积179万km2，风蚀面积188万km2，合计367万km2，占国土总面积的38%。1995-2000年，全国第二次土壤侵蚀遥感调查，对比两次遥感调查资料，水蚀面积由179万km2减为165万km2，其中强度以上水蚀面积由占水蚀总面积的21%减为16%；风蚀面积由188万km2增加到191万km2，尤其是强度以上风蚀面积由占风蚀面积的35%增加到46%。三、中国水土流失类型分区20世纪80年代，辛树帜、蒋德麒等编制了中国水土流失类型分区图。将全国划分为水蚀、风蚀、冻融侵蚀三大类型区；在水蚀区，又划分为:(1)西北黄土高原;(2)东北低山丘陵和漫岗丘陵;(3)北方山地丘陵;(4)南方山地丘陵;(5)四川盆地和周围山地丘陵;(6)云贵高原共6个二级类型区。朱显漠、陈代中编制了1:12000000中国土壤侵蚀类型及分区图。按侵蚀营力，划分为三大土壤侵蚀区：东部流水侵蚀区：包括大兴安岭一阴山一贺兰山一青藏高原东线一线以东的地区。其中黄土高原和华南山地丘陵为水蚀严重区。西北风力侵蚀区：位于大兴安岭一阴山一贺兰山一青藏高原北缘一线西北，地处欧亚大陆腹地，呈典型的大陆性气候，年降水量多在<250mm，蒸发量1400-3000mm，干燥度2-8。冬春风力强劲，5级以上大风日数>100d/yr，地面植被稀疏，风蚀风积作用强烈。青藏高原冻融及冰川侵蚀区：包括西藏全部、青海南部及四川的甘孜、阿坝两州，平均海拔在4500m以上，土壤侵蚀营力以冻融和冰川作用为主。四、土壤侵蚀基本概念土壤侵蚀是地球表面的一种自然现象。人类社会出现后，土壤侵蚀成为自然和人为活动共同作用下的一种动态过程，构成特殊的“侵蚀环境”背景，已成为当今世界资源和环境问题的重点。土壤侵蚀一般是指土壤在内外营力（如水力、风力、重力、人为活动等）的作用下，被分散、剥离、搬运和沉积的过程。水土流失直接反映了土壤侵蚀的危害程度。土壤侵蚀的内涵随着科学研究发展不断完善丰富。由于各国的自然条件和土壤侵蚀发展演变过程的差异，对土壤侵蚀的理解和定义有所不同。

土壤侵蚀基本概念小结(1)土壤侵蚀的概念已不限于地表土壤层的侵蚀，包括对陆地表面基岩风化物及其他地面可蚀性物质的侵蚀。根据侵蚀营力分为水蚀、风蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀等，及人为活动作用。其中水力侵蚀又包含降雨、径流、冰雪冻融侵蚀力，以及河流、海浪冲击堤岸的侵蚀力等。根据侵蚀过程包含地面物质的就地剥蚀、搬运，吹蚀、磨蚀、冲蚀和溶蚀等；还包含被侵蚀物质的沉积过程。根据侵蚀形式分为面蚀、沟蚀、崩塌、泻溜和滑坡、泥石流等。土壤侵蚀防治通常以“土壤保持”予以涵盖，扩展为“水土保持”。其内容从土壤层保持到包括滑坡、泥石流整治；从单一强调土壤侵蚀引起土地生产力退化到同时强调土壤侵蚀环境与全球生态环境的联系，如水土流失与水环境联系，水土保持与全球气候变化联系等。土壤侵蚀基本概念小结(2)土壤侵蚀是水力、风力、重力及其与人为活动的综合作用对土壤、地面组成物质的侵蚀破坏、分散、搬运和沉积的过程。水土流失是指水力侵蚀作用下，水与土从原地的搬运和流失，着重侵蚀的后果，主要指水与土流失量。土壤保持即防治土壤侵蚀或土壤流失，保持土壤资源，维护和提高土地生产力的综合技术和管理措施。水土保持是防止水土流失、保护和合理利用水土资源，提高土地生产力等土壤侵蚀治理措施。五、土壤侵蚀强度土壤侵蚀强度:

用单位时间、单位面积上土壤侵蚀量表示(土壤侵蚀模数Ms),即每年km2的土壤侵蚀量(t/(km2·a)；或以每年侵蚀掉土层的平均厚度Ds表示(mm/a)。中国水利部采用土壤侵蚀模数拟定了适于全国水蚀强度的分级标准，分为6级：

分级侵蚀模数(t/(km2·a)I．微度或无明显侵蚀＜200，500，1000Ⅱ.轻度侵蚀(200，500，1000)-2500Ⅲ．中度侵蚀2500-5000IV．强度侵蚀5000-8000V．极强度侵蚀8000-15000Ⅵ.剧烈侵蚀＞150001984-1989年中国水利部等单位完成的全国土壤侵蚀遥感调查制图，全国轻度侵蚀以上的水蚀面积为179万km2。六、允许土壤流失量允许土壤流失量(称T值):土壤侵蚀速率与成土速率相平衡，或长时期内保持土壤肥力和生产力不下降情况下的最大土壤流失量，其单位同土壤侵蚀模数(t/(km2·a)。美国学者贝纳特根据成壤绝对年龄推算。在无破坏的自然条件下，300-1000年可形成2.5cm的土壤层，按容重1.35Mg/m3计算，如维持侵蚀速率与成土速率相平衡，相当于每年流失土壤约33.75-112.5t/(km2·a)。推算在人为耕作条件下，约30年可形成同样厚度的土层，相当于年流失1125t/(km2·a)的土壤。美国确定农耕地和牧地T值分别为1250和500t/(km2·a)。侵蚀程度愈严重的土壤，愈接近母岩的土壤，被确定的T值愈低，如我国南方多石质的丘陵山区T值确定为200-500t/(km2·a)；对尚保留深厚土层的土壤，确定的T值相对较高，如土层深厚的黄土地区确定T值为1000t/(km2·a)左右。侵蚀影响因素一、自然因素二、人为因素一、自然因素(1)地质因素：与地质构造背景、地层的结构和地质构造运动有关;地貌因素：主要通过坡度、坡长、沟壑密度、倾斜侵蚀面等作用;气候因素:气候因素是影响土壤侵蚀的主要外营力。(1)降雨的影响决定于降雨径流侵蚀力(即发生径流情况下的降雨对侵蚀的作用)。降雨侵蚀力是降雨量、降雨强度、雨型和雨滴动能的函数(2)气候因素中的风力是土壤风蚀的主要外营力。(3)青藏高原等地区发生的冻融侵蚀，主要与当地高寒气候所引起的冰雪冻融密切关联。一、自然因素(1)土壤及地面组成物质:

是侵蚀的对象，是决定侵蚀过程和侵蚀强度的内部因素，尤其土壤物理、力学特性直接影响水蚀和风蚀。土壤的可蚀性主要以颗粒组成、有机质及水稳性团粒结构为指标。植被因素植被:是陆地生态的主体，是控制或加速土壤侵蚀最敏感的因素。在同等降雨、地形、土壤条件下，地面植被状况是制约土壤侵蚀决定因素。植被防治土壤侵蚀作用主要为:(1)植被地上部:对降雨截留作用；(2)枯枝落叶层:对降低径流流速、增强入渗和减少径流量作用；(3)根系:对固结土壤、增强结构稳定性和提高土壤抗蚀、抗冲性作用。二、人为因素(1)人为因素:人为因素是指人类在社会生产活动中对引发或加剧土壤侵蚀的影响。对自然植被的破坏是影响土壤侵蚀最主要的人为因素。人类社会的出现，首先以掠取自然界的生物资源为其生存的基本条件。从狩猎、游牧、刀耕火种到大规模开垦，均是以破坏自然植被为代价，导致自然生态平衡失调，自然侵蚀转化成为人为加速侵蚀。据UNEP和FAO，地球2/3的陆地曾被森林所覆盖，面积达76亿hm2，现剩下26亿hm2；全世界因土壤侵蚀每年从耕地流失土壤约250亿t，坡耕地土壤侵蚀为现代土壤侵蚀的主要方式。中国有五千年的文明史和耕垦历史。人口增长迅速，滥垦、滥伐、滥牧等导致自然植被和生态环境严重破坏，加剧土壤侵蚀的发展。近年来，城镇、工矿建设飞速发展，缺乏相应的环保措施，从而引发新的水土流失问题。一、水力侵蚀(1)水力侵蚀：水力侵蚀的形态主要分面蚀和沟蚀两大类。世界上各水蚀地区基本上均发生这两种侵蚀类型。在我国黄土高原，伴随面蚀、沟蚀常发生洞穴侵蚀。面蚀：面蚀可分为雨滴侵蚀(溅蚀)、片蚀和细沟侵蚀。细沟为薄层径流汇集成细小股流对地面的侵蚀，属线状或沟状侵蚀过程。由于细沟侵蚀均发生在坡耕地，侵蚀深不超过耕层深，经犁耕后在地面不留痕迹，故为面蚀，天然荒坡地上由于不合理放牧而造成斑块状践踏痕迹，称为鳞片状侵蚀，也属面蚀。一、水力侵蚀(2)沟蚀：我国学者黄秉维、朱显漠等对黄土高原侵蚀地貌的特殊性研究,确定沟蚀类型：浅沟、切沟、冲沟、河沟。浅沟是发生在坡耕地上的一种特殊沟蚀类型，主要是人为耕作所致，在>25°的陡坡耕地最发育，一般由细沟演化发展而成。浅沟下切深已超过耕层，浅沟横断面由于不断耕作成弧形扩展，直至妨碍耕作而不得不弃耕时，浅沟即发展成切沟。洞穴侵蚀：洞穴侵蚀为深厚黄土沉积物上发育的一种特殊侵蚀类型，常与沟蚀伴随发生。在中国的黄土高原洞穴侵蚀最为发育，分布较广。洞穴侵蚀主要类型：水刷窝、跌穴(漏斗状洞穴)、陷穴。二、风力侵蚀风力侵蚀:

是指地表砂粒类松散物质在风力作用下脱离地表的运移过程。风蚀类型：可分为吹蚀和磨蚀，前者为单纯风力作用，后者为风沙流的侵蚀作用。吹蚀：风吹经地表时，由于风的动压力作用，将地表的松散沉积物或基岩上的风化产物（沙物质）吹走，使地面遭到破坏的作用。磨蚀：风挟带沙子贴地面运动时，风沙流中的砂粒可对地表物质进行冲击、摩擦，如果地表有裂隙等凹进之处，风沙甚至可以钻进去进行旋磨，风沙流的侵蚀作用称为磨蚀作用。运动方式：在吹蚀和磨蚀作用下，地面松散颗粒的运动方式分为悬移、跃移和表层蠕移三种形式。地表或风沙堆积物，因吹蚀、磨蚀作用，相对细粒物质被运移后，出现地面粉化、荒漠化及蘑菇状风蚀地貌，后者往往又可激发崩塌等重力侵蚀。在黄土高原北部长城沿线的水力、风力复合侵蚀区，风蚀可加剧沟蚀。一、通用土壤流失方程USLE(通用土壤流失方程)：是美国自20世纪50年代起,由Wischmeier等根据美国洛基山以东地区多年大量径流小区观测资料进行统计分析和系统研究而建立，用于预报降雨侵蚀力作用下农耕坡地的年土壤流失量。USLE是从侵蚀产沙的基本成因出发，依据实际观测资料，采用数理统计分析方法，而建立的坡面或流域侵蚀产沙量与其主要影响因素之间经验性模型。其经验关系式：A＝RKLSCP

式中，A为土壤流失量；R为降雨侵蚀力指标(或称降雨侵蚀力因子)；K为土壤可蚀性因子；L为坡长因子；S为坡度因子；C为覆盖与管理因子；P为水土保持措施因子。二、修正通用土壤流失方程RUSLE(修正通用土壤流失方程):1985年以后，美国又开展了修正通用土壤流失方程RUSLE的研究，于1993年发展为软件系统。修正的RUSLE考虑的因素更加全面，例如充分考虑了降雨和土壤的时空差异性和缓坡积水的影响等。目前，世界上包括日本和澳大利亚等国也都相继以通用土壤流失方程为基本形式，根据本国的气候、土壤及经营管理等具体情况进行相应的修正，建立了适合于各自国家或地区性的土壤流失预报方程。20世纪80年代以来，我国