土壤学(第五章) 土壤水

一、土壤水的类型划分及有效性
（一）土壤水的类型划分
1. 吸湿水(hydroscopic water) （紧束缚水） 土粒通过吸附力吸附空气中水汽分子所保持的水分。
吸附力很强，可达 31 至 10000atm ，因而水的密度增大， 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。对植物无效。
解：先将土壤含水量水w%换算为水v%
初始含水量 水v%=10%×1.2=12%
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田间持水量 水v%=30%×1.2=36%
因水mm= 水v% ×土层厚度 土层厚度=水mm/水v%=10/(0.36-0.12) =41.7（mm） 4. 水贮量(方/亩) 1亩地土壤水贮量(方/亩)的计算公式为： 方/亩 =2/3水mm 方/亩=水mm×1/1000×10000/15=2/3水mm
1. 用于土壤水吸力与含水量之间的换算
不同土壤的水吸力相同，水分有效性相同，但含水 量不同，因而有效水的数量不同。 2.用于各级孔径、孔隙及其容积（V，%）的计算 D=3/T
土壤水吸力（S）与含水量 的经验公式： S= aθb 或 S=a(θ/θs)b S=A（θs-θ）n/θm 式中： S——水吸力（Pa）；θ——含水量（%）； θs——饱和含水量（%）； a、b、A、n、m为相应的经验常数。
（一）土壤水分特征曲线的影响因素 1. 土壤质地
假定土壤水吸力为
300cm（水柱高），各种质
与地下水有联系，随 水示 意图
(2) 毛管悬着水(capillary suspending water)
与地下水无联系，由毛管力保持在土壤毛管孔隙中 的水分，好象悬在土壤中一样。
土粒
毛管 悬着 水示 意图
4. 重力水 (gravitational water) 受重力作用可以从土壤中排出的水分，主 要存在于土壤通气孔隙中。
作用：与灌溉水量的表示方法一致，便于计算库容
和灌水量。
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例：一容重为1g/cm3的土壤，初始含水量为12%，田间
持水量为30%，要使30cm土层含水量达田间持水量的80%， 需灌水多少（方/亩）？ 解：田间持水量的80%为：30%×80%=24%
30cm土层含水达田间持水量80%时
水mm=(0.24-0.12)×1×300 =36(mm)
表5－2
kPa 0.1 1
各种方法的换算关系
pF值 0 1 kPa 1520 3141
水柱高度 （cm） 1
10
水柱高度 （cm） 15849
21623
pF值 4.2 4.5
10
51
100
501
2
2.7
10133
101325
100000
1000000
5
6
101
1013
1000
10000
3
4
1013250
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在105～110℃条件下，烘至恒重，为烘干土重，以 此为基础计算水分重(蒸发损失量)的百分比(%)。 改进快速法——红外线烘干法、微波炉烘干法、
酒精烘干法、酒精烧失法等。
风干土— 烘干土 水分= ————————×100% 烘干土
2.中子法 简便、较精确。但只能用于较深土层水分测定，不能用 于土表薄层土。有机质中的氢也会影响H2O的测定结果。
田间持水量(%) 凋萎系数(%) 有效水最大含量(%)
砂土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 粘土
12 3 9 18 5 13 22 6 16 24 9 15 26 11 15 30 15
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(hygroscopic coefficient)
(wilting coefficient) (field capacity) (saturated water content)
只含有吸湿水的土壤称为风干土； 除去吸湿水的绝对干土称为烘干土。 风干土重 烘干土重= ——————— 1+吸湿水%
风干土重=烘干土重× （1+吸湿水%）
土壤吸湿水含量受土壤质地的影响，粘质土吸附力强，
保持的吸湿水多，砂质土则吸湿水含量低 。
吸湿水含量还受空气湿度的影响，空气相对湿度高，
吸湿水含量高，反之则吸湿水含量低。
况则Ψp为正值。 土水势Ψt=Ψm+Ψs+Ψg+Ψp
二、土壤水吸力(soil moisture suction)
土壤水承受一定吸附力情况下的能态。 水吸力只相当于土水势的基膜势和溶质势，数值相 等，符号相反。 基膜势和溶质势一般为负值，使用不方便，故将其
取为正数，定义为吸力（ S），分别称为基质吸力和溶
3.TDR法（时域反射仪法）
第二节 土壤水的能态
一、土水势及其分势
1. 土水势(soil water potential)
土壤水的自由能与标准状态水自由能的差值。
以标准状态水的自由能为零，土壤水自由能与其比
较差值一般为负值。差值大，表明水不活跃，能量低；
差值小，表明土壤水与自由水接近，活跃，能量高。
压力膜法：根据土壤在不同压力下排水的原理测定， 可测水吸力1~20bar。
五、土壤水分特征曲线 (soil water characteristic curve)
土壤水分特征曲线是土壤水的能量指标（水吸力）与 数量指标（含水量）的关系曲线。 随着土壤含水量的减少其水吸力增大，基质势降低，
植物根系吸水难度增大，水分有效性降低。
地的对应土壤的含水量（容
积%）约为：细砂土 8%， 砂壤土15%，壤土34%，粘 土42% 。
soil water characteristic curve
2. 土壤结构和紧实度（容重）
在同一吸力值下，容重愈大的土壤，含水量愈高。 3. 温度 影响水的粘滞性和表面张力。土温升高，水的基质势 增大，有效性提高。

（二）土壤水分常数(soil moisture constant)
土壤中某种水分类型的最大含量，随土壤性质而定， 是一个比较固定的数值，故称水分常数。
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1. 吸湿系数 (hygroscopic coefficient)
吸湿水的最大含量，也称最大吸湿量。
吸湿水的含量受空气相对湿度影响，测定吸湿系数是 在空气相对湿度98%(或99%)条件下，让土壤充分吸湿(通 常为一周时间)，达到稳定后在105℃～110℃条件下烘干
（3）重力势 (gravitational potential)Ψg
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。 （4）压力势 (pressure potential)Ψp 标准状态水的压力为 1个大气压，但在土壤中的水所 受到的压力，在局部地方就不一定为1个大气压。 如果土壤中有水柱或水层，就有一定的静水压；悬 浮于水中的物质也会产生一定的荷载压。若存在上述状
测定得到吸湿系数。
土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大。
土 壤 紫色土 黄 壤 潮 土 砂土
质 地
粘 土
重 壤
4.11
中 壤
2.52
砂壤
0.8
吸湿系数（%） 7.53
2. 凋萎系数 (wilting coefficient) 植物永久凋萎时的土壤最大含水量。 土壤凋萎系数的大小，通常用吸湿系数的1.5～2.0倍 来衡量。质地愈粘重，凋萎系数愈大。 （非活性孔度＝凋萎系数×容重）
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（三）土壤水的有效性(availability)
土壤水的有效性(availability)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。
表5-1 土壤质地与有效水最大含量的关系
土壤质地
土壤含水量(soil water content)
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二、土壤水含量的表示方法
1. 重量百分数(weight percent)(水w %)
Mw
水w %= ———×100 Ms 计算土壤含水量时，是以干土重为计算基础，这样 才能反映土壤的水分状况。 2. 容积百分数(bulk volume percent)(水v%) 水v%=水w%×土壤容重
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2. 膜状水 (membraneous water)
土粒吸附力所保持的液态水，在土粒周围形成连续水膜。
膜 状 水 示 意 图
保持的力较吸湿水低，6.25～31atm，密度较
吸湿水小，无溶解性；移动缓慢，由水膜厚的地
方往水膜薄的地方移动，速度仅0.2～0.4mm/hr。
膜状水对植物有效性低，仅部分有效。
质吸力。
在土壤水分的保持和运动中，不考虑 ψ s，故一般
所说的水吸力是指基质吸力，其值与 ψ m 相等，符号相 反。溶质吸力只在根系吸水 (有半透膜存在)时才表现出 来。
三、水分能量的表示方法
土水势或水吸力的表示方法，以使用水柱高度的厘
米数来表示最简便，最易理解 。
现在国际计量统一使用的单位为帕(Pa)，与厘米的 换算关系为：1 Pa=10-2cm 1cm水=102帕=1hPa pF：水柱高度厘米数的对数。
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3. 田间持水量(field capacity)
毛管悬着水达最大量时的土壤含水量。它是反映土壤
保水能力大小的一个指标。
计算土壤灌溉水量时以田间持水量为指标，既节约用
水，又避免超过田间持水量的水分作为重力水下渗后抬高
地下水位。 4. 毛管持水量(capillary capacity) 毛管上升水达最大量时的土壤含水量。
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3. 水层厚度（水mm）
即在一定厚度的土层中，水分的厚度毫米数。 水 mm=水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。 例： 容重为1.2g/cm3的土壤，初始含水量为10%， 田间持水量为30%，降雨10mm，若全部入渗，可使多