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1、第一节第一节 土壤水分土壤水分第二节第二节 土壤空气土壤空气第三节第三节 土壤热量土壤热量第四节第四节 土壤水、气、热的关系及其调节土壤水、气、热的关系及其调节第四章第四章 土壤水分、空气与热量状况土壤水分、空气与热量状况 第一节第一节 土壤水分土壤水分土壤水：土壤水：在在在在105105110110摄氏度从土壤中驱赶出摄氏度从土壤中驱赶出摄氏度从土壤中驱赶出摄氏度从土壤中驱赶出 来的水。来的水。来的水。来的水。土壤水是重要的：土壤水是重要的：l是作物生长发育所需水分的主要来源是作物生长发育所需水分的主要来源 一般作物要获得一份产量，必须消耗一般作物要获得一份产量，必须消耗5001000份的水
2、份的水l是作物吸收养分的重要条件是作物吸收养分的重要条件l参与土壤中许多物理、化学和生物学过程参与土壤中许多物理、化学和生物学过程l自然界重要自然界重要“水库水库”和水循环重要环节，环境的重要组分和水循环重要环节，环境的重要组分土壤植物大气连续体土壤植物大气连续体土壤植物大气连续体土壤植物大气连续体 (SPAC)(SPAC)。二、土壤水含量的表示方法二、土壤水含量的表示方法（一）质量含水量（一）质量含水量土壤质量含水量土壤质量含水量(%)(%)土壤水质量土壤水质量/干土质量干土质量100%100%（二）容积含水量（二）容积含水量 土壤容积含水量（）土壤容积含水量（）土壤水容积土壤水容积/土壤总
3、容积土壤总容积100100水水重重重重 土壤容重土壤容重（三）相对含水量（三）相对含水量 土壤相对含水量（）土壤相对含水量（）土壤相对含水量（）土壤相对含水量（）土壤含水量土壤含水量土壤含水量土壤含水量 田间持水量田间持水量田间持水量田间持水量 一般合适的相对含水量为一般合适的相对含水量为70%70%80%80%（60-100%60-100%）（四）（四）水层厚度（水深）水层厚度（水深）mmmm 土层厚度土层厚度水容水容（五）土壤水贮量（五）土壤水贮量（方（方/亩或吨亩或吨/亩）亩）2/3 2/3 水层厚度水层厚度 (六六)墒情：墒情：干墒、黄墒、灰墒、黑墒干墒、黄墒、灰墒、黑墒 干、干、润、
4、润、潮、潮、湿湿三、土壤水分含量的测定三、土壤水分含量的测定（一）烘干法：常用（一）烘干法：常用 1 1 1 1、经典烘干法、经典烘干法、经典烘干法、经典烘干法 ：恒温箱：恒温箱：恒温箱：恒温箱105105110 C110 C烘干称重计算烘干称重计算烘干称重计算烘干称重计算 2 2 2 2、快速烘干法、快速烘干法、快速烘干法、快速烘干法 ：红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃：红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃：红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃：红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃烧法、电炉法等。烧法、电炉法等。烧法、电炉法等。烧法、电炉法等。（二）中子法：（二）中子法：定点长期测定定点长期测定
5、（三）（三）TDRTDR法法 ：快速测定土壤的快速测定土壤的容积水含量容积水含量英文全称是英文全称是Time-Domain-ReflectometryTime-Domain-Reflectometry，中文译，中文译为时域反映仪。为时域反映仪。（四）电阻法（四）电阻法：石膏块加导线。定点长期测定：石膏块加导线。定点长期测定 TDR法：石膏块石膏块中子仪中子仪二、土壤水分类型与水分常数二、土壤水分类型与水分常数土土壤壤水水分分类类型型受受土土粒粒分分子子引引力力（吸附力）（吸附力）受毛管力作用受毛管力作用受重力作用受重力作用吸湿水（紧结合水）吸湿水（紧结合水）膜状水（松结合水）膜状水（松结合水）
6、毛管悬着水毛管悬着水毛管上升水毛管上升水重力水重力水(一一)土壤水分的类型与性质土壤水分的类型与性质（一）类型划分（一）类型划分（一）类型划分（一）类型划分1 1 1 1、吸附水、吸附水、吸附水、吸附水(束缚水束缚水束缚水束缚水):):):):受土壤吸附力的作用保持。受土壤吸附力的作用保持。受土壤吸附力的作用保持。受土壤吸附力的作用保持。吸湿水吸湿水吸湿水吸湿水:干燥土粒靠分子引力吸收的气态水。干燥土粒靠分子引力吸收的气态水。干燥土粒靠分子引力吸收的气态水。干燥土粒靠分子引力吸收的气态水。（距离土粒近，（距离土粒近，（距离土粒近，（距离土粒近，受力受力3.13.13.13.1MPa-1GPaM
7、Pa-1GPa以上。以上。对作物无效）对作物无效）对作物无效）对作物无效）膜状水膜状水膜状水膜状水：土粒靠分子引力吸收的液态水，在土粒表土粒靠分子引力吸收的液态水，在土粒表土粒靠分子引力吸收的液态水，在土粒表土粒靠分子引力吸收的液态水，在土粒表面形成水膜。面形成水膜。面形成水膜。面形成水膜。（距离土粒稍远，（距离土粒稍远，（距离土粒稍远，（距离土粒稍远，0.625-3.l Mpa0.625-3.l Mpa，部分有效）部分有效）部分有效）部分有效）萎蔫系数：萎蔫系数：萎蔫系数：萎蔫系数：当作物出现永久萎蔫时土壤的含水量。当作物出现永久萎蔫时土壤的含水量。当作物出现永久萎蔫时土壤的含水量。当作物出
8、现永久萎蔫时土壤的含水量。灌溉的下限。灌溉的下限。灌溉的下限。灌溉的下限。2、毛管水、毛管水:受毛管力的作用而保持。受毛管力的作用而保持。(1)(1)毛管悬着水：当地下水较深，借助毛管力保持在上层土毛管悬着水：当地下水较深，借助毛管力保持在上层土毛管悬着水：当地下水较深，借助毛管力保持在上层土毛管悬着水：当地下水较深，借助毛管力保持在上层土壤的毛管孔隙中的水。壤的毛管孔隙中的水。壤的毛管孔隙中的水。壤的毛管孔隙中的水。特点：特点：0.08-0.625Mpa(0.1-6.25atm)0.08-0.625Mpa(0.1-6.25atm)之间，之间，是最有是最有 效的水，是土壤能稳定保持的最大有效水
9、效的水，是土壤能稳定保持的最大有效水田间持水量：田间持水量：田间持水量：田间持水量：毛管悬着水的最大量（田间灌水的上限）毛管悬着水的最大量（田间灌水的上限）毛管悬着水的最大量（田间灌水的上限）毛管悬着水的最大量（田间灌水的上限）(2)毛管上升水：借助毛管力由地下水上升到毛管上升水：借助毛管力由地下水上升到土壤中的水土壤中的水 毛管水上升情况于土壤质地的关系：毛管水上升情况于土壤质地的关系：砂土：上升速度快，上升高度小砂土：上升速度快，上升高度小 壤土：上升速度快，上升高度最大大壤土：上升速度快，上升高度最大大 粘土：上升速度慢，上升高度较大粘土：上升速度慢，上升高度较大n n3、重力水、重力水
10、：受重力支配，容易进一步受重力支配，容易进一步向土壤剖面深层移动。向土壤剖面深层移动。n所受的吸力为所受的吸力为0.1（0.3）0 bar。易发。易发生渗漏，基本无效。生渗漏，基本无效。（二）土壤水的有效性（二）土壤水的有效性n n有效水：能被植物吸收利用的水。有效水：能被植物吸收利用的水。n n无效水：不能被植物吸收利用的水无效水：不能被植物吸收利用的水田间持水量为土壤有效水的上限；田间持水量为土壤有效水的上限；萎蔫系数土壤有效水的下限。萎蔫系数土壤有效水的下限。n实际有效含水量实际含水量萎蔫系数最实际有效含水量实际含水量萎蔫系数最大有效含水量田间持水量萎蔫系数大有效含水量田间持水量萎蔫系数
11、表：土壤质地与有效水最大含量的关系表：土壤质地与有效水最大含量的关系表：土壤质地与有效水最大含量的关系表：土壤质地与有效水最大含量的关系土壤土壤质质地地砂土砂土砂壤土砂壤土轻轻壤土壤土中壤土中壤土重壤土重壤土粘土粘土田田间间持水量（）持水量（）121822242630萎蔫系数（）萎蔫系数（）35691115最大有效水含量（）最大有效水含量（）91316151515吸吸湿湿水水萎萎蔫蔫系系数数膜膜状状水水田田间间持持水水量量毛毛管管持持水水量量重重力力水水无效水有效水有效水多余水多余水三、土壤水分能量状态三、土壤水分能量状态（一）土水势（一）土水势（1 1）基质势（）基质势（）基质势（）基质势（
12、mm）由吸附力和毛管力所产生由吸附力和毛管力所产生由吸附力和毛管力所产生由吸附力和毛管力所产生（2 2）压力势（）压力势（）压力势（）压力势（pp）由静水层所产生的压力由静水层所产生的压力由静水层所产生的压力由静水层所产生的压力（3 3）溶质势（）溶质势（）溶质势（）溶质势（ss）由土壤水的溶质而引起（渗透势）由土壤水的溶质而引起（渗透势）由土壤水的溶质而引起（渗透势）由土壤水的溶质而引起（渗透势）（4 4）重力势（）重力势（）重力势（）重力势（gg）由重力作用而引起由重力作用而引起由重力作用而引起由重力作用而引起总水势（总水势（总水势（总水势（tt）ttmmppssgg（二）土壤水吸力（二）
13、土壤水吸力 指土壤水在承受一定吸力的情况指土壤水在承受一定吸力的情况下所处的能态，简称吸力。下所处的能态，简称吸力。与土水势的意义一致，但只是与土水势的意义一致，但只是基质吸力和溶质吸力的和。基质吸力和溶质吸力的和。（三）土水势的测定（三）土水势的测定主要有张力计法（测定基质势最主要有张力计法（测定基质势最常用）常用）压力膜法压力膜法冰点下降法冰点下降法水气压法等水气压法等张力计法压力膜法n冰点下降法冰点下降法n渗透压的测定可由冰点降低法间接求得。通常采用测量溶渗透压的测定可由冰点降低法间接求得。通常采用测量溶液冰点下降来间接测定其毫渗透压摩尔浓度。液冰点下降来间接测定其毫渗透压摩尔浓度。n：
14、T=Km n式式中，中，K-冰点降低常数，溶剂不同，冰点降低常数，溶剂不同，K值不同，对值不同，对水溶剂水溶剂K=1.86；m-渗透压摩尔浓度。渗透压摩尔浓度。n而渗透压符合：而渗透压符合：P=Km n式式中，中，P为渗透压，为渗透压，K为渗透压常数，为渗透压常数，m为溶液重为溶液重量摩尔浓度。量摩尔浓度。n由于式由于式和式和式中浓度等同，故可以用冰点下降法测中浓度等同，故可以用冰点下降法测定溶液的渗透压摩尔浓度。测定药物溶液的渗透压时，只要定溶液的渗透压摩尔浓度。测定药物溶液的渗透压时，只要能测得药物溶液的冰点降低值，就可求出。能测得药物溶液的冰点降低值，就可求出。n注：常用的渗透压计就是采
15、用冰点下降的原理来设计注：常用的渗透压计就是采用冰点下降的原理来设计的。的。n对药物的对药物的注射剂注射剂、滴眼剂等，要求制成适合人体的等、滴眼剂等，要求制成适合人体的等渗溶液，正常人血浆渗透压为渗溶液，正常人血浆渗透压为749.6kPa。（四）、土壤水分特征曲线（四）、土壤水分特征曲线土壤水吸力是随土壤含水率而变化的，水土壤水吸力是随土壤含水率而变化的，水吸力大小与土壤含水量成负相关。吸力大小与土壤含水量成负相关。定义：定义：把土壤水的能量指标与数量指标所把土壤水的能量指标与数量指标所作的关系曲线称为土壤水分特征曲线。作的关系曲线称为土壤水分特征曲线。土壤水分特征曲线示意图土壤水分特征曲线示
16、意图土土壤壤水水吸吸力力S 土壤含水率土壤含水率 Sa不同土壤的水分特征曲线（低吸力脱湿过程）不同土壤的水分特征曲线（低吸力脱湿过程）不同土壤的水分特征曲线（低吸力脱湿过程）不同土壤的水分特征曲线（低吸力脱湿过程）0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5细砂细砂砂壤土砂壤土壤土壤土粘土粘土四四、土壤水的运动土壤水的运动（一）水分运动：（一）水分运动：1 1、饱和水流：、饱和水流：遵循达西定律（通过数量与土水势梯度成正比）遵循达西定律（通过数量与土水势梯度成正比）遵循达西定律（通过数量与土水势梯度成正比）遵循达西定律（通过
17、数量与土水势梯度成正比）推动力：重力势梯度和压力势梯度。推动力：重力势梯度和压力势梯度。推动力：重力势梯度和压力势梯度。推动力：重力势梯度和压力势梯度。砂土砂土砂土砂土 壤土壤土壤土壤土 粘土粘土粘土粘土 2、非饱和土壤中的水流、非饱和土壤中的水流推动力：推动力：基质势梯度和重力势梯度基质势梯度和重力势梯度粘土粘土壤土壤土砂土砂土3、土壤中的水汽运动、土壤中的水汽运动推动力是水汽压梯度（浓度和温度）。推动力是水汽压梯度（浓度和温度）。强度由大气蒸发力和土壤的导水性共同决定。强度由大气蒸发力和土壤的导水性共同决定。“夜潮夜潮”现象现象 ：在夏、秋季节，天气晴朗时，昼在夏、秋季节，天气晴朗时，昼夜
18、温差较大的情况下，夜间表土温度低，含水量夜温差较大的情况下，夜间表土温度低，含水量小，而下层土壤温度高，水汽压大，引起水汽向小，而下层土壤温度高，水汽压大，引起水汽向表土层运动，并在温度较低的地表凝结，形成凌表土层运动，并在温度较低的地表凝结，形成凌晨的露水，使表土潮湿。在干旱地区一昼夜能增晨的露水，使表土潮湿。在干旱地区一昼夜能增加加48水分，对缓解干旱的危害有很大的作用。水分，对缓解干旱的危害有很大的作用。“冻后聚墒冻后聚墒”冬季土壤表层冻结，水汽压急剧冬季土壤表层冻结，水汽压急剧下降，下层土壤水汽不断向冻层运动、冻结，使下降，下层土壤水汽不断向冻层运动、冻结，使表层土壤含水量不断增加。通
19、过冻后聚墒能使上表层土壤含水量不断增加。通过冻后聚墒能使上层土壤水分增加层土壤水分增加24%，对于缓解春旱、及时春，对于缓解春旱、及时春播提供了必要条件。播提供了必要条件。入渗速率入渗速率：即在土面保持有大气压下的薄水：即在土面保持有大气压下的薄水层，单位时间通过单位面积土壤的水量。层，单位时间通过单位面积土壤的水量。渗透率（渗透系数）渗透率（渗透系数）：指土壤入渗强度最后指土壤入渗强度最后达到稳定时的入渗速率。达到稳定时的入渗速率。1.1.入渗入渗（二）、（二）、田间水分的循环田间水分的循环 几种不同质地土壤渗透率几种不同质地土壤渗透率（mm/hmm/h）土壤土壤土壤土壤砂土砂土砂土砂土砂砂
20、砂砂质质质质和和和和粉粉粉粉质质质质土壤土壤土壤土壤壤土壤土壤土壤土粘粘粘粘质质质质土土土土壤壤壤壤碱化粘碱化粘碱化粘碱化粘质质质质土壤土壤土壤土壤最后最后最后最后入渗率入渗率入渗率入渗率2020202010101010202020205 5 5 5101010101 1 1 15 5 5 5111C矿物质矿物质C气气因此，影响土壤热容量大小的因素主要为土壤含水量。因此，影响土壤热容量大小的因素主要为土壤含水量。田间管理中用水调节土温的实例：田间管理中用水调节土温的实例：麦子浇冻水：麦子浇冻水：热天菜园浇水：热天菜园浇水：（二）土壤导热性（二）土壤导热性 指土壤传导热量的性能。指土壤传导热量的
21、性能。导热性的大小通常是用导热率（导热性的大小通常是用导热率（K）来衡量：）来衡量：导热率：导热率：是指相距是指相距1cm，两端温差，两端温差1时，每秒通过时，每秒通过1cm2土壤断面的热量卡数。单位土壤断面的热量卡数。单位cal/cm.s.。l 矿物质矿物质 水水 空气空气l 土粒紧实、含水量大，愈易向下导热。土粒紧实、含水量大，愈易向下导热。l 春季松土、排水；冬季压土、保水。春季松土、排水；冬季压土、保水。（三）土壤导温性（三）土壤导温性：指土壤传递热量的温度变化后的性能指土壤传递热量的温度变化后的性能用导温率（用导温率（D）表示：）表示：导热率使导热率使1cm3土壤发生的温度变化土壤发
22、生的温度变化。导温率与导热率和热容量的关系如下：导温率与导热率和热容量的关系如下：导温率影响因素主要也是土壤含水量，导温率开始随含水量增加而导温率影响因素主要也是土壤含水量，导温率开始随含水量增加而上升，当土壤水量超过一定数量，导温率反而下降。上升，当土壤水量超过一定数量，导温率反而下降。土壤湿度导温率春天浇水？春天浇水？讨论：导热率大或小的表层土壤其昼夜温差大或小？导热率大或小的表层土壤其昼夜温差大或小？导热率大：导热率大：土壤昼夜温差小土壤昼夜温差小导热率小：导热率小：土壤昼夜温差大土壤昼夜温差大四、土壤温度的日变化和年变化四、土壤温度的日变化和年变化（一）日变化（一）日变化 土壤温度下午
23、土壤温度下午2时最高，日出前最低，日变幅随土层时最高，日出前最低，日变幅随土层加深逐渐减小，山东省加深逐渐减小，山东省50cm以下基本不变。以下基本不变。（二）年变化（二）年变化 土壤最高温在土壤最高温在7-8月，最低温在月，最低温在1-2月，年变幅随土层月，年变幅随土层加深逐渐减小，中纬度地区加深逐渐减小，中纬度地区15-20m以下土温终年不变。以下土温终年不变。15cm大气大气30cm90cm五、土壤温度的调节措施（一）灌溉排水（一）灌溉排水（二）施用有机肥料（二）施用有机肥料（三）中耕与镇压（三）中耕与镇压（四）向阳作畦，设置风障（四）向阳作畦，设置风障（五）覆盖（五）覆盖（六）喷洒土面
24、保墒增温剂：（六）喷洒土面保墒增温剂：使使用用土土面面增增温温剂剂，可可使使日日平平均均地地温温提提高高34，最大可提高，最大可提高15。阐述农谚阐述农谚“锄头下有水，锄头下有火锄头下有水，锄头下有火”的道的道理。理。第四节第四节 土壤水气热的关系及调节土壤水气热的关系及调节一、土壤水气热的关系及其相互影响一、土壤水气热的关系及其相互影响 v土壤水分和空气共同处于土壤孔隙中，水多土壤水分和空气共同处于土壤孔隙中，水多气少，水少气多，二者互为消长。气少，水少气多，二者互为消长。v土壤水、气状况和二者的比例关系在一定程土壤水、气状况和二者的比例关系在一定程度上决定着土壤的热性质，影响土壤温度的度上
25、决定着土壤的热性质，影响土壤温度的变化。变化。v土壤热量状况反过来也影响土壤的水、气状土壤热量状况反过来也影响土壤的水、气状况。况。二、土壤水、气、热的调节二、土壤水、气、热的调节 以调控土壤水分为核心，达到以调控土壤水分为核心，达到“以水调温以水调温”、“以水调以水调气气”、“以水促肥以水促肥”、“综合调控综合调控”的目的。的目的。（一）加强农田基本建设，改善土壤水、气、热状况（一）加强农田基本建设，改善土壤水、气、热状况（二）合理灌排，调控水分，调节气热（二）合理灌排，调控水分，调节气热（三）加强田间管理，精耕细作（三）加强田间管理，精耕细作 1.合理耕翻耙耱合理耕翻耙耱 2.及时中耕及时中耕 3.镇压镇压（四）重视有机肥施用，提高土壤自身调节能力（四）重视有机肥施用，提高土壤自身调节能力（五）重视地面覆盖和保护性耕作（五）重视地面覆盖和保护性耕作