土壤学第七章-土壤水分移动与循环ppt课件.ppt
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- 土壤学 第七 土壤 水分 移动 循环 ppt 课件
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1、上午5时48分17 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环学习目标学习目标 掌握有关掌握有关“土壤液态水运动土壤液态水运动”、“土壤气态水运土壤气态水运动动”、“土壤水循环土壤水循环” ” 、“土壤溶质运移土壤溶质运移”等的重等的重要概念、基本原理,以及有关要概念、基本原理,以及有关“农田土壤水动态与调农田土壤水动态与调控控”等的计算方法,了解土壤溶液中的养分浓度和其等的计算方法,了解土壤溶液中的养分浓度和其他元素浓度。他元素浓度。上午5时48分2 7 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环7-1 7-1 土壤液态水运动土壤液态水运动 一、土壤饱和流一、土壤饱和流 二、土壤非饱和流二、土壤
2、非饱和流 三、土壤水分入渗与再分布三、土壤水分入渗与再分布7-2 7-2 土壤气态水运动土壤气态水运动 一、土壤水分蒸发一、土壤水分蒸发 二、土壤内部的水汽运动二、土壤内部的水汽运动 7-3 7-3 土壤水循环、平衡及有效性土壤水循环、平衡及有效性 一、农田土壤水分循环及平衡一、农田土壤水分循环及平衡 二、土壤水分有效性二、土壤水分有效性 三、土壤水分的空间变异性三、土壤水分的空间变异性 7-4 7-4 农田土壤水动态与调控农田土壤水动态与调控 一、土壤水分的动态特性一、土壤水分的动态特性 二、农田灌溉与灌溉量计算二、农田灌溉与灌溉量计算 三、农田排水三、农田排水7-5 7-5 土壤中的溶质运
3、移土壤中的溶质运移 一、溶质的对流运移一、溶质的对流运移 二、分子扩散与溶质弥散二、分子扩散与溶质弥散 三、土壤溶质的动态特性三、土壤溶质的动态特性上午5时48分37 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环“黄河之水天上来,滚滚东流能复回黄河之水天上来,滚滚东流能复回”自然界的水循环自然界的水循环“黄河之水天上来,奔腾到海不复回黄河之水天上来,奔腾到海不复回”上午5时48分47 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环陆地水文循环地表水地表水上午5时48分5 7 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环 自然界的水循环自然界的水循环:水循环是指自然界的水在水圈、大气圈、水循环是指自然界的水在
4、水圈、大气圈、岩石圈、生物圈四大圈中通过各个环节连续运动的过程。岩石圈、生物圈四大圈中通过各个环节连续运动的过程。类型:类型: 1 海陆间循环海陆间循环 2 内陆间循环内陆间循环 3 海上内循环海上内循环上午5时48分67 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环 海陆间循环海陆间循环:是指海洋水与陆地水之间通过一系列过程所进行的相互:是指海洋水与陆地水之间通过一系列过程所进行的相互 转换运动。这种循环又称为大循环。转换运动。这种循环又称为大循环。上午5时48分7 7 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环陆地内循环陆地内循环:降落到大陆上的水,其中一部分或全部降落到大陆上的水,其中一部分或
5、全部( (指内流区域指内流区域) )通过陆通过陆 面、水面蒸发和植物蒸腾形成水汽,被气流带到上空,冷却面、水面蒸发和植物蒸腾形成水汽,被气流带到上空,冷却 凝结形成降水,仍降落到大陆上,这就是内陆循环。凝结形成降水,仍降落到大陆上,这就是内陆循环。发生的领域发生的领域:陆地及其上空。陆地及其上空。上午5时48分87 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环海上内循环海上内循环:就是海洋面上的水蒸发成水汽,进入大气后在海洋就是海洋面上的水蒸发成水汽,进入大气后在海洋上空凝结,形成降水,又降到海面。上空凝结,形成降水,又降到海面。发生领域发生领域:海洋及其上空海洋及其上空上午5时48分9 7 7
6、土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环水循环的意义水循环的意义 1. 水循环运动使自然界的水连续不断地运动、转化,使地球上水循环运动使自然界的水连续不断地运动、转化,使地球上各种水体处于不断更新状态。各种水体处于不断更新状态。上午5时48分10 7 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环 2. 水循环是地球上最活跃的能量交换和物质转移过程。水循环是地球上最活跃的能量交换和物质转移过程。 (1)缓解了高低纬之间热量收支不平衡;)缓解了高低纬之间热量收支不平衡; (2)把陆地的泥沙、有机物和无机盐类输送到海洋。)把陆地的泥沙、有机物和无机盐类输送到海洋。上午5时48分11 7 7 土壤水分移动与循
7、环土壤水分移动与循环3.3.水循环是自然界最富动力作用的循环水循环是自然界最富动力作用的循环 运动,不断雕塑地表形态。运动,不断雕塑地表形态。上午5时48分12 7 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环7-1 7-1 土壤液态水运动土壤液态水运动一、土壤饱和流一、土壤饱和流 饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度,服从饱和状态下多孔介质饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度,服从饱和状态下多孔介质的达西定律:的达西定律: 土壤水通量土壤水通量(q)-(q)-单位时间内通过单位面积土壤的单位时间内通过单位面积土壤的水量水量( (cm/h) ), q q与土水势梯度与土水势梯度( (H
8、)H)成正比。成正比。 L- L-水流水流路径的直线长度路径的直线长度( (cm) );“”水流方向与土水梯度方向水流方向与土水梯度方向相反;相反;Ks(Ks(cm/h)-)- 土壤饱和导水率土壤饱和导水率( (土壤所有的孔隙都充满土壤所有的孔隙都充满水时,水分向土壤下层或横向运动的速度)水时,水分向土壤下层或横向运动的速度)。土柱的水通量土柱的水通量(Q-(Q-cmcm3 3h h) ):Q= q.A Q= q.A A A为此土柱的横截面积为此土柱的横截面积(cm(cm2 2) )LHKqs土壤饱和导水率的特点:土壤饱和导水率的特点: 土壤饱和导水率是常数土壤饱和导水率是常数 是土壤导水率的
9、最大值是土壤导水率的最大值 主要取决于土壤的质地和结构。主要取决于土壤的质地和结构。 砂质土砂质土 壤质土壤质土 粘质土粘质土 (表表7-1)影响饱和导水率的因素影响饱和导水率的因素: 质地质地-水通量与孔隙半径水通量与孔隙半径4次方呈正比。次方呈正比。 结构结构-土壤结构对土壤饱和导水率有显著的影响。土壤结构对土壤饱和导水率有显著的影响。 有机质含量。有机质含量。 粘土矿物种类。粘土矿物种类。上午5时48分13 7 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环二、土壤非饱和流二、土壤非饱和流 非饱和土壤中的水流简称为非饱和流或不饱和流,即土壤中只有部分孔隙中非饱和土壤中的水流简称为非饱和流或不饱
10、和流,即土壤中只有部分孔隙中有水时的水流,这主要是毛管水和膜状水的运动。有水时的水流,这主要是毛管水和膜状水的运动。 土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度和重力势梯度。也可用达西定律来土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度和重力势梯度。也可用达西定律来描述:描述: K(K(m) )为非饱和导水率;为非饱和导水率; 为总水势梯度。为总水势梯度。 非饱和条件下土壤水流的数学表达式与饱和非饱和条件下土壤水流的数学表达式与饱和 条件下的类似,二者的区别在于:条件下的类似,二者的区别在于: A. A.饱和条件下的总水势可用差分形式,而非饱和条件下的总水势可用差分形式,而非 饱和条件下则用微分形式;饱和条件
11、下则用微分形式; B. B.饱和条件下的土壤导水率饱和条件下的土壤导水率(K) (K) 对特定土壤对特定土壤 为一常数,而非饱和导水率是土壤含水量或基质为一常数,而非饱和导水率是土壤含水量或基质 势的函数。势的函数。 土壤水吸力和导水率之间的关系(如右图)土壤水吸力为零或接近于零,饱土壤水吸力和导水率之间的关系(如右图)土壤水吸力为零或接近于零,饱和导水率最大。和导水率最大。dxdKqm)(dxd上午5时48分14 7 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环三、土壤水分入渗与再分布三、土壤水分入渗与再分布 水进入土壤包括两个过程:水进入土壤包括两个过程: 入渗入渗( (渗吸、渗透渗吸、渗透)
12、 )和再分布。和再分布。( (一一) )水分入渗水分入渗 入渗过程一般是指水自入渗过程一般是指水自 土表垂直向下进入土壤的过土表垂直向下进入土壤的过 程,但也不排斥如沟灌中水程,但也不排斥如沟灌中水 分沿侧向甚至向上进入土壤分沿侧向甚至向上进入土壤 的过程。的过程。 水进入土壤的情况是由水进入土壤的情况是由 两方面因素决定的:两方面因素决定的: 一是供水速度一是供水速度; ; 二是土二是土 壤的入渗能力。壤的入渗能力。上午5时48分15 7 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环( (二二) )土壤水再分布土壤水再分布 在地面水层消失后,入在地面水层消失后,入渗过程终止。土内的水分在渗过程终
13、止。土内的水分在重力、吸力梯度和温度梯度重力、吸力梯度和温度梯度的作用下继续运动和分布,的作用下继续运动和分布,这个过程这个过程( (在土壤剖面深度没有地在土壤剖面深度没有地下水出现的情况下下水出现的情况下) ) 称为称为土壤水土壤水的再分布的再分布。( (三三) )土壤水的渗漏土壤水的渗漏 土壤水再分布至地下水,地下水位抬高或随地下水流侧向流动土壤水再分布至地下水,地下水位抬高或随地下水流侧向流动“内排内排水水”,而垂直向下的水分运动称为,而垂直向下的水分运动称为土壤水的渗漏。土壤水的渗漏。上午5时48分16 7 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环7-2 7-2 土壤气态水运动土壤气态
14、水运动 土壤中:液态水土壤中:液态水 气态水气态水一、土面水分蒸发一、土面水分蒸发 土面水分蒸发:土面水分蒸发:土壤水不断以水汽的形态由表土向大气扩散而逸失的现象称为土土壤水不断以水汽的形态由表土向大气扩散而逸失的现象称为土面水分蒸发。面水分蒸发。 大气蒸发能力:大气蒸发能力:土面蒸发的形成及蒸发强度受到辐射、气温、湿度和风速等外界条土面蒸发的形成及蒸发强度受到辐射、气温、湿度和风速等外界条件的影响,综合起来称为大气蒸发能力。件的影响,综合起来称为大气蒸发能力。 土壤的供水能力:土壤的供水能力:土壤水分向上输送会受到土壤含水率的大小和分布的影响,即土土壤水分向上输送会受到土壤含水率的大小和分布
15、的影响,即土壤的供水能力。壤的供水能力。 潜在蒸发强度:潜在蒸发强度:当土壤供水充分时,由大气蒸发能力决定的最大可能蒸发强度称为当土壤供水充分时,由大气蒸发能力决定的最大可能蒸发强度称为潜在蒸发强度。潜在蒸发强度。 土壤水分蒸发过程持续进行的三个前提条件:土壤水分蒸发过程持续进行的三个前提条件: 不断有热能到达土壤表面不断有热能到达土壤表面,以满足水的汽化热需要以满足水的汽化热需要( (在在1515o oC C时时,1g1g水的汽化热约为水的汽化热约为3.47kJ)3.47kJ);土壤表面的水汽压须高于大气的水汽压,以保证水汽不断进入大气;土壤表面的水汽压须高于大气的水汽压,以保证水汽不断进入
16、大气;表表层土壤须能不断地从下层得到水的补给。层土壤须能不断地从下层得到水的补给。上午5时48分177 7 土壤水分移动与循环土壤水分移动与循环( (一一) )大气蒸发力控制阶段大气蒸发力控制阶段 在蒸发的起始阶段,当地表含水率很高时,尽管含水率有所变化,但地表处的水汽压仍维持或在蒸发的起始阶段,当地表含水率很高时,尽管含水率有所变化,但地表处的水汽压仍维持或接近于饱和水汽压。结果含水率的降低并不影响水汽的扩散通量,土壤能向地表充分供水。在这种接近于饱和水汽压。结果含水率的降低并不影响水汽的扩散通量,土壤能向地表充分供水。在这种情况下,表土的蒸发强度不随土壤含水率降低而变化,称为稳定蒸发阶段。
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