第5章.土壤水ppt
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河海大学811水文学原理第五章 土壤水与下渗123
第三节 土壤水分运动基本方程
教学目标： 土水势中各分势和总势。 滞后现象 分析质地和结构对土壤水分特征曲线影响。
一、土水势
1、土水势：土壤水的势能称土水势。 它是土壤水与标准参照状态下的水相比较所具有的
特定势能。 说明：标准参照状态：一定高度处，与土壤同温度
下承受一个标准大气压或当地大气压的状态。 土水势是一个表示土壤水势能的相对指标。
毛管力的方向，因土壤颗粒的排列十分复杂，故可能具 有任何方向。
H不大于3~4米
毛细管的直径在0.1~0.001mm最明显。
（三）重力
重力 土壤中水分受到的地心引力称为重力，其 作用方向总是指向地心，近似地可认为垂直向下。
二、土壤水类型
土壤中存在的液态水分，根据作用力的情况，可 分为束缚水和自由水两类。
1. 当土壤含水量大于此值时，毛管悬着水就能向土
壤水分的消失点或消失面转移，
2. 当土壤含水量小于此值，连续输移水分就会遭到
破坏，并将变为以薄膜水和水汽的形式进行。
3. 一般来说，毛管断裂含水量约为田间持水量的65
％。
Hale Waihona Puke 6、饱和含水量饱和含水量：土壤中所有孔隙均被水充满时的土壤含水量。 特点：
1. 若用容积含水率表示饱和含水量，则此时也等于孔隙度。 2. 饱和含水量与田间持水量之差即为受重力支配的自由重
1、最大吸湿量
在水汽达到饱和的空气中，干燥土壤的吸湿水达到 最大数量时的土壤含水量称为最大吸湿量，又称吸 湿系数。 （1）被吸附的水分子层的厚度相当于15—20个 水分子厚，约4—5um，其最外层的水分子所受到 的土壤颗粒的分子引力为31个大气压。 （2）不同粒径的土壤颗粒的最大吸湿量不同。
2、最大分子持水量
水 文 学 原 理(五土壤水)
HHU
第五章
土壤水
本 章 内 容
1 2 3 4
土壤的质地结构及“三相”关系
土壤水的存在形态 土壤水的能量状态
土壤水运动的控制方程
“土壤”是指地球表面风化的散碎外壳。是一种 由大小不同的固体颗粒集合而成的具有空隙或孔 隙的散粒体，属多孔介质。 “土壤水”则是指包含在土壤孔隙中的水分。地 球表面的土壤覆盖层是一个巨大的“蓄水库”， 全球蓄于土壤中的水量估计有16500km3 ，约为河 道蓄水量的8倍。 在水文循环中，土壤起着十分重要的调节和分配 水量的作用。 问题：水分是怎样被吸收到土壤中去的?进入土壤 中的水分是怎样储存、变化和运动的?
2 土壤水分特性曲线
——吸力与土壤含水量的关系，称为土壤水分特性曲线
土壤水分特性曲线
获得土壤水分特性曲线可以有两种做法：一是从干燥土壤
开始，在土壤吸收水分的过程中测定；二是从饱和土壤开 始，在土壤脱水过程中测定。
实验表明，在脱水过程中测定的土壤水分特性曲线位于上
方，在吸水过程中测定的土壤水分特性曲线位于下方，两 条曲线首尾大体重叠，但中间差别明显，犹如一个绳套。
3 非饱和水流运动的基本微分方程
V K ( )
V t
[ K ( ) ] [ K ( ) ] [ K ( ) ] t x x y y z z
只考虑垂向时：
[ K ( ) ] t z z
毛管断裂含水量： 毛管悬着水的连续状态开始断裂时的土壤含水量 田间持水量： 土壤中毛管悬着水达到最大时的土壤含水量
饱和含水量： 土壤中全部孔隙都被水充满时的土壤含水量
最大吸湿量
在水汽达到饱和的空气中，干燥土壤的吸湿水达
到最大数量时的土壤含水量称为最大吸湿量，又
第五章
土壤水
本 章 内 容
1 2 3 4
土壤的质地结构及“三相”关系
土壤水的存在形态 土壤水的能量状态
土壤水运动的控制方程
“土壤”是指地球表面风化的散碎外壳。是一种 由大小不同的固体颗粒集合而成的具有空隙或孔 隙的散粒体，属多孔介质。 “土壤水”则是指包含在土壤孔隙中的水分。地 球表面的土壤覆盖层是一个巨大的“蓄水库”， 全球蓄于土壤中的水量估计有16500km3 ，约为河 道蓄水量的8倍。 在水文循环中，土壤起着十分重要的调节和分配 水量的作用。 问题：水分是怎样被吸收到土壤中去的?进入土壤 中的水分是怎样储存、变化和运动的?
2 土壤水分特性曲线
——吸力与土壤含水量的关系，称为土壤水分特性曲线
土壤水分特性曲线
获得土壤水分特性曲线可以有两种做法：一是从干燥土壤
开始，在土壤吸收水分的过程中测定；二是从饱和土壤开 始，在土壤脱水过程中测定。
实验表明，在脱水过程中测定的土壤水分特性曲线位于上
方，在吸水过程中测定的土壤水分特性曲线位于下方，两 条曲线首尾大体重叠，但中间差别明显，犹如一个绳套。
3 非饱和水流运动的基本微分方程
V K ( )
V t
[ K ( ) ] [ K ( ) ] [ K ( ) ] t x x y y z z
只考虑垂向时：
[ K ( ) ] t z z
毛管断裂含水量： 毛管悬着水的连续状态开始断裂时的土壤含水量 田间持水量： 土壤中毛管悬着水达到最大时的土壤含水量
饱和含水量： 土壤中全部孔隙都被水充满时的土壤含水量
最大吸湿量
在水汽达到饱和的空气中，干燥土壤的吸湿水达
到最大数量时的土壤含水量称为最大吸湿量，又
第5章土壤环境质量评价环境土壤学ppt课件
Ⅱ类主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤， 土质基本上对植物和环境不造成污染、危害；
Ⅲ类主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿 场附近的农田（蔬菜地除外）土壤，土质基本上对植物和环境 不造成污染及危害.
本标准仅对土壤中镉、汞、铬、锌、砷、铜、铅、镍、六六六、DDT 10项指标做了规定，对其他重金属和难降解危险性化合物未做规定。
固体废弃物在掩埋或堆放过程中产生的渗出液、滤沥液进入土壤， 能改变土质和土壤结构，影响土壤微生物的活动，危害土壤环境。
矿业工程建设项目土壤环境影响识别
损失土壤资源 污染土壤环境：产生的粉尘、废气、废水、固体废 弃物等对土壤环境产生污染性的影响。 引发和加速土壤退化和破坏 ➢挖掘采剥改变了矿区的地质、地貌、植被等，加剧 了水土流失，从而引发土壤退化和破坏； ➢地震、崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害的发生， 加速了土壤的退化和破坏。
一般，一级评价的内容应包括以上各个方面，三级评价可利用现有资料和参照
类比项目从简，二级评价类似一级评价，但工作深度可视情况适当减少。
评价范围
①项目建设可能破坏原有的植被和地貌范围； ②可能受项目排放的废水污染的区域； ③项目排放到大气中的气态和颗粒态有毒污染物由于干或湿
沉降作用而受较重污染的区域； ④项目排放的固体废物，特别是危险性废物堆放和填埋场周
2.相关性原则：通过研究不同层次各子系统间的联系性质、方式及联系 的程度，判别环境影响的传递性，逐层逐级传递的方式、速度和强度。
3.主导性原则：必须抓住建设项目与区域经济发展中引起的主要土壤环 境问题。
4.动态性原则：土壤环境影响是一个不断变化着的动态过程。不同建设 阶段的环境影响的迭加性和累积性、影响的短期性与长期性、影响的 可逆性与不可逆性等都是不断变化的。
Ⅲ类主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿 场附近的农田（蔬菜地除外）土壤，土质基本上对植物和环境 不造成污染及危害.
本标准仅对土壤中镉、汞、铬、锌、砷、铜、铅、镍、六六六、DDT 10项指标做了规定，对其他重金属和难降解危险性化合物未做规定。
固体废弃物在掩埋或堆放过程中产生的渗出液、滤沥液进入土壤， 能改变土质和土壤结构，影响土壤微生物的活动，危害土壤环境。
矿业工程建设项目土壤环境影响识别
损失土壤资源 污染土壤环境：产生的粉尘、废气、废水、固体废 弃物等对土壤环境产生污染性的影响。 引发和加速土壤退化和破坏 ➢挖掘采剥改变了矿区的地质、地貌、植被等，加剧 了水土流失，从而引发土壤退化和破坏； ➢地震、崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害的发生， 加速了土壤的退化和破坏。
一般，一级评价的内容应包括以上各个方面，三级评价可利用现有资料和参照
类比项目从简，二级评价类似一级评价，但工作深度可视情况适当减少。
评价范围
①项目建设可能破坏原有的植被和地貌范围； ②可能受项目排放的废水污染的区域； ③项目排放到大气中的气态和颗粒态有毒污染物由于干或湿
沉降作用而受较重污染的区域； ④项目排放的固体废物，特别是危险性废物堆放和填埋场周
2.相关性原则：通过研究不同层次各子系统间的联系性质、方式及联系 的程度，判别环境影响的传递性，逐层逐级传递的方式、速度和强度。
3.主导性原则：必须抓住建设项目与区域经济发展中引起的主要土壤环 境问题。
4.动态性原则：土壤环境影响是一个不断变化着的动态过程。不同建设 阶段的环境影响的迭加性和累积性、影响的短期性与长期性、影响的 可逆性与不可逆性等都是不断变化的。
5 土壤水分
1.自然条件下，土壤含水量在时间、空间上都是剧烈的变化着，几乎很难达到一 种固定状态，因而，湿土的概念是一种瞬时状态，为了使各地或各时期土壤含水 量有一个可比性，寻求稳定的、标准的状态作基数非常重要。这里，只有烘干土 壤才是一种稳定状态。 2.用烘干土作基数表示土壤水分含量变化过程较为直观。 例如：某土壤湿时重为120g，烘干后为100g，分别用烘干土和湿土作基数，计算 土壤水分丢失1半后含水量变化： 水分丢失前
绝对水体积（方 亩） 水层厚土（H） 面积（亩） / 1 2000 H 1000 3 2 H 3
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（四） 相对含水量 (relative water content) 相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。正如空气相对湿度一样， 相对含水量说明土壤实际含水量的饱和程度（以田间持水量为标准）,在农业生 产中经常应用。用下式表示： 土壤自然含水量 土壤相对含水量（ ） % 100 田间持水量 注意：分子和分母的量纲要统一 分子和分母所表示的是同一种土壤。
Vw s s dw v Vs w b
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
三.土壤含水量的测定技术
土 壤 含 水 量 的 测 定 技 术 概 述
TDR法
（一）土壤含水量测定技术-烘干法 Methods of measurement for soil water content
由此可见：用烘干土作基数表示水分变化过程更为直观
100 w干 应用时注意：已知土壤样品含水量，由湿土折算成干土计算公式 100 m 今后凡表示土壤组成的百分数都应以烘干土中为基数！
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（二） 容积含水量 （volumetric water content） 容积含水量即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，以称为容积湿度，容积含 水量多用百分比表示，也用容积分数表示： 百分比形式可用下式表示： 水分容积 土壤容积含水量（ %） 100 土壤容积 V 其数学表达式为： w 100
绝对水体积（方 亩） 水层厚土（H） 面积（亩） / 1 2000 H 1000 3 2 H 3
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（四） 相对含水量 (relative water content) 相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。正如空气相对湿度一样， 相对含水量说明土壤实际含水量的饱和程度（以田间持水量为标准）,在农业生 产中经常应用。用下式表示： 土壤自然含水量 土壤相对含水量（ ） % 100 田间持水量 注意：分子和分母的量纲要统一 分子和分母所表示的是同一种土壤。
Vw s s dw v Vs w b
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
三.土壤含水量的测定技术
土 壤 含 水 量 的 测 定 技 术 概 述
TDR法
（一）土壤含水量测定技术-烘干法 Methods of measurement for soil water content
由此可见：用烘干土作基数表示水分变化过程更为直观
100 w干 应用时注意：已知土壤样品含水量，由湿土折算成干土计算公式 100 m 今后凡表示土壤组成的百分数都应以烘干土中为基数！
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（二） 容积含水量 （volumetric water content） 容积含水量即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，以称为容积湿度，容积含 水量多用百分比表示，也用容积分数表示： 百分比形式可用下式表示： 水分容积 土壤容积含水量（ %） 100 土壤容积 V 其数学表达式为： w 100
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.
土壤学第五章土壤水
1
pF值 0
kPa 1520
水柱高度 （cm）
pF值
15849
4.2
1
10
1
3141
21623
4.5
10
100
2
10133
100000
5
51
501
2.7
101325 1000000
6
101
1000
3
1013250 10000000
7
1013
10000
4
四、土水势的测定
张力计法、压力膜法、冰点下降法和水气压法等。 张力计(tensiometer)，又名负压计或湿度计，测定水 不饱和土壤的基质势或基质吸力。
和灌水量。
21
例：一容重为1g/cm3的土壤，初始含水量为12%，田间 持水量为30%，要使30cm土层含水量达田间持水量的80%， 需灌水多少（方/亩）？
解：田间持水量的80%为：30%×80%=24%
30cm土层含水达田间持水量80%时 水mm=(0.24-0.12)×1×300 =36(mm) 2/3×36=24(方/亩)
3. 温度 影响水的粘滞性和表面张力。土温升高，水的基质势
增大，有效性提高。 4. 水分滞后现象 土壤吸湿过程中，水吸力随含水量增加而降低的速
度较快。土壤脱湿过程中，水吸力随含水量减少而增大的 速度较慢。同一土壤的两种水分特征曲线不重合。砂质土 的滞后现象比粘质土更明显。
Water sorption curve soil water hysteresis
砂土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 粘土
田间持水量(%) 12 18
22
24
26 30
第五章 土壤水、热、气、肥及其相互关系土壤学课件
<2>.膜状水受固相引力的吸附较弱,一般为 6.25～31个大气压,在土壤中可极缓慢的移 动,(0.2～0.4mm/时 )。
由于速度太慢,远远不能满足植物对水分的需 求,所以仍归为束缚水.并且部分可被植物吸收 利用,另一部分成为无效水.
<3>.膜状水达到最高含量时,称为土壤的最大分 子持水量,其值大小也说明土壤潜在的保持无效 水份的能力.
水: 土温高, 毛管水的运动速度加快, 土壤供水力提
高. 气: 土温高, 水分蒸发加快, 土壤通气性增强, 土体
内氧气含量提高. 肥: 土温高, 微生物活性提高, 有机质分解加快, 有
效养分增多.
5. 土壤温度的农业调节：
调节目的:
a、提高土温, 控制土温在一个恰当的范 围, 以有利于提高土壤肥力, 促进农业 生产.
土壤实际辐射损失热量 == 土壤辐射 一 大气逆辐射
土壤辐射： 地面覆盖 、 地面温度 。 大气逆辐射：大气密度 、 大气温度。
2-3 土壤热容量
指单位体积的土壤, 当温度每增高或降低 土1℃时，所吸收或放出的热量.
表示 : Cv
卡/ Cm3 ·度
表达的意义:
表示土壤稳温性的强弱, 热容量大的土壤, 土温升高1度需较多的热才能升高, 稳温 性强, 反之, 稳温性弱.
2 . 土壤的热性质
土壤的热性质是指土壤对光和热的反 应特点.
包括土壤的吸热性、散热性、热容量、 及导热率.
2-1 土壤吸热性 指土壤对太阳辐射能的吸收能力. 表示方法: 吸收率 = 1 － 反射率
地表反射光强度 反射率 = —————————— ( % )
到达地表辐射强度
影响因素 : 土表颜色 颜色愈深, 吸热性愈强, 反之, 愈弱. 土壤含水量
由于速度太慢,远远不能满足植物对水分的需 求,所以仍归为束缚水.并且部分可被植物吸收 利用,另一部分成为无效水.
<3>.膜状水达到最高含量时,称为土壤的最大分 子持水量,其值大小也说明土壤潜在的保持无效 水份的能力.
水: 土温高, 毛管水的运动速度加快, 土壤供水力提
高. 气: 土温高, 水分蒸发加快, 土壤通气性增强, 土体
内氧气含量提高. 肥: 土温高, 微生物活性提高, 有机质分解加快, 有
效养分增多.
5. 土壤温度的农业调节：
调节目的:
a、提高土温, 控制土温在一个恰当的范 围, 以有利于提高土壤肥力, 促进农业 生产.
土壤实际辐射损失热量 == 土壤辐射 一 大气逆辐射
土壤辐射： 地面覆盖 、 地面温度 。 大气逆辐射：大气密度 、 大气温度。
2-3 土壤热容量
指单位体积的土壤, 当温度每增高或降低 土1℃时，所吸收或放出的热量.
表示 : Cv
卡/ Cm3 ·度
表达的意义:
表示土壤稳温性的强弱, 热容量大的土壤, 土温升高1度需较多的热才能升高, 稳温 性强, 反之, 稳温性弱.
2 . 土壤的热性质
土壤的热性质是指土壤对光和热的反 应特点.
包括土壤的吸热性、散热性、热容量、 及导热率.
2-1 土壤吸热性 指土壤对太阳辐射能的吸收能力. 表示方法: 吸收率 = 1 － 反射率
地表反射光强度 反射率 = —————————— ( % )
到达地表辐射强度
影响因素 : 土表颜色 颜色愈深, 吸热性愈强, 反之, 愈弱. 土壤含水量
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土壤水受各种力作用后 自由能的变化，研究土 壤水的能态和运动、变 化规律。
能量法
土壤水研究方法
数量法
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
按土壤水受不同力的作用 而研究土壤水分的形态、 数量、变化和有效性。
土壤学
二、土壤水的类型和性质
能精确定量土壤水的能态，故在研究分 层土壤中的水分运动、不同介质中水分 的转化（如地表蒸发等）以及土壤－植 物－大气连续体（SPAC）中水分的运 行等过程中，应用此法。
能量法
数量法
着眼于土壤水的形态和数量，在一般 农田条件下易应用。实用价值高。 （前苏联、东欧、日本、中国）
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
根据土壤水分所受的作用力不同，将土壤水分为三 种类型： 吸湿水 吸附水 （束缚水）
膜状水
土壤水
毛管水
重力水
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
二、土壤水的类型和性质
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系 土壤学
有效水分 土壤水吸力 3.1Mpa 1.5Mpa 0.625Mpa 最 萎 最 大 大 蔫 吸 分 系 湿 子 数 量 持 水 量 膜状水 0.1Mpa 田 间 持 水 量 0Mpa
土 壤 颗 粒
吸湿水
饱 和 持 水 量
毛管悬着水
重力水
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
Soils = Air + Water + Solids
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
5.1 土壤水的类型及有效性
一、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。
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
– 重力水达到饱和时，土壤所有的孔隙都
充满水分，这时的土壤含水量称为饱和 持水量或全持水量。（稻田灌水定额的 依据） – 对于旱地土壤来说重力水，只是暂时停 留在根系分布土层，不能被植被持续利 用，而且重力水的存在会与土壤空气发 生尖锐的矛盾，往往成为多余水或有害 水，对于水稻来讲重力水的存在则是必 需的。
淹水烟田根系发育情况
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
收 多 收 少 在 于 肥 。
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
有 收 无 收 在 于 水 ，
土壤学
第 5 章
土
壤
水
土壤学
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
有效水分 土壤水吸力 3.1Mpa 1.5Mpa 0.625Mpa 最 萎 最 大 大 蔫 吸 分 系 湿 子 数 量 持 水 量 膜状水 0.1Mpa 田 间 持 水 量 0Mpa
二、土壤水的类型和性质
吸湿水含量与土壤质地、有机质含量、 空气相对湿度、气温有关。？？？
当空气湿度接近饱和时，土壤吸湿水达到最大值，此
时的土壤含水量称为最大吸湿量（maximum
hygroscopicity），或吸湿系数（hygroscopic
coefficient），
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
中新社济南2月12日电 (孔凡元) 山东正遭遇自1951年全省有气 象水文记录以来无有效降水时 间最长、覆盖范围最大的气象 干旱。为新中国以来同期之最
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土壤学
德媒：中国严 重干旱背后的 人为原因
德国《日报》2月7日文章，题为《中国三 分之一麦田遭受干旱》
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
二、土壤水的类型和性质
膜状水数量达到最大时的土壤含水量称为最大分
子持水量（maximum molecular moisture-holding
capacity）。（一般为最大吸湿量的2－4倍） 当作物因缺水而开始呈现永久凋萎时的土壤含水 量称为凋萎含水量（wilting point）〔凋萎系数、 萎蔫系数（wilting coefficient）、萎蔫湿度、临 界水分〕。
土 壤 颗 粒
吸湿水
饱 和 持 水 量
毛管悬着水
重力水
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土壤学
重力水
田间持水量
萎蔫系数 土壤 水分
过饱和土壤
田间持水量
空气
萎蔫系数
空气
最大分子持水量 土壤
空气 孔隙
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
土壤水分形态、水分常数、能量和有效性示意图
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系 土壤学
毛管作用力范围： 0.1-1mm 有明显的毛管作用 0.05-0.1mm
毛管作用较强
0.05-0.005mm 毛管作用最强 〈0.001mm Rise of water in capillary tubes 毛管作用消失
茹林公式：
H＝0.15/r
H－毛管上升高度（cm） r－毛管半径（cm）
毛管水上升高度与毛管半径成反比。细 粗
2011年中华大地的第一 张大特写是干旱，但中 国要抗的不仅是2011年 的干旱，而是21世纪的 干旱。这已是中国连续 第三年的重要旱情！
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系 土壤学
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
以色列塑料坝
以色列花农
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系 土壤学
排水好的烟田根系发育情况
Ⅰ.自地下水 面向上供水的 毛管水的网 Ⅱ.充水的粗 毛管供水 ⒈土粒 ⒉细毛管
⒊排除毛管水 的大孔隙
⒋束缚水占的 孔隙 ⒌充水的大孔 隙
土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图
4、重力水(gravitational water)
又称多余水，是指土壤中充滞于 充气孔隙中的水分。存在于土壤中的时 间短，很快会因为重力作用而渗入或流 出。
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系 土壤学
土粒
膜 状 水 示 意 图
土壤学
膜状水
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
3、毛管水(capillary water)
土壤含水量超过最大分子持水量后，土粒分子引 力不起作用，这种水称为自由水。 毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力所 保持和运动的液态水。 引力：水的表面张力；管壁对水分的引力。 0.625－0.008MPa 移动速度快（10－30mm/h）
土壤学
三、土壤水的有效性
土壤水的有效性：土壤水能否被植物 吸收利用及其被利用的难易程度。
无效水 有效水 土壤水分常数
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土壤学
三、土壤水的有效性
土壤水分常数(soil moisture constant)：
土壤从完全干燥到饱和持水量，按其含水量的多少及水分与 土壤能量的关系，可分若干阶段，每一阶段根据受土壤各种 力的作用达到某种程度的含水量。对于同一种土壤，该含水 量基本不变或变化极小，此时的含水量称为水分常数。在一 定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分常数。
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Why is water important to plants?
it
is a nutrient serves as a solvent for other nutrients
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土壤学
二、土壤水的类型和性质
土壤水的类型划分，与土壤水的研究方法有关。
土粒
毛管 悬着 水示 意图
•地下水位
● 由于灌溉或降水使毛管悬着水达到最大量时的
土壤含水量称为田间持水量（field water capacity, field water-holding capacity）或最大田间持水量 (maximum field capacity)。是土壤吸湿水、膜状 水和毛管悬着水的总和。
粘质土：孔径小
过分粘重，孔径太小，为膜状水充满，上升速度慢，高度低。 轻壤土、中壤土毛管水上升最高！
不同土壤质地毛管水上升高度 质地 高度(m)
砂土 0.5-1.0 砂壤－ 轻壤土 1.5 粉砂轻壤土 中－重壤土 轻黏土 2.0-3.0 1.2-2.0 0.8-1.0
引自：林成谷《土壤学》
毛管水上升高度对农业生产有重要意义！ 如华北平原东部河套地带，地下水位较高，一般在1.5-2.5m, 毛管上升水可达根系活动层； 地下水含盐较高的地区 盐渍化 吉林西部
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二、土壤水的类型和性质
为何无效？
土粒对吸湿水的吸附力很大，最内层高达1000－ 2000MPa，最外层约3.1MPa。吸湿水密度：1.2－ 2.4g/cm3，平均1.5，固态水性质； 植物根细胞的渗透压一般为1.5MPa，故吸湿水不能 为植物吸收利用。
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自然风干的土壤，置于1050C烘箱中烘烤，每隔一定时间称重， 有何现象？烘干的土壤置于常温、常压的大气中？
吸湿性(hygroscopicity；hydroscopicity)
土壤吸附空气中水汽分子的性质。
1. 吸湿水(hygroscopic water)
由干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持在土粒表面的水 分 称 为 吸 湿 水 。 又 称 为 紧 束 缚 水 / 紧 结 合 水 （ tight confined/combined water，firmly bound water）。属于无效 水分。
能量法
土壤水研究方法
数量法
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按土壤水受不同力的作用 而研究土壤水分的形态、 数量、变化和有效性。
土壤学
二、土壤水的类型和性质
能精确定量土壤水的能态，故在研究分 层土壤中的水分运动、不同介质中水分 的转化（如地表蒸发等）以及土壤－植 物－大气连续体（SPAC）中水分的运 行等过程中，应用此法。
能量法
数量法
着眼于土壤水的形态和数量，在一般 农田条件下易应用。实用价值高。 （前苏联、东欧、日本、中国）
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根据土壤水分所受的作用力不同，将土壤水分为三 种类型： 吸湿水 吸附水 （束缚水）
膜状水
土壤水
毛管水
重力水
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二、土壤水的类型和性质
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有效水分 土壤水吸力 3.1Mpa 1.5Mpa 0.625Mpa 最 萎 最 大 大 蔫 吸 分 系 湿 子 数 量 持 水 量 膜状水 0.1Mpa 田 间 持 水 量 0Mpa
土 壤 颗 粒
吸湿水
饱 和 持 水 量
毛管悬着水
重力水
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Soils = Air + Water + Solids
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5.1 土壤水的类型及有效性
一、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。
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土壤学
– 重力水达到饱和时，土壤所有的孔隙都
充满水分，这时的土壤含水量称为饱和 持水量或全持水量。（稻田灌水定额的 依据） – 对于旱地土壤来说重力水，只是暂时停 留在根系分布土层，不能被植被持续利 用，而且重力水的存在会与土壤空气发 生尖锐的矛盾，往往成为多余水或有害 水，对于水稻来讲重力水的存在则是必 需的。
淹水烟田根系发育情况
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收 多 收 少 在 于 肥 。
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有 收 无 收 在 于 水 ，
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第 5 章
土
壤
水
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有效水分 土壤水吸力 3.1Mpa 1.5Mpa 0.625Mpa 最 萎 最 大 大 蔫 吸 分 系 湿 子 数 量 持 水 量 膜状水 0.1Mpa 田 间 持 水 量 0Mpa
二、土壤水的类型和性质
吸湿水含量与土壤质地、有机质含量、 空气相对湿度、气温有关。？？？
当空气湿度接近饱和时，土壤吸湿水达到最大值，此
时的土壤含水量称为最大吸湿量（maximum
hygroscopicity），或吸湿系数（hygroscopic
coefficient），
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中新社济南2月12日电 (孔凡元) 山东正遭遇自1951年全省有气 象水文记录以来无有效降水时 间最长、覆盖范围最大的气象 干旱。为新中国以来同期之最
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德媒：中国严 重干旱背后的 人为原因
德国《日报》2月7日文章，题为《中国三 分之一麦田遭受干旱》
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二、土壤水的类型和性质
膜状水数量达到最大时的土壤含水量称为最大分
子持水量（maximum molecular moisture-holding
capacity）。（一般为最大吸湿量的2－4倍） 当作物因缺水而开始呈现永久凋萎时的土壤含水 量称为凋萎含水量（wilting point）〔凋萎系数、 萎蔫系数（wilting coefficient）、萎蔫湿度、临 界水分〕。
土 壤 颗 粒
吸湿水
饱 和 持 水 量
毛管悬着水
重力水
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重力水
田间持水量
萎蔫系数 土壤 水分
过饱和土壤
田间持水量
空气
萎蔫系数
空气
最大分子持水量 土壤
空气 孔隙
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土壤水分形态、水分常数、能量和有效性示意图
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毛管作用力范围： 0.1-1mm 有明显的毛管作用 0.05-0.1mm
毛管作用较强
0.05-0.005mm 毛管作用最强 〈0.001mm Rise of water in capillary tubes 毛管作用消失
茹林公式：
H＝0.15/r
H－毛管上升高度（cm） r－毛管半径（cm）
毛管水上升高度与毛管半径成反比。细 粗
2011年中华大地的第一 张大特写是干旱，但中 国要抗的不仅是2011年 的干旱，而是21世纪的 干旱。这已是中国连续 第三年的重要旱情！
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以色列塑料坝
以色列花农
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排水好的烟田根系发育情况
Ⅰ.自地下水 面向上供水的 毛管水的网 Ⅱ.充水的粗 毛管供水 ⒈土粒 ⒉细毛管
⒊排除毛管水 的大孔隙
⒋束缚水占的 孔隙 ⒌充水的大孔 隙
土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图
4、重力水(gravitational water)
又称多余水，是指土壤中充滞于 充气孔隙中的水分。存在于土壤中的时 间短，很快会因为重力作用而渗入或流 出。
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土粒
膜 状 水 示 意 图
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膜状水
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3、毛管水(capillary water)
土壤含水量超过最大分子持水量后，土粒分子引 力不起作用，这种水称为自由水。 毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力所 保持和运动的液态水。 引力：水的表面张力；管壁对水分的引力。 0.625－0.008MPa 移动速度快（10－30mm/h）
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三、土壤水的有效性
土壤水的有效性：土壤水能否被植物 吸收利用及其被利用的难易程度。
无效水 有效水 土壤水分常数
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三、土壤水的有效性
土壤水分常数(soil moisture constant)：
土壤从完全干燥到饱和持水量，按其含水量的多少及水分与 土壤能量的关系，可分若干阶段，每一阶段根据受土壤各种 力的作用达到某种程度的含水量。对于同一种土壤，该含水 量基本不变或变化极小，此时的含水量称为水分常数。在一 定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分常数。
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Why is water important to plants?
it
is a nutrient serves as a solvent for other nutrients
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二、土壤水的类型和性质
土壤水的类型划分，与土壤水的研究方法有关。
土粒
毛管 悬着 水示 意图
•地下水位
● 由于灌溉或降水使毛管悬着水达到最大量时的
土壤含水量称为田间持水量（field water capacity, field water-holding capacity）或最大田间持水量 (maximum field capacity)。是土壤吸湿水、膜状 水和毛管悬着水的总和。
粘质土：孔径小
过分粘重，孔径太小，为膜状水充满，上升速度慢，高度低。 轻壤土、中壤土毛管水上升最高！
不同土壤质地毛管水上升高度 质地 高度(m)
砂土 0.5-1.0 砂壤－ 轻壤土 1.5 粉砂轻壤土 中－重壤土 轻黏土 2.0-3.0 1.2-2.0 0.8-1.0
引自：林成谷《土壤学》
毛管水上升高度对农业生产有重要意义！ 如华北平原东部河套地带，地下水位较高，一般在1.5-2.5m, 毛管上升水可达根系活动层； 地下水含盐较高的地区 盐渍化 吉林西部
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二、土壤水的类型和性质
为何无效？
土粒对吸湿水的吸附力很大，最内层高达1000－ 2000MPa，最外层约3.1MPa。吸湿水密度：1.2－ 2.4g/cm3，平均1.5，固态水性质； 植物根细胞的渗透压一般为1.5MPa，故吸湿水不能 为植物吸收利用。
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自然风干的土壤，置于1050C烘箱中烘烤，每隔一定时间称重， 有何现象？烘干的土壤置于常温、常压的大气中？
吸湿性(hygroscopicity；hydroscopicity)
土壤吸附空气中水汽分子的性质。
1. 吸湿水(hygroscopic water)
由干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持在土粒表面的水 分 称 为 吸 湿 水 。 又 称 为 紧 束 缚 水 / 紧 结 合 水 （ tight confined/combined water，firmly bound water）。属于无效 水分。