第六章 土壤水分2
水文学原理-第6章 土壤水与下渗
求 4、是地下水和作物根层水分间的桥梁 毛管水含量影响因素:土壤质地、结构、地下水含量
2020年2月1日
27
吸湿水
薄膜水 毛管水
紧束缚水,吸湿水达到最大→吸湿系数
松束缚水,薄膜水达到最大→最大分子持水 量
粘粒 强风化区土壤
养分高,团聚性强,保水 耕性较 保肥力强,通气性差,易 好 板结
2020年2月1日
13
④土壤结构 土壤固相颗粒很少呈单粒存在,土壤矿物颗粒与有机质颗粒
相互作用,聚积形成大小不同、形状各异的团聚体。这些团 聚体的组合排列称为土壤结构,土壤结构是成土过程的产物。 不同的土壤及其发生层都具有一定的土壤结构。 土壤团聚体:土壤颗粒通过有机质、水等胶结在一起,形成 团粒,称为土壤团聚体。 团聚体是土壤结构的基本单位。土壤团聚体有利于水分与养 份的长久保持与稳定。 土壤团聚体内和团聚体之间是连通的毛细孔隙与非毛细孔隙, 构成土内水分传输的通道网络。
2020年பைடு நூலகம்月1日
7
液相存在于土壤固相物质构成的孔隙网络中,由溶质与胶体 组成的溶液和悬浊液构成。
毛管水
可分为
重力水
土壤颗粒所吸附的液态薄膜水
气相占据土壤中没有被液态水所占据的土壤空隙。气相的体积 随土壤含水量的变化及土壤通气性而变化。成分与大气成分接 近。
2020年2月1日
8
②土壤中各相的体积与质量构成
2.膜状水所受的土粒表面分子引力较小,能在土粒表面缓慢移动
3.膜状水可以被植物吸收利用,但不能满足作物需求,只有根系 周围的膜状水才能被植物吸收
《土壤学》课程教学大纲-参考模板
《土壤学》课程教学大纲(Soil Science)一. 基本信息课程编号:C6U2118课程类别:专业基础课适用层次:本科适用专业:环境科学专业开课学期:第五学期总学分:2.0总学时:32学时考核方式:考试二. 课程教育目标通过本课程的学习,学生掌握应以下基本知识:1. 掌握上壤学的基本概念:决左肥力的物质基础的组成和性质:2. 上壤固相部分的基本性质;3. 上壤肥力因素的存在状况及调控措施;4. 掌握建立和形成土壤学科的物理,化学原理。
5. 运用上壤学的基本理论知识,掌握上壤资源的野外调查技术,合理开发、利用和改良上壤资源的方法和措施,并能应用所学知识解决农业生产和生态环境中产生的有关上壤环境问题。
三. 教学内容与要求第一章:绪论教学内容:介绍上壤在农业生产和生态系统中的重要性、上壤和上壤肥力的槪念、上壤在人类农业和自然环境中的重要性、土壤学的分支学科及主要研究内容,土壤学的研究方法。
基本要求:1. 使学生了解上壤在农业生产及丄地生态系统中的地位和作用:2. 理解上壤作为自然资源的特点及保护上壤的重大意义:3. 掌握上壤和上壤肥力的槪念及正确认识土壊的几个基本观点:4. 了解上壤科学发展的历史和动态,明确丄壤学在我国农业现代化中的任务。
重点:土壤和土壤肥力的槪念。
难点:土壤肥力的生态学意义。
第二章:岩石矿物的风化与土壤母质的形成教学内容:上壤矿物质的矿物学组成,次生矿物的种类、构造、特性以及其对上壤形成的特殊意义和作用,土壤矿物质的化学组成。
基本要求:1. 理解上壤的矿物学组成、化学组成和上壤质地对上壤物理,化学性质和上壤肥力的影响。
2. 掌握髙岭石、蒙脱石,伊利石三大类粘粒矿物的晶层构造特点和性质。
3. 了解粘土矿物形成的理论及粘土矿物的分布规律,重点:上壤矿物质的主要元素组成和硅铝铁率。
难点:三大类粘粒矿物的晶体构造特点。
第三章:土壤有机质教学内容:上壤有机质的来源及其组成、土壤有机质的矿质化作用.上壤有机质的腐殖化作用.影响土壤有机质分解转化的因素、土壤有机物质的性质。
(完整版)水文学原理(第六章)下渗
§2 非饱和下渗理论 ❖下 渗 曲 线 不 仅 是 下 渗 物 理 过 程 的 定 量 描
述,而且是下渗物理规律的体现。 ❖已提出了三类确定下渗曲线的途径,即非
饱和下渗理论途径、饱和下渗理论途径和 基于下渗试验的经验下渗曲线途径。
§2 非饱和下渗理论 ❖根据非饱和水流运动方程式导出的下渗方
程的基本形式 ❖对于非饱和土壤,总势必应由基模势和重
❖ 水分传递带:是一个土壤含水量沿深度分布比较均匀、厚 度较大的非饱和土层,其厚度随供水时间的增长不断增 加,土壤含水量介于田间持水量和饱和含水量之间,约为 饱和含水量的60%-80%。
❖ 湿润带:是连接水分传递带和湿润锋的水分带。在这一带 中,土壤含水量沿深度迅速减小,并且在下渗过程中不断 下移。这一带的平均厚度也大体保持不变。
❖ 进入渗漏阶段后,土壤颗粒表面已形成水膜,因此分子力几乎趋于 零,这时水主要在毛管力和重力作用下向土壤中入渗,下渗容量比渗 润阶段明显减小,而且由于毛管力随土壤含水量增加趋于缓慢减小阶 段,所以这阶段下渗容量的递减速度趋缓。
❖ 到了渗透阶段,土壤含水量已达到田间持水量以上,这时不仅分子力 早已不起作用,毛管力也不再起作用了。控制这阶段下渗的作用力仅 为重力。与分子力和毛管力相比,重力只是一个小而稳定的作用力, 所以在渗透阶段,下渗容量必达到一个稳定的极小值,这就是稳定下 渗率。
2 忽略重力作用的下渗方程的解
第一种情况: 扩散率为常数
t
D
2
z 2
(z,0) 0
(0,t) n
(,t) 0
拉氏变换
0 erfc( z )
n 0
2 Dt
下渗曲线:
1
f p (n 0 ) D t 2
§2 非饱和下渗理论
第六章 土壤水分-1
就是说,这些物质同液态土壤水一起运移。同时,土壤水在
很大程度上参与了土壤内进行的许多物质转化过程:如矿物 质风化、有机化合物的合成和分解等。
一、土壤水的类型划分
(一)土壤水的概念 我们要研究的土壤水是指存在于土粒表面和 土粒间孔隙中的水,也就是在105—110℃温 度下能从土壤中驱逐出来的水分,不包括化 合水和结晶水。
和日本,直到现在研究土壤水数量和有效
性方面仍具有很强的实用价值。
土壤水的形态分类:
土壤水按其存在形态可大致分为下列几种
类型:土壤吸湿水、土壤膜状水、土壤毛
管水和土壤重力水。
1、土壤吸湿水
① 概念:由干燥土粒吸附力从空气中吸
附气态水分子,这样保持在土粒表面的
水分称为吸湿水。
②特性
受土粒吸力:受土粒吸力很大,最内层可达109Pa,最外层约在
对作物有效性:
部分对作物有效。 由于一般作物根系的吸水力平均为
1.5×106Pa,因此只有所受分子引力小于 1.5×106Pa的膜状水才能被作物吸收利用, 属有效水;
而所受分子引力大于1.5×106Pa的膜状水
不能被作物吸收利用,属无效水。
③临界水分常数—最大分子持水量、萎蔫湿 度
最大分子持水量:膜状水达到最大量时的土
②特性
受土粒吸力:受土粒吸力较吸湿水小。土粒保持膜状水 的力也属于分子引力,土粒表面吸附水分子形成吸湿水 层以后,尚有剩余的吸附力,它不能吸附吸湿水层外动
能较大的水气分子,只能吸附动能较小的液态水分子。
因此水分子所受吸力较吸湿水小,在靠近土粒的内层,
受到的引力一般在3×106Pa,在距离土粒较远的外层, 受到的引力约为0.6×106Pa。
2-3 土壤水分
3 h d
h水柱高度(cm),d孔隙直径(mm)
4、重力水
重力水: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。
土壤饱和含水量:土壤所有孔隙都充满水时
的含水量,也称为土壤全持水量。
注意:对于不同质地的土壤上述各种不 同形态水的数值是不等的。请认真比较 它们的大小。
吸湿系数 凋萎系数 物理分类
土 粒
毛 管 悬 着 水 示 意 图
田间持水量
毛管悬着水达到最大值时的土壤含水
量称为田间持水量,通常作为灌溉水量定
额的最高指标。
在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛 管悬着水。 田间持水量的大小,主要受质地、有 机质含量、结构、松紧状况等的影响。
土粒 地下水位
毛 管 上 升 水 示 意 图
毛管持水量:毛管上升水达到最大量的土壤含 水量。 毛管水上升高度:从地下水面到毛管上升谁所 能达到的相对高度。
以色列塑料坝
以色列花农
思考题
1、土壤水分分为哪几种类型?各类型的定义是什么?什么是 凋萎系数(萎蔫系数)?什么是田间持水量? 2、土壤水分含量有哪几种表示方法?各种表示方法有何联系? 什么是土水势?由哪几种分势组成?数值上是正还是负? 什么是土壤水吸力?与土水势有何关系?土水势和土壤 水吸力的主要单位有哪些?如何根据土水势和土壤水吸力 判断土壤中水的运动方向? 3、什么是土壤水分特征曲线?有何应用意义? 4、什么是土壤有效水?田间土壤的有效水各种土壤是否是一 个固定值?为什么说土壤质地是影响土壤有效水的重要 因素? 哪种土壤最大有效水含量最高? 5、土壤水的调控措施有哪些? 6、试述土壤水分状况与作物生长的关系。
土壤水吸力大于150万帕的土壤水对植物来说是无效水。
第6章土壤水和地下水PPT课件
土壤质地三角形
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
土壤结构:
土壤中固体颗粒的排列方式、排列方向和团聚状态,有时也指 土壤孔隙的几何形状和大小。
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
土壤中的“三相”关系:
固体颗粒、土壤水、空气
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
与土壤“三相”有关的物理量:
s 表示土壤中固相比例的物理量:
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 称吸湿系数。
最大分子持水量
❖膜状水达到最大数量,也就是水膜厚度达到最大 时所相应的土壤含水量称为最大分子持水量,它 是靠土壤颗粒分子力结合水分的最大值。
凋萎系数
❖ 植物生长需要通过根系不断地从土壤中吸收水分。根毛的吸水力量约 为15个大气压。当土壤颗粒对水分子的吸力超过15个大气压时,植物 就会因吸取不到土壤水而凋萎枯死。因此,所谓凋萎系数就是指土壤 颗粒对水分子的吸力为15个大气压时的土壤含水量。
土壤水运动的控制方程土壤水运动的控制方程非饱和水流的连续性方程非饱和水流的连续性方程单位时间内流入控单位时间内流入控制体的水量制体的水量流出控流出控制体的水量制体的水量控制体控制体内土壤水的改变量内土壤水的改变量w1w2w2w3先在田间地块选择代表性取样点按所需深度分层取土样将土样放入铝盒并立即盖好盖以防水分蒸发影响测定结果称重即湿土加空铝盒重记为w1然后打开盖置于烘箱在105110条件下烘至恒重再称重即干土加盒重记为w2
q
K(m)
d
dx
式中:K(m
d
dx
)
—非饱和导水率; —总水势梯度。
非饱和流导水率
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: 饱和条件下的总水势梯度可 用差分形式,而非饱和条件 下则用微分形式;饱和条件 下的土壤导水率对特定土壤 为一常数,而非饱和导水率 是土壤含水量或基质势的函 数。
土壤水分类型及有效性(内容严选)
饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度, 基本上服从饱和状态下多孔介质的达西定律(Darcy’s law) ***
单位时间内通过单位面积土壤的水量,土壤水 通量与土水势梯度成正比。
H q Ks L
行内借鉴
36
行内借鉴
37
饱和流导水率
(Saturated hydraulic conductivity)
行内借鉴
54
● 水文地质 在不透水层接近地面、地下 水位高的地方,或者有承压地下水来源的 地方,由于地下水通过支持毛管水上行, 在一定条件下可形成蒸发型。
● 人为影响 如灌溉、排水以及耕作等土 壤管理措施。
行内借鉴
55
本章重点:
1、概念:吸湿水、毛管水、萎蔫含水量、田间持 水量、土壤水吸力、夜潮作用、土壤水分特征曲线
在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水 分常数。
●吸湿系数(hygroscopic coefficient) 最大吸湿水量
●凋萎系数(wilting coefficient) 萎蔫含水量又称稳 定凋萎含水量。植物因缺水凋萎并不能复原时的 土壤含水量,又称萎蔫含水量。
行内借鉴
16
●田间持水量(field capacity) ***:
行内借鉴
29
一般只能测定8万帕 以下的土壤水吸力。
行内借鉴
30
五、土壤水分特征曲线***:
指土壤水分含量与土壤水吸力的关系曲线。
目前尚无法从理论上推导出土壤含水率与土壤水吸力或基 质势之间小关系,只能用实验方法获得水分特征曲线。
S=ab S=a(/s)b S=A(s-)n/m
行内借鉴
31
土
影响因素
三、土壤水气运动
第六章土壤圈
指未分解和部分分解的枯枝落叶层。 2)腐殖质层
指腐殖质化所形成的有机层。
3)淋溶层 4)淀积层 5)母质层 6)母岩层
2、土壤的一般形态特征
1)土壤颜色
土壤颜色是土壤重要的形态特征之一。采用芒塞尔土 色卡测定和描述土壤颜色。
2)土壤质地
指土壤颗粒的大小、粗细及其匹配状况。一般土壤质 地分砂土、壤土和粘土三大类。准确的测定要在室内用机 械分析方法来进行,但在野外常根据用手指研磨土壤的感 觉近似的判断。
3)土壤结构
指土壤颗粒间的胶结接触关系,有团粒结构、块状结 构、核状结构、柱状结构、棱柱状结构、片状结构等。
4)土壤松紧度
指土壤坚实或疏松的程度,一般用小刀插入土中所用 力大小来衡量,分为紧实、稍紧实、疏松等。
5)土壤孔隙 指土壤颗粒之间存在的空间。
6)土壤干湿度 指土壤干湿程度,反映土壤水分含量多少。野外考
2)次生矿物 原生矿物经过化学分化后重新形成的新矿物,其
化学组成和构造经过改变而与原生矿物有所不同。它 是土壤中最细小的部分,具有胶体性质。
2、土壤有机质 1)概念 指土壤中动植物残体、微生物及其分解和合成的物 质。它包括非特殊性有机质以及土壤腐殖质两大类。
2)土壤有机质的转化过程 土壤有机质的转化基本上有两个过程。
凝结,主要损耗于蒸散植物吸收、渗漏与径流。
3)类型 吸湿水:指土壤颗粒表面张力所吸附的水分子。
毛管水:指毛管空隙中毛管力吸附保存的水。
重力水:指土壤水分含量超过田间持水量时沿土壤
非毛管孔隙向下移动的多余水分。
4、土壤空气 土壤空气Hale Waihona Puke 指土壤孔隙中存在的各种气体的混合物。
土壤学2
(1.729) (2.323) (6.061) ) ) ) 林业肥料用量(万吨) 林业肥料用量(万吨) 92.7 145.9 0.54 208.9 1.00
我国丰产林用肥比重(%) 0.46 我国丰产林用肥比重( )
注:投入纯养分一项括号内数字为按推荐用肥量计算的结果 速生杨推荐用肥量为N 0.265公斤 公斤/ 0.15公斤 公斤/ 0.025公斤 公斤/ 速生杨推荐用肥量为N 0.265公斤/株,P2O5 0.15公斤/株,K2O 0.025公斤/株 李家康,2001) (李家康,2001)
(摘自“土壤学” ,黄昌勇主编)
中国人均占有量与世 界人均量比率(%) 32.9 32.3 40.9 15.5
土壤的重要性
土壤的可持续利用是持续农林业的基础
可持续发展的条件: 可持续发展的条件: 人口的零或负增长(中国每年净增人口 人口的零或负增长(中国每年净增人口>1000万) 的零或负增长 万 资源破坏的零或负增长(中国每年减少土地 万亩) 资源破坏的零或负增长(中国每年减少土地>300万亩) 破坏的零或负增长 万亩 生态环境恶化的零或负增长(中国荒漠化速度2620km2/年) 生态环境恶化的零或负增长(中国荒漠化速度 环境恶化的零或负增长 年 短期内不可逆转的趋势: 短期内不可逆转的趋势: 1、耕地减少不可逆转; 、耕地减少不可逆转; 2、人口增长不可逆转; 、人口增长不可逆转; 3、消费水平的提高不可逆转; 、消费水平的提高不可逆转;
"刀耕火种 ,烧掉大量林木,换来一点粮食,既得不偿 刀耕火种",烧掉大量林木,换来一点粮食, 刀耕火种 而又严重破坏了生态平衡, 失,而又严重破坏了生态平衡,造成水土流失的不良后果
二、土壤在农林业和自然环境中的重要性——(四)土壤是最珍贵的自然资源 土壤是最珍贵的自然资源
第六章 土壤水分空气和热量状况1 ppt课件
2020/12/27
2
一、土壤水分的保持和类型 1. 土壤水的保持
水分进入土壤后,受三种力的作用被保持在土壤中: 一是土粒和水界面上的吸附力 二是水和空气界面上的弯月面力 三是地心引力(重力)
➢土粒和水界面上的吸附力由两种力所组成:
一是水分子与土粒间的分子吸力:包括固相表面剩余表面能对邻近 水分子的作用、范德华力、氢键。
二是胶体表面对极性水分子的静电引力。
两种力作用的结果,使水分子牢固地被吸附在土壤颗粒的表面上。
2020/12/27
3
➢水和空气界面上的弯月面力
水进入土壤,土粒对水分子的吸附力超过水分子之间的吸力,因
而在土粒构成的毛管孔隙中形成凹形弯月面,弯月面使液面产生压力 差,形成弯月面力。弯月面力(T)的大小与曲率半径(R)和水的表 面张力(δ)及湿润角(α)的关系是:
土壤吸湿水所受吸力?
HH
H
土H H
H
பைடு நூலகம்
HH
H H
HH
粒 HH
H
H
H
H
H
H
最大吸湿量
109 Pa (1万大气压)
3106 Pa (31大气压)
影响吸湿水的数量的因素:
质地比表面
有机质数量
沙土
0.5~10g·kg-1 (0.5-1%)
壤土 20~50g·kg-1 (2-5%)
粘土
50~65g·kg-1 (5-6.6%)
蔫湿度、临界水分)。
8
表61 各种作物的土壤萎蔫含水量(g·kg-1)
粗砂土 细砂土 砂质壤土 壤土 粘壤土
水稻
9.6
27
小麦
8.8
33
玉米 10.7
第六章 土壤水分—2
④重力势(gravitation potential,Ψg)
土壤水分因所处的位置不同,由地心引力所获得
的势能也不相等,由此产生的水势称为重力势。
重力势通常用地下水位为参比标准。 当水分在参比标准以上时,重力势为正值,愈高
正值愈大;当水分在参比标准以下时,重力势为
负值,愈低负值愈大。
由于参比标准是地下水位,在生产实践中高于参
定土壤水的流向。
例如:在含水量为15%的粘土其土水势一般 低于含水量只有10%的砂土。如果这两种土 壤相互接触时,水流将由砂土流向粘土。
在土水势的研究和计算中,一般要选取一定的参考标准。 土壤水在各种力(如吸附力、毛管力、重力和静水压力 等)的作用下,与同样温度、高度和大气压等条件的纯 自由水相比(即以自由水作为参比标准,假定其势值为
土壤水愈是接近饱和,基质势就愈高,绝对值也愈小,直至土
壤水完全饱和,基质势与参比标准一致,基质势就等于零了。
②溶质势(Solute potential),Ψs)
溶质势是由土壤水中的溶质所引起的水势变化。 在盐化土壤中,由于含有大量的可溶盐类,盐类溶解成离子,离子 水化使水分子被定向吸引排列在离子周围,失去自由活动能力,与 参比标准的纯水(溶质势为零)相比,自由能降低,所以溶质势为 负值。 土壤水中溶解的溶质愈多,溶质势愈低。 在饱和及不饱和情况下,土壤水都有溶质势存在,但其中的溶质极 易随水运动而呈均匀状态分布,所以溶质势对土壤水运动影响不大。 然而在土壤水对植物的关系上,因为植物根属半透性膜,溶质势便 起作用了。如在盐土中,土壤水中溶有较多的盐分,溶质势低,植 物吸水困难。
的能量和数量之间的关系及土壤水分基本物理特性。
土壤水分含量和土壤水吸力是一个连续函数,土壤水分特
第六章下渗案例
1、 Rs型——超渗产流型
特点:(1)产流量R取决于i和fp , R=(i –f p)i ;
(2)雨止时土壤含水量仍未达到田间持水量 Wm; (3)径流成分单一。
2、 Rsat+Rss + Rg型——蓄满产流型
特点:(1)产流时土壤含水量已达到田间持水量Wm ;
(2)产流量R取决于降雨量P和初始土壤含水 量 W0, R=R(P,W0)=P-(Wm-W0) (3)径流成分复杂。
各土壤水分常数相应的水分存在形式与作用力
最 大 吸 湿 量
31
风 干
作 用 10000 力 水 分 存 在 形 式
凋 萎 含 水 量
最 大 分 子 持 水 量
毛 管 断 裂 含 水 量
田 间 持 水 量
0.3
重力
饱 和 含 水 量
0.001
15
6.25个大气压
毛管力
分子力
吸湿水
薄膜水 结合水
毛管水 自由水
ΣR (mm) 0.0 0.5 2.0 6.3 13.2 20.7 ……
F(t) (mm) 0.0 2.0 3.0 6.2 11.9 16.4 ……
80.0 60.0 40.0 20.0 0.0 0
累积下渗量曲线
0 1 2 5 10
50 100 时间( min)
150
15 ……
1. 霍顿公式
f p f c ( f 0 f c )e kt,f 0 — 初始下渗率;f c — 稳定下渗率。 ln( f p f c ) ln( f 0 f c ) kt
2.人工降雨法
第三节 下渗的确定
二、下渗量的计算方法 (此处采用经验下渗曲线) 基本思路:对在特定条件下取得的下渗资
第六章 土壤水
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, 对水吸持力越强,土壤水分的能量水平越低。
2、溶质势 ( osmotic potential, ψs ) 土壤中含有一些可溶性盐类,如NaCl、
Na2SO4、Na2CO3、MgCl2等,这些盐溶于水, 形成各种离子。
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 子失去一部分自由能,能量降低。
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。
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, 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0。
5、总水势 ΨT =ψm+ψs+ψg+ψp
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 系。
3、酒精燃烧法 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。 优点:快速,并可在野外测定。 缺点:精度不高,耗费酒精。
4、电石法 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:
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2+ H2C2 乙炔产生的压力与乙炔生成量成正比,据此
静水压势 是由静止水层产生的,静水层可能出现于地
表面,也可能出现在土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 动,故为正值。
荷载势 是由水中悬浮的颗粒所引起的,也是正值。
4、重力势 ( gravitational potential,ψg ) 在地球上,每个物体都受到地心引力,这
第六章 土壤
• 土壤胶体,在一定条件下,可以分散在介质中, 呈溶胶状态。有时又可以相互凝聚,呈凝胶状态。
38
▪ 土壤胶体吸附的阳离子
• 土壤溶液中的胶体颗粒担当着离子吸收和保存的作用。 • 被土壤胶体吸附着的阳离子,可以分为两类:
• 第一类是氢离子和铝离子,它们是致酸离子,与土壤的酸度 有密切关系。
• 第二类是其他的一些阳离子,如Ca+2、Mg+2、K+、NH4+……
吸湿水
有 效水 分
3.1Mpa 1.5Mpa 0.625Mpa
最
萎
最
大
蔫
大
吸
系
分
湿
数
子
量
持
水
量
0.1Mpa
田 间 持 水 量
膜状水
毛管悬着 水
0Mpa 饱 和 持 水 量
重力水
17
3. 土壤水分含量的常用表示方法
▪ 土壤质量含水量
• 土壤质量含水量是指土壤中保持的水分质量占土壤质量的分 数,单位g/kg (也曾用重量含水量,以%表示)。 m = [(m1-m2)/m2]×1000 式中m为土壤质量含水量(g/kg)、 m1为湿土质量(g)、 m2为干土质量(g)。
▪ 土壤微生物是土壤有机质转化的主要动力
9
腐 殖 质 化 过 程
10
三、土壤水分
束 缚 水
土 壤 水
自 由 水
吸湿水 膜状水 毛管水 重力水
11
1. 土壤水分类型
吸湿水
▪ 由于土壤表面张力所吸附的水汽分子 ▪ 干土从空气中吸着水汽所保持的水 ▪ 植物无效水
吸湿系数:干土从相对湿度接近饱和的空气中吸收 水汽的最大量
第六章土壤ppt课件
的地球陆地的疏松表层
认识到了贫困户贫困的根本原因,才 能开始 对症下 药,然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视, 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
第一节 土壤圈的物质组成及特征
认识到了贫困户贫困的根本原因,才 能开始 对症下 药,然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视, 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
四、土壤物质组成
土壤是由固相、液相、气相等三相物质组 成,它们之间是相互联系、相互转化和相互作 用的有机整体。
固体物质是土壤最基本的成分,可以说是 整个土体的骨骼和躯体,主要包括矿物质、有 机质及一些活的微生物。其中矿物质占95%, 有机质占5%左右。在土壤的固体颗粒之间,有 大量空隙的存在,而空气和水分充填于空隙中。 其中,空隙中气、 液两者的比例并非是固定 不变的,经常随外界天气和其他因素的改变而 彼此消长。
一、土壤及土壤肥力的概念
土壤是地球陆地表面能够生长植物的疏松表 层。是一个独立的历史自然体。它不仅具有 自身的发生发展过程,而且是一个能从物质 组成、形态、结构和功能上进行剖析的物质 实体。也是一个无机物和有机物,非生物和 生物相结合的物体。
认识到了贫困户贫困的根本原因,才 能开始 对症下 药,然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视, 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
认识到了贫困户贫困的根本原因,才 能开始 对症下 药,然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视, 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
Michigan Soil Florida soils
Maryland Soil Florida soils
土壤水分PPT课件
饱和含水量 % = (280-230 )/ (230-100)×100 = 38.46
毛管含水量% = (265-230 )/ (230-100)×100 = 26.92
吸湿系数 Hygroscopic Coefficient 当干土从饱和水蒸气中吸收的水达最大量时 的土壤含水量
(四)土壤水分含量的测定
烘干法(经典的方法) 中子法 TDR法
土壤水分、容重、孔隙计算题
野外利用体积为100cm3的环刀采回一土壤样品, 称ห้องสมุดไป่ตู้湿重为255g,让其浸入水中充分吸水后 称重为280g,让其排出重力水后称重为265g, 在1500kPa时重250g,烘干后重230g,环刀重 100g,求该土壤的饱和含水量、毛管含水量、 自然含水量、凋萎系数;总孔隙度、通气孔 隙度、毛管孔隙度,非活性孔度;容重。
毛管持水量
毛管上升水达到最 大时的土壤含水量
3)受重力作用的水—重力水
重力水: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
特点: 移动速率快,难以保持在土壤中 可被根系吸收 占据大孔隙,影响通气性 对旱作属多余水
土壤饱和含水量
土壤所有孔隙都充满 水时的含水量,也称为土 壤全持水量
2)受毛管力吸持的水—毛管水
毛管水: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。
特点: 移动速率快 能溶解溶质 可被根系吸收,属易效态 是植物利用土壤水分的主要形态
毛管悬着水
借助于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 壤中一样,故称之为毛管悬着水
最大吸湿量(吸湿系数): 干土在近于水汽饱和的大气 (96~100%)中吸附水汽,并在 土粒表面凝结成液态水的数量
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
土壤水分特征曲线的滞后现象
产生滞后现象的原因可能是土壤颗粒的胀缩性以及 土壤孔隙的分布特点(如封闭孔隙、大小孔隙的分 布等)有关。
如土壤孔隙由大小孔隙连接而成,这种孔隙状 况,在变干或变湿时其充水情况不一致,而使 土壤含水量不同;土壤吸水由干变湿过程中, 大孔隙中的空气常形成气泡而被封闭在孔内, 占据一定容积,也使一定吸力下的土壤含水量 有所不同。
三、土壤水的能态
前面介绍的土壤水分形态分类,是历史上 的传统分类,至今国际上仍在沿用。 随着科学的发展,特别是近 20 多年来,人 们在研究环境生态学中发现, 上述分类法 在解决“土壤—植物—大气” (SPAC)统 一体系内的水分运动状况,存在着某些不 足。
soil—plant—atmosphere continuum
θs
当土壤中的水分处于 饱和状态时,含水率为饱和含水率 θs,而 吸力 S 为零 。若对土壤施加微小的吸力,土壤中 尚无水排出,则含水率维持饱和值。当吸力增加至某一
临界值Sa 后,由于土壤中 最大孔隙不能抗拒 所施加的
吸力而继续保持水分,于是
土壤开始排水,相应的含水
率开始减少。 饱和土壤开始排水意味着空
基质势是由土壤颗粒(基质)的吸附力和毛管力所引起的水势
变化。
在土壤水不饱和的状态下,水分受吸附力和毛管力的吸持,自
由能水平降低,其水势必然低于参比标准(纯自由水)下的水 势。由于参比标准的水势为零,所以基质势总是负值。
显然,同一土壤在不同含水量情况下,基质势是不相等的,土
壤愈干吸力愈强,基质势愈小,其绝对值愈大。即基质势20×105pa低于基质势-105pa。
比面的水分意义较为重要,所以重力势常用正值。
⑤总水势(ψt)
土壤总水势等于上述各分势之和,它代
表土壤水分总的能量水平。
用数学式表示,即:
ψt = ψm +ψp +ψs+ψg
从上可见,土水势的值并不是绝对的势值,而
是与上述参比标准的差值
运用上述关系时,必须注意各分势的正负符号,
亦即要注意在既定情况下,各分势是正值还是 负值,也就是在计算时是相加或是相减。
单位重量土壤水的势能值用相当于一定压力的水
柱的高度表示。
帕(Pa)与习惯上曾用的大气压(atm)、巴(bar)和毫米 水柱(mmH2O)之间的换算关系是:
1 Pa=0.0102cm水柱 1 mm水柱=9.8064Pa(0℃时) 1 atm=1033cm水柱=1.0133bar 1 bar=0.9896atm=1020cm水柱 1 Pa=10-5巴=10-2毫巴
以大气压作参比标准(压力势为零),其水势与此
之差,即为压力势。
由于压力势大于参比标准,故为正值。 不饱和土壤中,土壤水的压力势一般与参比标准相
同,等于零。
在饱和的土壤中,孔隙都充满水,并连续成水柱。
这时,在土表的土壤水由于与大气接触,仅承受大 气压,所以压力势为零。但在饱和土壤愈深层的土 壤水,所受的压力愈高,正值愈大。
身的势能就高,土壤水的可移动性和对植物的有效性
就强。 ( 8)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。
(五)土壤水分特征曲线(soil moisture characteristic curves)
1、概念:
描述土壤水分特征——土壤水分特征曲线。 它是土壤水吸力与土壤含水量的关系曲线,反映了土壤水
条件造成)起着支配作用。
(一)土水势及其分势
(1)概念: 土壤中水分的保持和运动,它被植物根系
吸收、转移以及在大气中散发都是与能量
有关的现象。
同一土壤,湿度愈大,土壤水能量水平愈 高,土壤水势也愈高。土壤水便由湿度大
处流向湿度小处。
不同土壤,则不能只看土壤含水量的多少,
更重要的是要看它们土水势的高低,才能确
在十分狭小的孔隙中才能
保持着极为有限的水分。
θs
2、土壤水分特征曲线的影响因素
(1)土壤质地 不同质地的土壤,其水分特征曲线各不相同,差别很明显。 一般说,土壤的粘粒含量愈高,同一吸力条件下土壤的含水 率愈大,或同一含水率下其吸力值愈高。这是因为土壤中粘
粒含量增多会使土壤中的细小孔隙发育的缘故。
只绘出脱湿过程
定土壤水的流向。
例如:在含水量为 15%的粘土其土水势一般 低于含水量只有10%的砂土。如果这两种土 壤相互接触时,水流将由砂土流向粘土。
在土水势的研究和计算中,一般要选取一定的参考标准。 土壤水在各种力(如吸附力、毛管力、重力和静水压力 等)的作用下,与同样温度、高度和大气压等条件的纯 自由水相比(即以自由水作为参比标准,假定其势值为
为了正确反映“土壤 — 植物 — 大气”体系中 的 水分变化 ,人们开始运用“ 能量 ”观点来 研究土壤水分。
因为土壤水和自然界中其他物体一样,含有
不同数量 和 形式 的能:动能和势能。能自发
地从 能量较高的地方 向 能量较低的地方 移动。
由于水在土壤中的 运动很慢 ,所以它的 动能
一般可以忽略不计 ,而 势能 (由位置和内部
零),其自由能必然不同,这个自由能的差用势能来表
示,称为土水势。常用(Ψ)来表示。 所以,土水势是以纯自由水作参比标准的差值,是一个 相对值。
由于引起土水势变化的原因或动力不同,所
以土水势包括若干分势,即基质势(Ψ m)、
压力势(Ψ p)、溶质势(Ψ s)、重力势
(Ψ g)等。
(2)土水势分势
①基质势(matrix potential,Ψm):
土壤水愈是接近饱和,基质势就愈高,绝对值也愈小,直至土
壤水完全饱和,基质势与参比标准一致,基质势就等于零了。
②溶质势(Solute potential),Ψs)
溶质势是由土壤水中的溶质所引起的水势变化。 在盐化土壤中,由于含有大量的可溶盐类,盐类溶解成离子,离子 水化使水分子被定向吸引排列在离子周围,失去自由活动能力,与 参比标准的纯水(溶质势为零)相比,自由能降低,所以溶质势为 负值。 土壤水中溶解的溶质愈多,溶质势愈低。 在饱和及不饱和情况下,土壤水都有溶质势存在,但其中的溶质极 易随水运动而呈均匀状态分布,所以溶质势对土壤水运动影响不大。 然而在土壤水对植物的关系上,因为植物根属半透性膜,溶质势便 起作用了。如在盐土中,土壤水中溶有较多的盐分,溶质势低,植 物吸水困难。
④重力势(gravitation potential,Ψg)
土壤水分因所处的位置不同,由地心引力所获得
的势能也不相等,由此产生的水势称为重力势。
重力势通常用地下水位为参比标准。 当水分在参比标准以上时,重力势为正值,愈高
正值愈大;当水分在参比标准以下时,重力势为
负值,愈低负值愈大。
由于参比标准是地下水位,在生产实践中高于参
2、土壤吸力和土水势的区别
(1)土壤吸力只包括基质吸力和溶质吸力,相
当于基质势和溶质势,而不包括其它分势。但它
通常是指基质吸力。对水分饱和土壤一般不用,
(2)对基质势、溶质势而言,土水势的数值
与土壤吸力的数值相同,而符号相反。
如土水势为-1000mbar,土壤吸力则为
1000mbar。
(3)土壤水是从土水势高处流向低处,而土
孔隙中的水首先排空,土
壤中仅有少量的水存留, 故水分特征曲线呈现出一 定吸力以下缓平,而较大 吸力时陡直的特点。
(2)土壤结构和紧实度 水分特征曲线还受土壤结构的影响,在低吸力范围 内尤为明显。如图。
(3)温度
温度对土壤水分曲线亦有影响。
温度升高时,水的粘滞性和表面张力下降, 基质势相应增大,或说土壤水吸力减少。在 低含水率时,这种影响表现得更加明显。
盐土中 的盐浓 度,可 以导致 含盐土 层从其 临近的 土层中 聚积水 分。这 个势相 当于从 土壤溶 液中, 透过半 透膜抽 吸单位 数量的 水所做 的功。
渗透作用和渗透压示意图
③压力势(pressure potential,ψp)
土壤水在饱和状态下呈连续水体,除承受大气压外
,还要承受其上部水柱的静水压力。
(三)土水势的测定方法
有多种方法,如:张力计法、压力膜法、冰点下降 法、水气压法等。它们的适宜范围不同。 最常测定的是基质势,仪器为张力计。在田间、盆 栽和室内均可使用。 张力计只能测定土壤的基质势。测定范围在8×104— 8.5×104Pa以下。 田间植物可吸收的水分大部分在张力计可测定范围 之内。
的能量和数量之间的关系及土壤水分基本物理特性。
土壤水分含量和土壤水吸力是一个连续函数,土壤水分特
征曲线就是以土壤含水量为横坐标,以土壤水吸力为纵坐 标绘制的相关曲线。
土壤水分的 基质势与 含水率的关系,目前尚不能 根据土壤的基本性质从理论上分析 得出,通常是 用原 状土样 测定其在 不同水吸力 (或基质势)下的 相应含 水率后绘制出来的,如图所示。
壤水则是从土壤水吸力低处流向高处。
(4)土壤含水量高,则土壤水的吸力小,
基质势大。土壤含水量低,则土壤水的 吸力大,基质势小。
(5)它是反映土壤对植物供水能力的一种
能量指标。
( 6)土壤的水吸力越大,土壤水所受的吸力也越大, 对植物的有效性就越小,当土壤对水的吸力超过了植 物根系对土壤水的吸力时,土壤水分就处于无效状态。 ( 7)土壤水分含量高,土壤水的吸力越低,土壤水本
总之,不饱和土壤水分运动主要是基质势
和渗透势起作用;在水分饱和的土壤中,
主要是重力势和压力势起作用,而盐土的
水分运动又受到溶质势的影响。
(二)土水势的定量表示
土水势的定量表示是以单位数量土壤水的势能值
为准(最常用的是单位容积和单位重量)。
单位容积土壤水的势能值用压力,单位用帕(Pa),