第三章 土壤水分

Chapter3土壤水分（SoilWater，SoilMoisture）土壤学与农作学§3.1土壤水分类型§3.1Theformandpropertiesofsoilmoisture土壤学与农作学土壤学与农作学土壤水（soilwater）自由水（freewater）束缚水（bondingwater）气态水:水汽，易凝结为液态水固态水：冰，冬季寒冷的中高纬度地区化学束缚水物理束缚水化合水：H2Al2Si2O∙8H2O(waterofhydration)结晶水：CaSO4∙2H2O(crystallinewater)吸湿水(hydroscopicwater)膜状水(membrane/filmwater)毛管水(capillarywater)重力水(gravitationalwater)毛管悬着水(hangingcapillarywater)毛管上升水(ascendingcapillarywater)物理束缚水吸湿水(hydroscopicwater)毛管水(capillarywater)重力水(gravitationalwater)毛管悬着水(hangingcapillarywater)毛管上升水(ascendingcapillarywater)膜状水(membrane/filmwater)一、土壤水分类型1、吸湿水（紧束缚水）hygroscopic/hydroscopicwater吸湿水：干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分Waterwhichisabsorbedfromatmosphericvaporandheldtightlytothesoilgranule.AAAA范德华力watervaporHHHH氢键EEEE库仑力HREHREhygroscopicwaterlayer土壤学与农作学作用力：土粒表面的引力（范德华力、氢键、库仑力）,强力水吸力：3.1MPa（3.1×106Pa）特点：密度大；冰点低；厚度小；不能自由移动；无效水影响因素：土壤空气湿度：湿度，吸湿水土壤质地：质地由砂变粘，，吸湿水土壤有机质含量：有机质含量，吸湿水土壤含盐量：含盐量，吸湿水土壤学与农作学2、膜状水（松束缚水）membrane/filmwater(looselybondingwater)膜状水：吸湿水达到最大量后，靠土粒剩余的分子引力吸附在吸湿水外面的一层水膜。membranewaterRARBABRARB膜状水运动方向RA＝RB水运动停止Waterwhichisabsorbedbytheremanantmolecularattractionwhenthehygroscopicwaterreachthemaximumlimit.土壤学与农作学作用力：土粒表面较弱的分子引力(范德华力)、水分子内聚力、交换性阳离子的水化作用水吸力：3.1~0.63MPa特点：密度较大；冰点较低；移动缓慢；部分有效土壤学与农作学3、毛管水capillarywater毛管水：受毛管力的作用在土壤毛管孔隙中保持和运动的水分。Waterheldin,ormovingthrough,capillaryintersticesinsoil。土壤学与农作学特点：自由水（保存、运动、溶解养分）；有效水（availablewater）水吸力：0.63～0.008MPa作用力：土壤毛管孔隙（0.06～0.002mm）的毛管力capillarity2TP＝r表面张力毛管半径毛管力土壤学与农作学悬着毛管水hangingcapillarywater地下水位较深时，降雨或灌溉后靠毛管力保持在土壤上层中的水分。旱地悬着毛管水的最大值称为田间持水量上升毛管水ascendingcapillarywater地下水藉毛管力支持上升并保持在上层土壤毛管中的水分。上升毛管水的最大值称为毛管持水量悬着毛管水上升毛管水地下水土壤学与农作学4、重力水gravitationalwater重力水：当土壤含水量超过田间持水量后，过量的水分不能被毛管力所吸持，而在重力作用下沿土壤大孔隙向下移动的水分。Soilwaterinexcessofcapillaryandhygroscopicwaterandmovesfreelyundertheeffectofgravity.Itisfoundbeyond0.06millimetersfromthesurfaceofsoilparticles.作用力：重力特点：自由水；多余水；水田为有效水（availablewater）水吸力：0.008～0MPa土壤学与农作学土壤学与农作学土壤水（soilwater）自由水（freewater）束缚水（bondingwater）气态水:水汽，易凝结为液态水（vaporouswater）固态水：冰，冬季寒冷的中高纬度地区（solidwater）化学束缚水物理束缚水化合水：H2Al2Si2O∙8H2O(waterofhydration)结晶水：CaSO4∙2H2O(crystallinewater)吸湿水(hydroscopicwater)膜状水(membrane/filmwater)毛管水(capillarywater)重力水(gravitationalwater)毛管悬着水(hangingcapillarywater)毛管上升水(ascendingcapillarywater)物理束缚水吸湿水(hydroscopicwater)毛管水(capillarywater)重力水(gravitationalwater)毛管悬着水(hangingcapillarywater)毛管上升水(ascendingcapillarywater)膜状水(membrane/filmwater)二、土壤水分常数(土壤水分数量指标)Soilwaterconstant/quantitativedescriptionofsoilwater土壤水分常数：在一定条件下，土壤各类型水分达到最大量时的土壤含水量。Waterquantitativecontentwhencertainformofsoilwaterreachesitsmaximumlimit.在一定条件下，同一土壤的水分常数保持相对稳定的数值。土壤学与农作学1、吸湿系数（hygroscopiccoefficient）：干燥土壤从湿度接近饱和（95%）的空气中吸收水汽而达到的最大含水量。土壤吸湿水的最大值；水吸力3.1MPa2.凋萎系数（wiltingcoefficient）：植物产生永久凋萎（permanentwilting）时土壤的含水量。植物可利用的土壤水量（有效水）的下限。吸湿水＋部分膜状水；水吸力1.5MPa；吸湿系数的1.5～2.0倍3.最大分子持水量（maximummolecularmoistureholdingcapacity）：土壤膜状水达到最大值的土壤含水量。吸湿水＋全部膜状水；水吸力0.63MPa；吸湿水的2～4倍土壤学与农作学4.毛管断裂含水量（作物生长阻滞含水量）：土壤中的悬着毛管水因作物吸收和土表蒸发而发生断裂时的土壤含水量。吸湿水＋膜状水＋部分毛管水；处于对植物“供不应求”的状态；旱地土壤灌水的下限5.田间持水量（fieldcapacity）：土壤中悬着毛管水达到最大量时的土壤含水量。是土壤不受地下水影响所能保持水量的最大值。吸湿水＋膜状水＋悬着毛管水；旱地土壤有效水的上限；确定灌水定额的依据；水吸力0.05MPa土壤学与农作学6.(最大）毛管持水量(maximumcapillarycapacity)：土壤所有毛管孔隙中都充满水分时的土壤含水量。吸湿水＋膜状水＋上升毛管水；水吸力0.008MPa7.饱和含水量/全持水量(Saturation)：土壤所有孔隙中全部充满水分时的土壤含水量。吸湿水＋膜状水＋上升毛管水＋重力水；水吸力0MPa；水田灌水水量的依据土壤学与农作学三、土壤水分的有效性Availabilityofsoilwater土壤水分有效性：土壤水分能否被植物利用及其被利用的难易程度。有效水(availablewater)无效水(unavailablewater)易有效水(easilyavailablewater)难有效水(hardlyavailablewater)多余水(redundantwater)无效水(unavailablewater)土壤学与农作学干湿水吸力/MPa土壤水分常数土壤水分形态土壤水分有效性土粒103化学束缚水105℃烘干土3.1吸湿水吸湿系数1.5无效水凋萎系数0.63膜状水最大分子持水量难有效水毛管断裂含水量0.05悬着毛管水田间持水量0.008上升毛管水易有效水毛管持水量0重力水多余水饱和含水量有效水下限旱地灌溉下限旱地有效水上限土壤学与农作学影响土壤有效水量的因素：土壤有机质含量越高，有效水量越大；土壤结构、土壤松紧度土壤质地(决定因素)重力水有效水无效水2015105有效水含量％细砂土面砂土粉砂土粉土粉壤土粘壤土壤粘土粘土土壤学与农作学四、土壤含水量及其表示方法Contentofsoilwateranditsdescription土壤含水量：soilwatercontent土壤湿度：soilhumidity土壤含水率：percentageofsoilwater一定量土壤中所含水分数量的多少。土壤学与农作学1.土壤重量/质量含水量：θm（masswatercontentofsoil）土壤所含水分的重量占烘干土重的百分数。100(%)SSswm土壤学与农作学2.容积/体积含水量（volumetricwatercontent）：θv土壤水分体积占土壤体积的百分数。100(%)VVwvdmdswdSwwrrWWrWW100100//土壤学与农作学3.水层厚度（waterthickness）：hw土壤所含水分的重量占烘干土重的百分数。与降雨量及腾发量相对应vmmhmmhsw)()(＝hs（mm）×θm×rd土壤学与农作学4.土壤贮水量（soilwater-storagecapacity）：Vw一定厚度单位面积土壤中水的体积。与灌、排水定额相对应1000010001)()/(3mmhhamVw10)(mmhw土壤学与农作学5.相对含水量（relativesoilwatercontent）：Rw土壤实际含水量与田间持水量（或全持水量）的百分比值。无量纲值。旱地土壤（dryland/uplandfieldsoil）：100)w田间持水量自然状态土壤含水量（％R100)w全持水量自然状态土壤含水量（％R水田土壤（paddy/lowlandfieldsoil）：土壤学与农作学6.土壤水分饱和度（percentsaturationofsoilwater）土壤水分体积占土壤孔隙体积的百分数。100土壤孔隙体积土壤水分体积饱和度（％）土壤学与农作学特点：准确；费时；不便定位测定。改进快速法：红外线烘干法、微波炉烘干法酒精烘干法、酒精烧失法。1.烘干法（drying）在105～110℃条件下，烘至恒重，为烘干土重(Ws)，以此为基础计算水分重的百分比（%）。100(%)SSswm四、土壤水分的测定measurementofsoilwater土壤学与农作学2.中子法（NeutronProbe）特点：简便、较精确;只能用于较深土层水分测定;有机质中的氢影响测定结果。原理：利用中子热化原理，快中子源发出的中子在遇到氢原子后，失去部分动能转化成慢中子，仪器根据测出的慢中子数量计算出被测物含水量。中子仪土壤学与农作学3.TDR/FDRFDR：FrequencyDomainReflectometry原理：根据探测器发出的电磁波在不同介电常数物质中的反射频率不同，计算出被测物含水量。TDR:TimeDomainReflectometry,时域反射仪.原理：TDR发生器产生的电磁脉冲波沿探针在土壤中向下传送，当遇到水分子时，脉冲波会被反射。反射时间与土壤含水量有关。土壤学与农作学某