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1、土壤水、空气和热状况土壤水、空气和热状况第一章第一章 土壤组成、形成和分类土壤组成、形成和分类一 土壤水分土壤水分的来源土壤水分的来源土壤水的类型划分土壤水的类型划分土壤水分含量的表示方法土壤水分含量的表示方法土壤水分含量的测定土壤水分含量的测定土壤水分的能量概念土壤水分的能量概念影响土壤水分状况的因素影响土壤水分状况的因素土壤水分在土壤肥力中的土壤水分在土壤肥力中的作用作用 土土壤壤水水分分主主要要来来源源于于大大气气降降水水和和灌灌溉溉水水，此此外外，地地下下水水上上升升和和大大气气中中水水汽汽的的凝凝结结也也是是土土壤水分的来源壤水分的来源。1 1 土壤水分的来源土壤水分的来源2 土壤水
2、的类型划分土壤水的类型划分对水的研究方法有对水的研究方法有2 2种：种：数量法和能量法数量法和能量法数量法是按照土壤水受不同力的作用而研数量法是按照土壤水受不同力的作用而研究水分的形态、数量、变化和有效性。究水分的形态、数量、变化和有效性。能量法主要从土壤水受各种力作用后自由能量法主要从土壤水受各种力作用后自由能的变化，去研究土壤水的能态和运动、能的变化，去研究土壤水的能态和运动、变化规律。变化规律。土壤水分类型土壤水分类型（数量法）（数量法）（1）吸附水）吸附水：受土壤吸附力作用保持（包括：受土壤吸附力作用保持（包括吸湿水和膜状水）吸湿水和膜状水）（2）毛管水）毛管水：受毛管力（毛管内气、水
3、界面：受毛管力（毛管内气、水界面上产生的弯月面力）作用保持上产生的弯月面力）作用保持（3）重力水）重力水：受重力支配，容易进一步向土：受重力支配，容易进一步向土壤剖面深层运动壤剖面深层运动吸附水（束缚水），包括吸湿水和膜状水：吸附水（束缚水），包括吸湿水和膜状水：吸吸湿湿水水：干干土土从从空空气气中中吸吸着着水水汽汽所所保保持持的的水水。又又称称为为紧紧束束缚缚水水，属属于于无无效效水水分分，土土壤壤吸吸附附气气态态水水分分子子的的最最大大含含量量称称为为吸吸湿系数湿系数膜膜状状水水：由由土土壤壤颗颗粒粒表表面面吸吸附附所所保保持持的的水水层层，其其厚厚度度可可达达几几十十或或几几百百个个以以
4、上上的的水水分分子子。膜膜状状水水的的含含量量决决定定于于土土壤壤质质地地、腐腐殖殖质质含含量量等等。膜膜状状水水的的最最大大值值叫叫最最大大分分子子持持水水量量。薄薄膜膜水水对对植植物物生生长长发发育育来来说说属属于于弱弱有有效效水水分分（土土粒粒吸吸力力小小于于1515atmatm的的那那部部分分水水，属属有有效效水水，可可被被植植物物利利用用，而而吸吸力力大大于于15atm15atm的的那那部部分分水水，作作物物不不能能利利用用，为为无无效效水水）又又称称为为松松束束缚水分。缚水分。毛管水毛管水：超过最大分子持水量的水分，不受吸附超过最大分子持水量的水分，不受吸附力的作用；靠土壤中毛管孔
5、隙所产生的力的作用；靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力毛管引力所保持的水分，称为毛管水。毛管水又可以分为所保持的水分，称为毛管水。毛管水又可以分为两种类型。两种类型。毛管悬着水毛管悬着水 土体中与地下水位无联系的毛土体中与地下水位无联系的毛管水称毛管悬着水。土壤毛管悬着水达到最多管水称毛管悬着水。土壤毛管悬着水达到最多时的含水量称时的含水量称田间持水量田间持水量毛管支持水（毛管上升水）毛管支持水（毛管上升水）土体中与地土体中与地下水位有联系的毛管水称毛管支持水。下水位有联系的毛管水称毛管支持水。不同土壤质地毛管水上升高度不同土壤质地毛管水上升高度毛管上升水的最大量称为毛管上升水的最大量称为毛管持
6、水量毛管持水量，是，是吸湿水、膜状水和毛管上升水之和。吸湿水、膜状水和毛管上升水之和。当土壤被重力水所饱和，即土壤大小孔隙当土壤被重力水所饱和，即土壤大小孔隙全部被水分充满时的土壤含水量称为饱和全部被水分充满时的土壤含水量称为饱和持水量，或称全蓄水量或持水量，或称全蓄水量或最大持水量最大持水量萎蔫系数萎蔫系数当作物呈现永久萎蔫时的土壤含水量，称萎蔫当作物呈现永久萎蔫时的土壤含水量，称萎蔫系数。系数。一般把田间持水量视为土壤有效水的上限。所一般把田间持水量视为土壤有效水的上限。所以田间持水量与萎蔫系数之间的差值即土壤有以田间持水量与萎蔫系数之间的差值即土壤有效水最大含量。效水最大含量。土壤毛管水
7、从地下水吸取水分的示意图土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图土粒土粒细毛管细毛管排除毛管水的排除毛管水的大孔隙大孔隙束缚水占的孔束缚水占的孔隙隙充水的大孔隙充水的大孔隙自地下水面向上自地下水面向上供水的毛管水的网供水的毛管水的网 充水的粗毛管供水充水的粗毛管供水土壤水分、水分常数和有效性的关系土壤水分、水分常数和有效性的关系3 土壤水分含量的表示方法土壤水分含量的表示方法质量含水量质量含水量容积含水量容积含水量相对含水量相对含水量土壤水贮量土壤水贮量质量含水量质量含水量(m)：土壤中水分的质量与干土质量的比值，在同一地区因重力加速度相同，又称为重量含水量，质量含水量可用小数形式，也可用百分数形式
8、。土壤质量含水量（%）=数学公式m=m为土壤质量含水量（为土壤质量含水量（%），），W1为湿土质量、为湿土质量、W2为干为干土质量，土质量，W1-W2为土壤水质量为土壤水质量定义中的干土，一般指在定义中的干土，一般指在105摄氏度条件下烘干的土壤，摄氏度条件下烘干的土壤，而另一种意义上的干土是含有吸湿水的土，通常叫而另一种意义上的干土是含有吸湿水的土，通常叫“风干土风干土”，风干土的含水量一般不恒定，故一般不以，风干土的含水量一般不恒定，故一般不以此作为计算此作为计算 m的基础的基础容积含水量容积含水量 v：即单位土壤总容积中水分所占即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，又称容积湿度、土壤水的
9、容积分的容积分数，又称容积湿度、土壤水的容积分数，可用小数和分数表示数，可用小数和分数表示土壤容积含水量（%）=注意注意 v计算的基础是土壤的总容积。由于水的计算的基础是土壤的总容积。由于水的密度可近似等于密度可近似等于1g/cm3，可以推知可以推知 v与与 m的换的换算公式算公式 v=m（为土壤容量）为土壤容量）一般而言，质量含水量多用于需计算干土重的一般而言，质量含水量多用于需计算干土重的工作中，因多数情况下，容积含水量被广泛使工作中，因多数情况下，容积含水量被广泛使用用相对含水量相对含水量：指土壤含水量占田间持水量的百：指土壤含水量占田间持水量的百分数。分数。土壤相对含水量土壤相对含水量
10、=土壤水贮量土壤水贮量：一定面积和厚度土壤中含水的绝：一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量对数量4 土壤水分含量的测定土壤水分含量的测定烘干法烘干法：经典烘干法，先在田间选择代表性取样点，：经典烘干法，先在田间选择代表性取样点，按所需深度分层取土样，将土样放入铝盒并立即盖好按所需深度分层取土样，将土样放入铝盒并立即盖好盖（防止水分蒸发影响测定效果），称重（即湿土加盖（防止水分蒸发影响测定效果），称重（即湿土加空铝盒重，记为空铝盒重，记为W1），），然后打开盖，置于烘箱，在然后打开盖，置于烘箱，在105110 oC条件下，烘干至恒重（条件下，烘干至恒重（6-8小时），再称重小时），再称重（即干土加
11、盒重，记为（即干土加盒重，记为W2）。）。则该土壤质量含水量可则该土壤质量含水量可以由下式求出，设空铝盒重为以由下式求出，设空铝盒重为W3：m=快速烘干法：包括红外线烘干法，微波炉烘干法等等快速烘干法：包括红外线烘干法，微波炉烘干法等等中子法中子法TDR法（时域反射仪）法（时域反射仪）中子法中子法把一个快速中子源和慢中子探测器置于套管中，埋入土内。其中的中子源（如镭、镅、铍）以很高速度放射出中子，当这些快中子与水中的氢原子碰撞时，就会改变运动的方向，并失去一部分能量而变成慢中子。土壤水越多，氢越多，产生的慢中子也就越多，慢中子被探测器和一个定器量出，经过校正，得土壤水的含量TDR法法(时域反射
12、仪时域反射仪)（Time-Domain-Reflectometry)将长度为L的波导棒插入土壤介质中，电磁脉冲信号从波导棒的始端传播到终端，由于波导棒终端处于开路状态，脉冲信号受反射又沿波导棒返回到始端。考察脉冲输入到反射返回的时间以及反射时的脉冲幅度的衰减，计算土壤水盐含量土水势土水势 为了可逆地等温地在标准大气压下从在指定为了可逆地等温地在标准大气压下从在指定的高度的纯水水体中移动无穷小量的水到土壤水的高度的纯水水体中移动无穷小量的水到土壤水分中去，每单位数量的纯水所需作功的数量分中去，每单位数量的纯水所需作功的数量 土水势包括以下几个分势土水势包括以下几个分势5 土壤水分的能量概念土壤水
13、分的能量概念1、基质势、基质势m 由土壤吸附力和毛管力的制约的土水势。由土壤吸附力和毛管力的制约的土水势。2、渗透势、渗透势s 渗透势又称溶质势，由土壤水中溶解的溶质渗透势又称溶质势，由土壤水中溶解的溶质而引起的土水势的变化。而引起的土水势的变化。3、压力势、压力势p：指土壤水饱和的情况下，由于受压力而产生土指土壤水饱和的情况下，由于受压力而产生土水势的变化水势的变化 4、重力势、重力势g：由于重力作用引起的土水势的变化由于重力作用引起的土水势的变化归归纳纳起起来来，总总土土水水势势指指上上述述4 4个个分分势势的的代代数数和和，即即=m ms sp pg g在在不不同同情情况况下下，起起支支
14、配配作作用用的的水水势势不不同同，在在水水分分不不饱饱和和的的土土壤中，决定土水势的是基质势。壤中，决定土水势的是基质势。土水势的表示方法土水势的表示方法 土土水水势势多多用用帕帕（Pa）表表示示，但但常常用用水水柱柱高高的的对对数数值值表表示示，称称为为pF值值。pF值值即即能能反反应应土土壤壤水水吸吸力力能能量量大大小小，又又能能表表示示出出各各种种水水分分常常数数以以及及土土壤水吸力与含水量的关系。壤水吸力与含水量的关系。植被：蒸腾作用对土壤水分平衡关系密切，植被植被：蒸腾作用对土壤水分平衡关系密切，植被组成和覆盖度对土壤水分状况都有较大影响。组成和覆盖度对土壤水分状况都有较大影响。气候
15、：降雨量和蒸发是重要因素。气候：降雨量和蒸发是重要因素。土壤物理性质：特别是土壤质地、结构和有机质土壤物理性质：特别是土壤质地、结构和有机质含量等到因素对水的渗透、流动和蒸发有重要影响。含量等到因素对水的渗透、流动和蒸发有重要影响。6 影响土壤水分状况的因素影响土壤水分状况的因素地形：地形影响水分的再分配。地形：地形影响水分的再分配。水文地质：在不透水层接近地面、地下水位高的水文地质：在不透水层接近地面、地下水位高的地方，或者有承压地下水来源的地方，由于地下水地方，或者有承压地下水来源的地方，由于地下水通过支持毛管水上行，在一定条件下可形成蒸发型通过支持毛管水上行，在一定条件下可形成蒸发型人为
16、影响：如灌溉、排水以及耕作等土壤管理措人为影响：如灌溉、排水以及耕作等土壤管理措施。施。7 7 土壤水分在土壤肥力中的土壤水分在土壤肥力中的作用作用 土土壤壤水水分分是是土土壤壤肥肥力力的的重重要要因因素素之之一一，它它一一方方面面直直接接供供给给植植物物吸吸收收利利用用；另另一一方方面面又影响土壤的其它性状和肥力因素。又影响土壤的其它性状和肥力因素。土壤水分影响土壤的养分状况土壤水分影响土壤的养分状况 土壤水分影响土壤的通气状况土壤水分影响土壤的通气状况 土壤水分影响土壤的热量状况土壤水分影响土壤的热量状况 土壤水分影响微生物和活动土壤水分影响微生物和活动 土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性
17、土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性 二二 土壤空气土壤空气土壤空气的组成土壤空气的组成土壤空气的特点土壤空气的特点土壤通气性与植物生长土壤通气性与植物生长1 1 土壤空气的组成土壤空气的组成 土壤孔隙中的气体称为土壤空气。土壤空气土壤孔隙中的气体称为土壤空气。土壤空气和大气有很大差异。和大气有很大差异。土壤空气中土壤空气中CO2含量高于大气，而含量高于大气，而O2含量低含量低于大气于大气。土壤空气的组成土壤空气的组成2 2 土壤空气的特点土壤空气的特点土壤空气中的土壤空气中的COCO2 2含量比大气多含量比大气多土壤空气中的土壤空气中的O O2 2含量比大气少含量比大气少土壤空气中的水气含量比
18、大气多土壤空气中的水气含量比大气多土壤空气中有时含有少量还原性气体如甲烷土壤空气中有时含有少量还原性气体如甲烷土壤空气成分随时间和空间而变化土壤空气成分随时间和空间而变化土土壤壤通通气气性性是是指指土土壤壤空空气气能能与与大大气气进进行行交交换换以以及及土土体体内内部部允允许许气气体体扩扩散散和和流流通通的的性性能能。或或土土壤壤具具有有通通透透空空气气的的性性质质称称土土壤壤通通气性。气性。3 3 土壤通气性与植物生长土壤通气性与植物生长 土壤空气状况对植物生长的影响有以下几方面土壤空气状况对植物生长的影响有以下几方面土壤空气与根系发育土壤空气与根系发育土壤空气与种子萌发土壤空气与种子萌发土
19、壤空气与养分状况土壤空气与养分状况土壤空气与植物病害土壤空气与植物病害三三 土壤热状况土壤热状况 土壤中的热状况指土体中的热量分布及土壤中的热状况指土体中的热量分布及其动态变化。其动态变化。土壤热来源土壤热来源 土壤热主要来源于太阳的辐射热，其次是有土壤热主要来源于太阳的辐射热，其次是有机质被微生物分解产生的热、土壤中化学反应释机质被微生物分解产生的热、土壤中化学反应释放的热以及地心向地表传导的热。放的热以及地心向地表传导的热。地面辐射平衡示意图土壤热量平衡土壤热量平衡土壤热性质土壤热性质土壤热容量土壤热容量是指单位质量（重量）或容积的土壤每升是指单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降低）高
20、（或降低）1 1 o oC C所需要（或放出）的热量。即形成所需要（或放出）的热量。即形成了质量（重量）热容量和容积热容量。了质量（重量）热容量和容积热容量。土壤吸收一定热量后，一部分用于它本身升温，一部土壤吸收一定热量后，一部分用于它本身升温，一部分传递给其邻近土层。土壤对所吸收的热量传导到邻分传递给其邻近土层。土壤对所吸收的热量传导到邻近土层的性质，称为近土层的性质，称为导热性导热性。大小用导热率表示。大小用导热率表示。土壤导热率土壤导热率：导热率又称导热系数，是单位温度梯度：导热率又称导热系数，是单位温度梯度下单位时间通过土壤截面的热量下单位时间通过土壤截面的热量(卡卡/厘米厘米秒秒度度)。土壤导热率反映土壤传导热量的难易。土壤的热扩散率土壤的热扩散率土壤各组成成分的导热率土壤各组成成分的导热率 谢谢大家谢谢大家