土壤水分类型及有效性
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农田土壤水分状况PPT演示课件
lg t lg1
it i1t
16
入渗试验——例
t(min) i(mm/min)
1
7.4
2 5.81
3 5.04
4 4.56
5
4.2
10 3.3
15 2.87
20 2.59
30 2.25
50 1.88
100 1.48
200 1.16
lgt lgi 0.0 0.87 0.3 0.76 0.48 0.70 0.60 0.66 0.70 0.62 1.00 0.52 1.18 0.46 1.30 0.41 1.48 0.35 1.70 0.27 2.00 0.17 2.30 0.06
lgi
1
0.8
y = -0.351x +
0.8668
0.6
0.4
0.2
0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 lgt
设：y kx b
k 0.351
lg i1 b 0.8668
17
考斯加可夫经验公式应用——例
积水或径流
18
五、SPAC系统的概念
1. 定义：在水势梯度作用下，土壤水分被作物吸收、 传输，并转化成水汽从叶面扩散进入大气的连续 过程，这样一个过程形成了一个统一的,动态的 系统,即土壤-作物-大气连续体（Soil-PlantAtmosphere Continuum)。
i（f 单位：mm/h）
入渗总量：
1
I St 2 i f t
（单位：mm）
13
入渗条件下的土壤水分运动
i f ——稳定入渗率，相当于渗透系数
s ——吸水率，与土壤含水率有关, 系。
5、土壤水分入渗规律（图）：
it i1t
16
入渗试验——例
t(min) i(mm/min)
1
7.4
2 5.81
3 5.04
4 4.56
5
4.2
10 3.3
15 2.87
20 2.59
30 2.25
50 1.88
100 1.48
200 1.16
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1
0.8
y = -0.351x +
0.8668
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0.2
0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 lgt
设：y kx b
k 0.351
lg i1 b 0.8668
17
考斯加可夫经验公式应用——例
积水或径流
18
五、SPAC系统的概念
1. 定义：在水势梯度作用下，土壤水分被作物吸收、 传输，并转化成水汽从叶面扩散进入大气的连续 过程，这样一个过程形成了一个统一的,动态的 系统,即土壤-作物-大气连续体（Soil-PlantAtmosphere Continuum)。
i（f 单位：mm/h）
入渗总量：
1
I St 2 i f t
（单位：mm）
13
入渗条件下的土壤水分运动
i f ——稳定入渗率，相当于渗透系数
s ——吸水率，与土壤含水率有关, 系。
5、土壤水分入渗规律（图）：
土壤水分的有效性
2.土壤容积含水量：土壤水分容积占土壤容积百分数。反映土壤三相容积的比率。
水容% = 土壤水分容积/土壤容积 = 水重% × 土壤容重
3.土壤水贮量：一定面积一定厚度土层内土壤水的总贮量。用水层厚度表示。便于比较和计算土壤含水量与降水量、作物吸水量、灌排水量的关系。
水层厚度（mm）=土层厚度（mm）×水容% =土层厚度（mm）×水重%×土壤容重
土壤水分的有效性
1.土壤水分的有效性：
指能否被植物吸收利用及其利用的难易程度。能被吸收利用的水分称有效水；不能被吸收利用的水分称无效水。
2.土壤水分常数与土壤水分有效性的关系：
土壤水分常数如土壤吸湿系数、萎蔫系数、毛管持水量、田间持水量、毛管断裂含水量、饱和持水量等是指在一定能量水平下保持的水量，对某一土壤来说，其数值是固定的或变化极小，称土壤水分常数。
反映了土壤水分的数量和能量水平，也反映了土壤水分的吸持和运动状态及被植物利用的难易程度。
对旱地而言：
土壤最大有效水的范围=田间持水量－凋萎系数
田间土壤有效水的范围=田间持水量－土壤自然含水量
速效水=田间持水量－毛管断裂含水量
难有效水=毛管断裂含水量－凋萎系数
凋萎系数以下为无效水。
田间持水量以上为多余水。
三、土壤水分的含量与表示方法
（一）土壤含水量的表示方法：（土壤水分数量）
1.土壤重量含水量：土壤。
国家法定计量单位：g/kg，但习惯用重量%表示。
水重% = 土壤水分重量（g）/烘干土重（g）×100%
用水方表示：
水（m3/hm2）= 10×水层厚度（mm）
4.相对含水量（%）：土壤自然状态下含水量与田间持水量的百分比。表示植物可利用的土壤水分的数量。
土壤水分、空气和热量
1cm
19 ℃
（2）导热率的物理意义
导热率大则传热快，得热后迅速下传（失热后迅速补 给），引起的变温小。
导热率小则传热慢，得热后不易下传（失热后补给缓 慢），引起的变温大。
J s-1
1cm2
20 ℃
21 ℃ 21 ℃
1cm
19 ℃
20 ℃ 19.2 ℃
Question：土壤的导热率大小取决于什么？ Answer：取决于土壤中的基本组成物质。
固相 50% 矿物质45% 水20-30% 空气
30-20% 孔隙50%
有机质5%
不同土壤组分的热容量
土壤组成物质
粗石英砂 高岭石 石灰 腐殖质 Fe2O3 Al2O3
土壤空气 土壤水分
重量热容量 （Jg-1℃-1）
0.745 0.975 0.895 0.682 0.908 1.996 1.004 4.184
一般作物根系的吸水力平均为1.5MPa。
2、土壤膜状水
土壤膜状水：吸湿水达到最大后,土壤还有剩余的引力吸 附液态水, 在吸湿水的外围形成一层水膜。
膜 状 水 示 意 图
土壤膜状水的有效性：
土壤膜状水
3.1MPa (靠近土壤内层）（无效水）
受到的引力
0.625 MPa (靠近土壤外层）（有效水）
一般作物根系的吸水力平均为1.5MPa。
取容积为1的土壤，设它吸收（放出）的热量为 ⊿Q，引起的温度变化为⊿T ，则根据定义Cv=⊿Q/⊿T, 这就是容积热容量。
转换公式一下：⊿T=⊿Q/Cv， 当不同的物质吸收或放出相同热量时候，热容量越 大的物质，升、降温缓慢， 即温度变化小，反之亦然。
Question:土壤的热容量大小取决于什么？
(三)土壤水分含量及其有效性
称土壤力学性质，主要包括粘结性、粘着性和塑 性等。
土壤耕性是土壤在耕作时所表现的综合性状，如 耕作的难易、耕作质量的好坏、宜耕期的长短。
土壤粘结性：土粒与土粒之间由于分子引
力而相互粘结在一起的性质。
土壤粘着性：土壤在一定含水量范围内， 土粒粘附在外物上的性质。
塑性：土壤在外力作用下变形，当外力撤 销后仍能保持这种变形的特性。
计算土壤蓄水量
单位面积一定厚度的土体内所含的水量。
⑴土壤蓄水量（mm）=土层深度（mm）*土壤容积含水
量
⑵土壤蓄水量（立方米/亩）=面积（平方米）*土层 深度*土壤容积含水量
2、土壤水的有效性
▲
吸湿系数：干燥土壤吸附气态水分子的最大含
量
萎蔫系数：植物因根系无法吸水而发生永久萎
蔫时的土壤含水量（土壤有效水的下限） 田间持水量：土壤毛管悬着水达到最多时的含 水量（土壤有效水的上限）
五、土壤空气
（一）土壤空气的数量及其影响因素
来源：大气的渗透及土壤内部生物化学过 程产生的气体；
土壤空气的数量取决于土壤孔隙状况及含 水量
在土壤总孔隙度不变的情况下，土壤的空 气数量与土壤水分含量是相互消长关系 轻质土壤的大孔隙较多，具有较大的容气 能力和较强的通气性；粘质土壤大孔隙少， 相应地降低了容气能力和通气性
(1)随粒径由大到小，SiO2含量由多到少； (2)R2O3( 即 Fe2O3 与 Al2O3 的总称 ) 与 SiO2 相反， 随粒径由大到小，R2O3含量由少到多； (3)CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小，含 量增加。
(4)土粒由大到小，保水能力增加，但通透性 降低。随着土粒由大到小,土壤湿胀性和可塑 性增加，对耕作带来不利影响。
土壤耕性是土壤在耕作时所表现的综合性状，如 耕作的难易、耕作质量的好坏、宜耕期的长短。
土壤粘结性：土粒与土粒之间由于分子引
力而相互粘结在一起的性质。
土壤粘着性：土壤在一定含水量范围内， 土粒粘附在外物上的性质。
塑性：土壤在外力作用下变形，当外力撤 销后仍能保持这种变形的特性。
计算土壤蓄水量
单位面积一定厚度的土体内所含的水量。
⑴土壤蓄水量（mm）=土层深度（mm）*土壤容积含水
量
⑵土壤蓄水量（立方米/亩）=面积（平方米）*土层 深度*土壤容积含水量
2、土壤水的有效性
▲
吸湿系数：干燥土壤吸附气态水分子的最大含
量
萎蔫系数：植物因根系无法吸水而发生永久萎
蔫时的土壤含水量（土壤有效水的下限） 田间持水量：土壤毛管悬着水达到最多时的含 水量（土壤有效水的上限）
五、土壤空气
（一）土壤空气的数量及其影响因素
来源：大气的渗透及土壤内部生物化学过 程产生的气体；
土壤空气的数量取决于土壤孔隙状况及含 水量
在土壤总孔隙度不变的情况下，土壤的空 气数量与土壤水分含量是相互消长关系 轻质土壤的大孔隙较多，具有较大的容气 能力和较强的通气性；粘质土壤大孔隙少， 相应地降低了容气能力和通气性
(1)随粒径由大到小，SiO2含量由多到少； (2)R2O3( 即 Fe2O3 与 Al2O3 的总称 ) 与 SiO2 相反， 随粒径由大到小，R2O3含量由少到多； (3)CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小，含 量增加。
(4)土粒由大到小，保水能力增加，但通透性 降低。随着土粒由大到小,土壤湿胀性和可塑 性增加，对耕作带来不利影响。
土壤水分常数和有效性
土壤水分常数
当土壤固相颗粒的表面吸附作用与解吸作用达到 平衡后，土壤的含水量称为吸湿系数。大概有 15—20层水分子,厚度4—8nm。 不同土壤吸湿系数不一样。一般，粘土>土壤>砂 土。 另外吸湿系数大小还与测定时温度有关， 温度高，吸湿系数小。
最大吸湿量: 在空气相对湿 度饱和的情况下，土壤颗粒表 面对水汽分子吸附与解吸达到 平衡后，土壤含水量。
3.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
4.意义： （1）制定灌溉定额的上限 （2）表示土壤水分有效性的上限值
不同质地和耕作条件下土壤的田间持水量（%）
土壤有效水的划分
土壤最大有效水含量与土壤质地关系：壤土>粘土>砂 土
三、土壤含水量及其表示
土壤含水量又叫土壤湿度，它是指在一定 量的土壤中所含水分数量的多少。土壤含 水量是研究土壤水分的基本指标和依据， 无论在土壤水分状况，农田灌排或植物蒸 腾等方面的研究中都是一项重要的指标。
测定土壤含水量的方法有多种。有直接测 定的方法也有间接测定的方法，有适于室 内测定的方法也有适于野外现场测定的方 法，如烘干法、酒精燃烧法、红外线干燥 法、碳化钙法、电阻块法、热传导法、热 电偶法、中子法、y一射线法和微波法等， 但目前仍以烘干法作为标准方法。
Байду номын сангаас
二、土壤水分的有效性
土壤水分有效性是指土壤水分是 否能被作物利用及其被利用的难 易程度。土壤水分有效性的高 低，主要取决于它存在的形态、 性质和数量，以及作物吸水力与 土壤持水力之差。
受力类型
5 土壤水分
1.自然条件下，土壤含水量在时间、空间上都是剧烈的变化着，几乎很难达到一 种固定状态，因而，湿土的概念是一种瞬时状态，为了使各地或各时期土壤含水 量有一个可比性，寻求稳定的、标准的状态作基数非常重要。这里，只有烘干土 壤才是一种稳定状态。 2.用烘干土作基数表示土壤水分含量变化过程较为直观。 例如：某土壤湿时重为120g，烘干后为100g，分别用烘干土和湿土作基数，计算 土壤水分丢失1半后含水量变化： 水分丢失前
绝对水体积（方 亩） 水层厚土（H） 面积（亩） / 1 2000 H 1000 3 2 H 3
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（四） 相对含水量 (relative water content) 相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。正如空气相对湿度一样， 相对含水量说明土壤实际含水量的饱和程度（以田间持水量为标准）,在农业生 产中经常应用。用下式表示： 土壤自然含水量 土壤相对含水量（ ） % 100 田间持水量 注意：分子和分母的量纲要统一 分子和分母所表示的是同一种土壤。
Vw s s dw v Vs w b
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
三.土壤含水量的测定技术
土 壤 含 水 量 的 测 定 技 术 概 述
TDR法
（一）土壤含水量测定技术-烘干法 Methods of measurement for soil water content
由此可见：用烘干土作基数表示水分变化过程更为直观
100 w干 应用时注意：已知土壤样品含水量，由湿土折算成干土计算公式 100 m 今后凡表示土壤组成的百分数都应以烘干土中为基数！
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（二） 容积含水量 （volumetric water content） 容积含水量即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，以称为容积湿度，容积含 水量多用百分比表示，也用容积分数表示： 百分比形式可用下式表示： 水分容积 土壤容积含水量（ %） 100 土壤容积 V 其数学表达式为： w 100
绝对水体积（方 亩） 水层厚土（H） 面积（亩） / 1 2000 H 1000 3 2 H 3
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（四） 相对含水量 (relative water content) 相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。正如空气相对湿度一样， 相对含水量说明土壤实际含水量的饱和程度（以田间持水量为标准）,在农业生 产中经常应用。用下式表示： 土壤自然含水量 土壤相对含水量（ ） % 100 田间持水量 注意：分子和分母的量纲要统一 分子和分母所表示的是同一种土壤。
Vw s s dw v Vs w b
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
三.土壤含水量的测定技术
土 壤 含 水 量 的 测 定 技 术 概 述
TDR法
（一）土壤含水量测定技术-烘干法 Methods of measurement for soil water content
由此可见：用烘干土作基数表示水分变化过程更为直观
100 w干 应用时注意：已知土壤样品含水量，由湿土折算成干土计算公式 100 m 今后凡表示土壤组成的百分数都应以烘干土中为基数！
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（二） 容积含水量 （volumetric water content） 容积含水量即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，以称为容积湿度，容积含 水量多用百分比表示，也用容积分数表示： 百分比形式可用下式表示： 水分容积 土壤容积含水量（ %） 100 土壤容积 V 其数学表达式为： w 100
任务四认识土壤水分
等，使土壤中的水比纯水自由能降低了（分子活动能力降低了），
土壤水的自由能和纯自由水之间自由能的差值，其值大小等于在 标准大气压等温条件下，单位数量的纯自由水转变成土壤水时所 作的功或其自由能的降低值称为土水势。 土水势严密的概念如下：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可逆地转移到土壤中的某一已定点， 使成为土壤水，这时必须做的功，以单位水量来表示称为土水势。 我们规定纯水（自由水）势能值为零，土水势应是负值。
有效水分 土壤水吸力 3.1Mpa 1.5Mpa 0.625Mpa 最 萎 最 大 大 蔫 吸 分 系 湿 子 数 量 持 水 量 膜状水 0.1Mpa 田 间 持 水 量 0Mpa
土 壤 颗 粒
吸湿水
饱 和 持 水 量
毛管悬着水
重力水
泌阳县中等职业学校 农经组
三、土壤含水量的表示方法 1、质量含水量：土壤中保持的水分质量占干土质量的分数， 单位g/㎏。 土壤质量含水量rw=
d=
m土 V土
V H 2O = m土 d
=
Q=
V H 2O V土
mH 2O m土
×d
rw ×d = 1000
Q=rw×d÷1000=质量含水量×容重÷1000 Q%=rw×d÷1000×100%=质量含水量×容重÷1000×100%
泌阳县中等职业学校 农经组
3相对含水量：土壤含水量占田间持水量的百分率。 相对含水量=
3、毛管水：当土壤水分含量达到最大分子持水量时土壤水分就不 再受土粒吸附力的束缚，成为可以移动的自由水，这时靠土壤毛管 孔隙的毛管引力而保持的水分称为毛管水。毛管水可分为： a、毛管上升水：地下水随毛管上升而保持在土壤中的水分称毛 管上升水，毛管上升水与地下水位有密切的关系，它的有效性取 决地下水位。 毛管上升水达到最大量时土壤含水量称土壤毛管持水量。 b、：毛管悬着水：在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后， 由于毛管引力而保持在土壤上层中的水分，称为毛管悬着水。它 与地下水位没有关系，好象悬浮在土层中一样，它是植物水分的 重要来源，对植物的生长意义重大。 毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量称田间持水量。
土壤水分类型及有效性
弱有效水分，又称为松束缚水分。
膜状 水
土粒
膜 状 水 示 意 图
膜状水
3、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤 中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的 水分，称为毛管水。毛管水是土壤中最 宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
● 毛管悬着水(capillary supporting water) 土体中与地 下水位无联系的毛管水称 毛管悬着水。
饱和导水率的特点
① 饱和率是常数
② 是土壤导水率的MAX ③ 主要取决于土壤的质地 和结构。 沙质土 > 壤质土 > 粘 质土
二、土壤非饱和流***
（unsaturted soil water flaw)
土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度 和重力势梯度。它也可用达西定律来描述， 对一维垂向非饱和流，其表达式为：
● 土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的 表面积和孔隙系统的性质引起的。
● 土壤结构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高， 持水孔隙发达，故有效水分含量高。如团聚体发 育好的东北黑土。
● 有机质含量 有机质本身的持水量很大，更 能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质， 可以扩大有效水范围。
土壤质地对有效水范围的影响
d q K ( m ) dx
非饱和流导水率
(unsaturated hydrolic conductivity) 土壤水吸力和导水率之间的关系
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，而非包和条件下则用微 分形式； • 饱和条件下的土壤导水率Ks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（m）的 函数。
膜状 水
土粒
膜 状 水 示 意 图
膜状水
3、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤 中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的 水分，称为毛管水。毛管水是土壤中最 宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
● 毛管悬着水(capillary supporting water) 土体中与地 下水位无联系的毛管水称 毛管悬着水。
饱和导水率的特点
① 饱和率是常数
② 是土壤导水率的MAX ③ 主要取决于土壤的质地 和结构。 沙质土 > 壤质土 > 粘 质土
二、土壤非饱和流***
（unsaturted soil water flaw)
土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度 和重力势梯度。它也可用达西定律来描述， 对一维垂向非饱和流，其表达式为：
● 土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的 表面积和孔隙系统的性质引起的。
● 土壤结构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高， 持水孔隙发达，故有效水分含量高。如团聚体发 育好的东北黑土。
● 有机质含量 有机质本身的持水量很大，更 能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质， 可以扩大有效水范围。
土壤质地对有效水范围的影响
d q K ( m ) dx
非饱和流导水率
(unsaturated hydrolic conductivity) 土壤水吸力和导水率之间的关系
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，而非包和条件下则用微 分形式； • 饱和条件下的土壤导水率Ks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（m）的 函数。
土壤水分的类型与性质
当供水强度小于或等于土壤的入渗 能力时，可全部入渗。
➢ 土壤的入渗能力与土壤质地、结构、 和松紧孔隙状况等有关。
➢ 土壤的透水性过强易漏水肥，过弱则 易渍水内涝，通气不良。
➢ 一般高产水稻田的日渗水量以5～ 10mm为宜。
h
20
五、土壤水分的调节
▪ 灌溉排水 ▪ 中耕保墒 ▪ 改土培肥 ▪ 节水农业
（二）毛管水动动
▪ 毛管水的移动法则
移动的方向虽从毛管粗、
水分多处，向毛管细，
水分少处，从质地粗向
质地细的土层中移动。
移动的速度取决于毛
管力梯度，两点间毛
管力梯度大，移动速度越快。
移动的距离（上升高度）与毛管半径成反比。
▪ 砂质土毛管水移动速度快，但距离短，粘质土的小孔隙多，吸
水膨胀，增大了磨擦阻力，移动的速度慢，距离也短。
h
15
土壤水分的运动方式和特点
▪ 扩散控制阶段
➢ 当水分进一步减少到地面 出现干土层后，土体内部 的水分不能向上传导，只 能在下部汽化，穿过孔隙 进入大气。水分损失量主 要取决于土壤孔隙的大小 和多少，通过镇压，既能 减少土壤孔隙量，又可使 土体紧实，毛管接通，起 到保墒和提墒的作用。
h
16
毛管水动动
h
13
汽态水运动之大气蒸发力控制阶段
▪ 大气蒸发力控制阶段
➢ 开始于降水或灌溉之后，由 于土壤中水分充足，水分的 损失量主要取决于大气的蒸 发能力，即与空气湿度、温 度及风速等有关。
➢ 特点是单位时间蒸发损失掉 水分的数量不变。失水快， 失水量多，持续时间短，应 及时用中耕或覆盖的方法进 行保墒。
➢ 受土粒吸引力较大，约 为31×105～6.25×105Pa。 溶解养分的能力差，移 动速度缓慢，部分有效。
节水灌溉新技术总结
节水灌溉新技术总结第一章绪论1. 节水的定义：节水的概念通常可分为狭义和广义两种。
其中：狭义：指为达到减少水资源消耗量的目的所采取的各种措施。
又称为真实节水。
广义：以提高水的利用率和生产效率为核心，用尽可能少的水为经济社会可持续发展提供保障。
2. 节水灌溉：指用尽可能少的水投入，取得尽可能多的农作物产出的一种灌溉方式，目的是提高水的利用率和水分生产率。
3. 国内外节水灌溉技术的发展趋势：(1) 因地制宜，继续普及与推广喷、微灌技术；(2) 灌溉渠系管道化；(3) 现代精细地面灌溉技术；(4) 研究和推广非充分灌溉技术；(5) “3S”技术在农业节水中的应用。
4. 节水灌溉技术体系：灌溉用水从水源到田地，到被作物吸收、形成经济产量，主要包括水资源调配、输配水、田间灌水和作物吸收等4个环节节水灌溉技术体系包括：灌溉水资源优化调配技术、节水灌溉工程技术、农艺及生物节水技术和节水管理技术其中节水灌溉工程技术是该技术体系的核心。
节水灌溉工程技术包括：渠道防渗技术、管道输水技术、喷灌技术、微灌技术、改进地面灌溉技术第二章节水灌溉基础理论1. 水对作物的生理作用：(1) 水是细胞原生质的重要成分；(2) 水是光合作用的重要原料；(3) 水是生化反应的介质；(4) 依靠水溶解和输送养分；(5) 保持作物体处于一定形态。
2. 水对植物的生态作用：(1) 水是植物体温调节器；(2) 水对可见光的通透性；(3) 水对植物生存环境的调节。
3. 植物水势典型的植物水势(ψw)由以下四个部分组成：溶质势(ψs)、压力势(ψp)、基质势(ψm)和重力势(ψg)，即ψw=ψs+ψp+ψm+ψg(1) 溶质势(渗透势)：指因溶质的存在(降低了水的自由能)而使水势下降的数值，恒为负值。
(2) 压力势：细胞壁压力的存在而增加的水势。
(3) 基质势(衬质事、基模势)：是细胞的衬质对水分子的吸附而引起的水势。
(4) 重力势：因重力作用而具有的水势。
《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
土壤水分的类型与性质_OK
Thursday, July 22, 2021
15
土壤水分的运动方式和特点
▪ 扩散控制阶段
➢ 当水分进一步减少到地面 出现干土层后，土体内部 的水分不能向上传导，只 能在下部汽化，穿过孔隙 进入大气。水分损失量主 要取决于土壤孔隙的大小 和多少，通过镇压，既能 减少土壤孔隙量，又可使 土体紧实，毛管接通，起 到保墒和提墒的作用。
19
重力水动运
（三）重力水的运动
➢ 土壤水分达到饱和状态时，多余的水 分就会在重力支配下沿大孔隙向下渗 漏。透水性强弱主要取决于供水强度 和土壤入渗能力的相对大小。
当供水强度大于土壤入渗能力时， 地面产生径流；
当供水强度小于或等于、结构、 和松紧孔隙状况等有关。
第一节 土 壤 水 分
土壤水分的类弄和性质 土壤水分常数及其有效性 土壤含水量及其表示方法 土壤水分的动动 土壤水分的保畜和调节
Thursday, July 22, 2021
土壤中的水分主要来自 于降水、灌溉和地下水的补充。 “有收无收在于水”，任何作 物在其生长发育期间，都要求 土壤持续不断地供给一定数量 的水分，以满足生命活动的需 要。
T水hur膨sday胀, July，22,增202大1 了磨擦阻力，移动的速度慢，距离也短。
17
毛管水上升高度
▪
Thursday, July 22, 2021
毛管力的大小与水的表面张力 成正比，与水的弯月面曲率半 径成反比：
P=2a/R 当毛管水高度为H时,水柱的重 力为Hdg,与毛管力相等，即：
➢ 速度慢，往往供不应求。
Thursday, July 22, 2021
3
土壤水分的类型与性质
3.毛管水
➢ 存在于土壤毛管孔隙中， 由毛管力所保持的水分。
第6章土壤水（答案）1土壤水的形态有哪些各类型有效性如何
第6章土壤水（答案）1 土壤水的形态有哪些？各类型有效性如何？土壤水按其存在形态可分为下列几种类型：固态水——土壤水冻结时形成的冰晶。
汽态水——存在于土壤空气中的水蒸汽。
液态水——吸湿水、膜状水、毛管水、重力水、地下水。
其中，毛管水包括悬着水和支持毛管水。
上述类型水中，对植物有效水主要指部分膜状水和毛管水。
2 什么是土壤有效含水范围？其影响因素有哪些？土壤有效含水范围是指土壤所含植物可以利用水的范围，它也是说明土壤水分物理特性的一个常数，可用下式表示：A=F-WA为土壤有效含水范围，F为田间持水量，W为凋萎系数。
土壤有效含水范围的影响因素有土壤质地、土壤结构、土壤有机质含量和土壤层位。
3 什么是土壤水分特征曲线？它有哪些用途？受哪些因素影响？土壤水的基质势或土壤水吸力是随土壤含水率而变化的，其关系曲线称为土壤水分特征曲线。
土壤水分特征曲线表示土壤水的能量和数量之间的关系，是研究土壤水分的保持和运动所用到的反映土壤水分基本特性的曲线。
其用途主要有（1）可进行土壤水吸力S和含水率θ之间的换算。
（2）可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布。
（3）可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性。
（4）应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时，水分特征曲线是必不可少的重要参数。
土壤水分特征曲线受土壤质地、土壤结构、温度和土壤中水分变化过程等因素影响。
4 饱和土壤中的水流运动和非饱和土壤中的水流运动有哪些相同点？有哪些不同点？相同点：两者都是液态水的流动，都是由一个土层到另一个土层中土壤水势的梯度变化而发生的，流动方向都是从较高的水势到较低的水势，导水率都受土壤质地的影响。
不同点：饱和土壤中的水流，其推动力为重力势梯度和压力势梯度，总水势梯度用差分形式，导水率对特定土壤为一常数。
非饱和土壤中的水流，其推动力是基质势梯度和重力势梯度，总水势梯度用微分形式，导水率是土壤含水量或基质势的函数。
5 土壤水分有哪些来源和消耗途径？土壤水分的来源有大气降水、凝结水、地下水和人工灌溉。
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河流
2020/7/7
三、土壤水分含量的表示方法
（一）质量含水量（m）
n
W1 W2 W2
100
（二）容积含水量（ v）
V=m·
（三）相对含水量（%）
土 壤 相 对 含 水 量 ＝ 土 壤 含 水 量 田 间 持 水 量
2020/7/7
（三）土壤贮水量
1、水深（DW）
n
DW=V·h 或 Dw,100 1 •h
如何用水吸力和水势判断水 分运动的方向？请回答。
2020/7/7
四、土壤水势的定量测定来自★在上述范围内随土壤水分减少而降低 。
★传统的土壤水分有效范围
2020/7/7
(三)影响土壤水分有效性的因素
● 土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的 表面积和孔隙系统的性质引起的。
● 土壤结构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高， 持水孔隙发达，故有效水分含量高。如团聚体发 育好的东北黑土。
● 有机质含量 有机质本身的持水量很大，更 能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质， 可以扩大有效水范围。
弱有效水分，又称为松束缚水分。
2020/7/7
膜状 水
膜
土粒
状
水
示
意
图
膜状水
2020/7/7
3、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤 中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的 水分，称为毛管水。毛管水是土壤中最 宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
● 毛管悬着水(capillary supporting water) 土体中与地
下水位无联系的毛管水称 毛管悬着水。
● 毛管支持水（毛管上 升水） (capillary suspending
地 下 水
water) 土体中与地下水位
位
有联系的毛管水称毛管
高
支持水。
地下水 位低
2020/7/7
水
毛管作用力范围：
沿
0.1-1mm
着
有明显的毛管作用
毛
0.05-0.1mm
管
毛管作用较强
● 基质势ψm 负值，当土壤饱和时最大＝0.
土壤含水量越高，基质势也越高。
● 渗透势ψs 渗透势又称溶质势，负值。土
壤溶质浓度越高，溶质势越低。 溶质势只有对半透膜的水分运动起作用。
2020/7/7
●压力势ψp 正值。只有当土壤水分饱和时
才有压力势在不饱和土壤中压力势为0.饱和土层
越深，压力势越高。
2020/7/7
（二）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,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。
2020/7/7
土壤水分有效性的三种假设
★土壤水分在上限（田间持水量）和下 限（凋萎系数）之间同等有效。
2020/7/7
2020/7/7
2020/7/7
第二节 土壤水的能态
土壤
A 砂土
10%
水
流
土壤
向
B 粘土
何 方 ？
15%
2020/7/7
一、土水势概念
土水势是在标准大气压下，极小单位水量 从一个平衡的土一水系统可逆地移到和它温度相 同，处于参比状态水池时所做的功。
土 水
作功
二、土水势的组成
⒌充水的大孔 隙
土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图
•***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，叫毛管水上升高 度。
• h水柱高度（cm)，d孔隙直径（mm）
2020/7/7
2020/7/7
4、重力水(gravitational water)
又称多余水，是指土壤中充滞于 充气孔隙中的水分。存在于土壤中的时 间短，很快会因为重力作用而渗入或流 出。
i1
i
2、水方（ m3） mm
V方 /公顷 10 Dw
V方/亩＝2/3Dw
2020/7/7
四、土壤水分常数及土壤水分有效性
（一）土壤水分常数(soil moisture constant) 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。
2020/7/7
●田间持水量(field capacity) ***：
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。
● 饱和含水量(saturated water content) 饱和含 水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量。以 干土质量或容积的百分量表示。
2020/7/7
二、土壤水分的类型和性质 水汽
土壤
1、吸湿水(hydroscopic water) 干土从空气中吸着水
汽所保持的水，称为吸湿水。又称为紧束缚水，属 于无效水分。
2、膜状水（薄膜水） ( membraneous water) 指由土
壤颗粒表面吸附所保持的水层，膜状水的最大值叫
最大分子持水量。薄膜水对植物生长发育来说属于
上
0.05-0.005mm
毛管作用最强
升
〈0.001mm
毛管作用消失
2020/7/7
毛管作用
土粒
毛管 悬着 水示 意图
2020/7/7
•地下水位
土粒
毛管 上升 水示 意图
地下水位
2020/7/7
Ⅰ.自地下水 面向上供水的 毛管水的网
Ⅱ.充水的粗 毛管供水
⒈土粒
⒉细毛管
⒊排除毛管水 的大孔隙
⒋束缚水占的 孔隙
p=wghV
●重力势ψg
重力势（g）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.
总水势： t=m+p+s+g
请注意：在不同的情 况下，土壤总水势的 各分势组成是不同的 。切记。
2020/7/7
三、土壤水吸力*** 绝对正值
土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的 情况下所处的能态，简称吸力，但并不是 指土壤对水的吸力。T＝-m 一般谈及的吸力是指基质吸力，其值与 m相等，但符号相反。
第六章
土壤水
2020/7/7
第一节 土壤水分的类型及有效性
一、土壤水的重要性：
所有的水只有进入土 壤转化为土壤水，才能被 植物吸收利用。土壤水是 作物吸水的最主要来源。
土壤水是土壤的最重要组成部分之一。 土壤水是土壤形成发育的催化剂； 土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土壤水 实际上是指在105℃温度下从土壤中驱逐出来的 水。
2020/7/7
三、土壤水分含量的表示方法
（一）质量含水量（m）
n
W1 W2 W2
100
（二）容积含水量（ v）
V=m·
（三）相对含水量（%）
土 壤 相 对 含 水 量 ＝ 土 壤 含 水 量 田 间 持 水 量
2020/7/7
（三）土壤贮水量
1、水深（DW）
n
DW=V·h 或 Dw,100 1 •h
如何用水吸力和水势判断水 分运动的方向？请回答。
2020/7/7
四、土壤水势的定量测定来自★在上述范围内随土壤水分减少而降低 。
★传统的土壤水分有效范围
2020/7/7
(三)影响土壤水分有效性的因素
● 土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的 表面积和孔隙系统的性质引起的。
● 土壤结构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高， 持水孔隙发达，故有效水分含量高。如团聚体发 育好的东北黑土。
● 有机质含量 有机质本身的持水量很大，更 能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质， 可以扩大有效水范围。
弱有效水分，又称为松束缚水分。
2020/7/7
膜状 水
膜
土粒
状
水
示
意
图
膜状水
2020/7/7
3、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤 中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的 水分，称为毛管水。毛管水是土壤中最 宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
● 毛管悬着水(capillary supporting water) 土体中与地
下水位无联系的毛管水称 毛管悬着水。
● 毛管支持水（毛管上 升水） (capillary suspending
地 下 水
water) 土体中与地下水位
位
有联系的毛管水称毛管
高
支持水。
地下水 位低
2020/7/7
水
毛管作用力范围：
沿
0.1-1mm
着
有明显的毛管作用
毛
0.05-0.1mm
管
毛管作用较强
● 基质势ψm 负值，当土壤饱和时最大＝0.
土壤含水量越高，基质势也越高。
● 渗透势ψs 渗透势又称溶质势，负值。土
壤溶质浓度越高，溶质势越低。 溶质势只有对半透膜的水分运动起作用。
2020/7/7
●压力势ψp 正值。只有当土壤水分饱和时
才有压力势在不饱和土壤中压力势为0.饱和土层
越深，压力势越高。
2020/7/7
（二）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,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。
2020/7/7
土壤水分有效性的三种假设
★土壤水分在上限（田间持水量）和下 限（凋萎系数）之间同等有效。
2020/7/7
2020/7/7
2020/7/7
第二节 土壤水的能态
土壤
A 砂土
10%
水
流
土壤
向
B 粘土
何 方 ？
15%
2020/7/7
一、土水势概念
土水势是在标准大气压下，极小单位水量 从一个平衡的土一水系统可逆地移到和它温度相 同，处于参比状态水池时所做的功。
土 水
作功
二、土水势的组成
⒌充水的大孔 隙
土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图
•***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，叫毛管水上升高 度。
• h水柱高度（cm)，d孔隙直径（mm）
2020/7/7
2020/7/7
4、重力水(gravitational water)
又称多余水，是指土壤中充滞于 充气孔隙中的水分。存在于土壤中的时 间短，很快会因为重力作用而渗入或流 出。
i1
i
2、水方（ m3） mm
V方 /公顷 10 Dw
V方/亩＝2/3Dw
2020/7/7
四、土壤水分常数及土壤水分有效性
（一）土壤水分常数(soil moisture constant) 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。
2020/7/7
●田间持水量(field capacity) ***：
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。
● 饱和含水量(saturated water content) 饱和含 水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量。以 干土质量或容积的百分量表示。
2020/7/7
二、土壤水分的类型和性质 水汽
土壤
1、吸湿水(hydroscopic water) 干土从空气中吸着水
汽所保持的水，称为吸湿水。又称为紧束缚水，属 于无效水分。
2、膜状水（薄膜水） ( membraneous water) 指由土
壤颗粒表面吸附所保持的水层，膜状水的最大值叫
最大分子持水量。薄膜水对植物生长发育来说属于
上
0.05-0.005mm
毛管作用最强
升
〈0.001mm
毛管作用消失
2020/7/7
毛管作用
土粒
毛管 悬着 水示 意图
2020/7/7
•地下水位
土粒
毛管 上升 水示 意图
地下水位
2020/7/7
Ⅰ.自地下水 面向上供水的 毛管水的网
Ⅱ.充水的粗 毛管供水
⒈土粒
⒉细毛管
⒊排除毛管水 的大孔隙
⒋束缚水占的 孔隙
p=wghV
●重力势ψg
重力势（g）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.
总水势： t=m+p+s+g
请注意：在不同的情 况下，土壤总水势的 各分势组成是不同的 。切记。
2020/7/7
三、土壤水吸力*** 绝对正值
土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的 情况下所处的能态，简称吸力，但并不是 指土壤对水的吸力。T＝-m 一般谈及的吸力是指基质吸力，其值与 m相等，但符号相反。
第六章
土壤水
2020/7/7
第一节 土壤水分的类型及有效性
一、土壤水的重要性：
所有的水只有进入土 壤转化为土壤水，才能被 植物吸收利用。土壤水是 作物吸水的最主要来源。
土壤水是土壤的最重要组成部分之一。 土壤水是土壤形成发育的催化剂； 土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土壤水 实际上是指在105℃温度下从土壤中驱逐出来的 水。