第四章 土壤水、土壤空气和热量

第四章

土壤水、土壤空气和热量

第一节土壤水一、土壤水的定义：在105℃温度下从土壤中驱逐出来的水，是一种稀薄的溶液，存在于土粒的表面和土粒间孔隙中。二、土壤水分存在的形态

固态水—土壤水冻结时形成的冰晶。

汽态水—存在于土壤空气中的水蒸汽。

束缚水—又分为吸湿水（紧束缚水）和膜状水（松束缚水）。

自由水—又分为毛管水、重力水和地下水，其中毛管水又分为悬着水和支持毛管水。

受土壤吸附力作用，分为吸湿水和膜状水。

吸湿水：土粒通过分子引力的作用，从空气中吸持气态水分，使之在土壤表面形成的水膜。特点：由分子引力，静电引力吸附。不能溶解溶质，不能呈液态移动。

植物不能利用（水分吸持力大于植物根系的吸水力）在105-110℃下汽化逸失。

1.吸附水（束缚水）

膜状水：当土壤含水量超过最大吸湿量时，土粒分子对周围水分子还具有强大的引力，在吸湿水层上再吸附一层新的液态水膜。特点：主要是分子引力的作用呈液态，能溶解溶质，可移动，但速度慢部分可被植物利用（根系与之接触时）

依靠毛细管引力保持在土壤毛管孔隙的水，具有自由水的特性。分为毛管上升水和毛管悬着水。特点：

依受毛管力的作用。

液态，溶解多种溶质，

可自由移动，速度较快。2.毛管水悬着毛管水：由于降雨或灌水使土壤毛管填充的水分，与地下水没有联系。支持毛管水：由于地下水的上升作用而保持在毛管中的水分。

当大气降水或灌溉强度超过土壤吸持水分的能力时，土壤的剩余引力基本上已经饱和，多余的水就由于重力的作用通过大孔隙向下流失，这种形态的水称为重力水。存在于土壤大孔隙（通气孔隙）中，与土壤养分的淋失有关。特点

移动速率快，难以保持在土壤中

可被根系吸收

占据大孔隙，影响通气性

对旱作属多余水3.重力水

土壤或母质中有不透水层存在时，向下渗漏的重力水会在其上的土壤孔隙中聚积起来，形成一定厚度的水分饱和层，其中的水可以流动，称为地下水。4.地下水三、土壤水分常数及土壤有效含水范围

吸湿系数：干土从相对湿度接近饱和的空气中吸收水汽的最大量，即吸湿水的最大量与烘干土重量的百分率。

田间持水量：毛管悬着水达到最大值时的土壤含水量。通常作为灌溉水量定额的最高指标（相当于吸湿水、膜状水和悬着水的全部）。

凋萎系数（萎蔫系数）：根系因无法吸收水分而发生萎蔫时的土壤含水量，是土壤有效水下限。

土壤有效含水范围：指土壤所含植物可以利用水的范围。最大范围：田间持水量－凋萎系数

有效水储量＝当前含水量－凋萎系数

四、影响有效含水范围的因素

土壤质地：壤水的有效含水范围大，而粘土和砂土的有效含水范围则较小。

土壤结构：具有团粒状结构的土壤，由于田间持水量增大，从而扩大土壤的有效含水范围。

土壤有机质含量：有机质在一定程度上通过改善土壤结构和增大渗透性的作用，使土壤有效含水范围扩大。

五、土壤水分的保蓄和调节1、合理灌溉排水；2、合理耕作

如合理中耕松土、镇压以减少地面蒸发；合理耕作结合施有机肥等。3、改良土壤质地、结构4、地面覆盖5、因地植宜6、选择合适的种植时期如：雨季造林7、创造良好的土层构造：上砂下粘或上松下紧等

六、土壤水分平衡1.土壤水的来源与消耗

土壤水的来源是大气降水、凝结水、地下水和人工灌溉。其中大气降水是主要的来源，凝结水在干旱地区以及粗质土壤上也有一定意义。而地下水和人工灌溉水，实际上主要也是从大气降水和部分地从凝结水转变而来。

大气降水除了植被（特别是林冠）截流和地面径流外，其余部分便进入土壤中成为土壤水。土壤水的消耗有以下途径：（1）向下渗漏、侧向径流和地下径流；（2）蒸发；（3）蒸腾。所以，土壤的含水量就是这些水分收入和支出的差额。

2.土壤水分平衡W=P+I+U-E-T-R-In-D

第二节土壤空气一、土壤空气的数量与组成1、土壤空气的数量

土壤空气与土壤水分存在于土体孔隙内，在一定容积的土壤中，在孔隙度不变的情况下，两者所占的容积比数量，土壤空气随土壤水分而变化，而且呈相应的消长关系。

2、土壤空气组成

气体O2(%)CO2(%)N2水汽还原性气体近地面大气20.940.0378.05多数情况不饱和无土壤空气18-20.030.15-0.6578.8-80.24饱和有时含CH4、H2S、H2等土壤空气与大气组成差异①O2略低于大气；②CO2是大气的几十倍；③水汽处于饱和状态；④有部分还原性气体：CH4、H2S、SO2、H23.土壤空气的重要性（1）影响植物养分的有效性（2）土壤空气组成变化对作物的影响①O2要求＞10%，过低抑制根系呼吸好养性微生物的活动，影响发芽出苗，严重时可使生物窒息死亡。②CO2根吸收，提供地上部光合作用，过多会产生毒害，一般<1%即可③还原性气体过多对作物有毒害作用二、土壤空气的运动

土壤空气运动的方式有两种：对流和扩散。

对流（整体交换）：土壤与大气间总压力梯度驱动气体的整体流动。由气压、风、温度、降水或灌溉等农耕措施引起；仅对表层10cm左右的土壤空气起作用。

扩散：个别气体成分（如O2）由于与大气间存在浓度差而产生的移动。如：O2大气→土壤；CO2土壤→大气（土壤呼吸）旱地、水田空气交换方式不一样–旱地以扩散为主–水田空气溶解、排水空气进入四、影响土壤通气性的因素土壤水分状况：晒田、水旱轮作

土壤紧实程度：孔隙、容重、结构等

微生物的活性：土壤中易分解有机物质的含量五、土壤空气状况的调节1、调节土壤质地、结构以改善土壤孔隙2、深耕结合施用有机肥料；3、合理排灌4、适时中耕第三节土壤热量一、土壤热量的来源太阳辐射能：土壤热量的最基本来源。生物热：微生物分解有机质的过程是放热的过程。

释放的热量，一部分被微生物自身利用，而大部分可用来调节土温。地球内热中国年太阳总辐射量分布图

干燥土壤热传导示意图

湿润土壤热传导示意图士壤吸热：受士壤颜色、含水量及地表状况等多种因素的影响。土壤散热：地面长波辐射、土面蒸发、士壤热传导和空气对流等。二、不同土壤热量状况产生原因

1.水分蒸发

2.风速、大气、土温

3.土壤上下层的温度梯度，土壤热导率

4.昼夜和季节变化

5.地理位置、海拔高度、坡向、坡度土壤温度

受大气辐射能量变化控制

土壤温度滞后于气温的变化

表层土温变幅较大，深层土温变幅较小三、影响因素1.纬度和海拔低纬度＞高纬度：低海拔＞高海拔2.地形阳坡>阴坡3.土壤性质(颜色、质地，结构、紧实度、湿度等)4.覆盖植被、积雪、其它覆盖(如地膜、塑料大棚）中国土壤分类系统土壤温度划分标准土壤温度状况年均土壤温度T/℃备注永冻土壤≤0包括湿冻和干冻寒冻土壤≤0冻结时有湿冻和干冻寒性土壤0-8冷性土壤<8但良季土壤温度较高温性土壤8-15热性土壤15-22高热土壤≥22资料来源：据龚子同，1999四、土温对植物生长的影响1.直接影响：种子萌发，生根、植物生长发育。2.间接影响：微生物活动、有机质转化、土壤水分的保蓄供应、土壤养分的溶解扩散。五、土温调节1.适时播种

冷性土春播宜晚，秋播宜早：暖性土春播宜早，秋播宜晚。2.地面覆盖和设施调控

地膜、大棚、秸秆、风障等。3.以水调温、适时灌排4.耕作和施肥5.喷洒土面保墒增温剂第四节土壤水、气、热的调节一、土壤水、气、热的关系土壤水、气、热是组成土壤肥力的重要因素，三者是互为矛盾，又互相制约的统一体。

1.土壤含水量达到全容水量时，其大小孔隙往往充满水，造成土壤的通气状况不良。当土壤含水量达到田间持水量时，其大多数大孔隙充满了空气。当土壤含水量进一步降低，有许多毛管孔隙也为空气充满。这时容易造成土壤水的供应不良，形成植物的旱害。

2.湿土温度上升慢，下降也慢，不同土层深度的温度梯度也比较小；干土温度上升快，下降也快，而且不同