第2章 土壤水的保持和运动1

• 2. 凋萎系数(permanent wilting percentage, permanent wilting coefficient) • 概念：植物产生永久凋萎（ permanent wilting，ultimate wilting）时的土壤（最大)含水量较萎蔫系数，也叫凋萎 含水量。 • 意义：（1）表明植物可利用土壤水分的下限，土壤含水 量低于此值，植物将枯萎死亡。也就是土壤水分有效性的 下限值。 • （2）制定灌溉制度的下限 • 测定方法: • (1) 幼苗法：农业上常用向日葵作为直接测定凋萎系数的 植物。 • (2) 测定15bar含水量：
• 5. 田间持水量（field capacity): • 概念：毛管悬着水达到最大数量时，土壤的含水 量叫田间持水量，也有人叫田间稳定湿度。 • 给土壤充分灌水后，及时覆盖地表，防止蒸发， 让其平衡2~3天，到土壤湿度基本稳定后测得的土 壤含水量。 • 特点： 降雨或灌溉后，大孔隙中的重力水已经排 除，渗透水流已降至很低或基本停止时土壤所吸 持的水量，也是以重量百分率表示。所吸持的水 相当于吸湿水、膜状水和悬着水的全部。此时的 土壤含水量约为吸湿系数的2.5倍，水吸力在0.3大 气压之间。也有人叫1/3bar含水量。
三、土壤水分的形态与性质
固态水 冬季土壤结冰时存在 土壤水 气态水 存在于土壤空气中 受土粒分子引力 液态水 受毛管力作用 受重力作用 吸湿水 膜状水 毛管悬着水 毛管上升水 重力水 地下水
汽态水(Vapor)
存在于土壤空隙中的水汽
吸着水(Hygroscopic water):吸湿水和薄膜水
吸湿水:紧束在 土粒表面，不 能自由移动
• 2. 膜状水 土粒吸持空气中的水汽达到饱和后， 土粒表面还有剩余的分子引力，这时如果土粒表 面与液态水接触，土粒能够进一步吸附液态水。 土粒靠分子引力吸持的液态水，在土粒吸湿水外 围形成薄的水膜。称为膜状水。 • 性质： • ①膜状水被土粒吸持的力为0.625-31Mpa （316.25大气压）。 • 所受引力大于常态水。由于一般植物根的吸水力 平均为1.5×106Pa ，所以超过土粒吸持力 1.5×106Pa的那部分膜状水就不能被植物利用。 • ②平均密度为1.25 g/cm3。
6.毛管持水量：毛管上升水达到最大数量时，土壤 含水量称之。也有人叫1/10bar含水量, 毛管水对 于作物来讲，是完全有效水。 7. 饱和含水量（saturated water content):也叫全蓄 水量，全持水量：土壤所有孔隙充水时土壤的含 水量。
不同质地土壤的水分常数
水分常数 质地名 称 质量含水量（%） 吸湿系 数 1～2 1～2 2～3 2～3 萎蔫系 数 4～6 4～9 6～10 6～13 15.0 12～17 田间持 水量 16～22 22～30 22～28 22～28 22～28 28～32 25～35 30～35 饱和持 水量 30～40 28～40 30～38 28～38 32～40 35～40 38～42 吸湿系 数 2～3 2～3 3～5 3～4 容积含水量（%） 萎蔫系 数 5～9 6～12 8～15 9～18 20.0 17～24 田间持 水量 26～32 32～42 30～36 30～35 32～42 40～45 35～45 40～50 饱和持 水量 45～52 40～52 44～54 40～50 45～54 48～53 48～55
• 影响土壤吸湿水含量的因素: • ①土壤空气湿度。土壤空气湿度愈大，吸湿水量 土壤空气湿度 愈多。当大气相对湿度达到饱和时，土壤的吸湿 水达到最大量，这时吸湿水占土壤干重的百分数 称为土壤最大吸湿量或土壤吸湿系数。 • ②土壤质地和有机质含量。土壤颗粒细、质地粘 土壤质地和有机质含量。 重、有机质含量高的土壤，因其比表面积大，土 壤的最大吸湿量就大，反之，则较低。 • ③土壤含盐量及盐类成分。土壤含盐量高，其最 土壤含盐量及盐类成分。 大吸湿量大，尤其是含氯化钙、氯化镁等吸湿性 强的盐类土壤，最大吸湿量更大。
• 由于植物根系的渗透压一般只有15个大气压，因 此，吸湿水对植物是一种无效水。 • 土壤在水汽相对饱和的环境中（相对湿度 100%）吸持水分子可达到最大量，此时土壤的含 水量称为最大吸湿量或吸湿系数（大概有15-20层 水分子，厚度4-8nm），不同土壤吸湿系数不一 样。 • 一般粘土>壤土>砂土， 另外吸湿系数大小还与测 定时温度有关，温度高，吸湿系数小。
• 5. 毛细现象 • 管径很细的管子叫毛细管。将毛细管插入液体内，管内外 液面会产生高度差。如果液体能润湿管壁，管内液面升 高；如果液体不能润湿管壁，管内液面反较管外低。这一 现象叫做毛细现象。
毛细管内液体上升高度与毛细管 管径成反比，管径愈细，液体上 升高度愈大。
• 6. 液体的粘滞性 • 液体具有易流动性，静止时不能承受切力抵抗剪切变 形。但在运动状态下，液体就具有抵抗剪切变形的能 力，这就是粘滞性。在剪切变形过程中，液体粘滞性使 液体内部出现成对的切力(也称内摩擦力)，其作用是抵 抗液体内部的相对运动，从而影响液体的流动状况。液 体的粘滞性也是液体中发土机械能量损失的根源。
二、水的几个物理性质
• 1. 水分子的结构 • 水分子中氢氧原子的不对称排列，造成水分子中静电荷的 不平衡，从而形成一个电偶极体或极性分子。也会形成氢 键。 • 2. 表面张力 • 液体表面中每个分子都受到垂直于液体表面并且指向于液 体内部的不平衡力的作用，由此造成液体表面分子向内部 收缩的趋势。 • 液体表面张力与温度有关。温度愈高，液体表面张力愈 • 小。表面张力也与液体纯度有关，在纯净液体中掺进杂 质，表面张力就大为减少。表面张力还与液体化学性质有 关。但与液面的压力大小无关。
பைடு நூலகம்
2.2 土壤水分常数及土壤含水量
• 一、土壤水分常数 • 水分常数（soil water constant）：在一定条件下 （状态下）土壤的特征含水量。完全依赖于土壤本 身特性的含水量。 • 水分常数，并非是一个点，而是一个极小的含水量 范围。 • 1. 吸湿系数（吸湿水含量）hygroscopic coefficient：当土壤固相颗粒的表面吸附作用与解 吸作用达到平衡后，土壤含水量。 • 最大吸湿量(maximum hygroscopicity): 在空气 相对湿度饱和的情况下，土壤颗粒表面对水汽分子 吸附与解吸达到平衡后，土壤含水量。 • 最大吸湿量测定：用剩有10%H2SO4干燥器进 行，相对湿度96~98%（25℃）
• 3. 最大分子持水量（maximum molecular moisture)：当膜状水达到最大数量时的土壤含水 量。它一般相当于最大吸湿量的2-4倍。 • 4. 毛管断裂含水量：毛管水分运行速度很快，当 地表蒸发时，下层水分沿毛管向上移动，补充地 表水分损失，当含水量降低到一定水平，毛管水 分就失去了连续性，在一些较大孔隙充有空气阻 隔水分移动，这时土壤含水量叫毛管断裂含水 量。 • 毛管断裂含水量相当于田间持水量的60-70%左 右。也是人们常说的水分胁迫点。
毛管水（Capillary Water) 受毛管力的 作用保持在土壤中的 水分
毛管水的物理解释
表面张力作用
水分子相互间的粘着力 （Cohesion）与毛管（土粒）表 面对水的吸附力（Adhesion）的 共同作用
毛管水的上升高度：毛管 力与重力的作用结果 πr2hdg=2πrTcosα
r
T α
• 4. 重力水（gravitational water）。 • 受重力明显作用而移动的水分，叫重力 水。 • 特点：所受的吸力为0.1（0.3）~0bar。 主要发生在大孔隙中。重力水对作物的有 效性为临时有效水。它在土壤中保存的非 常短暂，向下流动补充到了地下水中，它 容易产生养分淋失，污染地下水的质量。 • 饱和含水量（saturated water content): 也叫全蓄水量，全持水量：土壤所有孔隙 充水时土壤的含水量。 • 问题：饱和含水量（容积）与土壤孔度关 系？（条件；非胀缩性土壤）
第2章 土壤水的保持和运动
“水是生命之命脉”。 土壤水分是土壤最为重要的组成部分，它在土壤形成、 土壤的演化过程中起到极为重要作用；水是土壤中一系列过 程进行的媒介。土壤水是土壤微生物、植物的最主要的水 源。土壤水分状况是土壤肥力的最重要的因素之一。 农谚说：有收无收在于水，收多收少在于肥。 我国是水资源贫乏的国家，北方属于缺水的旱地农业， 占52%左右。北方主要主要是发展节水农业（土壤保水）； 南方季节性缺水和洪涝灾害频繁发生，主要问题需要进行排 水除涝。
• 3. 弯曲液面下的附加压强 • 与水平液面所受的压强比较，弯曲液面对液体内部都施以 附加压强；在凸面情况下，这一附加压强为正，在凹面情 况下，附加压强为负。
• 4. 浸润现象 • 附着力大于内聚力，液体就能产生润湿固体的现象；附着 力小于内聚力，液体就不能产生润湿固体的现象。
• 在液固接触处，液体表面的切面和固体表面所成的角 (在液体内部从液面的切线算起)，称为接触角。对于 能润湿面体的液体．接触角是锐角；对于不能润湿固 体的液体，接触角是钝角。接触角为0时，叫完全湿 润；接触角为π 时，叫完全不润湿。水、酒精对玻璃 的接触角几乎为零，水银对玻璃的接触角约为1400。 • 在圆形的管子里，能润湿面体的液体表面呈凹形，不 能润湿固体的液体表面呈凸形。这种弯曲的液面称为 弯月面。
• ③冰点约为－4℃，微有溶液能力。 • ④膜状水虽不能在重力作用下移动，但本身可以 从水膜厚处向水膜薄处移动，但速度非常缓慢， 一般为0.2－0.4 mm/小时。 • 当土壤含水量减少到土粒对水分子的引力等于或 大于1.5×106Pa时，植物会因无力吸水而发生永 久性凋萎，土壤对水分子引力等于1.5×106Pa （15巴）时的土壤含水量称为永久萎焉点或凋萎 系数。 • 凋萎系数=吸湿系数×1.5（经验公式）当膜状水 达到最大量时土壤的含水量叫土壤最大分子持水 量。
2.1 土壤水分的形态与性质 一、土壤水分的概念
关于土壤水分的概念需要强调以下几点： （一）土壤水分并非纯水，而是溶解有各种有机无机物质的稀溶 液。 （二）土壤水是指在105~110℃情况下，从土壤中能够被烘出来的 水分总和。土壤水分不包含矿物晶架结构内的结晶水。测定土壤 水分含量时，烘箱温度必须控制在这个温度范围，直至烘至恒 重。---界定了土壤水分的范围 （三）土壤水分均是来自于自然界降水、灌溉、或地下水的上升 等，保蓄在土壤当中。土壤水虽然来自于自由水，但又与自由水 从许多性质方面有所不同。 （四）土壤水与大气水、地表水、植物水、地下水处于平衡与交 换状态，（五水转化），成为生态环境的主要影响因素。
吸着水的物理解释 土粒表面对水分子的 吸附力（Adhesion） 和水分子之间的粘着 力（Cohesion）作用
• 3. 毛管水。土壤孔隙借弯月面力（即毛管力）而 保持的水分，称为毛管水。毛管水实际上包括吸湿 水、膜状水和毛管水的总和。 • 性质：①毛管水所受力6.25×105Pa－104Pa （6.25－0.1atm）在之间，比一般作物根系渗透 压要低的多，可全部被作物所吸收利用。 • ②毛管水的基本上和自由水有相同的移动速度，可 达10－300mm/小时，对作物根系吸水补给迅速。 • ③毛管水溶有各种养分，是土壤中最有效的水分。 ③毛管水溶有各种养分，是土壤中最有效的水分
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毛管现象的演示
• 根据毛管水与地下水是否相连接，可将毛管水分 成： • 1、毛管悬着水：地下水位较深，土壤上层的毛管 水与地下水不直接相连，因而不受地下水源补给 的毛管水，好像悬着在上层土壤的毛管孔隙中称 为毛管悬着水。 • 毛管悬着水达到最大量时土壤的含水量称为田间 持水量。 • 2、毛管上升水：土壤中受地下水源补给并上升到 一定高度的毛管水。当表层土壤水分被蒸发、蒸 腾而消耗后，地下水可沿毛管上升，使地表水不 断得到补充。 • 毛管上升水达到最大量时的土壤的含水量，称为 毛管持水量。
薄膜水：吸附于 吸湿水外部，只 能沿土粒表面做 微小的移动
• 1. 吸湿水 • 干燥的土粒靠分子引力从土壤空气中吸持的气态 水称为吸湿水。干燥的土粒具有吸附空气中气态 水分子的能力，这种能力是由于颗粒表面存在自 由能并带有电荷，而水分子是偶极分子的缘故。 • 性质： • ①紧靠土粒表面的水分子受到的吸持力范围从 109Pa－3.1×106Pa（10000－31大气压） • ② 密度1.2－2.4g/cm3，平均1.5g/cm3，表现出 固态水的性质。 • ③冰点低至-7.8℃，不能移动，没有溶解能力。