第四章土壤水分

第二节
土壤水分含量的表示方法及其测定
一、土壤水分含量的表示方法 1、质量含水量
土壤中水分的质量与干土质量的比值，所以又称 为重量含水量，无量纲，常用符号 θm表示。这是一 种最常用的表示方法，可直接测定。用数学公式表 示为： Ｗ１－Ｗ２ 土壤质量含水量（%）= —————×100 Ｗ２ 式中，θm为土壤质量含水量（％），Ｗ１为湿土 质量，Ｗ２为干土质量，Ｗ１－Ｗ２为土壤水质量。 例如，某一耕层湿土重 100g，干土重为80g，则土 壤质量含水量（%）=(100－80)/80×100=25 %
2．作物发芽出苗对水分的需求 土壤水分是作物发芽出苗的必需条件。作物种子大 小及含有淀粉、蛋白质、脂肪的数量不同，因而吸水多 少、要求适宜的土壤湿度不同。（表4—6）。
表4—6 质地 作物 最低含 水量 谷 高 小 玉 棉 子 粱 麦 米 花 种子出苗对土壤水分的需求（水重%） 砂 土 6—7 7—8 9—10 10—11 10—12 砂壤土 9—10 10—11 11—12 11—13 12—14 壤 土 12—13 12—13 13—14 14—16 15—17 粘 土 14—15 14—15 16—17 16—18 18—20
土壤水分常数：毛管悬着水达到最大量时的土壤
含水量称田间持水量。
土粒
毛管 悬着 水示 意图
土 壤 深 度 （ 米 ）
T r
水分饱和度（%） 毛管上升水（左） 和毛管悬着水（右）
4．重力水
当土壤水分超过田间持水量时，多余的水分不 能被毛管所吸持，就会受重力的作用沿土壤中的 大孔隙向下渗漏，这部分受重力支配的水称为重 力水。 重力水由于不受土粒分子引力的影响，可以直接 供植物根系吸收，对作物是有效水。 但由于（ 1 ）渗漏很快。（ 2 ）会妨碍土壤通气。 （3）可溶性养分随之流失。因此重力水在旱作地 区是多余的水。在水田中，重力水是有效水。 水分常数：当土壤被重力水所饱和（土壤中大小 孔隙全部被水分充满）时的土壤含水量称为饱和 含水量，或称全蓄水量。它是水稻田计算淹灌的 依据。
（3）可由水膜厚处向水膜薄处移动，但速度非 常缓慢，一般0.2～0.4mm/h。 （4）膜状水外层受力为0.625MPa，可被作物 吸收，属有效水，但供不应求。
膜状水厚度可达到几十个水分子层厚度， 部分可以被植物吸收利用，但是它仍然受到土 粒吸附力的束缚，移动缓慢，仍然不能满足植 物的需要。
水分常数：最大分子持水量——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，它包括了吸湿水和膜状水。
第 四 章 土 壤 水
土壤水分与土壤肥力的关系
1．土壤水分对土壤形成有极其重要的作用。 2．土壤水分影响土壤的养分状况 养分的释
放、转化、移动以及被植物吸收都离不开水分。
3．土壤水分直接影响土壤空气和热量状况
4．土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性
Байду номын сангаас
土壤水分与作物生长的关系
1．土壤水分是作物生命活动的重要因素
v
( w1 w2 ) / 1 100 m p w2 / p
容积含水量可表明土壤水填充土壤孔隙的程度， 从而可以计算出土壤三相比（单位体积原状土中， 土粒、水分和空气容积间的比）。 例如，某地耕层土壤含水量（重量％）为 20％， 土壤容重为1.25（g/cm3），土壤总孔度为 52.83％， 则： 土壤含水量（容积％）=20×1.25=25 土壤 空气（容积％）=52.83－25=27.83 土 粒（容积％）=100－52.83=47.17 土壤固相:液相:气相 =47.17:25:27.83=1:0.53:0.59
水深之间的换算关系可推知，如下式所示：
V方/公顷= DW（mm）/1000×10000（m2）=10DW
5.土壤相对含水量
土壤实际含水量占该土壤田间持水量的百 分数。可以说明土壤水分对作物的有效程度和 水、气的比例状况等。是农业生产上应用较为 广泛的含水量的表示方法。 土壤含水量 土壤相对含水量（％）＝——————— ×１００ 田间持水量
水 沿 着 毛 管 上 升
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 毛管作用消失
土粒 地下水位
毛管 上升 水示 意图
毛管水上升的高度与毛管的半径有密切关系。 根据茹林公式，H=0.15/r 由此可见，毛管水上升高度与毛管半径成反比， 即毛管半径愈细，上升高度愈高。但在土壤中的 实际上升高度远达不到上式的理论计算数字。 毛管水上升可使地表水不断得到补充。但在低 洼地区往往会造成土壤的盐渍化。
Pore Spaces are filled with water
二、 土壤水分的有效性
1、土壤水分有效性的含义 土壤水分有效性是指土壤水分能否被植物利用及其 被利用的难易程度。 土壤水分从完全干燥到饱和持水量，可分为若干 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，对于同一种土壤来说基本不变或变 化极小，此时的含水量称为水分常数。如前面介绍 的吸湿系数、凋萎系数、最大分子持水量、毛管断 裂含水量、田间持水量、 毛管持水量、全持水量等 都是土壤水分常数。根据这些水分常数可划分土壤 水分为有效水和无效水（图4～3）。
土壤有效水的含量和土壤质地、结构、有机质 含量等因素有关。（表4～3和图4～4 ）。
表4—3
不同质地土壤的有效水范围重量(%)
质 地 砂土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 轻粘土 田间持水量(%) 12 18 22 24 26 30 凋萎系数(%) 3 5 6 9 11 15 有效水范围(%) 9 13 16 15 15 15
水分与土粒 atm 的能量关系pF
土壤水分形态
土壤水分有效性
土壤水分形态、水分常数、能量和有效性示意图
2、土壤有效水的范围
土壤有效水范围是从田间持水量到凋萎系数。凋 萎系数是作物可利用水的下限，田间持水量是作物 可利用水的上限。 土壤有效水范围（%） =田间持水量（%）—凋萎系数（%） 凋萎系数至毛管断裂含水量，故称之为难有效水 毛管断裂含水量到田间持水量之间的水分，故称为 易有效水。 可见田间持水量、毛管断裂含水量、凋萎系数就 成为土壤有效水分级的三个基本常数。
一 般 作 物 出 苗 最 12—16 适含水量
16—20
18—23
22—30
3.不同作物对水分的要求
作物种类不同对水分的要求是不同的。作物在整个 生育期间叶面蒸腾所消耗的水分重量与形成干物质重 量之比称为蒸腾系数。（表4-7）。
4．作物不同生育期对土壤水分的需求
如作物某一生育期缺水，对作物生长发育和产量 水平影响最严重，则这一时期称为需水临界期。各 种作物的需水临界期，一般在形成生殖器官，新陈 代谢最旺盛的时期，注意及时充分的供水。所以掌 握各种作物的需水特点，是调节土壤水分的重要前 提。
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
土壤水分类型、性质及有效性 土壤含水量的表示方法及其测定 土壤水分能量状态 土壤水分运动 田间水分循环
第一节 土壤水分的类型、性质及有效性
No water remains attached to soil particles
Soil Particles: Mineral and Organic Pore Spaces: location of air and water
3．水层厚度
在一定厚度（ｈ）一定面积土壤中所含水量相当于 相同面积水层的厚度，用DW表示，一般以mm为单位。 水层厚度DW（mm）=土层厚度（mm）×水容％ =h×θＶ
4 . 水体积
指一定面积、一定深度土层内所含水的体积。 一般以方/hm2表示。在数量上，可简单由DW与所指 定面积（如1hm2等）相乘即可，但要注意单位的一 致。 若都以1m土深计，每公顷含水容量（以V方/公顷表示）与
2、容积含水量
容积含水量是指单位土壤总容积中水分所占的 容积分数，又称容积湿度，常用符号θＶ表示。θＶ可 用小数或百分数形式表达，百分数可由下式表示： 土壤水容积 土壤容积含水量（％）= --—————— ×100% 土壤总容积 容积含水量可由质量含水量换算而得，如按常 温下土壤水的密度为１g／cm３计算，土壤容重为ρ， 于是:
前面介绍的是土壤水分的传统形态学分类， 它的基本思想是根据土壤水分受到不同的作用 力，而划分水分类型的。但实际情况并非如此， 如各类型的土壤水普遍都受到重力的作用，且 互相之间往往没有明确的界限，在极细小的毛 管中，无法区分吸附水和毛管水。同时从形态 观点很难对水分运动进行精确的定量。对于形 态观点的这些弱点，都可用能量观点来解决。
2、膜状水（松束缚水）
吸湿水达到最大（量）吸湿系数后，土粒仍具有 剩余的分子引力，可继续吸收液态水分子，形成一 层比较薄的水膜，称为膜状水。
（1）膜状水在吸湿水的外层，所受吸力较小，吸力 范围在3.1～0.625MPa。
（2）性质基本上和液态水相似，但粘滞度较高， 而溶解能力较小。密度平均高达1.25，冰点为-4℃。
水分是作物体的重要组成部分。一般作物体内含 水达60-80%，蔬菜瓜果的含水量可达90%以上。水 是光合作用的原料之一，另外主要用于叶面蒸腾， 以此降低和稳定作物的体温，不致温度过高引起作 物灼烧。作物对养分的吸收与利用也离不开水分。 总之，土壤水分是作物维持正常生理功能和保证生 命活动的重要条件。
一、土壤水的类型
Pore Space
Water on soil particle surface
1、吸湿水（紧束缚水）：由于固体土粒表
面分子引力和静电引力对空气中的水汽分子产 生的吸附力而紧密保持的水分称吸湿水，通常 只有2—3个水分子层。
吸湿水的特点：吸湿水受土粒的吸持力很大， 不能移动，具有固态水的性质，定向排列，而且 排列紧密，水分不能自由移动，对溶质无溶解力， 为无效水。 土壤吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表 面积和大气相对湿度。 土壤的吸湿水含量达到最大值时的土壤含水量 称为最大吸湿量。