土壤水分

第三章第一节土壤水分“水是生命之源”“有收无收在于水，收多收少在于肥”学习目标什么是土壤水分？如何对土壤水分形态进行划分？土壤水分的表示方法有哪些？运用能量学观点来研究土壤水分的特点？土壤水分的调节土壤水分的运动问题什么是土壤水分？一、关于土壤水分的概念需要强调以下几点：（一）土壤水分并非纯水，而是溶解有各种有机无机物质的稀溶液。（成份）（二）土壤水是指在105～110℃情况下，从土壤中能够被烘出来的水分总和。（范围）（三）土壤水分均是来自于自然界降水、灌溉或地下水的上升等，保蓄在土壤当中。（来源）学习目标什么是土壤水分？如何对土壤水分形态进行划分？土壤水分的表示方法有哪些？运用能量学观点来研究土壤水分的特点？土壤水分的调节土壤水分的运动问题如何对土壤水分形态进行划分？二.土壤水分的存在形态与有效性（一）土壤水分的保持1.吸附力：其内容包含三个方面：（1）土粒与水分子间的分子吸力（2）范德华力—极性分子间的相互吸引（3）胶体表面对极性水分子的静电引力2.毛管力孔隙的毛管力与孔径的关系？该力是土壤能够保蓄植物必需有效水分的根本原因。拉普拉斯公式P=2T/R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3.另外，土壤水分除过受上述两种力的作用以外，还普遍受到重力作用，但是，重力却不是保水的力。重力作用在土壤较大孔径的孔隙中表现的更为明显。（二）土壤水分的存在形态土壤水固态水冬季土壤结冰时存在液态水气态水存在于土壤空气中受土粒分子引力吸湿水膜状水受毛管力作用毛管悬着水毛管上升水受重力作用重力水地下水1.吸湿水土粒表面靠分子引力从空气中吸附的气态水并保持在土粒表面的水分叫吸湿水，也叫紧结合水或紧束缚水。吸湿水的特点是怎样的？吸湿系数（土壤最大吸湿量）：当大气相对湿度达到饱和时，土壤吸湿水达到最大量，这时吸湿水占土壤干重的百分数称为土壤最大吸湿量。吸湿系数与土壤质地有什么关系？质地越黏，最大吸湿量越大，质地越砂，最大吸湿量越小2.膜状水土壤水分达到最大吸湿量后，土粒表面吸收的吸附在吸湿水层之外的包围土粒的水膜叫膜状水，也叫松结合水或松束缚水。膜状水的特点：膜状水受到土壤颗粒表面分子引力较小，一般为31～6个大气压。膜状水一部分对作物有效，一部分无效。凋萎系数：当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土壤最高含水量叫萎蔫系数，也叫凋萎系数。3.毛管水由土壤毛管力所保持在土壤毛管孔隙中的水分叫毛管水，包括毛管悬着水和毛管上升水。毛管水特点：所受的毛管吸力为6.25～0.3（0.1）个大气压。水沿着毛管上升毛管水在自然界有两种情况：（1）毛管悬着水：当地下水位很深时，将由地表进入土壤的水分依靠毛管力的作用保留在土壤上层的毛管孔隙中的水分叫毛管悬着水。毛管悬着水与地下水位没有任何联系。它是普遍存在在自然界中。田间持水量：毛管悬着水达到最大数量时的土壤含水量叫田间持水量，也有人叫田间稳定湿度。土粒毛管悬着水示意图（2）毛管上升水在地下水位较浅的地区，地下水借助于毛管力上升并保持在上层土壤中的水分。毛管上升水与地下水位有密切联系。发生在地势低洼的河谷地区及泛滥平原地区。毛管上升水是土壤发生次生盐渍化的前提条件之一。毛管持水量：毛管上升水达到最大数量时的土壤含水量，也有人叫1/10bar含水量。土粒毛管上升水示意图地下水位注意：区分吸附水和毛管水的条件毛管悬着水和毛管上升水的条件4.重力水：土壤水分含量超过田间持水量之后，过量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿着大孔隙向下渗漏成为多余的水叫重力水重力水特点：所受的吸力为0.1（0.3）～0bar。主要发生在大孔隙中。重力水对作物的有效性为临时有效水。饱和含水量：土壤所有孔隙充水时土壤的含水量，也叫全蓄水量，全持水量。（三）土壤水分的有效性土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。土壤水分依据有效性分为：有效水无效水土壤水的有效性实际上是用生物学的观点来划分土壤水的类型。易效水难效水（迟效水）临时有效水颗粒表面分子引力毛管力重力受力类型总结萎蔫系数：一般看作土壤有效水的下限。田间持水量：一般视为土壤有效水的上限。最大有效水含量=田间持水量－萎蔫系数（依赖于土壤性质的）有效水含量=某时刻自然含水量－萎蔫系数（动态的）土壤最大有效水含量与土壤质地的关系为：壤土>粘土>砂土学习目标什么是土壤水分？如何对土壤水分形态进行划分？土壤水分的表示方法有哪些？运用能量学观点来研究土壤水分的特点？土壤水分的调节土壤水分的运动问题土壤水分的表示方法有哪些？土壤含水量的表示方法（一）质量含水量质量含水量是指土壤中保持的水分质量占土壤质量的分数，单位用g/kg表示，或者用百分数表示质量含水量没有量纲，它是直接可以测定的，使用极为广泛（二）容积含水量容积含水量即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，也称为容积湿度，容积含水量多用百分比表示，也用容积分数表示，百分比形式可用下式表示： 土壤容积含水量无法测定，是用质量含水量换算的，即换算关系如下：Q＝（土壤质量含水量X容重/1000）X100%（三）相对含水量相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。相对含水量说明土壤实际含水量的饱和程度（以田间持水量为标准）,在农业生产中经常应用。用下式表示：应用：主要应用在作物栽培学上，可以看出土壤水分的丰缺程度。一般土壤含水量达到田间持水量的60%左右以下，作物就可能受到水分胁迫。（四）土壤水层厚度土壤水层厚度是指一定面积和土层厚度内土壤中所含水量，相当于此面积下水层的厚度，用mm表示。（五）土壤墒情是农民用于反映土壤含水量的方法；习惯上分为：干土（水分含量在萎蔫系数之下田间持水量的30%以下）灰墒（田间持水量的30%-45%）黄墒（田间持水量的45%~70%）黑墒（田间持水量的70%以上）汪水（水分含量在田间持水量之上）学习目标什么是土壤水分？如何对土壤水分形态进行划分？土壤水分的表示方法有哪些？运用能量学观点来研究土壤水分的特点？土壤水分的调节土壤水分的运动问题运用能量学观点来研究土壤水分的特点？四、土壤水分的能量状态水向“低”处流土壤A砂土10%土壤B粘土15%水向哪边流？（一）土水势的概念土水势(ψ土)：每单位数量的纯水可逆地等温地无限少量从标准大气压下规定水平的水池移至土壤中某一点，所作的有用功。土水势包括基质势、压力势、溶质势、重力势等分势。（1）基质势：ψm（-）基质势是由于土壤基质的表面吸附力和孔隙的毛管力对水分的能量状态的影响所产生水分自由能的变化。（2）压力势：ψp（+）压力势指在土壤水饱和的情况下，由于受压力而产生的土水势的变化。（3）溶质势：ψs（-）又称渗透势，由于土壤溶液中溶解性物质浓度所引起的土水势的变化量。实质上由于土壤水中溶质浓度差所产生的土壤水分能量差值。（4）重力势:ψg（±）由于重力作用而引起的土壤水势的变化。所有土壤水都受到重力的作用，所以，任何时候重力势都存在。在不同的情况下，土壤总水势的各分势组成是不同的。土壤水总是从土水势高处向土水势低处运动。(总）土水势：ψt=ψm+ψp+ψs+ψg小结：土壤水分能量学观点的优点土壤水分能量概念与土壤水分数量概念结合才是最完美的-----水分特性曲线可以使用统一的观点和尺度来研究土壤一植物一大气连续体（SPAC）中水运动和相互关系；可以更充分的利用热力学原理和数学方法来定量地处理土壤水问题；在研究手段上也提供了一些更准确的方法。（二）土壤水分特性曲线概念：表示土壤含水量（数量）与土壤基质势（能量）的关系曲线叫水分特性曲线。滞后现象：土壤的吸水曲线与失水曲线不相重合的现象叫滞后现象。质地粗的土壤比质地粘的土壤更加明显。学习目标什么是土壤水分？土壤水分的表示方法有哪些？如何对土壤水分形态进行划分？运用能量学观点来研究土壤水分有何优点？土壤水分的运动问题土壤水分的运动问题四、土壤水分的运动（一）土壤入渗一般是指水自土表垂直向下进入土壤的过程，但也不排斥如沟灌中水分沿侧向甚至向上进入土壤的过程。影响因素：供水速率土壤的入渗能力(入渗速率)①最初入渗速率，I0：依赖于湿润锋的梯度（土壤干湿程度）②人渗一小时后入渗速率，I1：③稳定入渗速率，I∞：相当于土壤饱和导水率，又称之透水率（或渗透系数）（二）土壤水的再分布过程地面停止供水，入渗终止，土壤入渗水在重力、吸力梯度和温度梯度的作用下继续运动，称为土壤水的再分布。土壤水的再分布，对研究植物从不同深度土层吸水有较大意义。某一土层水的损失，不完全是植物吸水所致，还与上、下层水的再分布有关。（三）气态水的运动土壤水汽运动是以扩散形式进行的。气态水和液态水之间相互转化，转化的过程分别是汽化和凝结。生产中无论是液态水还是气态水都受温度梯度的影响，水分移动与凝结事例有：（1）夜潮现象：多出现在地下水位埋藏较浅、土壤质地为壤质的土壤。白天土壤表层被晒干，夜间降温，底土温度高于表土，液态水和气态水由底土移动到表层，遇冷凝结，使得表层土壤墒情得到恢复。给作物有一定补给效果。---潮土（2）冻后聚墒：五、土壤水分状况及水分平衡（一）田间水分平衡田间水分平衡：在一定容积土壤内水的收入与支出，在农田，主要是指根层土壤水的平衡，根层深度一般多指1-2m深度以内，在一定时期内，根层土壤水分含量的变化。△水=水收-水支土壤水的收入：降水、灌溉水（是主要土壤水的收入）以及其它来源的水（如四周流入的地表水、地表径流、借毛管上升的地下水）；土壤水分支出：地表径流（水径）、深层渗漏（水漏）、土面蒸发（水蒸）和植物蒸腾（水腾）；因此，△水=水降+水灌-水径-水漏-水蒸-水腾由于水蒸和水腾很难分别测定，故常在一起称为蒸散。应用水平衡原理，可以了解作物日耗水量，在灌区还可作为确定灌溉时间的依据。SPAC循环体系（二）土壤水分状况调节田间管理——提高水分利用效率为主要目的1.灌溉：灌水定额、灌水次数、灌水方法、灌溉水的质量2.耕作保墒：深耕松土（提高水分入渗）耙耱保墒中耕（松土）保墒镇压提墒休闲蓄墒3.覆盖保墒：薄膜覆盖、秸秆覆盖（残茬覆盖）、砂石覆盖4.化学保水：保墒剂、蒸腾抑制剂、石油乳化剂5.生物节水：抗旱育种、抗旱栽培、蹲苗6.排水：明沟排水、暗沟（管）排水、生物排水本章小结（一）名词解释土水势吸湿系数田间持水量萎蔫系数土壤水分特征曲线滞后现象（二）问答题1、根据土壤水受力类型的不同，把土壤水划分为哪几种类型？它们的区别在哪里？2、土壤水总是从含水多的地方向含水少地方运动，这种说法正确否?为什么?3、什么是土壤入渗过程？判断土壤入渗能力的指标有哪些？4、土面蒸发分为哪几个阶段？各阶段保墒措施是什么？