05 第五章 土壤水分、空气、热量
第五章 土壤空气与土壤热状况
（二）合理灌排,控制水分,调节气热
(一)合理灌溉,节约用水 (二)排除积水、通气增温 (三)通过灌排、通气调温
（三）精耕细作,蓄水保墒,通气调温
耕作不仅可以蓄水保墒,而且可以改善 土壤的通气性和温热状况。经常采用的 耕作措施有: 中耕 深翻 镇压
（四）降低土表蒸发,调节土壤 水气热状况
露水的形成
老师：露水是怎样形成的？并说出理由来。
学生回答到：
地球旋转不停，热得出汗，这就
是露水。
露水的形成
晴朗无云的夜间，地面热量散失很快，地 面气温迅速下降。温度降低，空气含水汽的能 力减小，大气低层的水汽就附在草上、树叶上 等，并凝成细小的水珠，即露水。 增加近地面空气的温度，又使水汽扩散， 露水也很难形成。 露水对农作物很有好处， 露水像雨一样，能滋润土壤起到帮助植物生长 的作用。
三 土壤通气状况与作物生长
(一)影响根系发育
大多数作物在通气良好的土壤中,根系 长、颜色浅、根毛多;缺O2土壤中的根系 则短而粗,颜色暗,根毛大量减少。 根系生长需要氧：氧浓度<9~10%，生 长受阻；<5%时，发育停止。
(二)影响根系吸收功能
通气不良时,根系呼吸作用减弱,吸收养 分和水分的功能降低,特别是抑制对K的 吸收,依次为Ca、Mg、N、P等。
2、土壤空气O2含量
比大气低，主要是因为根系和微生物 的呼吸作用需要消耗O2，OM的分解也会 消耗掉O2。
3、土壤空气相对湿度
比大气高。除表层干燥土壤外，土壤 空气湿度一般都在99%以上，处于水汽 饱和状态，而大气只有在多雨季节才接 近饱和。
4、还原性气体
（土壤学讲义）第5章土壤水
第五章土壤水第一节土壤水的类型及土壤水分含量的测定第二节土壤水的能态第三节土壤水的运动第一节土壤水的类型及土壤水分含量的测定一、土壤水分类型（一）吸湿水(紧束缚水)1、定义：由于固体土粒表面的分子引力和静电引力对空气中水汽分子的吸附力而被紧密保持的水分。
2、性质：其厚度只有2-3个水分子层，无溶解力、不导电、不能自由移动，也不能为植物利用。
3、大小：决定于土壤质地、腐殖质等影响决定于大气的湿度和温度当空气相对湿度达95%—100%时,土壤吸湿水量可达最大值，这时称为最大吸湿量。
（二）膜状水(松束缚水)1．定义：指当吸湿状态土粒与液态水接触时，还可再吸附一层很薄的水膜，称其为膜状水。
2．性质：其厚度可达到几十个水分子，部分可以被植物吸收利用，移动极为缓慢。
3．大小：决定于土壤的比面以及土壤溶液浓度。
膜状水达最大时的土壤含水量叫最大分子持水量。
（三）毛管水1、定义：由土壤毛管孔隙的毛管引力所保持的水分，称为毛管水。
2、类型：(1)毛管上升水定义：指地下水随毛管上升而被保持在土壤中的水分，称为毛管上升水。
最大水量称为毛管持水量。
毛管上升水与地下水位有水压联系：地下水位适当作物吸收地下水位过深作物不能吸收地下水位过浅作物受湿害（2）毛管悬着水定义：指在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后，由于毛管力保存在土壤上层中的水分称为毛管悬着水。
当毛管悬着水达到最大数量时的土壤含水量叫田间持水量。
性质：毛管水是土壤中可以移动的、对植物最有效的水分，而且毛管水中还溶液解有可供植物利用的易溶性养分。
大小：与土壤质地、腐殖质含量及结构状况有关。
（四）重力水定义：指土壤含水量超过田间持水量时，多余水分受重力支配向下渗透，这部分水分叫重力水。
土体全部孔隙都充满水，这时土壤含水量叫饱和持水量（全持水量）。
二、土壤含水量的表示方法（一）质量百分数即土壤中水分的质量与干土质量的比值勤。
（二）容积百分数即单位土壤总容积中水分所占的容操作分数，又称容积湿度、土壤水的容积分数。
土壤水、空气和热量
第五章土壤水、空气和热量主要教学目标：学会分析土壤肥力要素水、气、热之间的关系。
由于土壤水分的重要作用，因此首先要求学生掌握土壤水的形态学观点和能量学观点。
在基本知识掌握的基础上,并能系统地处理土壤水、气、热三者的相互关系和调节措施。
主要内容：第一节土壤水的类型第二节土壤水分含量的表示方法第三节土壤水分能量的分析第四节土壤水分的管理与调节第五节土壤空气和热量第六节土壤水、气、热的相互关系第一节土壤水的类型土壤学中的土壤水是指在一个大气压下，在105℃条件下能从土壤中分离出来的水分.土壤中液态水数量最多,对植物的生长关系最为密切。
液态水类型的划分是根据水分受力的不同来划分的，这是水分研究的形态学观点。
这一观点在农业、水利、气象等学科和生产中广泛应用。
一、吸湿水土壤颗粒从空气中吸收的汽态水分子。
从室外取土，放在室内风干若干时间后，表面上看似乎干燥了，但把土壤放在烘箱中烘烤，土壤重量会减轻；再放置到常温常压下，土壤重量又会增加，这表明土壤吸收了空气中的水汽分子。
土壤的吸湿性是由土粒表面的分子引力作用所引起的，一般来说，土壤中吸湿水的多少,取决于土壤颗粒表面积大小和空气相对湿度。
由于这种作用的力非常大，最大可达一万个大气压，所以植物不能利用此水,称之为紧束缚水。
二、膜状水土粒吸足了吸湿水后，还有剩余的吸引力，可吸引一部分液态水成水膜状附着在土粒表面，这种水分称为膜状水。
重力不能使膜状水移动，但其自身可从水膜较厚处向水膜较薄处移动,植物可以利用此水。
但由于这种水的移动非常缓慢（0.2-0.4mm/d),不能及时供给植物生长需要，植物可利用的数量很少.当植物发生永久萎蔫时，往往还有相当多的膜状水。
三、毛管水当把一个很细的管子(毛细管)插入水中后，水分可以上升的较高于水平面,并保持在毛细管中。
毛管水：由于毛管力的作用而保持在土壤中的液态水。
毛管水可以有毛管力小的方向移向毛管力大的方向，毛管力的大小可用Laplace公式计算：P = 2T/r式中的P为毛管力，T为水的表面张力,r为毛管半径。
土壤水
第五章土壤水根据土壤水分所受的力作用把土壤水分类型分为如下几类：1吸附水，受土壤吸附力作用保持，可分为吸湿水和膜状水2毛管水，受毛管力的作用而保持3重力水，受重力支配，容易进一步向土壤剖面深层运动毛管悬着水：在地下水较深的情况下，降水或灌溉水等地面水进入土壤，借助毛管力保持在上层土壤的毛管孔隙中的水分，它与来自地下水上升的毛管水并不相连，好像悬挂在上层土壤中的一样毛管上升水：借助毛管力由地下水上升进入土壤中的水称为毛管上升水，从地下水面到毛管上升水所能到达的相对高度叫毛管水上升高度田间持水量：土壤毛管悬着水达到最多时的含水量。
在数量上包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水临界深度：指含盐地下水能够上升到达根系活动层并开始危害作物时的埋藏深度土壤水的有效性：土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。
不能被植物吸收利用的水称为无效水，能被植物吸收利用的水称为有效水。
其中因其吸收难易程度不同又可分为速效水和迟效水。
萎蔫系数：当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土壤含水量，它因土壤质地、作物和气候等不同而不同土壤有效水最大含量：通常把土壤萎蔫系数看作土壤有效水的下限，土壤持水量视为土壤有效水的上限。
质量含水量：土壤中水分质量与干土质量的比值容积含水量：单位土壤总容积中水分所占的容积百分数Θv=Θm·ρ相对含水量：指土壤含水量占田间持水量的百分数土壤贮水量：一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量水深Dw：指在一定厚度以i的那个面积土壤中所含水量相当于相同面积水层的厚度Dw=Θv·h绝对水体积：一定面积一定厚度土壤中所含水量的体积，由D w·指定面积土壤水分含量测定1烘干法2中子法3TDR法土壤水的能态土水势：把单位数量纯水可逆地等温地以无穷小量从标准大气压规定水平的水池中移至土壤中某一点所需做功的数量。
土壤水总是从水势高处流向水势低处。
土水势各分势1基质势：由吸附力和毛管力所制约的土水势。
土壤含水量越低，基质势也越低。
第五节 土壤的水气热条件
2.土壤导热率
评价土壤传导热量快慢的指标。指面积
为1m2、相距1m的两截面上温度相差1K时， 每秒中所通过该单元土体的热量焦耳数。 单位：J/(m.K.s)土壤三相组成中，空气 的导热率最小，矿物质的导热率最大， 为土壤空气的100倍。水的导热率介于二 者之间。土壤越紧实，导热率越好。
（三）土壤空气和温度调节
3. 毛管水
靠土壤毛管引力而保持在土壤毛管孔隙 中的水叫毛管水，运动较快，不再受土粒引 力作用，是可以移动的自由水。是植物用水 的主要来源。毛管水所受的毛管引力在 0.625—0.01MPa，小于1.5MPa。
（1）毛管悬着水
指地形部位较高，不受地下水影响的地
区其土壤上层所保持的水分。当毛管悬 着水达到最大值时的土壤含量叫做“田 间持水量”，田间持水量是因土灌溉的 一个重要依据。
（二）、土壤热量
土壤的热量来源太阳辐射、生物热、地热。
1.土壤的热特性 （1）土壤热容量 重量热容量—单位重量土壤升高10K所需 的热量（J/g.K）容积热容量—单位容积土壤 升高10K所需的热量（ J/g.K）
土壤热容量的大小
决定于土壤固、气、液，由于固相变化不大，
而空气的热容量很小（水的1/3000），而水 的热容量很大，因此，土壤热容量的大小主 要决定于土壤含水量，土壤含水多，升高10 C所需要的热量大，降低10 C放出的热量也越 多。
二、土壤空气和土壤热量
（一）土壤空气
土壤空气是土壤三相组成之一，也是土 壤肥力因素之一。
1.土壤空气的特点
（1）CO2含量高于大气，O2含量低于大气
（2）常被水汽饱和，相对湿度高 （3）含有一定的还原性气体，H2S、CH4、H2 （4）土壤空气的组成处于变化之中，特别是 O2和CO2
土壤地理学 第5讲(空气、热量及其水分)
对植物无效
吸有
湿 水
无
风干土 烘干土
风干土重 烘干土重= ——————
1+吸湿水%
土壤吸湿水含量受土壤质地和空气湿度的影响。粘质 土吸附力强，吸湿水含量高，砂质土则吸湿水含量低；空 气相对湿度高，吸湿水含量高，反之则吸湿水含量低。
土壤空气在温度、气压、风、降雨或灌水等因素 的作用下整体排出土壤，同时大气也整体进入，称整 体交换。交换速度较快。 2. 气体扩散
它是指气体分子由浓度高（气压大）向浓度小 （气压低）处移动。交换速度较慢，气体扩散是气体 交换的主要方式。
土壤中不断进行的动植物呼吸作用和
微生物对有机质物的生物化学分解作用，使
土壤空气来源： 近地表大气 土壤微生物的呼吸和代谢 土壤水分的蒸发
一、土壤空气的组成特点
1．土壤空气中的CO2的质量分数高于大气 2．土壤空气中的O2质量分数低于大气 3．土壤空气的水汽的质量分数总是多于大气 4．土壤空气中有时有少量还原性气体 5．土壤空气成分随时间和空间而变化
二、土壤空气的更新（土壤空气与大气的交换） 1. 整体交换
得土壤空气中O2不断消耗和CO2逐渐累积， 其结果是土壤空气中O2、CO2浓度与近地层 大气中O2、CO2浓度之间差异的扩大，这样 必然引起O2、CO2气体分子扩散的发生，如 图 3-1所示。
图3-1 土壤空气与近地大气之间气体扩散过程示意图
土壤中O2的分压总是低于大气，而CO2的分压总 是高于大气。所以O2是从大气向土壤扩散，而 CO2则是从土壤向大气扩散，正如人不断呼出CO2 和吸进O2一样，因此，土壤气体交换被称为“土 壤呼吸”。
田间持水量(field moisture capacity): 毛管悬着水达最大量时的土
第五章土壤空气与土壤热量状况PPT课件
问题：土壤空气质量如何满足作物生长
需求的？
有资料表明：如果土壤不具备通气性，那 么，土壤空气中O2仅能够作物根系呼吸消 耗12～40个小时，可见，土壤气体更新是 多么重要。土壤是如何通气的呢？
.
19
二、土壤空气的更新
★土壤空气与大气的交换方式
气体扩散 整体对流
1. 气体扩散（90%）
气体分子由浓度高处→
各有其独立的运动发展变化规律各自与环境状况息息相关相互联系相互制自与环境状况息息相关相互联系相互制虽然它们均受土壤原始质地组成的强烈影响虽然它们均受土壤原始质地组成的强烈影响但也可以通过人为耕作施肥灌溉等措施但也可以通过人为耕作施肥灌溉等措施得到改善其中结构性的改善是关键
复习回顾 1、2
第五章 土壤空气与土壤热量
P114
土壤热平衡应用
S=Q±P±LE±R
农业生产中，常采用中 耕松土，地表覆盖，设 置风障，塑料大棚等措 施以调节土壤温度。
.
36
★ 2.土壤热量状况
①土温的日变化
土壤表层:
最低温出现于早晨5-6点 最高温出现在下午13-14点
表层变化幅度大，约每深10㎝可滞后 2.5-3.5小时,至40－100cm深处变化幅 度小甚至消失,
0.0209 1.9259
有机质 1.9259 2.5121
沙土是“热性
土”，粘土是
“冷性土”，为
P112
什么？
土壤水分 4.1868 4.1868 土壤空气 1.0048 0.0013
.
30
（二）土壤导热性
1.土壤导热率：
土 厚 1cm ， 两 端 温 差 1℃ 时 ， 每 秒 钟 通 过 1cm2土壤断面的热量。
第五章 土壤空气与热状况
4、对土壤热特性的影响因素：固、液、气三相物质比例 由下表可见，土壤水分热容量最大，土壤空气最小，而 矿质土粒和土壤有机质介于两者之间，而固体是相对稳 定的，则主要取决于土壤水分和土壤空气的含量。 所以，粘土：水分含量较高，早春季节解冻迟，土壤回 升慢，为冷性土； 砂土：水分含量低，早春土温回升快，为热性土。
三、土壤通气性（soil aeration） 土壤通气性（土壤透气性）：指土壤空气与近地层大气进行气
体交换以及土体内部允许气体扩散和流动的性能。
土壤通气性影响多种生物的生命活动，各种有机物质转化的化
学过程，根际呼吸，种子萌发，土壤病虫害的发生。
土壤通气产生的机制：
（一）、土壤空气扩散（Soil air diffusion） 指某种气体成分由于分压梯度与大气不同而产生的移动。它是 土壤空气与大气间进行交换的主要因素，原理服从气体扩散 公式： F＝－D· dc/dx F：单位时间气体扩散通过单位面积的数量； Dc/dx：气体浓度梯度或气体分压梯度； D：扩散系数，负号表示其从气体分压高向低扩散。
2、土壤水分调节：
减少土壤水分的损失；增加作物对降雨，灌溉水及土壤中 原有贮水的有效利用，同时包括对多余水分的排除等， 措施如下： （1）控制地表径流，增加土壤水分入渗；
合理耕翻：创造疏松的耕作层，保持土壤适当的透水性 以吸收更多的降雨和减少地表径流损失。 等高种植，建立水平梯田：改造地形，平整土地，减少 水土流失，梯田层层蓄水，坎地节节拦蓄 改良表土质地结构：增加土壤孔隙度，使蓄墒能力增强。
第二节
一、土壤热来源与平衡
土壤热状况
（一）土壤热来源
1、太阳辐射（solar radiation） 与所处的纬度有关，随纬度的提高，接受辐射减少；
第五章土壤水、热、气、肥及其相互关系
1.3.1.1吸湿水: 干燥的土粒由于分子引力和静电引力的 存在而从空气中吸收水份的性质称为吸 湿性，所紧密吸附的水分就称为吸湿水. 特点: <1>.吸湿水的数量与大气温、湿度有关, 大 气温度愈低、湿度愈大, 吸湿量愈大; 也与质地有关,质地愈重,吸湿性愈强,吸 湿量也愈大.
<2>.吸湿水受土粒引力极大{31～10000个大气 压},无溶解力,不导电,在土壤中不能自由运动, 与土粒作整体运动. 同时,植物根系的根吸力一般只有10～20个大 气压,所以吸湿水不能被一般植物吸收利用.
年变化 － （太阳辐射能的季节变化） 呈现两个阶段, 升温阶段, 2~7月; 降温阶段, 8~1月; 最高温7月, 最低温1月. 随土层加深年变幅也减小, 在5~20米处消 失.
影响土温的因素： 一切影响土壤热量收入或支出的因素最终都将 影响土壤温度的高低, 可分为环境因素和土壤 内部因素两大类. 环境因素: a. 土壤所处的纬度 随着纬度的增加, 太阳入射角减小, 单位面积土 壤得到的太阳辐射能减少, 故纬度越高, 土温越 低.
第 五 章 土壤水、热、气、 肥及其相互关系
土壤水、热、气、肥4大因素 ：
各有其独立的运动发展变化规律 各自与环境状况息息相关 共存于土壤体系中，相互联系、相 互制约的。
第 一 节
土壤热性质
1- 土壤的热量来源 土壤热量主要来自4个方面，太阳辐射能、地热、 生物热和化学热。 1-1 太阳辐射： 任何物体，温度高于绝对零度 (－273 ℃) 时, 都要以电磁波的方式向外辐射能量。 太阳表面温度高达6000 ℃, 它要以电磁波 的方式向外辐射大量能量, 这种能量是土壤热 量的主要来源, 一般每cm2每分钟可得到1.9 卡 的热量.
土壤水分、空气、热量(1)
2.土壤空气调节
• 对于一般旱作来说，发生通气不良、供氧不足的情况 很少。土壤通气不良主要发生在那些质地粘重、通气 孔隙度不足10％、气体交换缓慢的粘质土壤上。对于 此类土壤可采取合理耕作结合增施有机肥料，以改善 土壤结构、增加土壤通气孔隙。土体中水分过多不仅 空气容量减少，而且阻碍土壤空气与大气的气体交换， 这是地势低洼、地下水位高的易涝地区土壤通气性差 的主要原因，对此应加强土壤水分管理，建立完整的 排水系统，降低地下水位，及时排除渍涝。至于那些 主要是由降(灌)水量大而造成的土壤过湿、表土板结而 影响通气的，则应及时中耕、松土，破除地结皮等， 土壤通气性就会大大改善。
壤水的收人大于支出，则土壤水分含量增加；反之，土壤水的支出
大于收入，则土壤水分含量降低。在农业生产实践中，土壤水分平 衡的作用主要表现为：
①计算作物日耗水量 例如，某玉米地在6月15日灌水前根层土壤 含水量厚度为70mm，然后灌水55mm。6月25日测定同一根层的含 水量厚度为81mm，假设灌水后的这段时间内无降雨过程，也没有 土壤水分的深层渗漏，则在此期间玉米的日耗水量为：
• （1）土水势 • （2）土壤水吸力 • （3）土壤水分特征曲线
（1）土水势 土水势(soil water potential)表示土壤水分在土—水平衡体系 中所具有的能态。通常用水势(ψw)表示。由于土壤水分受到各 种吸力的作用，有时还存在附加压力，所以其水势必然与参 比系统不同，两者之差为土水势的量度。通常规定纯水池参 比系统的水势能为零，因此，土水势一般为负值，它主要由 以下几个分势组成。 基质势(matric potential) 通常用ψm表示。对于非饱和土壤 而言，由于基质吸力对水分的吸持，完成这一过程需要环境 对它做功，所以基质势为负值；而饱和的土壤水不受基质吸 持，故其基质势为零。
土壤学第5章
请注意：在不 同的情况下， 土壤总水势的 各分势组成是 不同的。
总水势： t=m+p+s+g
(2)、土壤水吸力：指土壤承受一定吸力情况下所处的能态。只包括 基质吸力和渗透吸力。
一般谈及的吸力是指基质吸力，其值与m相等，但符号 相反。
土 壤 水
第一节 土壤含水量
土壤含水量是土壤重要性状之一，在测定许多理化性质如O.M，养分 含量，以及农田排灌方面都要用到。土壤许多测定数据，都是以干土为基 础的(即在105-1100C下烘干重)，必须先测定含水量，将湿土换算成干土。
一、以水分重量占干土重量百分数表示---含水量(重量%) 土壤含水量(重量%) = (水重/干土重) x 100 = (W湿-W干)/W干 x 100 W湿=W干(1+含水量) W干=W湿/(1+含水量)
四、入渗、土壤水的再分布和土面蒸发
（一） 土壤入渗（soil water infiltration)** 一般是指水自土表垂直向下进入土壤的过程， 但也不排斥如沟灌中水分沿侧向甚至向上进入土 壤的过程。
影响因素：
一是供水速率， 二是土壤的入渗 能力 (入渗速率 —infiltration rate)
二、土壤持水曲线(土壤水分特征曲线)
定义：土壤水吸力与土壤含水量之间的相关曲线
影响因素 •质地 •结构 •温度 •滞后现象
土壤水分特征曲线的用途：
A、可利用它进行土壤水吸力和含水率之间的换算； B、土壤水分特征曲线可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布； C、土壤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； D、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要参数
土壤水分平衡、土壤空气的运动、土壤热量与土壤热性质
其土壤含水量的变化应等于其来水水增加，负值表示减少。
田间土壤水分收支示意图P 下渗水 D 降水灌溉 I上行水 U根据田间土壤水分示意图，可列出土壤水分平衡的数学表达式：P+l+U=E+T+R+In+D+△W式中:△W 表示计算时段末与时段初土体储水量之差(mm);公式中左侧为水分进入量；而右侧则为水分支出量。
当△W 为零时，说明，土层中水分无增无减，即收支平衡。
植物冠层截流 ln蒸腾、蒸发ET 径流损失 R动，并不断地与大气进行交换。
如果土壤空气和大气不进行交换，土壤空气中的氧气可能会在12~40h消耗殆尽。
土壤空气运动的方式有两种：对流和扩散。
（一）对流定义：是指土壤与大气间由总压力梯度推动的气体的整体流动，也称为质流。
土壤与大气间的对流总是由高压区流向低压区。
低压对流方向：高压总压力梯度的产生：气压变化、温度梯度、表面风力、降雨或灌溉、翻耕。
土壤空气对流方程式:q v = -(k /η) ▽pq v—空气的容积对流量（单位时间通过单位横截面积的空气容积);k —通气孔隙透气率;η —土壤空气的粘度;▽p —土壤空气压力的三维梯度。
空气对流量随着土壤透气率和气压梯度的增大而增大。
（二）扩散定义：在大气和土壤之间CO2和O2浓度的不同形成分压梯度，驱使土壤从大气中吸收O2，同时排出CO2的气体扩散作用，称为土壤呼吸。
是土壤与大气交换的主要机制。
扩散过程气相扩散液相扩散通过充气孔隙扩散保持着大气和土壤间的气体交流作用通过不同厚度水膜的扩散（二）扩散这两种扩散过程都可以用费克（Fick）定律表示：qd = - Ddc/dxqd — 扩散通量（单位时间通过单位面积扩散的质量);“-”— 表示方向D — 在该介质中扩散系数（其量纲为面积/时间);dc/dx — 浓度梯度对于气体来说，其浓度梯度常用分压梯度表示：qd = - (D/B) (dp/dx )B — 偏压与浓度的比扩散系数D值的大小取决于土壤性质,通气孔隙状况及其影响因素(质地、结构、松紧程度、土壤含水量等)（一）土壤热量来源太阳辐射能：土壤热量的最根本来源。
第05章+土壤物理性质(质地和结构)
生物作用
胶结作用
团粒结构形成机制
冻融交 替
水膜的粘 结作用
胶体的凝聚作用
（1）生物作用
根系的穿插作用: 根系的挤压作用: 使大土团破碎成小土团 使小土团组合为大土团
频繁反复的穿插和挤压，易形成团粒结构。
（2）土壤干湿交替作用
湿润土块在干燥过程中由于胶体失水而收缩 干燥土块因吸水而膨胀 使土体出现裂缝而碎，促进各种结构体的形成。
卡庆斯制：二级
国际制：
根据砂粒(2-0.02毫米)、粉粒(0.02-0.002毫米)和粘粒 (<0.002毫米)三粒级含量的比例，划定12个质地名称，可 从三角图上查质地名称。
查三角图的要点 以粘粒含量为主要标准， <15%者为砂土质地组和壤土质地组; 15％－25％者为粘壤组; >25%者为粘土组。 土壤含粉粒>45 --“粉 质” ； 砂粒含量在55%-85%-“砂质”
常见的土壤粒级制 卡钦斯基制 (1957) 石 砾 粗砂粒 物 理 性 砂 粒 物 理 性 粘 粒 粘 粒 粗粘粒 细粘粒 胶质粘粒 粘 粒 粘 粒 粗粉粒 粉 中粉粒 细粉粒 粒 粉 粒 细砂粒 极细砂粒 细砂粒 中砂粒 美国农部制 (1951) 石 砾 极粗砂粒 粗砂粒 中砂粒 细砂粒 粗砂粒 国际制 (1930) 石 砾
3、壤质土主要特性：
•
水、气：大小孔隙数量适中，通气透水性良好
• 热：含水量适宜，土温比较稳定 • 肥：养分含量多，保肥性能好 • 耕性：耕性良好，宜耕期长
砂粘适中，消除了砂土类和粘土类的缺点， 是农业生产上质地比较理想的土壤
将砂质土、壤质土、粘质土基本肥力性状比较如下：
（一）砂质土 农民称白土、白塘土，广泛分布于我国北方，它通
第四、五章 土壤水、空气、热量
生物 昆虫、各种原生动物、藻类、各种微生物等
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容积含水量＝质量含水量×土壤容重
3、土壤水贮量
4、土壤相对含水量
在生产实际中常以某一时刻土壤含水量占该土壤田间持 水量的百分数作为相对含水量来表示土壤水分的多少。
土壤相对含水量= （土壤含水量/土壤田间持水量） ×100%
土壤含水量以田间持水量的60－80% 时为最适宜旱地作物的生长发育
二、土壤墒情（含水量）
所以，在相同 条件下，粘土 保持水分多但 对植物的有效
性最差
土壤含水量随吸 力的增加而下降
相同水吸力下，粘土含 水量最高，砂土最低
第五节 土壤水分状况与水分平衡
一、土壤水分状况 1、 作物对土壤水分的需求 2、 土壤水分影响作物对养分的吸收
土壤水分状况直接影响作物对养分的吸收 土壤中有机养分的分解矿化离不开水分 施入土壤中的化学肥料只有在水中才能溶解 养分离子向根系表面迁移、作物根系对养分的吸收都必 须通过水分介质来实现
墒情的种类：
旱地不宜耕种
1、汪水：过湿，有积水
不宜进行耕作
2、黑墒：手捏土易成团，扔在地上不散开
3、黄墒：手捏土易成团，扔在地上一半适散宜开旱地耕种
4、潮干土：手捏土不成团，容易散开
5、干土
应设法灌水补墒
不宜耕种
第二节 土壤水分研究的形态学 与能态学
一、土壤水分研究的形态学类型与性质
（一）土壤水分的保持
第四章 土壤水
土壤水分实质是稀的土壤溶液，是作物吸 水的重要给源
第一节 土壤水的基础知识
一、土壤水分含量的表示方法
1、土壤质量含水量
湿土质量－干土质量
土壤质量含水量（g/kg）＝
105 ℃条件下烘干至恒重的土壤
土壤水、空气和热量
1、吸湿水
--- 干燥土粒通过分子引力和静电引力的作用，从 空气中吸持汽态水，使之在土粒表面形成一或 数分子层厚的水膜，称为吸湿水。 ---没有溶解溶质的能力，不能呈液态自由移动， 只有加热到105-110°C时，才呈气态扩散。不能 被植物吸收利用。 ---质地粘重、有机质含量高的土壤，吸湿水含量 高。 ---土壤空气湿度达到近100%时，土壤时湿水达到 最大量。此时的含水量称为吸湿系数。
（1）水深（Dw） 指在一定厚度（h）和一定面积土壤中所含水量相当于 同面积水层的厚度。 Dw= θv.h
单位可以用cm或mm，
（2）绝对水体积（容量）
指一定面积一定厚度土壤所含水量的体积，量纲为 L3 。 V方/公顷，
V方/亩
第二节、土壤水的能态
一、土水势
与自然界其它物体一样，土壤水具有不同数量和形 式的能量。
（1）毛管悬着水
降雨或灌溉以后，由于毛管力的作用而保留在土壤 上层的水分，称为毛管悬着水。 毛管悬着水达到最大量时的含水量，称为田间持水 量。 田间持水量是旱地土壤有效水的上限。
（2）毛管上升水
地下水随毛管孔隙上升而被毛管力保持在土壤中的 水份，称为毛管上升水。 当地下水位适当时，毛管上升水是作物所需水份的 重要来源。 毛管上升水达到最大量时的土壤含水量，称为毛管 持水量。
土壤水分特征曲线示意图
不同土壤的水分特征曲线 (低吸力脱湿过程)
五、土壤水分的有效性
土壤水分的有效性指土壤水是否能被植物利用及其 被利用的难易程度。 传统的水分形态学观点认为：旱地土壤水分有效性 的上限是田间持水量，下限是凋萎系数。
土壤水分能量观点认为：土壤水分有效性是一个与大 气条件紧密相连的问题，应该从土壤-植物-大气这个动 态系统来阐明土壤水分的有效性。 只要根系吸收水分的速率能平衡蒸腾损耗水分的速率， 植物就能正常生长，土壤水分就是有效的。 一旦根系吸水速率低于蒸腾速率，植物就失水，并且 迅速凋萎。此时土壤水分就是无效的。
土壤水 空气和热量之间的关系
土壤水空气和热量之间的关系
土壤是地球表面的一个重要组成部分，土壤水、空气和热量是土壤中三种最基本的物质。
它们之间的相互作用直接影响着土壤的生态环境和农业生产。
在这种相互作用中，土壤水起到了调节土壤温度、供应植物生长所需的水分和养分的作用；空气则影响了土壤的通气性和滞留气体的能力，而热量则决定了土壤的温度和热能传递能力。
土壤水、空气和热量之间的关系是相互影响、互相制约的。
其中，水分是土壤的重要组成部分，它所占的比例约为50%左右。
土壤的水分状况直接影响着土壤中微生物的代谢和植物的生长。
适当的土壤水分可以保持土壤的透气性和含氧量，同时也可以提供植物生长所需的水分和养分。
而过多或过少的土壤水分则会影响土壤的温度和通气性，导致植物死亡或者土壤退化。
土壤中的空气对于维持土壤生态环境和植物生长也非常重要。
土壤中的空气可以保持土壤的透气性，促进微生物的代谢和植物的吸收作用，同时也可以活化土壤中的养分。
然而，过度的压实和涝灌等原因都会导致土壤中空气的减少，进而影响植物的正常生长。
因此，在农业生产中，保持土壤的透气性是十分重要的。
综上所述，土壤水、空气和热量之间是相互作用、互相制约的关系。
在农业生产中，我们应该合理利用这些资源，加强土壤保育工作，提高土壤的质量和增加农作物的产量。
同时，我们也应该加强对土壤水、空气和热量之间相互作用的研究，探究更加科学的农业生产方式。
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土 壤 水 吸 力
影响因素 •质地
粘土 砂土 壤土
•结构 •温度
•滞后现象
0 10 20 30 40 50 60 70
土壤含水量%
机理：墨水瓶效应 砂土比粘土明显
影响因素
质地： 结构： 温度： 干湿 变化：
实用价值:
①可利用它进行土壤水吸力Ｓ或含水率θ之间的 换算。 ②土壤水分特征曲线可以间接地反映出土壤孔隙 大小的分布。 ③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。 ④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要参数。
3）土壤水分能态的定量表示方法
Represents of soil water energy status
土水势的定量表示方法是以单位数量（单位质量、单位 容量或单位重量）土壤水分的势能值为准。
土水势标准单位：帕(Pa)、千帕(kPa)、兆帕(MPa)
习惯上使用的单位：大气压(atm)、巴(bar)、水柱高度 pF值：水柱高度厘米数的负对数
4、全容水量 土壤完全为水所饱和时的含水量，此时土 壤水包括吸湿水、膜状水、毛管水和重力水。 水分基本充满了土壤孔隙，pF=0 在自然条件下，水稻土、沼泽土或降雨、 灌溉量较大时可达到全容水量。
三、土壤水分的有效性
1、土壤水的有效性 土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸 收利用及其难易程度。
毛管悬着水： 下雨或灌溉后，由地表进入土壤中、 保存在土壤中的毛管水（西山地区） 毛管上升水： 土壤中受到地下水源支持并上升到 一定高度的毛管水。水分分布是在毛 管水上升高度范围内由下往上逐渐减 少。
• 特点：
（１）可以自由移动；
（２）溶解养分能力；
（３）植物有效。
其大小取决于：
地下水水位（地下水位较高，如盐碱土） 毛管孔隙状况
张力计法(负压计或湿度计)，测定水不饱和土壤的基
质势或基质吸力。
张力计法适用范围80/85kPa以下，超过此范围，空气进入陶土管而失 效。 旱地作物可吸水的吸力范围多在100kPa以下，故张力计有一定实用价 压力膜法：根据土壤在不同压力下排水的原理测定，可 值。
测水吸力1~20bar。
5）土壤水分特征曲线
三种吸引力：
土粒的吸附；
毛管引力；
重力
土壤水分的保持
三种吸附力： • 水分子与固体颗粒表面的氧元素的形成氢键－吸附力 强，距离短； • 胶体表面带电形成的静电场，水分子定向排列---有效 距离长，但作用力弱，受比表面积，胶粒及吸附离子 种类的影响）； • 土粒孔隙水和空气界面上的弯月面力（土壤承受着一 种张力---毛管力）。
土壤水吸力(S)与含水量(θ)关系的经验公式：
S aθ b 或 S a(θ/θ s )b S Α(θ s θ) n /θ m
式中： S——水吸力（Pa） θ——含水量（%） θs——饱和含水量（%） a、b、A、n、m为相应 的经验常数
Soil water suction (S)
Soil water content (θv)
Pressure potential 压力势 Ψ p
土壤水饱和情况下，由于受压力而产生的。一般为正值。
标准状态水的压力为1个大气压，但如果土壤中有水柱或水层， 土壤水所受到的压力在局部地方就不一定为1个大气压，就有一定的静 水压。 悬浮于水中的物质也会产生一定的荷载压。
2）土壤水吸力
Soil water suction
数量 法
吸湿水(紧束缚水)
吸附水(束缚水)
土 壤 水 的 类 型
受土壤吸附力作用而保持 膜状水(松束缚水)
毛管水
受毛管力作用而保持
重力水
受重力作用
水汽
土壤
1、吸湿水
土壤颗粒具有吸收空气中水气分子的能力，土壤以这 种方式所吸着的水，称为吸湿水。 决定其大小因素：土壤颗粒表面积、空气相对湿度 一般地：
凋萎系数=吸湿系数*1.34
不同质地土壤的萎蔫系数
土壤质地 萎蔫系数
粗砂壤土 0.96～ 1.11
细沙土 2.7～3.6
砂壤土 5.6～6.9
壤土 9.0～ 12.4
粘土 13.0～ 16.6
3、田间持水量 当土壤被充分饱和后，多余的重力水已经渗 漏，渗透水流已降至很低甚至停止时土壤所持 的含水量。 吸湿水、膜状水和毛管悬着水的全部，土壤 持水的最大可能性，与自然含水量不同。 水吸力为0.1~0.2个大气压，pF在2~2.5 田间持水量=吸湿系数*2.5 测定方法（野外）：
Solute potential 溶质势 Ψs
也称渗透势，由土壤水中溶解的溶质所产生。一般为负值。
土壤水不是纯水，其中有溶质，而水分子是极Байду номын сангаас分子，与溶质之间可 产生静电吸附，产生Ψs。(存在半透膜时对水分运动起作用）
Gravitational potential 重力势 Ψ g
由重力作用产生的水势。如果土壤水在参照面（地下水位） 之上，则重力势为正，反之，重力势为负。
第一节
土壤水
soil water 一、土壤水分类型
Soil water types
土 壤 水 分 研 究 方 法
能量 法
从土壤水分受各种力作用后自由能的 变化研究水分的能态和运动、变化规 土壤—植物—大气连续体（SPAC) 律。 按照土壤水分受不同力的作用而研 究水分的形态、数量、变化和有效 性。 简单、实用
有效水
多余水
土壤质地对有效水范围的影响
土壤质地 田间持水量 萎蔫系数 松砂土 砂壤土 中壤土 轻粘土 4.5 12.0 20.7 23.8 1.8 6.6 7.8 17.4 有效含水范围 2.7 5.4 12.9 6.4
有机质对有效水范围的影响
类 型 壤 土 泥 炭 1/2壤土＋1/2泥炭 4/5壤土十1/5泥炭 持水当量 20.0 166 31 21.6 萎蔫含水量 7.1 82.3 14.5 8.5 有效含水范围 13.l 83.7 16.5 13.l
二、 土壤水分常数
土壤水分常数：又叫水分特征值，它是一些与植物吸收 水分有关系的数值。
1、吸湿系数（最大吸湿水量）
在相对湿度接近饱和空气时，土壤吸收水汽的最大 量与烘干土重量的百分率。 土壤含水量等于吸湿系数时，水吸力为31个大气压， pF=4.5（下节讲）
2、凋萎系数 当植物产生永久凋萎是的土壤含水量。 此时土壤水主要是全部的吸湿水和部分膜状 水。土壤含水量等于凋萎系数时水吸力约为 15个大气压，pF=4.2
H = 75/d
4、重力水
降水或灌溉后，不受土粒和毛管力吸持，而在重力作用下 向下移动的水，称为重力水。植物能完全吸收重力水，但由 于重力水很快就流失（一般48h就会从土壤中移走），利用 率很低。
5、地下水
在土层或很深的母质层中，如果有一个不透水层存 在，那么在这层就会聚集起水分，这就是地下水。 在干旱条件下，土壤水分蒸发快，如地下水位过高， 就会使水溶性盐类向上集中，使含盐量增加到有害程 度，即所谓的盐渍化 在湿润地区，如地下水位过高，就会使土壤过湿， 植物不能生长，有机残体不能分解，这就是沼泽化。
Soil water characteristics curve
土壤水的能量指标(基质势或水吸力)与数量指标(容 积含水量)的关系曲线。
随着土壤含 水量的减少其水 吸力增大，基质 势降低，植物根 系吸水难度增大， 水分有效性降低。
Soil water suction (S)
Soil water content (θv)
土壤水承受一定吸力情况下的能态。
水吸力只相当于土水势的基质势和溶质势，数值相等，
符号相反。
基质势和溶质势一般为负值，使用不方便，故将其取 为 正 数 ， 定 义 为 吸 力 (S) ， 分 别 称 为 基 质 吸 力 (matric suction)和溶质吸力(solute suction)。 在土壤水分的保持和运动中，不考虑ψs ，故一般水 吸力指基质吸力，其值与ψm相等，符号相反。 溶质吸力只在根系吸水(有半透膜存在)时才表现出来。
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2 土壤水的能态
Energy status of soil water 1）土水势及其分势
Soil water potential and its sub-potential
Soil water potential 土水势
为了可逆地等温地在标准大气压下从在指定高度的 纯水水体中移动无穷小量的水到土壤中去，每单位数 量的纯水所需做功的数量。
由于引起土壤水势变化的原因或动力不同，土壤水势 (Ψt)分为：基质势(Ψm) 、压力势(Ψp) 、溶质势(Ψs) 和重力势(Ψg)等。 土壤水势是各分势之和:
Ψt=Ψm+Ψs+Ψg+Ψp Matric potential 基质势 Ψm
也称基模势，是由土粒吸附力和毛管力所产生的。一般情况 下为负值；土壤水完全饱和情况下为最大值——零。 在土壤水不饱和的情况下，非盐碱化土壤的土水势以Ψm为 主。
第五章 土壤水、空气和热量
土壤水的重要性：
所有的水只有进入土壤转化为土壤水，才能被植物吸 收利用。土壤水是作物吸水的最主要来源。 土壤水是土壤的最重要组成部分之一；
土壤水是土壤形成发育的催化剂；
土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土壤水实际上是 指在105℃温度下从土壤中驱逐出来的水。
土壤水：是一种稀薄的溶液，存在于 土粒的表面和土粒间的孔隙中。
15.2
6.33
0.4~0.8 0.05~0.5 毛 管 联 系 破 裂 含 水 量
0.08
0.001
105 烘 干 重
吸 湿 系 数
凋 萎 系 数
最 大 分 子 持 水 量
田 间 持 水 量
毛 管 持 水 量