第四章 土壤水、空气和热量(一)

第四章土壤水第四章土壤水第一节土壤水的类型划分及土壤水分含量的测定一、土壤水的重要性：•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。土壤水是作物吸水的最主要来源。•土壤水是土壤的最重要组成部分之一。•土壤水是土壤形成发育的催化剂；•土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土壤水实际上是指在105℃温度下从土壤中驱逐出来的水。二、土壤水分类型及有效性1、土壤水分类型**•吸湿水（无效水）•膜状水（内层无效、外层有效）•毛管水（有效水）•重力水（多余水）•数量法保持土壤水的力主要包括两种：一种是土粒和水界面上的吸附力。吸附力主要是指土粒表面分子和水分子之间的分子引力，又称为范德华力，土壤胶体表面电荷对水的极性引力，也能在一定程度上保持土壤水分，是吸附力的一部分。另一种是在土壤孔隙中，土壤固体表面、水和空气界面上的毛管力。所谓毛管力实质上是毛管内固、气、水界面上产生的负压力，也叫弯月面力。毛管力的大小与毛管孔径成反比。据土壤水分所受的力的作用把土壤水分分为：吸湿水吸附水（束缚水）膜状水毛管水重力水毛管悬着水毛管上升水据毛管水在土体的分布土壤吸湿水**：吸湿水:是由土粒表面吸附力所保持的水分，其中最靠近土粒表面的由范德华力保持的水称为吸湿水(又称紧束缚水)，吸湿水的含量称为土壤吸湿量。干土从空气中吸着水汽所保持的水称为吸湿水土壤吸湿水实际上是土壤自然风干时所保持的水量，其大小主要决定于土壤的比表面积和大气的相对湿度。土粒愈细，比表面积愈大，大气相对湿度愈高，则土壤吸湿水量愈大。当大气相对湿度达到饱和时，土壤的吸湿水达到最大量，这时吸湿水占土壤于重的百分数称为土壤最大吸湿量或土壤吸湿系数，它是土壤水分常数之一。干土在近于水汽饱和的大气中吸附水汽，并在土粒表面凝结成液态水的数量。土壤吸湿水性质质地愈黏，最大吸湿量愈大，质地愈沙，最大吸湿量愈小。最大吸湿量的大小是：黏土壤土沙土。吸湿水具有与纯自由水不同的特点。首先，在于它所受土粒表面的吸附力很强，其次，它的比重很大(约1.5g／cm3)，无溶解能力，最后，植物无法吸收利用，属于土壤水中的无效水。土壤膜状水**：土壤颗粒表面上吸附的水分形成水膜，这部分水称为土壤膜状水。当土壤水分达到最大吸湿量时，土粒表面还有剩余的吸附力，虽不能再吸收水汽，但可以吸附液态水，这部分水被吸附在吸湿水的外层，定向排列为水膜，称为膜状水。土壤膜状水达到最大值时的土壤含水量称为土壤最大分子持水量。萎蔫系数：当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土壤含水量，称为萎蔫系数或萎蔫点。萎蔫系数是植物可以利用的土壤有效水含量的下限。注：膜状水的内层所受吸力大于根的吸水力，植物根无法吸收利用，为无效水，而它的外层所受吸力小于根的吸水力，植物可以吸收利用，但数量极为有限。膜状水示意图土壤毛管水***：存在于土壤毛管孔隙中的水分，称为毛管水。包括毛管悬着水和毛管上升水。当土壤含水量逐渐增大，超过最大分子持水量的那部分水，在毛管力的作用下，保持在土壤的毛管孔隙中，不受重力作用的支配，这种靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水。特点：1.不受重力支配而流失是植物所需水分的主要给源。2.毛管水移动性大，能较迅速地运动，3.毛管水运动方向总是由毛管力小的地方向毛管力大的地方运动。4.在毛管孔范围内，孔径愈细，毛管作用愈强。毛管水是土壤中最宝贵的水分①它是土壤中即能被土壤保持，又能被作物全部利用的有效水②它有溶解养分的能力；③能在毛管力作用下向上下左右方移动，且速度快；④具有输送养分到作物根部的作用。水沿着毛管上升毛管作用力范围：0.1-1mm有明显的毛管作用0.05-0.1mm毛管作用较强0.05-0.005mm毛管作用最强〈0.001mm毛管作用消失借助于毛管力保持在上层土壤的毛管孔隙中的水分，它与来自地下水上升的毛管水并不相连，好像悬挂在上层土壤中一样，故称之为毛管悬着水。毛管悬着水：在地下水较深的情况下，降水或灌溉水等地面水进入土壤，借助毛管力保持在上层土壤毛管孔隙中的水分与来自地下水上升的毛管水并不相连，好像悬挂在半空中一样，故称之为毛管悬着水。毛管悬着水是山援、丘陵、岗坡地，以及四平地上地势较高处植物吸收水分的主要给源。毛管悬着水**当土壤含水量降低到一定程度时，较粗毛管中悬着水的连续状态出现断裂，蒸发速率明显降低，此时土壤含水量称为毛管水断裂量。大约相当于该土壤田间持水量的75％左右。当土壤含水量达到田间持水量时，土面蒸发和作物蒸腾损失的速率起初很快，而后逐渐变慢，当土壤含水量降低到一定程度时，较粗毛管中悬着水的连续状态出现断裂，但细毛管中仍充满水，蒸发速率明显降低，此时土壤含水量称为毛管水断裂量。毛管水断裂量**土粒毛管悬着水示意图田间持水量***：毛管悬着水达到最大值时的土壤含水量称为田间持水量，通常作为灌溉水量定额的最高指标。田间持水量：土壤毛管悬着水达到最多时的土壤含水量。在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。田间持水量的大小，主要受质地、有机质含量、结构、松紧状况等的影响。毛管上升水毛管上升水：是指借助于毛管力由地下水上升进入上层土体的水。毛管持水量**毛管上升水达到最大含量时的土壤含水量称为毛管持水量。毛管水上升高度对农业生产有重要意义：如果它能到达根系活动层，就为作物源源不断的利用地下水提供了有利条件。但是若地下水矿化度较高，盐分随水上升至根层或地表，也极易引起土壤的盐渍化，危害作物。土粒毛管上升水示意图地下水位•***毛管水上升高度•从地下水面到毛管上升谁所能达到的相对高度，叫毛管水上升高度。•h水柱高度（cm)，d孔隙直径（mm）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。毛管水上升的高度和速度与土壤孔隙的粗细有关。在一定的孔径范围内，孔径愈粗，上升的速度愈快，但上升高度低；反之，孔径愈细，上升速度愈慢，上升高度则愈高。（见图）毛管水上升高度和强烈上升高度，因质地不同而异一般的趋势是沙土最低，壤土最高，黏土居中。土壤所有孔隙都充满水时的含水量，也称为土壤全持水量。土壤饱和含水量**：重力水**临时存在于土壤大孔隙（通气孔隙）中的水分，与土壤养分的淋失有关。重力水：如果进人土壤的水超过田间持水量，则多余的水便在重力作用下，沿大孔隙即通气孔向下流动，湿润下层土壤或渗漏出土体，甚至进入地下水，成为地下水补充给源。这一部分不被土壤保持而受重力支配向下流动的水，称为重力水。全持水量：土壤全部孔隙都充满水时的土壤含水量称为全持水量或饱和持水量。注：当然重力水是作物完全可以利用的，特别是在水田，但是在旱地，重力水只是短时间通过土体而已，而且当它在土中存留时，作物虽可吸收，却往往因水分过多，土壤空气不足，造成内涝，反而有害于作物生长。对于不同质地的土壤上述各种不同形态水的数值是不等的。请认真比较它们的大小。注意：土壤含水量的表示方法和土壤水分测定土壤水分含量的表示土壤含水量的测定方法土壤墒情和田间验墒二、土壤水分含量的表示方法（一）质量含水量（m）100221质量含水量：是指土壤中水分的质量与干土质量的比值。因为在同一地区重力加速度相同，又称为重量含水量，无量纲，常用符号m表示。质量含水量可用小数形式，也可用百分数表示。数学表达式：m=(水重／干土重)X100％例：土壤烘干前湿重为95g，烘干后重79g，求质量含水量。解：m=[(95—79)／79]X100％=20.3％（二）容积含水量（v）V=m·容积含水量：是指单位土壤总容积中水所占的容积百分数，又称容积湿度、土壤水的容积百分数，常用符号v表示。v用小数形式表达，这时的量纲为cm3／cm3，但常用无量纲的百分数表示。数学表达式如下：v=(水容积／土壤总容积}cm3／cm3或v=(水容积／土壤总容积)X100％例2：设上例土壤容重为1.2g／cm3，求其v。解：v＝(20.3％X1.2)＝24.4％（三）相对含水量（%）土壤相对含水量＝土壤含水量田间持水量相对含水量：土壤含水量(m)占田间持水量(f)的百分数。田间持水量:在一个地下水埋藏较深，排水条件良好的平地上，充分供水，地表覆盖避免蒸发，待水入渗完1～2天之后，测得土壤含水量的数值即为田间持水量，以(f)表示。求法：土壤相对含水量＝m／fXl00％注意：D的方便之处在于它适于表示任何面积土壤一定厚度的含水量，与大气降水量、土壤蒸发量进行直接比较。D的单位是长度单位以cm表示，为与气象资料中常用的mm比较，D更多用mm单位。[例3]如某土层厚度为10cm，容积含水量为25％，求水深。D＝(10X25％)=2.5(cm)=25(mm)（三）土壤贮水量土壤水贮量：是指一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。土壤水贮量两种表达方式：1.水深(v)指在一定厚度(h)一定面积土壤中所含的水量相当于相同面积水层的厚度，量纲为[L]。可以推知D与v的关系如下:D=v·h2、水方（m3）wDV10/公顷方V方/亩＝2/3Dw容积水(产生)即一定面积一定厚度土壤中所含水量的体积数，量纲为[L3]。在数量上，它可简单由D与所指定面积(如1hm2)相乘求出，但要注意二者单位一致性。1、水深（DW）DW=V·h或Dhwini,10011mm土壤含水量的测定方法经典烘干法其测定的简要过程是：先在田间地块中选择具有代表性的取样点，按所需深度用土钻(或在土壤剖面上用采样刀)分层采集土样，放入铝盒并立即盖好盖(以防水分蒸发)，尽快称重(即湿土加空铝盒重，记为W1)，打开盖，置于烘箱中，在105～110oC条件下，烘至恒重(需6～8h)，再称重(即干土加盒重，记为W2）。设空铝盒重为W3，该土壤质量含水量为：m=(W1一W2)／(W2一W3)Xl00％一般应采3个以上平行土样，求取平均值。快速烘干法:红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃烧法电阻法中子法TDR(时域反射仪)法土壤墒情和田间验墒墒情的种类:(1)汪水汪水指大雨或灌水后，土壤成过湿状态，表土有积水现象，相当于田间持水量以上的含水量.(2)黑墒黑墒指含水量丰富的土壤，约为田间持水量75％以上，土色发暗，手捏土壤容易成团，手上有湿印和凉感，这种墒情含水偏多，不宜耕作。(3)黄墒黄墒指含水量比黑墒稍低的土壤。一般壤质土含水量在田间持水量的50％一75％，土色发黄，手捏成团，扔在地上约有一半散开，手上稍有湿印和凉感。这种墒情最适于旱地耕种。(4)潮干土又叫灰墒，指含水量比黄墒更少的土壤，含水量约为田间持水量的一半以下，呈半干半湿状态，手捏不成团，容易散开。(5)干土指含水量很少的土壤，一般在萎蔫系数以下，是无效水，不能进行耕作和播种。土壤墒情土壤墒情具有明显的季节性变化和剖面层次性差异。表层墒情变化最大，随着土层深度加大，墒情变化减缓。为方便计，把旱地土壤1m深度内的墒情分为三层，即表墒、底墒和深墒。(1)表墒(0～20cm)相当于耕层的厚度，这一层墒情最重要。它受气候、作物和农业措施等的影响最大，变化最剧烈。·(2)底墒(20～50cm)受上述影响渐弱，但仍然是主要根系分布层。它对水、肥、气、热变化起承上启下的作用，对作物生长关系最大。(3)深墒(50～100cm)受上述影响更少，但作物根系仍有少量分布尤其对深根作物影响较大。此层墒情变化较小，深墒丰富时，对底墒和表墒有一定的补给作用田间验墒。田间验墒田间验墒一般要着重考虑以下4个方面内容。(1)干土层的厚度和整地质量一般干土层在3cm左右，其下能保持适宜的墒情(如黄墒)，则可以播种，且能正常出苗，干土层达6C1TI左右，其下墒情也差，将影响播种和作物生长；干土层在10cm左右，则旱情严重，作物生长受到抑制。要及时进行灌水补墒。表土整地质量的好坏将会影响保墒效果和播种作业质量。(2)表、底、深墒的含水量及其相互补给作用(3)作物生长情况作物所处的生育期，植株长相，根系分布和耗水的深度以及作物对墒情的要求等。(4)