土壤的基本组成-水和空气课件.ppt

1、土壤水、空气和热状况土壤水、空气和热状况 第二章第二章 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 ?土壤水分含量的表示方法 ?土壤水分含量的测定 ?土壤水分的能量概念 ?影响土壤水分状况的因素 ?土壤水分在土壤肥力中的 作用 土壤水分主要来源于大气降水和灌溉水，此外，地下水上升和大气中水汽的凝结也是土壤水分的来源。 1 土壤水分的来源 2 土壤水的类型划分土壤水的类型划分 ?对水的研究方法有2种：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的变

2、化，去研究土壤水的能态和运动、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：受土壤吸附力作用保持（包括吸湿水和膜状水） ?（2）毛管水：受毛管力（毛管内气、水界面上产生的弯月面力）作用保持 ?（3）重力水：受重力支配，容易进一步向土壤剖面深层运动 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： 吸湿水：干土从空气中吸着水汽所保持的水。又称为紧束缚水，属于无效水分，土壤吸附气态水分子的最大含量称为吸湿系数 膜状水：由土壤颗粒表面吸附所保持的水层，其厚度可达几十或几百个以上的水分子。膜状水的含量决定于土壤质地、腐殖质含量等。 膜状水的最大值

3、叫最大分子持水量最大分子持水量。薄膜水对植物生长发育来说属于弱有效水分（土粒吸力小于15atm的那部分水，属有效水，可被植物利用，而吸力大于15atm的那部分水，作物不能利用，为无效水）又称为松束缚水分。 毛管水： 超过最大分子持水量的水分，不受吸附力的作用；靠土壤中毛管孔隙所产生的 毛管引力所保持的水分，称为毛管水。毛管水又可以分为两种类型。 ?毛管悬着水 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时的含水量称田间持水量 ?毛管支持水（毛管上升水） 土体中与地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 土壤质地高度（米）砂

4、土0.5-1.0砂壤土、轻壤土1.5粉砂质壤土2.0-3.0中壤土、重壤土1.2-2.0轻粘土0.8-1.0?毛管上升水的最大量称为毛管持水量，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，称萎蔫系数。 ?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效水最大含量。 土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图 土粒 细毛管 排除毛管水的大孔隙 束缚水占的孔隙 充水的大孔隙 自地下水面向上

5、 供水的毛管水的网 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 105烘干重吸湿系数萎蔫系数最大分子持水量田间持水量毛管持水量饱和持水量吸湿水膜状水毛管悬着水毛管上升水重力水无效水有效水多余水（指旱地）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 ?容积含水量 ?相对含水量 ?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。 ?土壤质量含水量（%）= ?数学公式?m = 100?干土质量土壤水质量100221?WW

6、W?m为土壤质量含水量（%），W1为湿土质量、W2为干土质量，W1-W2为土壤水质量 ?定义中的干土，一般指在105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“风干土”，风干土的含水量一般不恒定，故一般不以此作为计算?m的基础 ?容积含水量?v：即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，又称容积湿度、土壤水的容积分数，可用小数和分数表示 ?土壤容积含水量（%）= ?注意?v计算的基础是土壤的总容积。由于水的密度可近似等于1g/cm3，可以推知?v与?m的换算公式?v = ?m?（为土壤容量） ?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

7、使用 100?土壤总容积土壤水容积?相对含水量：指土壤含水量占田间持水量的百分数。 ?土壤相对含水量= ?土壤水贮量：一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量 100?田间持水量土壤含水量4 土壤水分含量的测定土壤水分含量的测定 ?烘干法：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W1），然后打开盖，置于烘箱，在105110 oC条件下，烘干至恒重（6-8小时），再称重（即干土加盒重，记为W2）。则该土壤质量含水量可以由下式求出，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

8、干法等等 1003221?WWWW ?中子法中子法 ?TDR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(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

9、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 农田土壤水的动态模型及应用 李保国土水势 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 5 土壤水分的能量概念土壤水分的能量概念 1、基质势m 由土壤吸附力和毛管力的制约的土水势。 2、渗透势s 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。 3、压力势p ：指土壤水饱和的情况下，由于受压力而产生土水势的变化 4、重力势g ：由于重力作用引起的土水势的变化 归纳起来，总土水势指上述归纳起来，总土水势指上述4 4个分势

10、的代数个分势的代数和，即=mspg在不同情况下，起支配作用的水势不同，在水分不饱和的土壤中，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 土水势多用帕（土水势多用帕（ Pa ）表示，但常用水柱高的）表示，但常用水柱高的对数值表示，称为对数值表示，称为 pF值。值。pF 值即能反应土壤水值即能反应土壤水吸力能量大小，又能表示出各种水分常数以及土吸力能量大小，又能表示出各种水分常数以及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，植被组成和覆盖度对土壤水分状况都有较大影响。 ? 气候：降雨量和蒸发是重要因素。 ? 土壤物理性质：特别是土壤

11、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。 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 ? 人为影响：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 土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，它一方面直接供

12、给植物吸收利用；另一方面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通气状况 ? 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 ?土壤空气的特点 ?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。土壤空气和大气有很大差异。 土壤空气中CO2含量高于大气，而 O2含量低于大气。 土壤空气的组成土壤空气的组成 气体成分气体成分O2CO2N2近地面大气近地面大气20.940.0378.05土壤空气土壤空气18.00-20.

13、030.15-0.6578.8-80.242 2 土壤空气的特点土壤空气的特点 ?土壤空气中的CO2含量比大气多 ?土壤空气中的O2含量比大气少 ?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 ?土壤空气成分随时间和空间而变化 土壤通气性是指土壤空气能与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和流通的性能。或土壤具有通透空气的性质称土壤通气性。 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 ? 土壤空气与种子萌发 ? 土壤空气与养分状况 ? 土壤空气与植物病害 三

14、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其动态变化。 土壤热来源 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 ?土壤热容量是指单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降低）1 oC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。 ?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近土层的性质，称为导热性。大小用导热率表示。 ?土壤导热率：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(卡/厘米秒度)。土壤导热率反映土壤传导热量的难易。 ?土壤的热扩散率 土壤各组成成分的导热率土壤各组成成分的导热率 谢谢大家