第4章 土壤水分汇编

7土壤水分7.1 土壤水的类型及性质土壤水的研究长期以来也一直沿用数量法。

该方法根据土壤水分所受的力的作用把土壤水分分为如下几类：一是吸附水，或称束缚水，受土壤吸附力作用所保持，其中又可分为吸湿水和膜状水；二是毛管水，受毛管力的作用而保持；三是重力水，受重力支配，是进一步向土壤剖面深层运动的水。

如图7. 所示。

1.吸湿水吸湿水是由土粒表面吸附力所保持的水分，其中最靠近土粒表面的由范德华力保持的水称为吸湿水(又称紧束缚水)，吸湿水的含量称为土壤吸湿量。

当大气相对湿度达到饱和时，土壤的吸湿水达到最大量，这时吸湿水占土壤干重的百分数称为土壤最大吸湿量或土壤吸湿系数，它是土壤水分常数之一。

一般耕地土壤的最大吸湿量，因质地不同而异。

质地愈粘，最大吸湿量愈大，质地愈砂，最大吸湿量愈小。

所以最大吸湿量的大小是粘土＞壤土＞砂土。

吸湿水具有与纯自由水不同的特点，因为它所受的吸力远大于植物根的吸水力(平均为1520kPa), 植物无法吸收利用，属于土壤水中的无效水, 对生产的直接意义不大。

但它可用于帮助分析土壤水的有效性，一般土壤中无效水总量约为最大吸湿量的1.5～2.0倍。

如图7.2 不同相对湿度下土壤粒级的吸湿水量。

2．膜状水当土壤水分达到最大吸湿量时，土粒表面还有剩余的吸附力，虽不能再吸收水气，但可以吸附液态水。

这部分水被吸附在吸湿水的外层，定向排列为水膜，称为膜状水。

膜状水达到最大时的土壤含水量，称为最大分子持水量。

膜状水比吸湿水所受的吸附力小得多，大约在633.28～3141.00kPa，它具有液态水的性质，可以移动，但因粘滞度较大，其移动速率非常慢。

一般是由水膜厚处向水膜薄处移动，如图7.3所示。

膜状水的内层所受吸力大于根的吸水力，植物根无法吸收利用，为无效水，而它的外层所受吸力小于根的吸水力，植物可以吸收利用，但数量极为有限。

当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土壤含水量，称为萎蔫系数或萎蔫点。

它因土壤质地、作物和气候等不同而不同。

一般土壤质地愈粘重，萎蔫系数愈大，表7.1给出了不同质地土壤的萎蔫系数参考范围。

萎蔫系数是植物可以利用的土壤有效水含量的下限。

表7.1 不同质地土壤的萎蔫系数（ m%）土壤质地粗砂壤土细砂土砂壤土壤土粘壤土萎蔫系数0.96～1.11 2.7～3.6 5.6～6.9 9.0～12.4 13.0～16.63．毛管水土壤中粗细不同的毛管孔隙连通一起形成复杂的毛管体系。

这种靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水就称为毛管水。

毛管水是土壤中最宝贵的水。

根据毛管水在土体中的分布，又可将它分为毛管悬着水和毛管上升水。

(1)毛管悬着水土壤毛管悬着水达到最多时的含水量称为田间持水量。

在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。

田间持水量是确定灌水量的重要依据，是农业生产上十分有用的水分常数。

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。

不同质地和耕作条件下的田间持水量有很大不同，表7.2给出了一些大致范围。

m二合土土壤质地砂土砂壤土轻壤土中壤土重壤土粘土耕前耕后紧实田间持水量(占干重的%) 10-14 16-20 22-26 20-24 24-28 28-32 32 25 21 当土壤含水量达到田间持水量时, 土面蒸发和作物蒸腾损失的速率起初很快，而后逐渐变慢；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，但细毛管中仍充满水，蒸发速率明显降低，此时土壤含水量称为毛管水断裂量。

在壤质土壤中它大约相当于该土壤田间持水量的75％左右。

当土壤水达到毛管水断裂量后，毛管悬着水运动显著缓慢下来，如果这时正值作物生长旺盛时期，蒸腾速率很快，作物虽能从土壤中吸到一定水分，但因补给减缓，也可能出现水分入不敷出，暂时出现萎蔫现象，应注意及时补墒。

(2)毛管上升水是指借助于毛管力由地下水上升进入上层土体的水。

毛管上升水的最大含量称为毛管持水量。

从地下水面到毛管上升水所能到达的绝对高度叫毛管水上升高度。

毛管水上升的高度和速度与土壤孔隙的粗细有关。

在一定的孔径范围内，孔径愈粗，上升的速度愈快，但上升高度低；反之，孔径愈细，上升速度愈慢，上升高度则愈高。

不过孔径过细的土壤，则不但上升速度极慢，上升的高度也有限。

砂土的孔径粗，毛管上升水上升快，高度低；无结构的粘土，孔径细，非活性孔多，上升速度慢，高度也有限，而壤土的上升速度较快，高度最高。

如图7.4所示。

在毛管水上升高度范围内，土壤含水量的多少也不相同。

靠近地下水面处土图7.4 不同质地土壤自地下水位向上的水分运动(引自Brady 1974)壤孔隙几乎全部充水，称为毛管水封闭层。

从封闭层至某一高度处，毛管上升水上升快，含水量高，称为毛管水强烈上升高度；再往上，只有更细的毛管中才有水，所以含水量就减少了。

毛管水上升高度和强烈上升高度，因质地不同而异(见表7.3)。

一般的趋势是砂土最低，壤土最高，粘土居中。

表7.3 不同质地土壤的毛管水上升高度和强烈和上升高度参考范围土壤质地砂土砂壤土轻壤土中壤土重壤土粘土毛管水升高度(m) 0.5～1.0 2.0～2.5 2.2～3.0 1.8～2.2 ＜3.0 ＜0.8～1.0毛管水强烈上升高度(m) 0.4～0.8 1.4～1.8 1.3～1.7 1.2～1.5 1.2～1.5毛管水上升高度特别是强烈上升高度，对农业生产有重要意义。

如果它能到达根系活动层，就为作物源源不断的利用地下水提供了有利条件。

但是若地下水矿化度较高，盐分随水上升至根层或地表，也极易引起土壤的盐渍化，危害作物，这是必须加以防止的。

其主要的防止办法就是利用开沟排水，把地下水位控制在临界深度以下。

所谓临界深度是指含盐地下水能够上升到达根系活动层并开始危害作物时的埋藏深度，即由地下水面至地表的垂直距离。

在盐碱土改良的水利工程上，计算临界深度，往往采用毛管水强烈上升高度(或毛管水上升高度)加上超高(即安全系数30～50cm)。

临界深度(米)＝毛管水强烈上升高度＋安全系数（7.1）一般土壤的临界深度约为1.5～2.5m。

砂土最小，壤土最大，粘土居中。

4.重力水如果进入土壤的水超过田间持水量，则多余的水便在重力作用下，沿大孔隙即通气孔向下流动，湿润下层土壤或渗漏出土体，甚至进入地下水，成为地下水补充给源。

这一部分不被土壤保持而受重力支配向下流动的水，称为重力水。

土壤全部孔隙都充满水时的土壤含水量称为全持水量或饱和持水量。

当然重力水是作物完全可以利用的，特别是在水田，但是在旱地，重力水只是短时间通过土体而已，而且当它在土中存留时，作物虽可吸收，却往往因水分过多，土壤空气不足，造成内涝，反而有害于作物生长。

上述各种水分类型，彼此密切交错联结，很难严格划分。

在不同的土壤中，其存在的形态也不尽相同。

如粗砂土中毛管水只存在于砂粒与砂粒之间的触点上，称为触点水，彼此呈孤立状态，不能形成连续的毛管运动，含水量较少。

在无结构的粘质土中，非活性孔多，无效水含量高。

而在砂粘适中的壤质土和有良好结构的粘质土中，孔隙分布适宜，水、气比例协调，毛管水含量高，有效水也多。

7.2 土壤含水量的表示方法和土壤水分测定7.2.1 土壤水分含量的表示方法土壤含水量是表征土壤水分状况的一个指标，又称为土壤含水率、土壤湿度等。

土壤含水量有多种表达方式，常用的有以下几种。

（1）质量含水量质量含水量是指土壤中水分的质量与干土质量的比值。

因为在同一地区重力加速度相同，又称为重量含水量，无量纲，常用符号θm表示。

质量含水量可用小数形式，也可用百分数表示，多用后者。

数学表达式为:θm＝（水重/干土重）×100％(7.2) 定义中的干土一词，一般是指在105℃条件下烘干的土壤。

而另一种意义的干土是含有吸湿水的土，通常叫“风干土”，即在当地大气中自然干燥的土壤，又称气干土，其质量含水量当然比105℃烘干的土壤高(一般高几个百分点)。

由于大气湿度是变化的，所以风干土的含水量不恒定，故一般不以之作为计算θm的基础。

例1 ：土壤烘干前湿重为95g，烘干后重79g，求质量含水量。

将测定数据代入式7.2，即求该土壤质量含水量为：θm＝[（95 - 79）/ 79] ×100％＝20.3％（2）容积含水量容积含水量是指单位土壤总容积中水所占的容积百分数，又称容积湿度、土壤水的容积百分数，常用符号θv表示。

θv用小数形式表达，这时的量纲为cm3/cm3；但常用无量纲的百分数表示。

数学表达式如下：θv = (小容积/土壤总容积) cm3/cm3，或θv ＝（水容积/ 土壤总容积）×100％(7.3) 由于水的比重可近似等于1g/cm3，可以推知θv与θm的换算关系式θv=θm·ρ(7.4)式中，ρ为土壤容重。

例2：设上例土壤容重为1.2g/cm3，求其θv。

θv=（20.3％×1.2）=24.4％一般地说，质量含水量多用于需计算干土重的工作中，如土壤农化分析等。

在多数情况下，容积含水量被广泛使用。

这是因为θv可以较直接用于计算水通量和由灌溉或降水渗入土壤的水量，以及由蒸散或排水从土壤中损失的水量。

而且，θv也表示土壤层厚度和水的深度比，即单位土壤深度内水的深度。

（3）相对含水量田间持水量是一个应用相当普遍的土壤水分“常数”，其定义为：在一个地下水埋藏较深、排水条件良好的平地上，充分供水，地表覆盖避免蒸发，待水入渗完1—2天之后，测得土壤含水量的数值即为田间持水量。

以(θf)表示。

相对含水量是指土壤含水量(θm)占田间持水量(θf)的百分数。

它可以说明土壤水的饱和程度、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。

其求法如式7.5。

土壤相对含水量＝θm /θf ×100％(7.5) （4）土壤水贮量土壤水贮量是指一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。

在土壤物理，农田水利学、水文学中经常要用到这一参数，它主要有两种表达方式。

1）水深(D w)指在一定厚度(h)一定面积土壤中所含的水量相当于相同面积水层的厚度，量纲为［L］。

可以推知Dw与θv的关系如下:Dw＝θv·h(7.6)D w的方便之处在于它适于表示任何面积土壤一定厚度的含水量，与大气降水量、土壤蒸发量进行直接比较。

Dw的单位是长度单位以cm表示，为与气象资料中常用的mm比较，Dw 更多用mm单位。

例4 如某土层厚度为10cm，容积含水量为25％，求水深。

Dw =（10×25％）＝2.5(cm)＝25(mm)计算一定厚度土壤的Dw，如1m土体内含水水深(Dw·100)，如果土壤是均一含水的土层，可直接用式7.6计算。

如果土壤含水不均一，则需用下式分层计算:∑=nii iw hD*100,θ(7.7)式中，n为1m土体划分的含水量均一的层次数；θi为第i层土壤容积含水量；h i为第i层土壤厚度(cm)；D w,100为1m土体含水深度(cm)。