土壤水分、空气和热量第五次课
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第一章 土壤剖析
第二节 土壤组成 2.3 土壤水分与空气
第一章
教学重点
1. 掌握土壤流体物质组成及其主要诊断特性 2. 理解土壤水类型、土水势及土壤水分状况 3. 了解土壤空气及其运动、土壤热量状况
第一章
关键词
土壤水分(soil water content ) 土壤水势(soil water potential) 土壤水分状况(soil water regime)
第一章
全球水分循环示意图 (据Botkin DB, 1998)
全球土壤水分状况季节性变化图
第一章
土壤水分类型
固态水
气态水
化合水
化学束缚水
土 壤
结晶水
束缚水 物理束缚水 吸湿水
水
膜状水
分
自由水
毛管水 重力水
毛管上升水 毛管悬着水 自由重力水 支持重力水
第一章
固态水
只有当土壤温度到0℃以下，土壤水发 生冻结时才能形成固态水，它不能为植 物所吸收利用；
的介质; 影响土壤中物质能量的迁移转化过程; 影响土壤形成发育的方向和性质。
第一章
土壤水分
植物从土壤中吸取的水量十分巨大，就多 数农作物而言，每生产一斤干粒实和基杆，要 消耗一百甚至几百斤以上的水。这样大的需水 量，就要求土壤具有不断供给和保存适量水分 的能力
第一章
土壤水分来源
土壤水分主要来源大气降水、灌溉水和地下水。
wk.baidu.com
55%
30% 5%
10%
植被截留 地表径流 地表蒸发 渗入土壤
第一章
土壤水分消耗
土壤水分的消耗主要有土壤蒸发、植物吸收和 蒸腾、水分渗漏和径流损失，其中地面蒸发和 水分渗漏最为重要；
土壤水分的收入与消耗导致的土壤含水量变化 状况即为土壤的水量平衡。
第一章
田间土壤水分平衡
第一章
田间土壤水分平衡
土壤温度状况(soil temperature regime) 土壤空气(soil air)
第一章
2.3 土壤水分、空气
土壤颗粒之间、团聚体之间、颗粒与团聚体之间 存在大小不定的孔隙，它们是土壤水分、空气的 通道和储存库。
土壤孔隙 水分、空气
第一章
土壤水分、空气
第一章
土壤水分
土壤水分是土壤的主要组成部分; 是植物生活不可缺少的生存因子; 与可溶性盐构成土壤溶液，成为植物供应养分
第一章
毛管水的出现是一种普遍的毛管现象，毛管现 象由于两种力而产生：
水的表面张力（常显示在液体—空气界处， 由于水分子彼此之间的吸引力大于水分子与 界面上空气分子之间的吸引力，形成一个表 面向内的力）
水分移动时，它与所通过的管壁固体之间的 吸引力。
第一章
土壤孔隙直径大于8mm时，没有毛管现象，孔隙 由8mm向0.1mm过度时，毛管现象逐渐显现出来， 在0.1mm~0.01mm孔隙范围内，毛管作用最明显， 而孔隙小于0.001mm，则孔隙为膜状水所充满不 起毛管作用，称为无效孔隙。
束缚水。束缚水可分为化学束缚水和物理束缚水；
化学束缚水：参与矿物结晶晶格组成，成为土壤矿
物化学组成的部分。依其与矿物结合的情形（牢固 程度），又可再分为化合水和结晶水；
化合水在矿物的结晶格子中被非常牢固地保持着，
只有在数百度高温情况下才能被分离开，与此同时， 矿物也遭到破坏。如高岭土、针铁矿；
结晶水的结合不太牢固，即较低温度下可被分离出
土壤水分平衡的数学表达式为：
ΔW = P + I + U - E - T - R - In - D
式中： ΔW表示计算时段末与时段初土体储水量 之差（mm）；P表示计算时段内降水量 （mm）；I表示计算时段内灌水量（mm）；U 表示计算时段内上行水总量（mm）；E表示计 算时段内土面蒸发量（mm）；T表示计算时段 内植物叶面蒸腾量（mm）；R表示计算时段内 地面径流损失量（mm）；In表示计算时段内植 物冠层截留量（mm）；D表示计算时段内下渗 水量（mm）。
来。如石膏，芒硝分别在60－65℃与20－25℃的较 低温度下就可被分离出来。
第一章
➢ 物理束缚水：主要是被土壤固体颗粒表面的分 子引力所保持着的水分，依其来源和受束缚力 的大小可分为吸湿水和膜状水。
➢ 吸湿水：即土壤固体颗粒依据其表面分子引力 吸持在颗粒表面的汽态水。
➢ 土壤吸湿水量大小，主要决定于土粒的表面积 大小和相对湿度的高低。土壤质地愈细，比表 面积愈大，吸湿愈强，所以土壤质地粘重，土 壤的吸湿水量就愈高，空气中相对湿度愈大， 吸湿量愈大，土壤保持吸湿水达到的最大量称 为吸湿系数。
第一章
重力水
当毛管水达到最大持水量后,若再有水分补给时， 则存在于大孔隙(>8mm)中的水因重力作用下移成 为重力水。重力水的下移主要是在非毛管的大孔 隙及土壤中的裂隙、根孔、动物洞穴中进行；
中纬度地区，冬季寒冷，具有季节性固 态水，高纬、高山的永冻土区，水分终 年固态。
第一章
气态水
➢气体状态存在的水分，即水汽。这种水存在于土 壤孔隙之中，也是土壤空气成分之一。气态水的 多少，随土壤的湿度和温度的变化而变化，且不 能被植物所利用。
第一章
束缚水
土壤中被固体颗粒束缚着的不能自由移动的水称为
第一章
毛管水依其存在状态可分毛管悬着水和 毛管上升水
毛管悬着水：当降雨或灌溉水进入土壤，在压 力作用下向下渗透，结果一部分流入下层，另 一部分靠毛管力的作用被保持在毛管孔隙中， 叫毛管悬着水；毛管悬着水达到最大时的土壤 含水量称为田间持水量
毛管上升水：地下水沿毛管上升而充满毛管孔 隙中的水分。当土壤毛管上升水到最大数量时 含水量，称毛管持水量。
自由水
自由水：土壤中不被土粒牢固保持而能够自 由移动的液态水，即超过最大分子持水量时 的水分，这种水能够被植物利用，并参与土 壤中的各种物理化学作用。自由水可以分为 毛管水和重力水两种。
毛管水：土壤中被毛管力吸附存在于土粒之 间所形成的毛细管孔隙中的水分。毛管水是 土壤中最宝贵的水分：具有溶解力，在毛管 水中溶解有各种营养物质；又由于毛管力的 作用，毛管水能较长久的存在于土壤中，为 植物有效水分的基本来源。
第一章
➢ 膜状水：被吸附在吸湿水膜外层的水分叫膜状 水。膜状水的形成是在土粒表面形成吸湿水层 以后，尚有剩余的分子引力，吸附动能较小的 液态水分子，当膜状水达到最大数量时的含水 量，称为最大分子持水量；
➢ 凋萎系数：植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。
第一章
第二节 土壤组成 2.3 土壤水分与空气
第一章
教学重点
1. 掌握土壤流体物质组成及其主要诊断特性 2. 理解土壤水类型、土水势及土壤水分状况 3. 了解土壤空气及其运动、土壤热量状况
第一章
关键词
土壤水分(soil water content ) 土壤水势(soil water potential) 土壤水分状况(soil water regime)
第一章
全球水分循环示意图 (据Botkin DB, 1998)
全球土壤水分状况季节性变化图
第一章
土壤水分类型
固态水
气态水
化合水
化学束缚水
土 壤
结晶水
束缚水 物理束缚水 吸湿水
水
膜状水
分
自由水
毛管水 重力水
毛管上升水 毛管悬着水 自由重力水 支持重力水
第一章
固态水
只有当土壤温度到0℃以下，土壤水发 生冻结时才能形成固态水，它不能为植 物所吸收利用；
的介质; 影响土壤中物质能量的迁移转化过程; 影响土壤形成发育的方向和性质。
第一章
土壤水分
植物从土壤中吸取的水量十分巨大，就多 数农作物而言，每生产一斤干粒实和基杆，要 消耗一百甚至几百斤以上的水。这样大的需水 量，就要求土壤具有不断供给和保存适量水分 的能力
第一章
土壤水分来源
土壤水分主要来源大气降水、灌溉水和地下水。
wk.baidu.com
55%
30% 5%
10%
植被截留 地表径流 地表蒸发 渗入土壤
第一章
土壤水分消耗
土壤水分的消耗主要有土壤蒸发、植物吸收和 蒸腾、水分渗漏和径流损失，其中地面蒸发和 水分渗漏最为重要；
土壤水分的收入与消耗导致的土壤含水量变化 状况即为土壤的水量平衡。
第一章
田间土壤水分平衡
第一章
田间土壤水分平衡
土壤温度状况(soil temperature regime) 土壤空气(soil air)
第一章
2.3 土壤水分、空气
土壤颗粒之间、团聚体之间、颗粒与团聚体之间 存在大小不定的孔隙，它们是土壤水分、空气的 通道和储存库。
土壤孔隙 水分、空气
第一章
土壤水分、空气
第一章
土壤水分
土壤水分是土壤的主要组成部分; 是植物生活不可缺少的生存因子; 与可溶性盐构成土壤溶液，成为植物供应养分
第一章
毛管水的出现是一种普遍的毛管现象，毛管现 象由于两种力而产生：
水的表面张力（常显示在液体—空气界处， 由于水分子彼此之间的吸引力大于水分子与 界面上空气分子之间的吸引力，形成一个表 面向内的力）
水分移动时，它与所通过的管壁固体之间的 吸引力。
第一章
土壤孔隙直径大于8mm时，没有毛管现象，孔隙 由8mm向0.1mm过度时，毛管现象逐渐显现出来， 在0.1mm~0.01mm孔隙范围内，毛管作用最明显， 而孔隙小于0.001mm，则孔隙为膜状水所充满不 起毛管作用，称为无效孔隙。
束缚水。束缚水可分为化学束缚水和物理束缚水；
化学束缚水：参与矿物结晶晶格组成，成为土壤矿
物化学组成的部分。依其与矿物结合的情形（牢固 程度），又可再分为化合水和结晶水；
化合水在矿物的结晶格子中被非常牢固地保持着，
只有在数百度高温情况下才能被分离开，与此同时， 矿物也遭到破坏。如高岭土、针铁矿；
结晶水的结合不太牢固，即较低温度下可被分离出
土壤水分平衡的数学表达式为：
ΔW = P + I + U - E - T - R - In - D
式中： ΔW表示计算时段末与时段初土体储水量 之差（mm）；P表示计算时段内降水量 （mm）；I表示计算时段内灌水量（mm）；U 表示计算时段内上行水总量（mm）；E表示计 算时段内土面蒸发量（mm）；T表示计算时段 内植物叶面蒸腾量（mm）；R表示计算时段内 地面径流损失量（mm）；In表示计算时段内植 物冠层截留量（mm）；D表示计算时段内下渗 水量（mm）。
来。如石膏，芒硝分别在60－65℃与20－25℃的较 低温度下就可被分离出来。
第一章
➢ 物理束缚水：主要是被土壤固体颗粒表面的分 子引力所保持着的水分，依其来源和受束缚力 的大小可分为吸湿水和膜状水。
➢ 吸湿水：即土壤固体颗粒依据其表面分子引力 吸持在颗粒表面的汽态水。
➢ 土壤吸湿水量大小，主要决定于土粒的表面积 大小和相对湿度的高低。土壤质地愈细，比表 面积愈大，吸湿愈强，所以土壤质地粘重，土 壤的吸湿水量就愈高，空气中相对湿度愈大， 吸湿量愈大，土壤保持吸湿水达到的最大量称 为吸湿系数。
第一章
重力水
当毛管水达到最大持水量后,若再有水分补给时， 则存在于大孔隙(>8mm)中的水因重力作用下移成 为重力水。重力水的下移主要是在非毛管的大孔 隙及土壤中的裂隙、根孔、动物洞穴中进行；
中纬度地区，冬季寒冷，具有季节性固 态水，高纬、高山的永冻土区，水分终 年固态。
第一章
气态水
➢气体状态存在的水分，即水汽。这种水存在于土 壤孔隙之中，也是土壤空气成分之一。气态水的 多少，随土壤的湿度和温度的变化而变化，且不 能被植物所利用。
第一章
束缚水
土壤中被固体颗粒束缚着的不能自由移动的水称为
第一章
毛管水依其存在状态可分毛管悬着水和 毛管上升水
毛管悬着水：当降雨或灌溉水进入土壤，在压 力作用下向下渗透，结果一部分流入下层，另 一部分靠毛管力的作用被保持在毛管孔隙中， 叫毛管悬着水；毛管悬着水达到最大时的土壤 含水量称为田间持水量
毛管上升水：地下水沿毛管上升而充满毛管孔 隙中的水分。当土壤毛管上升水到最大数量时 含水量，称毛管持水量。
自由水
自由水：土壤中不被土粒牢固保持而能够自 由移动的液态水，即超过最大分子持水量时 的水分，这种水能够被植物利用，并参与土 壤中的各种物理化学作用。自由水可以分为 毛管水和重力水两种。
毛管水：土壤中被毛管力吸附存在于土粒之 间所形成的毛细管孔隙中的水分。毛管水是 土壤中最宝贵的水分：具有溶解力，在毛管 水中溶解有各种营养物质；又由于毛管力的 作用，毛管水能较长久的存在于土壤中，为 植物有效水分的基本来源。
第一章
➢ 膜状水：被吸附在吸湿水膜外层的水分叫膜状 水。膜状水的形成是在土粒表面形成吸湿水层 以后，尚有剩余的分子引力，吸附动能较小的 液态水分子，当膜状水达到最大数量时的含水 量，称为最大分子持水量；
➢ 凋萎系数：植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。
第一章