第三章 土壤水分

4. 毛管断裂含水量（作物生长阻滞含水量）：土 壤中的悬着毛管水因作物吸收和土表蒸发而发生断 裂时的土壤含水量。
吸湿水＋膜状水＋部分毛管水；处于对植物“供不应求” 的状态；旱地土壤灌水的下限
5. 田间持水量（field capacity）：土壤中悬着 毛管水达到最大量时的土壤含水量。是土壤不受地 下水影响所能保持水量的最大值。
毛管水：受毛管力的作用在土壤毛管孔隙中
保持和运动的水分。 Water held in, or moving through, capillary interstices in soil。
土壤学与农作学
特
点：自由水（保存、运动、溶解养分）； 有效水（available water）
水吸力：0.63～0.008MPa 作用力：土壤毛管孔隙（0.06～0.002mm）的毛管力 capillarity 2T
土壤学与农作学
四、土壤水分的测定
measurement of soil water
1. 烘干法（drying）
在105 ～ 110℃条件下，烘至恒重，为烘干土重(Ws) ，以此为基 础计算水分重的百分比（%）。
Ww W WS m (%) 100 Ws WS
特点：准确；费时；不便定位测定。 改进快速法：红外线烘干法、微波炉烘干法 酒精烘干法、酒精烧失法。
membrane water
A
R R
A B
B
RA > RB 膜状水运动方向
RA ＝ RB
水运动停止
土壤学与农作学
作用力：土粒表面较弱的分子引力(范德华力)、水分子内聚力、 交换性阳离子的水化作用
特 点：密度较大；冰点较低；移动缓慢；部分有效
水吸力：3.1~0.63MPa
土壤学与农作学
3、毛管水
capillary water
吸湿水＋膜状水＋上升毛管水＋重力水；水吸力0MPa； 水田灌水水量的依据
土壤学与农作学
三、土壤水分的有效性
Availability of soil water
土壤水分有效性：土壤水分能否被植物利用及
其被利用的难易程度。
有效水 (available water) 无效水 (unavailable water) 难有效水(hardly available water) 易有效水(easily available water) 无效水(unavailable water)
hw (mm) hs (mm) v
＝hs（mm）×θm ×r d
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4.土壤贮水量（soil water-storage capacity） ：Vw
一定厚度单位面积土壤中水的体积。 与灌、排水定额相对应
1 V (m / ha ) hw (mm ) 10000 1000
3
土壤学与农作学
1.土壤重量/质量含水量：θm
（mass water content of soil） 土壤所含水分的重量占烘干土重的百分数。
Ww W WS m (%) 100 Ws WS
土壤学与农作学
2.容积/体积含水量（volumetric water content）：θv
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4、重力水
gravitational water
重力水 ：当土壤含水量超过田间持水量后，过量的 水分不能被毛管力所吸持，而在重力作用下沿土壤大 孔隙向下移动的水分。 Soil water in excess of capillary and hygroscopic water and moves freely under the effect of gravity. It is found beyond 0.06 millimeters from the surface of soil particles. 作用力：重力 特 点：自由水；多余水； 水田为有效水（available water）
二、土壤水分常数(土壤水分数量指标)
Soil water constant/quantitative description of soil water
土壤水分常数 ： 在一定条件下，土壤各类型
水分达到最大量时的土壤含水量。 Water quantitative content when certain form of soil water reaches its maximum limit.
hw (mm) 10
土壤学与农作学
5.相对含水量（relative soil water content） ：Rw
土壤实际含水量与田间持水量（或全持水量）的百 分比值。 无量纲值。 旱地土壤（dryland/upland field soil）：
自然状态土壤含水量 Rw （％) 100 田间持水量
Water which is absorbed from atmospheric vapor and held tightly to the soil granule.
氢键 范德华 力 库仑力 A
H
H A A
H E
H A E
H
R R
H E
E
E
E
water vapor
hygroscopic water layer
毛管上升水 (ascending capillary water) 毛管悬着水 (hanging capillary water)
土壤水
（soil water） （bonding water）
（free water）
(capillary water) 重力水
土壤学与农作学
(gravitational water)
土壤学与农作学
2.中子法（Neutron Probe）
中子仪
原理：利用中子热化原理， 快中子源发出的中子在遇到 氢原子后，失去部分动能转 化成慢中子，仪器根据测出 的慢中子数量计算出被测物 含水量。 特点：简便、较精确; 只能用于较深土层水 分测定; 有机质中的氢影响测 定结果。
多余水(redundant water)
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干
水吸力/MPa 103 3.1 1.5 0.63 0.05 0.008
湿
0
最大分子持水量
105℃烘干土
毛管断裂含水量
田间持水量
毛管持水量
重力水 多余水
吸湿系数
土壤 水分 形态 土壤 水分 有效 性
化学束 吸湿水 缚水 无效水
凋萎系数
土壤 土 水分 粒 常数
土壤学与农作学
作用力：土粒表面的引力（范德华力、氢键、库仑力）,强力 特 点：密度大；冰点低；厚度小；不能自由移动；无效水 水吸力：>3.1MPa（3.1×106Pa）
影响因素： 土壤空气湿度：湿度
，吸湿水
土壤质地：质地由砂变粘，
土壤有机质含量：有机质含量 土壤含盐量：含盐量
，吸湿水
，吸湿水
，吸湿水
（soil water） （bonding water）
自由水
(capillary water) 重力水
（free water）
(gravitational water) 土壤学与农作学
1、吸湿水（紧束缚水）
hygroscopic/hydroscopic water
吸湿水：干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分
水田土壤（paddy/lowland field soil）：
自然状态土壤含水量 Rw （％) 100 全持水量
土壤学与农作学
6.土壤水分饱和度（percent saturation of soil water）
土壤水分体积占土壤孔隙体积的百分数。
土壤水分体积 饱和度（％） 100 土壤孔隙体积
吸湿水＋膜状水＋悬着毛管水；旱地土壤有效水的上 限；确定灌水定额的依据；水吸力0.05MPa 土壤学与农作学
6. (最大）毛管持水量(maximum capillary capacity)： 土壤所有毛管孔隙中都充满水分时的土壤含水量。
吸湿水＋膜状水＋上升毛管水；水吸力0.008MPa
7. 饱和含水量/全持水量 (Saturation)：土壤所有 孔隙中全部充满水分时的土壤含水量。
土壤学与农作学
四、土壤含水量及其表示方法
Content of soil water and its description
土壤含水量： soil water content 土壤湿度：soil humidity 土壤含水率：percentage of soil water
一定量土壤中所含水分数量的多少。
化合水：H2Al2Si2O ∙ 8H2O (water of hydration)
土壤水
束缚水 物理束缚水
结晶水：CaSO4 ∙ 2H2O (crystalline water)
吸湿水 (hydroscopic water) 膜状水 (membrane/film water) 毛管水
毛管上升水 (ascending capillary water) 毛管悬着水 (hanging capillary water)
土壤学与农作学
2、膜状水（松束缚水）
membrane/film water (loosely bonding water )
膜状水 ： 吸湿水达到最大
量后，靠土粒剩余的分子引力吸 附在吸湿水外面的一层水膜。
Water which is absorbed by the remanant molecular attraction when the hygroscopic water reach the maximum limit.
土壤水分体积占土壤体积的百分数。
Vw v (%) 100 V Ww / w 100 WS / rd
Ww 100 rd Ws m rd
土壤学与农作学
3.水层厚度（water thickness） ：hw
土壤所含水分的重量占烘干土重的百分数。 与降雨量及腾发量相对应
Chapter 3 土壤水分 （Soil Water，Soil Moisture）
土壤学与农作学
§3.1 土壤水分类型
§3.1 The form and properties of soil moisture
土壤学与农作学
一、 土壤水分类型
固态水：冰，冬季寒冷的中高纬度地区 气态水:水汽，易凝结为液态水 化学束缚水
在一定条件下，同一土壤的水分常数保持相对稳 定的数值。
土壤学与农作学
1、吸湿系数（hygroscopic coefficient）：干燥土壤从湿 度接近饱和（>95%）的空气中吸收水汽而达到的最大含水 量。 土壤吸湿水的最大值；水吸力3.1MPa
2. 凋萎系数 （ wilting coefficient ）： 植物产生永久凋萎 （permanent wilting）时土壤的含水量。植物可利用的土壤 水量（有效水）的下限。 吸湿水＋部分膜状水；水吸力 1.5MPa ；吸湿系数的 1.5～2.0倍 3. 最大分子持水量 （ maximum molecular moisture holding capacity）：土壤膜状水达到最大值的土壤含水量。 吸湿水＋全部膜状水；水吸力0.63MPa；吸湿水的2～4倍 土壤学与农作学
膜状水
悬着毛管水 上升毛管水
有效水下限
旱地灌溉下限
难有效水
易有效水
旱地有效 水上限
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饱和含水量
影响土壤有效水量的因素：
土壤有机质含量越高，有效水量越大； 土壤结构、土壤松紧度
土壤质地
(决定因素)
有效水含量％
20
重力水
15
有效水 10
5
细 砂 土 面 砂 土 粉 砂 土 粉 土
无效水 粉 壤 土 粘 壤 土 壤 粘 粘 土 土
水吸力：0.008～0MPa 土壤学与农作学
固态水：冰，冬季寒冷的中高纬度地区 （solid water） 气态水:水汽，易凝结为液态水 化合水：H2Al2Si2O ∙ 8H2O （vaporous water） (water of hydration) 化学束缚水 结晶水：CaSO4 ∙ 2H2O 束缚水 (crystalline water) 吸湿水 (hydroscopic water) 物理束缚水 膜状水 (membrane/film water) 毛管水 自由水
毛管力 表面张力 毛管半径
P＝
r
土壤学与农作学
悬着毛管水
上升毛管水 地下水
悬着毛管水 hanging capillary water 地下水位较深时，降 雨或灌溉后靠毛管力保持 在土壤上层中的水分。 旱地悬着毛管水的最 大值称为田间持水量
上升毛管水 ascending capillary water 地下水藉毛管力支持上 升并保持在上层土壤毛管中 的水分。 上升毛管水的最大值称 为毛管持水量