植物生产的水分环境

植物生产环境

精品课程植物生长与水分环境调控植物生产的水分环境目录一、大气水分二、土壤水分一、大气水分

植物通过蒸腾作用向空气中散失水分，江、河湖、海和土壤中的水分经过蒸发分散到空气中，两者共同组成大气中的水分。大气中的水分有气态、液态和固态三种形态，大多数情况下以气态形式存在，三种形态在一定条件下可相互转化。大气中的水分是大气组成成分中最富于变化的部分。一、大气水分空气湿度：表示空气潮湿程度或大气中水汽含量多少的物理量。1、空气湿度的表示方法（1）水汽压空气中由水汽所产生的压强称为水汽压。（一）空气湿度一、大气水分水汽压的日变化有两种类型：（一）空气湿度1、空气湿度的表示方法（1）水汽压单峰型日变化

双峰型一、大气水分在温度一定的情况下，单位体积空气中所容纳的水汽量是有一定的限度的，若水汽含量达到了这个限度，空气就呈饱和状态，此时的空气称为饱和空气。饱和空气中的水汽压，称为饱和水汽压。饱和水汽压大小主要由温度和蒸发面的性质状况决定。饱和水汽压是随着温度的升高而呈现指数律增大的。（一）空气湿度1、空气湿度的表示方法（1）水汽压一、大气水分相对湿度：r=e/E×100%式中：e为空气中的实际水汽压，E为同温度下的饱和水汽压。当e=E时，r=100%，表示空气中水汽达饱和；e<E时，r<100%，表示空气不饱和；e>E时，r>100%，表示空气过饱和。在空气中水汽含量一定时，即e不变，则随着气温下降，E变小，则相对湿度变大。当气温下降到一定值时，使e=E,r=100%则空气达到饱和状态。气温继续下降，使E<e这时r>100%。通常凝结现象发生，否则空气呈过饱和状态。（一）空气湿度1、空气湿度的表示方法（2）相对湿度一、大气水分同温下的饱和水汽压和实际水汽压之差，称饱和差。其表达式为：d=E－ed的大小直接反映了空气饱和的程度。d值愈大，空气离饱和程度愈远，表示空气愈干燥；d值愈小，则空气愈接近饱和，表示空气愈潮湿，d=0时，空气达饱和状态。如果e不变，当T降低时，E随之降低，d亦降低，减至E=e时，d=0，空气达饱和。（一）空气湿度1、空气湿度的表示方法（3）饱和差一、大气水分当空气中水汽含量和气压不变时，气温降低到空气达到饱和时的温度称露点温度，简称露点。单位：℃从形式看，r是表示冷热程度的物理量，但实质上是表示湿度状况的一个特征量。

r的高低与空气中水汽含量多少有关。空气中水汽含量多，r就高；水汽含量少，r就低。所以，r高低能直接反映空气中水汽含量的多少。（一）空气湿度1、空气湿度的表示方法（4）露点（r）单峰型日变化单峰型的日变化与气温日变化相似。一天中的最大值出现在气温最高、蒸发最强的时候（14-15时），最低值出现在气温最低、蒸发最弱的时候（日出之前），单峰型主要发生在温度变化比较缓和的下垫面上，主要是海洋、寒冷季节的大陆和暖季潮湿地区。一、大气水分（一）空气湿度1、空气湿度的变化规律（1）绝对湿度的日变化双峰型日变化双峰型有两个极小值和两个极大值（见图），极小值出现在日出之前气温最低的时候和15-16时；极大值出现在8-9时和21-22时。双峰型多出现在增降温比较剧烈下垫面上，对流或乱流较强的内陆暖季和沙漠地区一、大气水分绝对湿度的年变化与气温年变化相似。在陆地上，最大值出现在7月，最小值出现在1月，海洋上，最大值在8月，最小值在2月。（一）空气湿度1、空气湿度的变化规律（2）绝对湿度的年变化（3）相对湿度的变化

相对湿度的变化与气温及大气中的水汽含量有关。在大陆内部，其日变化与气温日变化相反，最大值出现在日出前气温最低的时候，最小值出现在气温最高的14-15时，见图。这主要是取决于温度对E的影响。海滨地区r的日变化表现日高夜低，与气温日变化一致。

日变化

年变化

相对湿度的年变化位相，一般与气温年变化相反，温暖季节r小，寒冷季节r大。在季风盛行地区，由于夏季多有来自海洋的潮湿空气，冬季有来自大陆的干燥空气，因此r年变化与上述情况相反，最大值出现夏半年的雨季或雨季之前，最小值出现在冬季。一、大气水分（一）空气湿度1、空气湿度的变化规律一、大气水分在自然条件下，水面蒸发的速度受温度、饱和差、风速、气压、溶质浓度、蒸发面形状等诸多因素的影响。水温或气温愈高，蒸发速度愈快；饱和差愈大，表明空气能容纳的水汽含量多，因而蒸发速度快；风能增大空气的乱流交换，带走蒸发面上潮湿空气，加大了饱和差，所以风速愈大，蒸发愈强。气压高，空气密度大，水分子脱离蒸发面的阻力大，蒸发速度小；反之，则蒸发速率加快。（二）水分蒸发1、水面蒸发一、大气水分土壤水分蒸发到大气中的过程，称为土壤蒸发。分为三个阶段：

第一阶段为稳高阶段第二阶段为速降阶段第三阶段为稳低阶段（二）水分蒸发2、土壤蒸发一、大气水分（1）大气中的水汽达到过饱和状态大气中的水汽达到过饱和状态时，才会有多余的水汽凝结成液态或固态的冰晶。途径：一是在一定温度下增加空气中的水汽含量；二是降低温度，使饱和水汽压减小到小于实际水汽压。自然界中，大部分的凝结以第二种情况出现。大气中常见的降温方式有：接触冷却、辐射冷却、混合冷却、绝热冷却

（三）水汽凝结1、水汽凝结的条件水汽由气态变为液态（固态）的过程称为水汽凝结。一、大气水分（2）凝结核空气中水汽凝结或凝华时，除了应具备e＞E的必要条件外，还须有凝结核存在。凝结核是指在水汽凝结过程中起凝结核心作用的固态、液态的微粒。空气中的水汽凝结核可分成两类：一类是吸湿性凝结核，如盐粒、二氧化硫和烟粒等；另一类是非吸湿性凝结核，如尘埃、岩石微粒、花粉等。（三）水汽凝结1、水汽凝结的条件一、大气水分形成：当地面或地物表面经辐射冷却，使贴地气层温度下降到露点温度以下时，如果露点在0℃以上，水汽凝结成水滴，即为露；露点在0℃以下，水汽凝华成疏松结构的白色冰晶，即为霜。（三）水汽凝结2、水汽凝结物露、霜、雾、云等称为地面和地面物上的凝结物

露与霜（1）地面水汽的凝结物一、大气水分影响因素：露和霜常形成于辐射冷却强烈的条件下，凡辐射能力强或热容量小、导热率小的物体表面均有利于露或霜的形成，如疏松土壤表面。低洼地和植物的枝叶上，夜间温度较低，也易发生露霜。（三）水汽凝结2、水汽凝结物露、霜、雾、云等称为地面和地面物上的凝结物

露与霜（2）地面水汽的凝结物一、大气水分（三）水汽凝结2、水汽凝结物露、霜、雾、云等称为地面和地面物上的凝结物

雾与云（2）大气中的凝结物一、大气水分（三）水汽凝结2、水汽凝结物

雾（2）大气中的凝结物形成：当近地气层的温度下降到露点温度以下，空气中的水汽凝结成小水滴或凝华成冰晶，弥漫在空气中，使水平能见度＜1km的现象即为雾。如水平能见度＞1km，＜10km，则称为轻雾或霭。一、大气水分（三）水汽凝结2、水汽凝结物

雾（1）地面水汽的凝结物分类：

辐射雾平流雾平流辐射雾一、大气水分（三）水汽凝结2、水汽凝结物

云（1）地面水汽的凝结物形成：水汽凝结物悬浮在自由大气中即形成云。云可由微小水滴、过冷却水滴、冰晶单独或混合组成。一、大气水分（三）水汽凝结2、水汽凝结物

云（1）地面水汽的凝结物形成云的基本条件有3个：一是有充足的水汽；二是有足够的凝结核；三是使空气中的水汽发生凝结的冷却条件。一、大气水分（三）水汽凝结2、水汽凝结物

云（1）地面水汽的凝结物云形成的主要原因：空气的垂直上升运动，空气在上升运动中把低层大气的水汽和凝结核带到高层。当温度降到露点以下时空气处于过饱和状态而发生水汽凝结，形成云。反之，空气的下沉运动，将导致云滴蒸发使云消散。

一、大气水分（四）降水云中的水分以液态或固态的形式降落到地面上的现象。1、降水条件要有充足的水分要使气块能够抬升并冷却凝结要有较多的凝结核三个条件一、大气水分（四）降水2、降水的种类按降水物态分类雨雪雹霰按降水性质分类降水的表示方法连续性降水阵性降水毛毛状降水降水量降水强度一、大气水分（四）降水2、降水的种类表3-1降水等级的划分标准二、土壤水分

土壤水分是土壤的重要组成部分，是植物吸水的主要来源。土壤水分来源：降水，灌溉，地下水。土壤水分形态：固态，液态，气态。二、土壤水分根据水分在土壤中的物理状态、移动性、有效性和对植物以及对其他生物的作用，把土壤水分分为吸湿水、膜状水、毛管水、重力水、气态水等不同形态。（一）土壤水分的形态及对植物的有效性1、土壤水分的形态H2O二、土壤水分（一）土壤水分的形态及对植物的有效性1、土壤水分的形态（1）吸湿水

吸湿水：土粒依据分子引力和静电引力从土壤空气中吸收的气态水分，是最靠近土粒表面的一层水膜。

影响：土壤质地，有机质，空气湿度。

意义：无效水。二、土壤水分（一）土壤水分的形态及对植物的有效性1、土壤水分的形态（2）膜状水

膜状水：土壤含水量达到吸湿系数后，土粒剩余的分子引力和静电引力吸附的液态水膜。

影响：土粒总表面积，土壤质地，有机质含量，土壤溶液浓度。

意义：艰难吸收的有效水。二、土壤水分（一）土壤水分的形态及对植物的有效性1、土壤水分的形态（3）毛管水

毛管水：土壤含水量超过最大分子持水量时依靠毛管力保持在毛管孔隙中的液态水。

影响：毛管半径，毛管孔隙度，土壤有机质含量。

意义：有效水分。二、土壤水分（一）土壤水分的形态及对植物的有效性1、土壤水分的形态（4）重力水

重力水：土壤含水量超过田间持水量后，多余的由于重力作用沿大孔隙向下渗漏的水分。

影响：土壤质地。

意义：旱田无效，水田有效。二、土壤水分（一）土壤水分的形态及对植物的有效性1、土壤水分的形态（5）气态水

气态水：土壤空气中任何时候都存在有水汽，它与土壤空气形成气态混合物。

影响：大气压力、土壤温度、湿度。

意义：无效水。二、土壤水分指在一定土壤水吸力水平下保持的含水量或是指一种水分形态向另一种水分形态过渡时的含水量。（一）土壤水分的形态及对植物的有效性2、土壤水分对植物的有效性（1）土壤水分常数二、土壤水分（一）土壤水分的形态及对植物的有效性2、土壤水分对植物的有效性（1）土壤水分常数吸湿水

吸湿系数毛管悬着水田间持水量毛管断裂含水量膜状水最大分子持水量（萎蔫系数）重力水饱和持水量二、土壤水分（一）土壤水分的形态及对植物的有效性2、土壤水分对植物的有效性（1）土壤水分常数

土壤最大有效水量＝田间持水量－萎蔫系数土壤实际有效水量＝土壤实际含水量－萎蔫系数速效水阶段：田间持水量----毛管断裂含水量

70%田间持水量毛管水连续，移动迅速，供应及时，“水就根”。缓效水阶段：毛管断裂含水量----45%田间持水量

70%田间持水量粗毛管水断裂，移动缓慢，供应不足，“根就水”。迟效水阶段：45%田间持水量----萎蔫系数膜状水，移动更慢，难于利用，暂时萎蔫。二、土壤水分（二）土壤含水量的表示方法

1、质量百分数：土壤中水分质量占烘干土质量（105~110℃烘干）的百分数。

土壤含水量=湿土质量-烘干土质量烘干土质量