2013 第四章3 土壤水
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土壤水
（2）毛管悬着水: 毛管悬着水:
当地下水位较低时， 当地下水位较低时，降雨或灌溉 后因毛管力的作用而保持在毛管孔隙的水分。 后因毛管力的作用而保持在毛管孔隙的水分。 毛管力的作用而保持在毛管孔隙的水分
● 毛管悬着水
土体中与地下水位无联系的 毛管水
地 下 ● 毛管
水
水
联系
土体中与地下水位 的毛管水
位 高
有时因为土壤粘紧，重力水一时不易排出，暂 时滞留在土壤的大孔隙中，就称为上层滞水。 重力水的出现标志土壤孔隙全部被水充满，土 壤通气状况变差，属于土壤不良的特征。
重力水： 重力水：
受重力支配不能被 土壤所保持的水分
重力水的特征
• 重力水虽然可以被植物吸收，但它很快就 流失，实际上被利用的机会很少，有效性 低 • 除上层滞水外不易保持在土壤上层。 • 土壤水的增长、消退和动态变化与降水、 土壤水的增长、消退和动态变化与降水、 蒸发、散发和径流有密切关系。 蒸发、散发和径流有密切关系。
吸 湿 水
特点
土壤吸湿水含量受土壤质地和空气湿度的影响。 土壤吸湿水含量受土壤质地和空气湿度的影响。粘质土 土壤质地 的影响 吸附力强，吸湿水含量高 砂质土则吸湿水含量低 吸附力强，吸湿水含量高，砂质土则吸湿水含量低；空 气相对湿度高，吸湿水含量高 反之则吸湿水含量低 气相对湿度高，吸湿水含量高，反之则吸湿水含量低。
薄膜水： 薄膜水： 吸湿水: 吸湿水
紧束在土粒表面， 紧束在土粒表面， 不能自由移动 吸附于吸湿水外部， 吸附于吸湿水外部， 只能沿土粒表面做 微小的移动
土 粒
ห้องสมุดไป่ตู้
土粒
膜 状 水 示 意 图
膜状水
自由水
毛管水
指在土壤毛管力作用下保持和移动的液态 指在土壤毛管力作用下保持和移动的液态 毛管力作用下保持和移动 水。
土壤水
时域反射仪（TDR）法测定原理
L
VT V VR
脉冲输入 到反射的 时间为t
probe 探针
soil
中子散射法 此法是把一个快速中子源和 慢中子探测器置于套管中， 埋人土内。其中的中子源(如 镭、镅、铍)以很高速度放射 出中子，当这些快中子与水 中的氢原子碰撞时，就会改 变运动的方向，并失去一部 分能量而变成慢中子。土壤 水愈多，氢愈多，产生的慢 中子也就愈多。慢中子被探 测器和一个定器量出，经过 校正可求出土壤水的含量。
2）膜状水
土壤颗粒表面上吸附的水分形成水膜，这部分 水称为土壤膜状水。
土粒饱吸了吸湿水之 后，还有剩余的吸收 力，虽然这种力量已 不能够吸着动能较高 的水汽分子，但是仍 足以吸引一部分液态 水，在土粒周围的吸 湿水层外围形成薄的 水膜。
膜状水图示
膜状水小结 概念 吸湿水达到最大后， 土粒还有剩余的引力吸附液态水，在 吸湿水的外围形成一层水膜，这种水分称为膜状水。 膜状水达到最大厚度时的土壤含水量称为最大分子持水量。 特点 膜状水能从膜厚的地方向薄的部位移动，这部分能移动的 水可被作物吸收利用。 作物无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎，此时的土壤 含水量就称为凋萎系数。
中子仪
②原理
原理：铍（Be）镅（Am）混合产生快中子,其 能量 2~4Mev（1~15），平均 速度1600 Km/sec,（半衰期458 年）；当快中子与其他原子经过反复的弹性碰撞后， 变为 慢中子，其能量降到0.03ev,平均速度为2.7 Km/sec, 土壤中，H+ 对快中子的慢化作用最强 ， detector(BF3) 吸收慢化中子，放出 - 射线并产生脉冲，scaler定标。 如下表： 使快中子慢化之碰撞次数
H+ 18 O2 152 Al 252 Si 299
第四章(2) 土壤水、气、热
湿土重 = 237.4-93.4 = 144 g 烘干土重 = 213.4-93.4=120 g 容重=烘干土重/土壤体积 =120/100=1.20 含水量=水分重/烘干土重 =(144-120)/120 =200 g/kg
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四、土壤水分含量的测定
烘干法：经典、准确，标准方法
中子法
TDR法（时域反射仪）：电磁测量方法，依据土 壤的介电性质。具有直接、快速、方便的特 点，并可同时测定土壤含盐量。
含水量与水吸力呈负相关 同一含水水量时，吸力：粘土>壤土>砂土 同一水吸力时，含水量：粘土>壤土>砂土
31
水分特征曲线的作用：
吸力与含水量换算 反映土壤持水、供水性能 计算当量孔径，反映土壤中大小孔隙的分布 土壤水分运动参数计算
32
5、当量孔径
与一定土壤水吸力相对应的土壤孔隙直径
2、凋萎系数(萎焉系数) （Wilting Coefficient） 根系因无法吸收水分而发生萎焉时的土壤含水量
是土壤有效水下限 吸力约 15 bar
17
18
水分常数与水分有效性的关系
水分能量 (大气压)
1~2万 31 最 大 吸 湿 量
16~15 凋 萎 系 数
水分常数
6.25 最 大 分 子 持 水 量
2、组成特点
气体 大气 土壤空气
46
3、土壤空气组成变化对土壤和作物的影响
O2要求>10%，过低根系呼吸受阻，影响发 芽出苗
CO2根吸收，提供地上部光合作用，过多 会产生毒害，一般<1%即可 还原性气体过多对作物有毒害作用
47
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四、土壤水分含量的测定
烘干法：经典、准确，标准方法
中子法
TDR法（时域反射仪）：电磁测量方法，依据土 壤的介电性质。具有直接、快速、方便的特 点，并可同时测定土壤含盐量。
含水量与水吸力呈负相关 同一含水水量时，吸力：粘土>壤土>砂土 同一水吸力时，含水量：粘土>壤土>砂土
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水分特征曲线的作用：
吸力与含水量换算 反映土壤持水、供水性能 计算当量孔径，反映土壤中大小孔隙的分布 土壤水分运动参数计算
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5、当量孔径
与一定土壤水吸力相对应的土壤孔隙直径
2、凋萎系数(萎焉系数) （Wilting Coefficient） 根系因无法吸收水分而发生萎焉时的土壤含水量
是土壤有效水下限 吸力约 15 bar
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水分常数与水分有效性的关系
水分能量 (大气压)
1~2万 31 最 大 吸 湿 量
16~15 凋 萎 系 数
水分常数
6.25 最 大 分 子 持 水 量
2、组成特点
气体 大气 土壤空气
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3、土壤空气组成变化对土壤和作物的影响
O2要求>10%，过低根系呼吸受阻，影响发 芽出苗
CO2根吸收，提供地上部光合作用，过多 会产生毒害，一般<1%即可 还原性气体过多对作物有毒害作用
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土壤学课件第四章土壤水肥气热四大肥力因素
18
依靠毛细管的吸引力而被保持在土壤孔隙中的 水分，称毛管水。
毛管水的上升高度: h = 0.15 / r（cm）
一般只有砂土到细砂和粗粉质土才符合这个规律，而从中、 重壤土开始至粘土，反而是质地愈粘重，毛管水上升高度愈 低。这是因为极细孔隙中的水分为相当强的吸附力所影响， 粘滞度高，很难移动。
h 壤土
21
（三）重 力
当土壤含水量达到田间持水量后，若继续供水，则水分将在 重力作用下向下流动，或者湿润下面土层，或是流入地下水， 成为地下水的给源，这部分不被土壤所保持而在重力支配下向 下流动的水称重力水。
当土层内的孔隙全部被水充满时的含水量称饱和蓄水量或全蓄水量。
重力水也是植物有效水,但在饱和含水量时,一般旱作将 因氧气不足而不能生活,但对水稻来说,重力水是必需的。
（1）土壤有机氮的C/N比 （2）土壤含水量 （3）施肥
6
2、无机态氮的转化
NH3
挥发
硝化作用
NO3-
NH4+=NH3 +H+
无机胶体 表面的铵
粘土矿物固定
生物氮
层状硅酸盐矿 物层间NH4+
有机固相 结合态铵
（1）氨的挥发
（2）硝化作用
（3）反硝化作用 粘粒矿物晶格固定
（4）氮的固定
无机氮的生物固定
31
32
三、土壤含水量的表示方法和土壤水分测定
（一）土壤含水量的表示方法
⑴ 质量百分含量θm
水分重
= 烘干土重 ×100%
⑵ 容积百分含量θv
=
水的容积 土壤容积
×100 %=
θm ×容重
⑶ 土壤贮水量 Dw = θm × h h—土层厚度(mm)
依靠毛细管的吸引力而被保持在土壤孔隙中的 水分，称毛管水。
毛管水的上升高度: h = 0.15 / r（cm）
一般只有砂土到细砂和粗粉质土才符合这个规律，而从中、 重壤土开始至粘土，反而是质地愈粘重，毛管水上升高度愈 低。这是因为极细孔隙中的水分为相当强的吸附力所影响， 粘滞度高，很难移动。
h 壤土
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（三）重 力
当土壤含水量达到田间持水量后，若继续供水，则水分将在 重力作用下向下流动，或者湿润下面土层，或是流入地下水， 成为地下水的给源，这部分不被土壤所保持而在重力支配下向 下流动的水称重力水。
当土层内的孔隙全部被水充满时的含水量称饱和蓄水量或全蓄水量。
重力水也是植物有效水,但在饱和含水量时,一般旱作将 因氧气不足而不能生活,但对水稻来说,重力水是必需的。
（1）土壤有机氮的C/N比 （2）土壤含水量 （3）施肥
6
2、无机态氮的转化
NH3
挥发
硝化作用
NO3-
NH4+=NH3 +H+
无机胶体 表面的铵
粘土矿物固定
生物氮
层状硅酸盐矿 物层间NH4+
有机固相 结合态铵
（1）氨的挥发
（2）硝化作用
（3）反硝化作用 粘粒矿物晶格固定
（4）氮的固定
无机氮的生物固定
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三、土壤含水量的表示方法和土壤水分测定
（一）土壤含水量的表示方法
⑴ 质量百分含量θm
水分重
= 烘干土重 ×100%
⑵ 容积百分含量θv
=
水的容积 土壤容积
×100 %=
θm ×容重
⑶ 土壤贮水量 Dw = θm × h h—土层厚度(mm)
4土壤水
② 移动性小（0.2－0.4mm/hr）。
③ 作物可部分吸收（6－15atm，难效水 ）。
第一节 土壤水的形态和含量
一、土壤水的形态与性质
2、毛管水 由土壤毛管孔隙的毛管引力所保持的水分。 可分为：毛管悬着水和毛管上升水。
水 沿 着 毛 管 上 升 毛管上升水：地下水随毛管 上升而保持在土壤中的水。
田间持水量，通常作为灌溉水量定额的最高指标，
土壤保持有效水分的上限。 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。
Hale Waihona Puke 第一节 土壤水的形态和含量一、土壤水的形态与性质
3、重力水
土壤含水量超过田间持水量时，多余的水分 受重力支配向下渗透，这种水分叫重力水。
优点：方法较简便，测定结果具有相对准确性
不足之处：测定深层土壤含水量时取土样不方便，不 便连续测定，至少烘6-8小时，费时。 （2）快速干燥法。包括红外线烘干法、微波炉烘干法、 酒精燃烧法等。可以缩短烘干测定的时间。
缺点不便于取样和连续测定。
第一节 土壤水的形态和含量
三、土壤水分含量的测定 2、仪器法
孔隙大小的分布。
应用数学物理方法对土壤中的水分进行定量分
析时，水分特征曲线是必不可少的重要参数。
水分特征曲线可用来分析不同质地土壤的持水 性和土壤水分的有效性。
第二节 土壤水的能态表示
四、滞后现象
滞后现象:土壤水分特征 曲线的吸湿过程与脱湿 过程不相重合的现象。 在相同吸力下，干燥过程
吸湿水的特点： ① 所受吸力达31－10000 atm，不能自由移动。 ② 无溶解能力。 ③ 植物不能吸收（无效水）。 ④ 只能在105-110°（6－8hr）下才能被驱除。
刘春生版《土壤肥料学》-第四章-土壤水分-思考题解析
第四章土壤水分1、土壤水分按照受力大小和水分性质分为哪几种类型及各自的特点的哪些？我国土壤水分的分类方法一般采用数量法。
根据土壤水分所受力的类型可分吸附力、毛管力和重力；把土壤水分划分为吸附水(吸湿水和膜状水）、毛管水、重力水和地下水。
土壤水分的特点：吸湿水：吸湿水受土粒的吸持力很大，水分不能移动，无溶解能力，具有固态水的性质，植物不能吸收利用，是一种无效的水分类型。
膜状水：由于它所受的吸力比吸湿水要小，水分能够在土壤中缓慢移动，其中有部分水分能够被植物吸收利用。
因此，膜状水是部分有效的水分类。
毛管水：它所受的毛管吸持力很小，很容易被作物吸收利用，是有效水，另外，毛管水还溶解有各种营养成分，利于植物的养分供应。
重力水：是地下水的重要来源。
2、何为土壤水势，其水势是如何划分和定义的？土壤水势：是指从一已定高度的蓄水池中，把无限少量的纯水，在一个大气压下，等温和可逆地转移到土壤中的某一已定点，使之成为土壤水，这时所必须做的功，以单位水量为基础来表示，其数值代表土壤总水势。
土壤水势实际上是作用于土壤水分各种力的总和，根据其力源的性质，土壤水势可分：基质势、溶质势、压力势、重力势和土壤水总势。
基质势：由土壤固体基质对土壤水分的吸引而使水分自由能降低的现象。
溶质势：由溶质的渗透压力引起的水势能变化现象。
压力势：土壤水承受不同压力所产生的自由能变化。
重力势：同重力引起的土壤水势的变化。
土壤水总势：是作用于土壤水分的各种力所产生的分势的总和。
3、土壤水吸力与土壤水势有哪些相同点和不同点？土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力情况下所处的能态，不是反映土壤对水的吸力。
与土壤水势的相同点：水吸力的意义与水势相同，是表示土壤水具有的自由能。
与土壤水势的不同点：水吸力只包括基质势和溶质势。
4、土壤水分特征曲线的滞后现象发生的原因是什么？土壤水分特征曲线的滞后现象：是指脱水曲线与吸水曲线不能重合的现象。
发生原因：产生滞后现象的原因很多，主要是因为土壤中的孔隙有大有小，而且呈”串珠状“连接方式造成的。
第四章土壤水
二、土壤墒情 1．墒情的种类 黑墒：土壤含水量在田间持水量以上。 褐墒：土壤含水量为田间持水量75%以上。 黄墒：土壤含水量为田间持水量的50%~75%。 潮干土：土壤含水量在田间持水量的50%以下。 干土：土壤含水量在萎蔫系数以下。 2. 墒情的判断 ①墒情在空间上的层次性：表墒；底墒；深墒。 ②墒情在时间上的季节性：与气候的季节性以及作物 的生长发育季节密切相关。
二、土壤水分状况 土壤水分状况通常是指周年中土壤剖面上下土层的含水量 或土水势的情况及变化（也称为墒情）。 我国北方在周年内土壤水分状况可分为四个时期： 1. 土壤湿度相对稳定期 2. 春夏之交土壤失水期 3. 夏季土壤水分聚集期 4. 晚秋至冬初的土壤失水期 三、土壤水分状况调节 1. 科学合理地灌水 2. 搞好农田基本建设和流域综合治理 3. 采用合理的农艺措施，进行耕作保墒 4. 地面覆盖技术 5. 化学保墒增温剂的应用 6. 排水
三、土壤水分的有效性 土壤水分的有效性：是指水分被植物利用的程度。 有效水：可被植物吸收利用的那一部分水分称有效水。 无效水：另一部分不能被植物吸收利用的水称为无效水 土壤水分常数（吸湿系数、凋萎系数、最大分子持水量 田间持水量、毛管持水量、饱和持水量等都是土壤水分 常数，这些常数对于作物的生长有一定意义） 土壤有效水的范围（%）=田间持水量（%）-凋萎系数（%） 速效水：田间持水量至毛管断裂含水量。 迟效水：毛管断裂含水量至凋萎系数。 土壤中各种类型水分有效性如图所示。
二、土壤水分的能量概念
土水势：土壤在各种力（吸附力、毛管力、重 力和静水压力等）的作用下，势（或自由能）的 变化（主要是降低），称为土水势。 用土水势研究土壤水有许多优点：可以作为判 断各种 土壤水分能态的统一标准和尺度；水势 的数值可以在土壤—植物—大气之间统一使用， 把土水势、根水势、叶水势等统一比较，判断它 们之间的水流方向，速度和土壤水的有效性；对 土壤水势的研究还能提供一些更为精确的测定手 段。
第四章土壤水空气热量
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
饱 和 持 水 量
吸湿水 膜状水
毛管悬着水 毛管上升水
重力水
无效水
有效水
多余水 （旱地）
图3-4 土壤保持水分能量、水分常数与水分有效性的关系
表3-3 土壤质地与有效水最大含量的关系
土壤质地 砂土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 粘土
密度1.2-2.4，冰点是-78 ℃ ，105℃可烘出来。
影响因素：质地、气温、相对湿度。
对植物无效！
土粒
土粒
吸湿水层 膜状水层
吸湿水示意图
土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大。
土壤 质地
紫色土 粘土
黄壤 重壤 4.11
潮土 中壤 2.52
砂土 砂土 0.8
吸湿系数 7.53 （%）
有 吸 风干土 湿无 水 烘干土
毛管水的类型
1）悬着毛管水（capillary suspending water） ：在地
形部位高，地下水位深的地方，降雨或灌水后，借毛管力保持 的水分，与地下水无直接联系，同下面的干土层有明显的湿润 线分界，好象悬着在上层土壤毛管孔隙中的水。 *田间持水量（field water capacity） ：土壤毛管悬着水达 到最多时土壤含水量。 *毛管断裂含水量（capillary disrupting moisture） 当土壤含水量降低到一定程度时，较粗毛管中悬着水的连续状 态出现断裂，蒸发速率明显降低，此时土壤含水量称为毛管断 裂含水量。大约相当于该土壤田间持水量的75％左右。
膜状水示意图
根毛土粒土粒土粒rd D土粒
膜状水移动示意图
第四章 土壤水
θv=-5.3×10-2+2.92×10-2εa-5.5×10-4εa2+4.3×10-6εa3 × × × ×
D,根据时间计算εa,根据 计算 . ,根据时间计算 ,根据εa计算 计算θv.
二,土壤墒情 1.墒情的种类 汪水:土壤含水量在田间持水量以上. 汪水:土壤含水量在田间持水量以上. 黑墒:土壤含水量为田间持水量75%以上. 75%以上 黑墒:土壤含水量为田间持水量75%以上. 黄墒:土壤含水量为田间持水量的50%~75% 50%~75%. 黄墒:土壤含水量为田间持水量的50%~75%. 潮干土:土壤含水量在田间持水量的50%以下. 50%以下 潮干土:土壤含水量在田间持水量的50%以下. 干土:土壤含水量在萎蔫系数以下. 干土:土壤含水量在萎蔫系数以下. 2. 墒情的判断 墒情在空间上的层次性:表墒;底墒;深墒. ①墒情在空间上的层次性:表墒;底墒;深墒. 墒情在时间上的季节性: ② 墒情在时间上的季节性 : 与气候的季节性以及作物 的生长发育季节密切相关. 的生长发育季节密切相关.
三,土壤含水量的测定方法
3,中子法 用中子仪 , 1)快中子源 镭-铍 ) 铍 2)慢中子探测器. )慢中子探测器. 3)快中子遇 变慢 )快中子遇H变慢 4)不能测土表土壤,有机质多影响结 )不能测土表土壤, 果. 5)可定点长期观测. )可定点长期观测.
三,土壤含水量的测定方法
4,TDR法: , 法 1)时域反射仪,可测定土壤水,盐状况 )时域反射仪,可测定土壤水, 2)原理: )原理: A,电磁脉冲传播速度与介质介电常数有关. ,电磁脉冲传播速度与介质介电常数有关. 土壤介电常数εa:土粒介电常数为5,空气为1,水为80.36. 土壤介电常数εa:土粒介电常数为5,空气为1,水为80.36. B,将长度L的波导棒插入土壤中,电磁脉冲信号从波导棒始端传到终端, ,将长度 的波导棒插入土壤中 电磁脉冲信号从波导棒始端传到终端, 的波导棒插入土壤中, 波导棒终端处于开路状态,脉冲信号受反射又沿波导棒返回到始端. 波导棒终端处于开路状态,脉冲信号受反射又沿波导棒返回到始端. 根据返回时间和返回时脉冲衰减可计算土壤水,盐含量. 根据返回时间和返回时脉冲衰减可计算土壤水,盐含量. C,介电常数与容积含水率间的关系, ,介电常θ m 质% = × 100% 干土质量
土壤水、空气和热量
curve)（P68-69自学）
第三节 土壤空气
一、土壤空气组成
土壤空气与大气组成含量的差异
气体 O2(%)
20.94
18.0～20.03
CO2(%)
0.03
0.15～0.65
N2(%)
78.05
78.8～80.24
其它气体(%)
0.98
0.98
近地表大气
土壤空气
土壤空气与近地表大气组成，主要差别： （1）土壤空气中的CO2含量高于大气； （2）土壤空气中的O2含量低于大气； （3）土壤空气中水汽含量一般高于大气； （4）土壤空气中含有较多的还原性气体。
毛管上升水达最大量时的土壤含水量。
毛管上升水受地下水压影响，通常大于田间持水
量。毛管持水量是计算土壤毛管孔隙度的依据。
毛管孔度＝毛管持水量 ×容重
通气孔度＝总孔度－非活性孔度－毛管孔度
（三）土壤水的有效性(availability)
土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用 及其难易程度。不能被植物吸收利用的水称为无效水 (unavailable water)，能被植物吸收利用的水称为有 效水(available water)。有效水的范围是凋萎系数至 田间持水量间的差值，即凋萎系数是土壤有效水的下 限。
二、土壤空气的运动
（一）土壤空气的对流（convection）
指土壤与大气间由总压力梯度推动的气体整体流动，也 称质流。对流由高压区流向低压区。
影响土壤空气对流的因素
（1）气压变化：大气压上升，一部分空气进入土壤孔隙，
大气压下降，土壤空气膨胀，一部分土壤空气进入大气。
（2）温度变化：土壤温度高于大气温度时，土壤中的空气
由重力作用产生的水势。如果土壤水在参照面之 上，则重力势为正，反之，重力势为负。 5、总水势(Ψt)
第四章土壤水分
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。
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
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
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由于受充气的大孔隙阻隔土壤水分的流动只能是曲折地进行增加了流程和过水时间导水率降低33在质地较粗的土壤中当大孔隙中的水分流在质地较粗的土壤中当大孔隙中的水分流出后常在土粒之间的接触处出后常在土粒之间的接触处保存有楔状的毛保存有楔状的毛管水也叫触点水它们彼此不相连接团粒它们彼此不相连接团粒间的孔隙也有类似情况这样在饱和流动中原间的孔隙也有类似情况这样在饱和流动中原是导水的最大通道而在非饱和流中却成了水分是导水的最大通道而在非饱和流中却成了水分流动的障碍使导水率下降
《土壤学》第四章 土壤水分、空气与热量状况
（四）水层厚度（水深）mm ＝土层厚度×水容％
（五）土壤水贮量（方/亩或吨/亩）
＝2/3 ×水层厚度
(六)墒情：干墒、黄墒、灰墒、黑墒 干、 润、 潮、 湿
三、土壤水分含量的测定 • （一）烘干法：常用
1、经典烘干法 ：恒温箱105－110 ºC烘干称重计算
2、快速烘干法 ：红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃 烧法、电炉法等。
（三）土壤空气对植物抗病性的影响 通气不良产生还原性气体H2S、CH4、
H2、NO等会严重危害作物生长，CO2 过多致使土壤酸度增高，致使霉菌发育， 植株生病
氧扩散率（ODR与不同植物状况之间关系）
植物
茎叶菜 莴苣 菜豆 甜菜 草莓 棉花 柑橘
土壤类型
壤土 粉砂壤土
壤土 壤土 砂壤土 粘壤土 砂壤土
一是受辐射、气温、湿度和风速等气象因素的影响； 二是受土壤含水率的大小和分布的影响
土面蒸发过程区分为三个阶段： 1、大气蒸发控制阶段 2、土壤导水快慢控制阶段
在土壤不是很湿能进入田间时，应及时锄地松土， 减少水分蒸发。 3、水汽扩散阶段
一般情况下，只要土表有1～2mm干土层就能显著降 低蒸发强度。
田间土壤水分收支示意图
总水势（Ψt） Ψt＝Ψm＋Ψp＋Ψs＋Ψg
（二）土壤水吸力
指土壤水在承受一定吸力的情况 下所处的能态，简称吸力。
与土水势的意义一致，但只是 基质吸力和溶质吸力的和。
（三）土水势的测定
• 主要有张力计法（测定基质势最 常用）
• 压力膜法 • 冰点下降法 • 水气压法等
张力计法
压力膜法
冰点下降法
中耕
3. 合理灌溉排水，及时增减土壤水分。
变漫灌、畦灌、沟灌等地面灌溉方式为波涌灌、膜 下灌等改良的灌溉方式，有条件的可采用较为先进 的滴灌、喷灌和渗灌
（五）土壤水贮量（方/亩或吨/亩）
＝2/3 ×水层厚度
(六)墒情：干墒、黄墒、灰墒、黑墒 干、 润、 潮、 湿
三、土壤水分含量的测定 • （一）烘干法：常用
1、经典烘干法 ：恒温箱105－110 ºC烘干称重计算
2、快速烘干法 ：红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃 烧法、电炉法等。
（三）土壤空气对植物抗病性的影响 通气不良产生还原性气体H2S、CH4、
H2、NO等会严重危害作物生长，CO2 过多致使土壤酸度增高，致使霉菌发育， 植株生病
氧扩散率（ODR与不同植物状况之间关系）
植物
茎叶菜 莴苣 菜豆 甜菜 草莓 棉花 柑橘
土壤类型
壤土 粉砂壤土
壤土 壤土 砂壤土 粘壤土 砂壤土
一是受辐射、气温、湿度和风速等气象因素的影响； 二是受土壤含水率的大小和分布的影响
土面蒸发过程区分为三个阶段： 1、大气蒸发控制阶段 2、土壤导水快慢控制阶段
在土壤不是很湿能进入田间时，应及时锄地松土， 减少水分蒸发。 3、水汽扩散阶段
一般情况下，只要土表有1～2mm干土层就能显著降 低蒸发强度。
田间土壤水分收支示意图
总水势（Ψt） Ψt＝Ψm＋Ψp＋Ψs＋Ψg
（二）土壤水吸力
指土壤水在承受一定吸力的情况 下所处的能态，简称吸力。
与土水势的意义一致，但只是 基质吸力和溶质吸力的和。
（三）土水势的测定
• 主要有张力计法（测定基质势最 常用）
• 压力膜法 • 冰点下降法 • 水气压法等
张力计法
压力膜法
冰点下降法
中耕
3. 合理灌溉排水，及时增减土壤水分。
变漫灌、畦灌、沟灌等地面灌溉方式为波涌灌、膜 下灌等改良的灌溉方式，有条件的可采用较为先进 的滴灌、喷灌和渗灌
第四章土壤水
毛管作用最强
〈0.001mm 毛管作用消失
一、土壤水分类型及有效性 (一）、土壤水分类型**
土粒 地下水位
毛 管 上 升 水 示 意 图
一、土壤水分类型及有效性 (一）、土壤水分类型**
毛管水强烈上升高度的主要 意义在于，断定土壤次生盐渍 化的主要依据，也是土壤改良 设计的主要参数。
不同质地土壤毛管水上升高度和毛管水强烈上升高度（米）
土壤质地 毛管水的上升高度 毛管水强烈上升高度 砂土 0.5~1.0 0.4~0.8 砂壤土 2.0~2.5 1.4~1.8 轻壤土 2.2~3.0 1.3~1.7 中壤土 1.8~2.2 1.2~1.5 重壤土 <3.0 1.2~1.5 粘土 <0.8~1. 0
一、土壤水分类型及有效性 (一）、土壤水分类型**
毛管上升水是土壤发生次生盐渍化的前提条件之一。
影响毛管水上升高度的因素： 主要取决于土壤
孔隙和水分的质量
（表面张力---盐分 和有机物质）
一、土壤水分类型及有效性 (一）、土壤水分类型**
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
一、土壤水分类型及有效性 (一）、土壤水分类型**
土粒
毛管 悬着 水示 意图
一、土壤水分类型及有效性 (一）、土壤水分类型**
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，水吸力最低值为0.3大气压，也有人叫1/3bar含水量 影响因素：田间持水量的大小与土壤孔隙状况及有机质含量有关，粘质 土壤、结构良好或富含有机质的土壤，田间持水量大。田间持水量是大多 数植物可利用的土壤水上限，大多数土壤只在降水后达到田间持水量 以相当于重力1,000倍的离心力排去饱和土壤中多余的水后，土壤所吸持 的水量称为持水当量。其数值近似于田间持水量，水吸力约为1/3大气压。 意义：制定灌溉定额的上限 表示土壤水分有效性的上限值
土壤肥料学6第四章 土壤水.
2) 作物不同生育期对水分需求不一 需水临界期：作物生长发育过程中对水分敏感 的时期。如发芽出苗时(吸胀)、生殖生长期(水 稻在孕穗抽穗期，麦类在抽穗至灌浆期，向日 葵、豆类和花生在开花期)。 在农业生产上，土壤含水量在田间持水量的 60%~80%为宜。60%为下限，这时需要灌溉。
还应根据土壤类型、不同作物、作物 不同生育期、天气因素等确定。 • 蹲苗：<60%甚至到萎蔫系数 • 烤秧：控制水分抑制地上部分生长， 促进根系生长。
3) 溶质势(渗透势) φs：由土壤水中的溶质所引起 的水势变化。 4) 重力势(φg)：由水的重力作用所引起的水势变 化。所有土壤水都受重力作用。 重力势的大小取决于研究点和参比点之间的 垂直距离，当研究点在参比点以上时，重力 势为正，反之为负。一般以地下水面或地面 为参照面。
5) 总水势(土水势) φt
5. 贮水量容积(V)：指一定面积一定厚度土 层内水的容积。若以方/亩计， V方/亩 =667m2 ×h × 10-3 × Qv=0.667 Dw；若 以方/公顷计， V方/公顷= 10 Dw。 例如：1m土层厚度，贮水量深度为200mm， 求贮水量容积？ V方/公顷= 10 Dw=10×200=2000方
2 影响耕性的因素 1）粘结性：土壤颗粒间的粘结作用，是使土壤 具有抵抗外力破碎的性能。 • 影响粘结性的因素：质地、腐殖质含量、水 分含量 2）粘着性：土壤粘附在其他物体上的性能。 • 粘结性和粘着性是产生耕作阻力的主要因素。
3）可塑性：土壤在一定含水量范围内，在外力 作用下可改变成各种形状，并在干燥后能保持 这种形状的性能。 • 影响因素：水分含量、质地、腐殖质 3 宜耕期：主要受适合耕作的土壤含水量的影响， 另外还受土壤质地和结构影响。
第四章 土壤水-l
不同质地土壤的有效水分含量图
第二节 土壤水的能态
一、土水势及其分势 二、土壤水吸力 三、土壤水分特征曲线
2、滞后现象： 土壤水分特征曲线的脱水曲线和吸水曲线不重
合的现象称为滞后现象。
脱湿过程 吸湿过程
水分特征曲线的用途：
首先，可利用它进行土壤水吸力S和含水率之间的 换算。
其次，土壤水分特征曲线可以间接地反映出土壤孔 隙大小的分布。
土壤水在农业生态系统中的重要作用
3. 土壤水分移动过程影响生态平衡。 土壤水、地表水、地下水、大气水、植物水构成自
然界水分循环完整体系的5个方面，并成为五水转换系 统的中心环节。土壤在调节自然界水分的正常循环，维 持生态环境良性循环方面具有极为重要的作用。
重点：掌握土壤水的重要作用。
土壤水
• 土壤水是土壤的重要组成部分 • 参与土壤内进行的许多物质转化过程 • 土壤水是作物吸水的最主要的来源
W2 ：干土质量
×100
土壤水分含量表示方法
容积含水量（θv）：
指土壤水的容积占土壤容积的百分数。 土壤水容积
土壤容积含水量（%）= —土—壤—总—容—积— ×100
θv = —(—W—1 –—W—2)—/D ×100
W2/Db
= θm Db
W1 ：湿土质量 W2 ：干土质量
D： 水的比重 Db：土壤容重
土粒
毛管 悬着 水示 意图
土粒 地下水位
毛管 上升 水示 意图
第一节 土壤水的类型划分及 土壤水分含量的测定
一、土壤水分类型的划分
1、吸湿水 2、膜状水 3、毛管水
4、重力水
土当壤进中入的土孔壤隙中全的部水都分充超满过水毛分管的力土所壤保含持水的量田称间 持为水全量蓄，水多量余，的或水称分饱受和重持力水作量用或沿最非大毛持管水孔量隙。向 下移动，这种受重力下移能够从土壤中排除出去 的水分称为重力水。
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是土壤有效水的下限。
主要受质地、有机质含量的影响。 华中农业大学
二、土壤含水量的表示方法和测定方法
3、田间持水量、萎蔫系数与相对含水量
相对含水量***（relative water content）是指土壤含水量占
田间持水量的百分数。
它可以说明土壤水的含
通 常 相 对 含 水 量 为 60%
的改变。通常为负值，土壤含水量越高，基质势也
越高，但其绝对值越小，当土壤饱和时土壤的基质
势最大，等于0。
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三、土壤水的能量状态
（2）溶质势（Solute potential, S ≤0 ）
指土壤水溶解的溶质引起的土壤水的自由能的改变， 溶质对水产生吸持作用，限制水分运动，一般为负值。
土壤溶质浓度越高，溶质势越低。
第四章
土壤肥力
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第二节 土壤水分
一． 土壤水分存在形态 二． 土壤水分的有效性（重点） 三． 土壤含水量的表示方法和测定方法（重点 难点） 四． 土壤水的能量状态（重点 难点） 五． 土壤水分运动（重点 难点） 六． 土壤水的田间循环过程 七． 土壤水分保蓄和调节
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第二节 土壤水分
θv =（土壤水体积/土壤总容积）*100%
容积含水量=质量含水量*容重
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二、土壤含水量的表示方法和测定方法
Soil water storage capacity 土壤储水量 water depth 水深（Unit: mm） Dw (mm)= v% × 土层厚度
优点: 与气象资料和作物耗水量所用的水分表示方法一致，便于互 相比较和互相换算 。
2013年湖南大旱
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土壤水的定义
土壤水实际上是指在105~110℃温度下从土壤中驱逐 出来的水。是指由地面向下至地下水面（潜水面）以 上的土壤层次中的水分，亦称为土壤中的非饱和带水 分。
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一、土壤水分存在形态
水在土壤中受到的作用力
1、重力 2、吸附力（adsorption）：主要是指土粒表面分子和
一、土壤水分存在形态
2、毛管水
毛管上升水：由于地下水的上升作用 而保持在毛管中的水分。
土粒
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毛管 上升 水示 意图
地下水位
一、土壤水分存在形态
2、毛管水
毛管悬着水：由于降雨或灌水使土壤 毛管填充的水分，与地下水没有联系
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一、土壤水分存在形态
3、重力水：存在于土壤大孔隙（通气孔隙）中，受 重力作用支配，易进一步向土壤剖面深层运动的水分
受土壤吸附力作用而保持
膜状水(松束缚水)
毛管水
受毛管力作用而保持
重力水
受重力作用
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一、土壤水分存在形态
吸湿水：土粒通过吸附力吸附空气中水汽分子所保持的水分。 特点
吸附力很强，达31～10000个大气压，使ρ水增大，可达1.5g/cm3； 无溶解能力，不移动，通常在105～110℃条件下烘干除去。
Sub-potential 分势
由于引起土壤水势变化的原因或动力不同，土壤水势 (Ψt)分为：基质势(Ψm) 、压力势(Ψp) 、溶质势(Ψs)和重力势 (Ψg)等。 土壤水势是各分势之和:
Ψt=Ψm+Ψs+Ψg+Ψp
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三、土壤水的能量状态
（1）基质势（m≤0）
基质势（ matrix potential）是指由于土壤基质( 土壤颗粒)的吸附力和毛管力所导致的土壤水自由能
毛 管 持 水 量
饱 和 持 水 量
土壤水分形态
吸湿水
膜状水
毛管悬着水
毛管上升水
重力水
土壤水分有效性
无效水
有效水
多余水
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四、土壤水分的有效性
– 砂土、粘土有效水少，壤土有效水多
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五、土壤水分运动
饱和流 液态水流动
土壤孔隙全部充满水；主要是重力水运动
土 壤 水 运 动
推动力：土层之间的水势梯度 流动方向：高水势到低水势
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重力势的计算
gA=15cm gB= -10cm
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gA=5cm gB= -20cm
三、土壤水的能量状态
土壤水势的组成
分势名称
基质势 溶质势 重力势 压力势
决定分势的因素
土粒的吸附力和毛管力 土壤溶液中的溶质 位置高程 静水压力
参照状态
自由水 纯水 参照点
大小
≤0 ≤0
Soil water suction (S)
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Soil water content (θv)
四、土壤水分的有效性
土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及 其难易程度。
不能被植物吸收利用的水称为无效水，
能被植物吸收利用的水称为有效水。 最大有效水含量是凋萎系数至田间持水量的水分。
溶质势只有对半透膜的水分运动起作用，对水在土 体内的运动没有影响。
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三、土壤水的能量状态
（3）压力势（p ≥0 ）
压力势（pressure potential）是指土壤水受到上 面水层的静水压力而产生的自由能变化。 只有当土壤水分饱和时才有压力势。饱和土层越 深，压力势越高。在不饱和土壤中压力势为0。 故
水分子之间的分子引力，又称为范德华力或分子间力。
3、毛管力（capillarity）：实质上是毛管内固、气、
水界面上产生的负压力，也叫弯月面力。毛管力的大小
与毛管孔径成反比。
H=3/d
H：毛管力（hPa）；d：毛管孔径（mm）
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一、土壤水分存在形态
吸湿水(紧束缚水) 吸附水(束缚水)
土 壤 水 的 类 型
非饱和流
部分土壤孔隙充水；主要是毛管水和膜 状水运动
气态水运动
推动力：水汽压梯度、温度梯度 流动方向：高水汽压到低水汽压 温度高处到温度低处
水汽扩散 水汽凝结
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1、饱和土壤中的水流
Water flow in saturated soils
+， 0 ， ≥0 自由水面
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三、土壤水的能量状态
（5）总土水势（t）
t= m+ s+ p+ g
水分饱和时
t= p+ g
水分不饱和时
土壤水从总水 势高的地方流 向总水势低的 地方.
t= m+ g
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三、土壤水的能量状态
绝对正值
2、土壤水吸力(Suction)：土壤水承受一定吸力情况 下的能态。
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四、土壤水分的有效性
水分与土粒 的能量关系 ×105Pa 105 烘 干 重 吸 湿 系 数 凋 萎 系 数 最 大 分 子 持 水 量 10132 31.4 15.2 6.33 0.4~0.8 0.05~0.5 毛 管 联 系 破 裂 含 水 量 0.08 0.001
田 间 持 水 量
移动缓慢，由水膜厚往水膜薄的地方移动，速度仅0.2～ 0.4mm/hr。 对植物有效性低，仅部分有效。
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一、土壤水分存在形态
毛管水***：依靠毛细管引力保持在 土壤毛管孔隙的水，具有自由水的特 性。分毛管上升水和毛管悬着水。
特点：
受毛管力作用。 液态，能溶解多种溶质，可自由 移动，速度较快 植物利用的理想水分（有效水）。 华中农业大学
p≥0。
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三、土壤水的能量状态
（4）重力势（g）
重力势（gravitational potential） 是指由重力作
用而引起的土水势变化。 任何时候重力势都存在。
高于参比面时为正，反之为负，参比面处重力势为0.
重力势的大小与土壤本身无关，任何时候重力势都 存在。 大小取决于研究点的相对高度，参照点以上为正， 反之为负，参比面处重力势为0.
至 80% ， 是 适 宜 一 般 农 作物以及微生物活动的 水分条件 。 华中农业大学
量、有效性和水、气的 比例等，是农业生产上
常用的土壤含水量的表
示方法。
土壤水分参数与土壤质地的关系
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例：田间取回土样，连采土圈共重237.0 g，烘干后 重213.0 g，采土圈重93.0 g，采土圈容积100 cm3， 求土壤容重？土壤含水量？ 湿土重 = 237.0-93.0 = 144 g 烘干土重 = 213.0-93.0=120 g 容重=烘干土重/土壤体积 =120/100=1.20 g/cm3 含水量=水分重/烘干土重*100% =(144-120)/120 *100% =20%
溶质吸力只在根系吸水(有半透膜存3、土壤水势和水吸力的单位
单位容积土壤水的势能值用压力单位。 单位重量土壤水的势能值用相当于一定压力的水柱高厘米数 表示。
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三、土壤水的能量状态
3、土壤水势和水吸力的单位
法定单位：帕 Pa 过去常用：巴bar、毫巴mb、大气压（atm）、厘米汞 柱、水柱等 换算： 1 bar=105 Pa=1000 mb=0.987 大气压
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。
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二、土壤含水量的表示方法和测定方法
不同质地土壤的田间持水量
土壤水分参数和土壤
有机质含量的关系
土壤质地 砂土 田间持水量 （%） 华中农业大学 10-14 砂壤土 轻壤土 中壤土 中壤土 16-20 22-26 20-24 24-28 粘土 28-32