六章-土壤水课件.ppt

1、 第六章第六章 土壤水土壤水1、土壤水对农业生产有直接的影响，有两句、土壤水对农业生产有直接的影响，有两句 话可以说明这一点。一句是，话可以说明这一点。一句是，“水利是农业水利是农业 的命脉的命脉”，另一句是，另一句是“有收无收在于水，多有收无收在于水，多收收 少收在于肥少收在于肥”。这是在比较水和肥的相对重。这是在比较水和肥的相对重 要性，其实多收少收在很大程度上也取决于要性，其实多收少收在很大程度上也取决于 水。水。2、土壤水分状况影响着其它肥力要素的状况。、土壤水分状况影响着其它肥力要素的状况。土壤水分多少对养料的形态、运输、转化有直土壤水分多少对养料的形态、运输、转化有直接的影响，土壤

2、水分状况与土壤空气和热量状接的影响，土壤水分状况与土壤空气和热量状况有直接的关系。况有直接的关系。土壤水分状况还直接影响土壤的胀缩性、土壤水分状况还直接影响土壤的胀缩性、可塑性、粘结性、粘着性等物理机械性质。可塑性、粘结性、粘着性等物理机械性质。3、水对土壤发生和形成过程有深刻的影响，、水对土壤发生和形成过程有深刻的影响，在土壤分类学上，就有所谓在土壤分类学上，就有所谓“水成土壤水成土壤”、“半半水成土壤水成土壤”之说，在国内外众多的土壤分类体之说，在国内外众多的土壤分类体系中，土壤水分状况是分类的重要依据，放系中，土壤水分状况是分类的重要依据，放在较高的分类单元。在较高的分类单元。4、土壤水

3、是全球水分循环和平衡中一个非常重、土壤水是全球水分循环和平衡中一个非常重 要的环节，土壤圈是一个巨大无比的水库，要的环节，土壤圈是一个巨大无比的水库，如果这个水库出了毛病，就会导致许多严重如果这个水库出了毛病，就会导致许多严重 的灾害。的灾害。第一节第一节 土壤水的含量和类型土壤水的含量和类型一、土壤含水量一、土壤含水量(soil moisture content)(一一)土壤含水量的表示方法土壤含水量的表示方法1、重量百分数、重量百分数水水重重%=土壤水重土壤水重/干土重干土重100%=（W2-W3）/（W3-W1）100%重量百分数表示土壤含水量的要点是：重量百分数表示土壤含水量的要点是：

4、要以烘干土为基数来表示，而不是以湿土重要以烘干土为基数来表示，而不是以湿土重为基数来表示。为基数来表示。烘干土重烘干土重=湿土重湿土重/（1+水水重重%）湿土重量为湿土重量为120g，烘干后重，烘干后重100克，克，水水重重%=(120-100)/100=20%。如果其中水分减少一半，如果其中水分减少一半，水水重重%=（110-100）/100=10%。如果以湿土为基数，则水分含量分别为如果以湿土为基数，则水分含量分别为:（120-100）/120=16.67%，（110-100）/110=9.09%。2、容积百分数、容积百分数 指土壤水的容积占土壤容积的百分数。其指土壤水的容积占土壤容积的百

5、分数。其优点是，能清楚地表明土壤水填充土壤孔隙的优点是，能清楚地表明土壤水填充土壤孔隙的程度，并能表示土壤中固、汽、液三相的相对程度，并能表示土壤中固、汽、液三相的相对比例。比例。水水容容%=水水重重D D为土壤容重，此式中，含有除以水的比为土壤容重，此式中，含有除以水的比重。重。3、土壤水贮量、土壤水贮量 指一定厚度土层中水的总贮量。指一定厚度土层中水的总贮量。1）水）水mm=H M D 水水重重%/M10 =H D 水水重重/10 =H 水水容容/10式中：式中：H为土层厚度为土层厚度(cm)，M为土壤面积为土壤面积(cm2)，D为土壤容重为土壤容重(g/cm3)，乘以乘以10是为了将是为

6、了将“cm”变成变成“mm”。2）灌溉上用）灌溉上用“方方/单位面积单位面积”来表示来表示 A:以以亩为单位亩为单位 水水方方/亩亩=水水mm1/10002000/3 =2/3水水mmB:以公顷为单位，则为以公顷为单位，则为 水水方方/公顷公顷=2/3水水mm 15 =10水水mm(二二)土壤含水量的测定方法土壤含水量的测定方法1、烘箱法、烘箱法 是测定土壤水分的标准方法。优点是准是测定土壤水分的标准方法。优点是准 确度高，可同时测定大批样品。缺点是：确度高，可同时测定大批样品。缺点是：不能原位测定，定期观测时因需变换取土位不能原位测定，定期观测时因需变换取土位 置，容易产生误差；置，容易产生

7、误差；所需时间长所需时间长(6-8小时小时)，不能很快得到结果。，不能很快得到结果。2、红外线法、红外线法 用红外线灯加热土壤，使水分迅速蒸发，用红外线灯加热土壤，使水分迅速蒸发，克服了烘干法需时较长的缺点克服了烘干法需时较长的缺点(15分钟分钟)，但需，但需特殊设备。特殊设备。3、酒精燃烧法、酒精燃烧法 向土壤样品中加入酒精，靠酒精燃烧产生的向土壤样品中加入酒精，靠酒精燃烧产生的热量使水分蒸发，从土样的重量变化求得含水量。热量使水分蒸发，从土样的重量变化求得含水量。优点：快速，并可在野外测定。优点：快速，并可在野外测定。缺点：精度不高，耗费酒精。缺点：精度不高，耗费酒精。4、电石法、电石法

8、准确称量过的土壤与过量的碳化钙混合，加准确称量过的土壤与过量的碳化钙混合，加入一个耐压容器中，产生乙炔：入一个耐压容器中，产生乙炔：CaC2+2H2O=Ca(OH)+H2C2 乙炔产生的压力与乙炔生成量成正比，据此乙炔产生的压力与乙炔生成量成正比，据此可测得土壤含水量。可测得土壤含水量。5、中子散射法、中子散射法 中子湿度计是由两个主要部分组成的，一中子湿度计是由两个主要部分组成的，一为探管，一为计数器。探管内装有一个快速中为探管，一为计数器。探管内装有一个快速中子源，通常是镭一铍或铈子源，通常是镭一铍或铈铍混合物。铍混合物。探测器置于土壤中后，中子源发射速度很探测器置于土壤中后，中子源发射速

9、度很高的中子，当这些中子与水中的氢原子相碰撞高的中子，当这些中子与水中的氢原子相碰撞时，失去部分能量而变成慢中子，产生的慢中时，失去部分能量而变成慢中子，产生的慢中子由定标器检测出来，即可求出土壤含水量。子由定标器检测出来，即可求出土壤含水量。中子散射法测定土壤水分含量：中子散射法测定土壤水分含量：优点：可以定位测定、连续测定，不用取土样。优点：可以定位测定、连续测定，不用取土样。缺点：不能测薄层土，仪器造价昂贵，中子对人缺点：不能测薄层土，仪器造价昂贵，中子对人 体有伤害作用，需要特殊保护。体有伤害作用，需要特殊保护。二、土壤水的类型二、土壤水的类型 土壤水存在于土壤颗粒的表面，以及土壤土壤

10、水存在于土壤颗粒的表面，以及土壤孔隙当中。处于不同位置的水分，所受的作用孔隙当中。处于不同位置的水分，所受的作用力不同，运动能力不同，对植物的有效性也不力不同，运动能力不同，对植物的有效性也不一样。一样。直到上世纪直到上世纪50年代，国际上占主要地位的分年代，国际上占主要地位的分类方法，是根据土壤含水量的不同，把土壤水划类方法，是根据土壤含水量的不同，把土壤水划分为不同的类型，这些分类方法至今仍在许多文分为不同的类型，这些分类方法至今仍在许多文献和教科书中出现。献和教科书中出现。土壤水分类型土壤水分类型：吸湿水吸湿水 膜状水膜状水 毛管水毛管水 重力水重力水数量法数量法1 1、吸湿水、吸湿水

11、干土从空气中吸收的水汽，称为吸湿水。干土从空气中吸收的水汽，称为吸湿水。吸湿水的特性：吸湿水的特性：密度最大可达密度最大可达1.41.5；对溶质没有溶解能力；对溶质没有溶解能力；导电性极弱甚至不导电；导电性极弱甚至不导电；热容量较低；热容量较低；冰点下降很多。冰点下降很多。土壤吸湿土壤吸湿量：量：土壤吸附汽态水的量，称为土壤吸湿量。土壤吸附汽态水的量，称为土壤吸湿量。2 2、膜状水、膜状水 当土壤含水量超过最大吸湿量时，土粒当土壤含水量超过最大吸湿量时，土粒周围就会形成水膜，这种水膜叫作膜状水。周围就会形成水膜，这种水膜叫作膜状水。膜膜状状水水示示意意图图 当两个水膜厚度不同的土粒接触时，由于

12、当两个水膜厚度不同的土粒接触时，由于两个土粒作用于水膜的分子引力不同，水膜由两个土粒作用于水膜的分子引力不同，水膜由厚的地方向薄的地方移动，直到水膜厚度相等厚的地方向薄的地方移动，直到水膜厚度相等或两个土粒对水膜的吸力相等为止。或两个土粒对水膜的吸力相等为止。膜状水的运动方向膜状水的运动方向 膜状水移动的速度非常缓慢，只有膜状水移动的速度非常缓慢，只有0.2 0.4 mm/h，膜状水虽然可供植物利用，但往往，膜状水虽然可供植物利用，但往往是远水不解近渴，只有和植物根毛直接接触的是远水不解近渴，只有和植物根毛直接接触的膜状水，才能被植物吸收利用。膜状水，才能被植物吸收利用。膜状水的运动速度膜状水

13、的运动速度3 3、毛管水、毛管水 存在于土壤毛管孔隙中的水分，称为毛存在于土壤毛管孔隙中的水分，称为毛管水。包括毛管悬着水和毛管上升水。管水。包括毛管悬着水和毛管上升水。水水沿沿着着毛毛管管上上升升毛管作用力范围：毛管作用力范围：0.1-1mm，有明显的毛管作用；有明显的毛管作用；0.05-0.1mm，毛管作用较强；毛管作用较强；0.05-0.005mm，毛管作用最强；毛管作用最强；0.001mm 毛管作用消失。毛管作用消失。A.毛管悬着水毛管悬着水 借助于毛管力保持在上层土壤中的水分，借助于毛管力保持在上层土壤中的水分，它与地下水并不相连，好像悬挂在上层土壤中它与地下水并不相连，好像悬挂在上

14、层土壤中一样，故称之为毛管悬着水。一样，故称之为毛管悬着水。土土 粒粒毛毛管管悬悬着着水水示示意意图图B.毛管上升水毛管上升水 地下水沿毛细管上升而形成的水分。地下水沿毛细管上升而形成的水分。这这种种水分受地下水位的影响，可以上下移动。水分受地下水位的影响，可以上下移动。土土 粒粒毛毛管管上上升升水水示示意意图图地下水位地下水位毛管水上升高度毛管水上升高度 从地下水面到毛管从地下水面到毛管水水上升所能达到的相对上升所能达到的相对高度，叫毛管水上升高度。高度，叫毛管水上升高度。h:水柱高度（水柱高度（cm)，d:孔隙直径（孔隙直径（mm）4 4、重力水、重力水 临时存在于土壤大孔隙（通气孔隙）中

15、的临时存在于土壤大孔隙（通气孔隙）中的水分，与土壤养分的淋失有关。水分，与土壤养分的淋失有关。三、土壤水分常数三、土壤水分常数 土壤水分状况从完全干燥到全蓄水量，可土壤水分状况从完全干燥到全蓄水量，可划分为若干阶段，每一阶段代表一定形态的水划分为若干阶段，每一阶段代表一定形态的水分，各阶段之间的转折点，称为土壤水分常数。分，各阶段之间的转折点，称为土壤水分常数。1、最大吸湿量、最大吸湿量(maximum hygroscopicity)处于土壤颗粒表面的水分子，主要受吸附力处于土壤颗粒表面的水分子，主要受吸附力的作用。的作用。吸附力很强，在颗粒表面，可达吸附力很强，在颗粒表面，可达12万个大万个

16、大气压，外层也可达数十个大气压。气压，外层也可达数十个大气压。吸附于土壤颗粒表面的水分子有吸附于土壤颗粒表面的水分子有1520层，层，厚度约为厚度约为45毫微米毫微米()。土壤这种吸附汽态水的性能，称为土壤吸湿性。土壤这种吸附汽态水的性能，称为土壤吸湿性。当空气被水饱和时，土壤的吸湿量达到最大，这当空气被水饱和时，土壤的吸湿量达到最大，这 时的吸湿量称为最大吸湿量。时的吸湿量称为最大吸湿量。2、最大分子持水量、最大分子持水量(maximum molecular moisture holding capacity)土壤膜状水达到最厚时的土壤含水量，称为土壤膜状水达到最厚时的土壤含水量，称为最大分

17、子持水量。最大分子持水量。3、凋萎含水量、凋萎含水量(permanent wilting percentage)植物发生永久凋萎时的土壤含水量称为凋萎植物发生永久凋萎时的土壤含水量称为凋萎含水量含水量。凋萎含水量是植物可利用水的下限。凋萎含水量是植物可利用水的下限。4 4、毛管断裂含水量、毛管断裂含水量 当土壤含水量降低到一定程度时，较粗毛管当土壤含水量降低到一定程度时，较粗毛管中悬着水的连续状态出现断裂，蒸发速率明显降中悬着水的连续状态出现断裂，蒸发速率明显降低，此时土壤含水量称为毛管断裂含水量。低，此时土壤含水量称为毛管断裂含水量。毛管断裂含水量大约相当于土壤田间持水量毛管断裂含水量大约相

18、当于土壤田间持水量的的7575左右。左右。5、田间持水量、田间持水量(field moisture capacity)土壤所能保持的最大悬着水，称为田间持水土壤所能保持的最大悬着水，称为田间持水量量。在数量上，它包括吸湿水、膜状水和毛管悬在数量上，它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水着水。田间持水量的大小，主要受质地、有机质含田间持水量的大小，主要受质地、有机质含量、土壤结构状况、松紧状况等的影响。量、土壤结构状况、松紧状况等的影响。一般认为，田间持水量是植物可利用水的上一般认为，田间持水量是植物可利用水的上限，超过田间持水量的水分会在重力作用下下渗。限，超过田间持水量的水分会在重力作用下下渗。通

19、常将田间持水量作为灌溉水量定额的最高通常将田间持水量作为灌溉水量定额的最高指标。指标。5、全持水量、全持水量(最大持水量，饱和持水量）最大持水量，饱和持水量）（maximum moisture capacity)土壤为重力水所饱和时的含水量，称为土壤为重力水所饱和时的含水量，称为全持水量全持水量。近二三十年的研究表明，无论在任何含水近二三十年的研究表明，无论在任何含水量下，各种力都在起作用，只是在不同含水量量下，各种力都在起作用，只是在不同含水量范围内，各种作用力的强度不同而已范围内，各种作用力的强度不同而已 比如所有土壤水都受重力的作用，在极其比如所有土壤水都受重力的作用，在极其细小的孔隙中

20、，无法区分吸附水和毛管水等。细小的孔隙中，无法区分吸附水和毛管水等。用含水量表示土壤水分状况，有下面的缺陷：用含水量表示土壤水分状况，有下面的缺陷：只表示了水与土的比值，或数量关系，而不只表示了水与土的比值，或数量关系，而不 能说明土壤水的性质。能说明土壤水的性质。不能说明土壤水分状况与植物需水的关系。不能说明土壤水分状况与植物需水的关系。例如：例如：砂土含水砂土含水15%，粘土也含水，粘土也含水15%，其有效，其有效性是不同的，砂土中的水分是有效的，而粘土性是不同的，砂土中的水分是有效的，而粘土 中的水分是无效的。中的水分是无效的。不能充分说明土壤水运动的规律不能充分说明土壤水运动的规律 在

21、同一土壤中，或土壤质地相同的情况下，在同一土壤中，或土壤质地相同的情况下，水分运动的基本规律是，由土壤含水量高的地方水分运动的基本规律是，由土壤含水量高的地方向低的地方运动，例如从含水量向低的地方运动，例如从含水量30%处向含水量处向含水量20%处运动。处运动。但是，在质地不同的情况下，却会产生相但是，在质地不同的情况下，却会产生相反的结果，含水量反的结果，含水量15%的砂土，其中的水分可的砂土，其中的水分可能向含水量能向含水量20%的粘土运动。的粘土运动。第二节第二节 土壤水的能态土壤水的能态一、土壤水分能量概念一、土壤水分能量概念 没有进入土壤的水，如江、河、湖、海中的没有进入土壤的水，如

22、江、河、湖、海中的水，是可以自由流动的水，这种水除了分子之间水，是可以自由流动的水，这种水除了分子之间相互作用和受地心重力作用外，不受任何约束，相互作用和受地心重力作用外，不受任何约束，可以自由流动，有一定的自由能。可以自由流动，有一定的自由能。进入土壤中的水分子和土壤颗粒一接触，进入土壤中的水分子和土壤颗粒一接触，就受到土粒的吸引，水分子被束缚在土粒的表就受到土粒的吸引，水分子被束缚在土粒的表面，使水分不能自由流动，而降低了水的自由面，使水分不能自由流动，而降低了水的自由能。能。土壤内溶质的作用，也可以牵制水分子，土壤内溶质的作用，也可以牵制水分子，降低水的自由能。降低水的自由能。由于土壤水

23、分受到了种种的束缚，它的活由于土壤水分受到了种种的束缚，它的活动力一定要比自由水小，或者说土壤水分所具动力一定要比自由水小，或者说土壤水分所具有的能量水平要比自由水低。有的能量水平要比自由水低。如果以纯净的自由水在一定温度下所具有的如果以纯净的自由水在一定温度下所具有的能量水平作为标准，把它看作零，那么在田间条能量水平作为标准，把它看作零，那么在田间条件下，相同温度、相同质量的土壤水，能量水平件下，相同温度、相同质量的土壤水，能量水平就必然小于标准，即小于零，是负值。就必然小于标准，即小于零，是负值。土壤中水的能量有两种形式，即动能和势土壤中水的能量有两种形式，即动能和势能。然而，在土壤中除了

24、受重力影响而运动的能。然而，在土壤中除了受重力影响而运动的水以外，其它形态的水运动都很慢，因而其动水以外，其它形态的水运动都很慢，因而其动能接近于零，所以，土壤水分的能量主要是势能接近于零，所以，土壤水分的能量主要是势能，因此，称为水势，或称能，因此，称为水势，或称“土水势土水势”。土壤水的势能高低，可以在很宽的范围内土壤水的势能高低，可以在很宽的范围内变化，土体内部各点的势能差，是造成水在土变化，土体内部各点的势能差，是造成水在土壤内运动的真正动力和原因，而含水量只是表壤内运动的真正动力和原因，而含水量只是表面现象。面现象。在自然界，所有物质运动的自发的和普遍在自然界，所有物质运动的自发的和

25、普遍的趋势，是由势能高处向势能低处移动，并且的趋势，是由势能高处向势能低处移动，并且趋向平衡，土壤水也是这样。趋向平衡，土壤水也是这样。(一一)土水势的构成土水势的构成1、基质势、基质势(matric potential,m)进入土壤中的水，主要受到两种力的作用，进入土壤中的水，主要受到两种力的作用，即吸附力和弯月面力，由这两种力造成的势能降即吸附力和弯月面力，由这两种力造成的势能降低，称为基质势。低，称为基质势。这是土水势中最重要的一个分势，在不同这是土水势中最重要的一个分势，在不同含水量情况下，基质势是不同的，土壤愈干，含水量情况下，基质势是不同的，土壤愈干，对水吸持力越强，土壤水分的能量

26、水平越低。对水吸持力越强，土壤水分的能量水平越低。2、溶质势、溶质势(osmotic potential,s)土壤中含有一些可溶性盐类，如土壤中含有一些可溶性盐类，如NaCl、Na2SO4、Na2CO3、MgCl2等，这些盐溶于水，等，这些盐溶于水，形成各种离子。形成各种离子。由于离子的水化作用，把周围的水分子吸由于离子的水化作用，把周围的水分子吸引到离子周围作定向排列，这样被吸引的水分引到离子周围作定向排列，这样被吸引的水分子失去一部分自由能，能量降低。子失去一部分自由能，能量降低。由于溶质作用而产生的势能降低，叫作溶质由于溶质作用而产生的势能降低，叫作溶质势。势。溶质势大小等于土壤溶液的渗

27、透压，但是符溶质势大小等于土壤溶液的渗透压，但是符号相反。土壤溶液浓度愈大，其溶质势愈小，在号相反。土壤溶液浓度愈大，其溶质势愈小，在盐碱土中，水分的溶质势是构成总水势的主要分盐碱土中，水分的溶质势是构成总水势的主要分势。势。3、压力势、压力势(pressure potential,p)气压势气压势 产生于土体内局部位置，主要是土壤结构产生于土体内局部位置，主要是土壤结构 体内部，是由于被封闭在土体内的空气而产生体内部，是由于被封闭在土体内的空气而产生 的，这个势有利于推动水分运动，故为正值。的，这个势有利于推动水分运动，故为正值。静水压势静水压势 是由静止水层产生的，静水层可能出现于地是由静

28、止水层产生的，静水层可能出现于地表面，也可能出现在表面，也可能出现在土土体中某一层次的上面。体中某一层次的上面。静止水层会对土壤水产生压力，驱使水分运静止水层会对土壤水产生压力，驱使水分运动，故为正值动，故为正值。荷载势荷载势 是由水中悬浮的颗粒所引起的，也是正值。是由水中悬浮的颗粒所引起的，也是正值。4、重力势、重力势(gravitational potential，g)在地球上，每个物体都受到地心引力，这在地球上，每个物体都受到地心引力，这就是重力。如果克服这种引力，把物体举高而就是重力。如果克服这种引力，把物体举高而作功，这个功就以重力势能的形式，储存在被作功，这个功就以重力势能的形式，

29、储存在被举高的物体当中，物体所具有的势能高低，取举高的物体当中，物体所具有的势能高低，取决于物体在重力场中的位置。决于物体在重力场中的位置。土壤中所保持的水分，也像举起的物体一土壤中所保持的水分，也像举起的物体一样上有重力势能，这就是重力势。样上有重力势能，这就是重力势。土壤水分的重力势很容易从它在剖面上所处土壤水分的重力势很容易从它在剖面上所处的高度上计算出来。的高度上计算出来。计算时，以地下水位作为标准，视为零，因计算时，以地下水位作为标准，视为零，因为它代表了剖面内水分在重力影响下的最终归为它代表了剖面内水分在重力影响下的最终归宿，在外观上看是最低高度。宿，在外观上看是最低高度。在地下水

30、位以上，土壤水的重力势为正值，在地下水位以上，土壤水的重力势为正值，而地下水位以下则为负值。而地下水位以下则为负值。应该注意的是：当处于地下水位下某点应该注意的是：当处于地下水位下某点时，该点还要承受静水压，而静水压是正值，时，该点还要承受静水压，而静水压是正值，重力势为负值，两者大小相等，方向相反，因重力势为负值，两者大小相等，方向相反，因此，地下水位以下重力势和压力势之和为此，地下水位以下重力势和压力势之和为0。5、总水势、总水势 T =m+s+g+p 在这些分势当中，有的是独立变量，如压在这些分势当中，有的是独立变量，如压力势和重力势等，它们和土壤水分没有函数关力势和重力势等，它们和土壤

31、水分没有函数关系。系。另外一些却不是独立变量，而是土壤水分另外一些却不是独立变量，而是土壤水分的函数，例如基质势和溶质势与土壤水分有函的函数，例如基质势和溶质势与土壤水分有函数关系。数关系。应用土壤水分能量观点来研究土壤水的优点：应用土壤水分能量观点来研究土壤水的优点：1、可以使用统一的观点和尺度，研究土壤一植、可以使用统一的观点和尺度，研究土壤一植 物一大气连续体物一大气连续体(SPAC）中水的运动的和相）中水的运动的和相 互关系。互关系。SPAC:Soil-Plant-Atmosphere Continuum2、可以更充分地利用热力学原理和数学方法，、可以更充分地利用热力学原理和数学方法，

32、来定量地处理土壤水的问题。来定量地处理土壤水的问题。3、在研究手段上，也提供了一些更精确的方法。、在研究手段上，也提供了一些更精确的方法。(二二)土壤水吸力土壤水吸力 表示土壤水分能量状态的另一个方法，是土表示土壤水分能量状态的另一个方法，是土壤水吸力，它并不指土壤对外部水分的吸力，而壤水吸力，它并不指土壤对外部水分的吸力，而是指土壤中的水所承受的吸力，或者能态。是指土壤中的水所承受的吸力，或者能态。土壤水吸力的特点土壤水吸力的特点1、土壤水吸力只包括基质吸力和渗透吸力，相当、土壤水吸力只包括基质吸力和渗透吸力，相当 于基质势和溶质势，不包括其它分势。于基质势和溶质势，不包括其它分势。2、土壤

33、水吸力的单位是正值，土壤水由吸力低处、土壤水吸力的单位是正值，土壤水由吸力低处 流向吸力高处，这和用土水势表示相反。流向吸力高处，这和用土水势表示相反。(三三)土水势与温度土水势与温度 温度影响水的粘滞度和表面张力，温度升高水温度影响水的粘滞度和表面张力，温度升高水的表面张力和粘滞度都下降，土壤水吸力也随之降的表面张力和粘滞度都下降，土壤水吸力也随之降低，土水势的绝对值变小。低，土水势的绝对值变小。因此，在含水量相同的情况下，温度升高时水因此，在含水量相同的情况下，温度升高时水的运动速度和对植物的有效性都增加，尤其在温度的运动速度和对植物的有效性都增加，尤其在温度低时，这个效应比较明显。低时，

34、这个效应比较明显。(四四)土水势的定量表示土水势的定量表示 单位质量水的势能，直接用能量单位表示，如单位质量水的势能，直接用能量单位表示，如 Jkg-1。单位容积水的势能，以压力单位表示，压力单单位容积水的势能，以压力单位表示，压力单 位有巴位有巴(bar)、大气压（、大气压（atm)和帕和帕(Pa)。单位重量的水的势能，则以相当于一定压单位重量的水的势能，则以相当于一定压 力的水柱高度的厘米数表示。力的水柱高度的厘米数表示。土水势的范围很宽，从土水势的范围很宽，从0到上万个大气压或到上万个大气压或巴，这样表达起来很不方便，因此，巴，这样表达起来很不方便，因此，Sconfield提出用提出用p

35、F来表示。来表示。pF就是土水势毫巴数绝对值的对数，如就是土水势毫巴数绝对值的对数，如1巴巴=103毫巴，毫巴，pF=1og103=3。(五五)土水势的测定方法土水势的测定方法1、张力计法：是用来测定基质势的，张力计的、张力计法：是用来测定基质势的，张力计的 感应部分是一个细孔的素烧毛瓷管，孔径在感应部分是一个细孔的素烧毛瓷管，孔径在 1.01.5微米之间，其上连接一个塑料管，管微米之间，其上连接一个塑料管，管 上再连接一个真空压力计。上再连接一个真空压力计。一般只能测定一般只能测定 8 8万帕以下的土万帕以下的土壤水吸力壤水吸力。使用时，将管内充满无气水，并使整个仪器使用时，将管内充满无气水

36、，并使整个仪器密闭，然后，在土壤中钻一个大小适合的孔，将密闭，然后，在土壤中钻一个大小适合的孔，将陶土管插入孔中，使之与土壤紧密接触，瓷管中陶土管插入孔中，使之与土壤紧密接触，瓷管中的水在基质吸力作用下流入土壤，经过一段时间的水在基质吸力作用下流入土壤，经过一段时间达到平衡，流出的水使管内产生负压，可由压力达到平衡，流出的水使管内产生负压，可由压力表读出。表读出。2、压力膜法、压力膜法 压力膜法可测出压力膜法可测出115(20)巴之间的土壤水巴之间的土壤水吸力。仪器的外壳为上下都可开闭的扁平钢匣吸力。仪器的外壳为上下都可开闭的扁平钢匣,底部衬有薄膜，这是仪器的感应部分，待测湿底部衬有薄膜，这是

37、仪器的感应部分，待测湿土放在薄膜上，薄膜下充水。钢匣保持绝对不土放在薄膜上，薄膜下充水。钢匣保持绝对不漏气。漏气。测定时，从气孔中加入压缩气体，使钢室测定时，从气孔中加入压缩气体，使钢室内保持一定的气压，土壤中低于这个压力所保内保持一定的气压，土壤中低于这个压力所保持的土壤水通过排气孔排出室外。平衡后，测持的土壤水通过排气孔排出室外。平衡后，测定土样的含水量，即为在这个压力下所保持的定土样的含水量，即为在这个压力下所保持的水分，反过来说，就是这个含水量时，土壤的水分，反过来说，就是这个含水量时，土壤的水吸力。水吸力。通过改变钢匣内的气压，就可以得出不同通过改变钢匣内的气压，就可以得出不同吸力下

38、土壤水的含量，或者知道含水量的情况吸力下土壤水的含量，或者知道含水量的情况下，求得土壤水吸力。下，求得土壤水吸力。二、土壤水分特征曲线二、土壤水分特征曲线 用土壤水的能量指标与土壤含水量绘成的曲用土壤水的能量指标与土壤含水量绘成的曲线称为土壤水分特征曲线。线称为土壤水分特征曲线。在非盐碱土的大部分田间状态下，水分的能在非盐碱土的大部分田间状态下，水分的能量指标指的是基质势。量指标指的是基质势。测定时，采用原状土，即保持土壤的结构不测定时，采用原状土，即保持土壤的结构不变，测定其在不同土壤水吸力下的含水量。变，测定其在不同土壤水吸力下的含水量。土壤水分特征曲线把土壤水的两个很重要的土壤水分特征曲

39、线把土壤水的两个很重要的性状，土壤含水量和土壤水吸力之间的关系表达性状，土壤含水量和土壤水吸力之间的关系表达出来，这对说明土壤水分的许多特点十分有利。出来，这对说明土壤水分的许多特点十分有利。0 10 20 30 40 50 60 70土土壤壤水水吸吸力力粘土粘土壤土壤土砂土砂土土壤含水量（土壤含水量（%）影响因素影响因素 质地质地 结构结构 温度温度 滞后现象滞后现象水分特征曲线的用途：水分特征曲线的用途：首先，可利用它进行土壤水吸力首先，可利用它进行土壤水吸力S和含水率和含水率 之间的换算。之间的换算。其次，土壤水分特征曲线可以间接地反映出其次，土壤水分特征曲线可以间接地反映出土壤孔隙大小

40、的分布。土壤孔隙大小的分布。第三，水分特征曲线可用来分析不同质地土第三，水分特征曲线可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性。壤的持水性和土壤水分的有效性。第四，应用数学物理方法对土壤中的水运动第四，应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时，水分特征曲线是必不可少的重进行定量分析时，水分特征曲线是必不可少的重要参数。要参数。三、滞后现象三、滞后现象(hysteresis effect)土壤水分特征曲线，对同一土样来说，一土壤水分特征曲线，对同一土样来说，一般有两条，而不是固定的单一曲线。般有两条，而不是固定的单一曲线。这和曲线的测定方法有关。这和曲线的测定方法有关。从土壤水吸力最

41、小时起始从土壤水吸力最小时起始(饱和点饱和点)，逐渐，逐渐增加土壤水吸力，使土壤含水量逐渐减少，可增加土壤水吸力，使土壤含水量逐渐减少，可以得到一条曲线；而从土壤完全干燥开始，不以得到一条曲线；而从土壤完全干燥开始，不断增加水量，减少土壤水吸力，可以得到另一断增加水量，减少土壤水吸力，可以得到另一条曲线，这两条曲线是不重合的，这种现象称条曲线，这两条曲线是不重合的，这种现象称为滞后现象。为滞后现象。增水与脱水曲线所构成的环称为滞后圈。增水与脱水曲线所构成的环称为滞后圈。产生滞后现象的原因很多，砂土和壤土、产生滞后现象的原因很多，砂土和壤土、粘土产生滞后现象的原因也不一样。粘土产生滞后现象的原因

42、也不一样。1、砂土的滞后现象砂土的滞后现象 砂土由于没有可逆性的干缩湿涨现象，情况砂土由于没有可逆性的干缩湿涨现象，情况比较简单。比较简单。砂土的孔隙特点是：大孔隙之间通过细小的砂土的孔隙特点是：大孔隙之间通过细小的孔隙连接起来。湿砂土变干时，水从充满水的孔孔隙连接起来。湿砂土变干时，水从充满水的孔隙中排走。此时，控制空气进入的是细孔的孔隙中排走。此时，控制空气进入的是细孔的孔径，要想把大孔中的水排出，就必须施加足够的径，要想把大孔中的水排出，就必须施加足够的吸力，去抵消这些小孔径的弯月面力。吸力，去抵消这些小孔径的弯月面力。在一定的吸力下，砂土由湿变干时，总有一在一定的吸力下，砂土由湿变干时

43、，总有一部分较大孔隙中的水，因为附近细孔的弯月面部分较大孔隙中的水，因为附近细孔的弯月面力未遭破坏而不能排出。力未遭破坏而不能排出。土壤被水湿润时，也必须使水吸力降到大土壤被水湿润时，也必须使水吸力降到大孔孔中最大弯月面出现时，大孔才充满水，同样由于中最大弯月面出现时，大孔才充满水，同样由于水分先进入小孔隙，使得入口封闭，大孔隙中没水分先进入小孔隙，使得入口封闭，大孔隙中没有完全饱和。有完全饱和。因此，在同一吸力条件下，土壤所保持的水因此，在同一吸力条件下，土壤所保持的水分，由湿变干的土壤多于由干变湿的土壤，产分，由湿变干的土壤多于由干变湿的土壤，产生滞后现象。生滞后现象。2、壤质土和粘质土、

44、壤质土和粘质土 壤质土和粘质土滞后现象产生的原因不同于壤质土和粘质土滞后现象产生的原因不同于砂土，主要是吸水膨胀，干燥收缩，使孔隙度发砂土，主要是吸水膨胀，干燥收缩，使孔隙度发生变化所致。生变化所致。实例实例 一个受扰动的粉质壤土，由水分饱和（含水一个受扰动的粉质壤土，由水分饱和（含水量量50%）干燥到约）干燥到约450毫巴后，再重新湿润到饱毫巴后，再重新湿润到饱和，由于总孔隙度变小，其含水量由下降到和，由于总孔隙度变小，其含水量由下降到45%左右，但如果再干燥到左右，但如果再干燥到450毫巴，含水量由毫巴，含水量由27%增加到增加到30%，这是因为有些粗孔变细的缘故。，这是因为有些粗孔变细的

45、缘故。第三节第三节 土壤水运动土壤水运动一一、土壤中的土壤中的水水汽汽运动运动 土壤中保持的液态水可以汽化为气态水，土壤中保持的液态水可以汽化为气态水，气态水也可以凝结为液态水。在一定条件下，气态水也可以凝结为液态水。在一定条件下，两者处于平衡之中。两者处于平衡之中。土壤气态水的运动表现为水汽扩散和水汽土壤气态水的运动表现为水汽扩散和水汽凝结两种现象。凝结两种现象。水汽扩散运动的推动力是水汽压梯度，这水汽扩散运动的推动力是水汽压梯度，这是由土壤水势梯度和温度梯度所引起的。温度是由土壤水势梯度和温度梯度所引起的。温度梯度的作用远远大于大于水势梯度，是水汽运梯度的作用远远大于大于水势梯度，是水汽运

46、动的主要推动力。动的主要推动力。水汽运动总是由水汽压高处向水汽压低处，水汽运动总是由水汽压高处向水汽压低处，由温度高处向温度低处扩散。由温度高处向温度低处扩散。1、“夜潮夜潮”现象现象 白天土壤表层被晒干，夜间降温，底土土白天土壤表层被晒干，夜间降温，底土土温高于表土，水汽由底土向表土移动，遇冷凝温高于表土，水汽由底土向表土移动，遇冷凝结，使白天被晒干的表土又恢复潮湿。结，使白天被晒干的表土又恢复潮湿。这对作物需水有一定的补给作用。这对作物需水有一定的补给作用。2、“冻后聚墒冻后聚墒”现象现象 冬季表土冻结，水汽压降低，而冻层以冬季表土冻结，水汽压降低，而冻层以下土层的水汽压较高，于是下层水汽

47、不断向下土层的水汽压较高，于是下层水汽不断向冻层集聚、冻结、使冻层不断加厚，其含水冻层集聚、冻结、使冻层不断加厚，其含水量有所增加，这就是量有所增加，这就是“冻后聚墒冻后聚墒”现象。现象。“冻后聚墒冻后聚墒”的多少，主要决定于土壤的含的多少，主要决定于土壤的含水量和冻结的强度。含水量高冻结强度大，水量和冻结的强度。含水量高冻结强度大，“冻后聚墒冻后聚墒”就比较明显。一般对土壤上层增水就比较明显。一般对土壤上层增水作用为作用为24左右左右。二、达西定律二、达西定律(Darcys law)土壤水通量与水压梯度成比例，水通量的含土壤水通量与水压梯度成比例，水通量的含义义是：单位时间通过单位断面的水量

48、。是：单位时间通过单位断面的水量。q=-kdH/dX，量纲为量纲为L/T，T：时间，：时间，L：距离：距离 q：水的通量，水的通量，X:水的流程，水的流程，dH/dX：为水压梯度。：为水压梯度。K:为比例常数，由土壤本身的性质和水的性为比例常数，由土壤本身的性质和水的性质共同决定，称为土壤的导水率，也就是单位质共同决定，称为土壤的导水率，也就是单位水压梯度下的土壤水通量。水压梯度下的土壤水通量。负号表明水流的流向，由水压高处流向水压负号表明水流的流向，由水压高处流向水压低处，或由土水势高与处流向土水势低处。低处，或由土水势高与处流向土水势低处。达西定律可以应用于饱和流动，也可以应达西定律可以应

49、用于饱和流动，也可以应用于不饱和流动。用于不饱和流动。土壤中水分运动是最为复杂的，因为：土壤中水分运动是最为复杂的，因为：1、土壤孔隙形状不规则，直径也是不一致的，、土壤孔隙形状不规则，直径也是不一致的，在同一土层不同，在不同土层之间也不同；在同一土层不同，在不同土层之间也不同；2、土壤孔隙状况在各个方向上是不一致的；、土壤孔隙状况在各个方向上是不一致的；3、土壤的组分也是不均一的。、土壤的组分也是不均一的。三、土壤水的饱和流动三、土壤水的饱和流动 (Saturated soil water flow)指的是土壤孔隙中全部充满水情况下的水分指的是土壤孔隙中全部充满水情况下的水分运动。运动。土壤

50、水饱和流动的推动力是静水压力梯度和土壤水饱和流动的推动力是静水压力梯度和重力梯度。重力梯度。（一（一)饱和导水率饱和导水率K 在饱和流动中，在饱和流动中，K称为饱和导水率。饱和导称为饱和导水率。饱和导水率的变化范围很宽，高低可相差近水率的变化范围很宽，高低可相差近200倍。倍。影响饱和导水率的因素主要是土壤中粗孔的影响饱和导水率的因素主要是土壤中粗孔的孔径和数量。孔径和数量。土壤中实效孔径大于土壤中实效孔径大于0.3mm的孔隙，水可自的孔隙，水可自由通过；由通过；孔径在孔径在0.030.3mm时，在重力作用下，水时，在重力作用下，水比较容易通过；比较容易通过；当小至当小至0.01mm时，水通过