第四章 土壤水
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环境化学复习资料第四章 土壤环境化学 名词术语
第四章土壤环境化学名词术语1.土壤化学组成（Chemical composition of soil）指构成土壤的各种化学物质的种类和比例，土壤的化学组成包括①土壤矿物质：包括原生矿物和次生矿物；②土壤有机质，主要源于动植物和微生物残体，包括非腐殖物质和腐殖质；③土壤水分，并非纯水，实际上是土壤中各种成分和污染物溶解形成的溶液；④土壤中的空气。
2.土壤反应（Soil reaction）土壤酸碱性质的量度。
取决于土壤中氢离子浓度的大小，以pH值表示。
氢离子浓度高时，土壤呈酸性反应。
反之，呈碱性反应。
3.盐基饱和度（Base saturation percentage of soil）指土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数，与土壤母质、气候等因素有关4.土壤吸附（Soil adsorption）指土壤矿物质、土壤胶体和土壤有机质通过各种物理化学作用力对外源物质的结合。
土壤吸附能降低污染物的扩散系数，影响其生物可利用性，从而影响污染物在土壤中的行为和生态风险。
5.土壤络合（Soil complex）指土壤中，一些配位体通过配位键结合与进入土壤的物质结合而形成复杂的分子或离子，从而影响土壤中污染物的迁移和转化行为。
6.土壤退化（Soil degradation）又称土壤衰弱，是指土壤肥力衰退导致生产力下降的过程。
是土壤环境和土壤理化性状恶化的综合表征，包括有机质含量下降、营养元素减少、土壤结构遭到破坏、土壤侵蚀，土层变浅，土体板结、土壤盐化、酸化、沙化等。
其中，有机质下降，是土壤退化的主要标志。
在干旱、半干旱地区，原来稀疏的植被受破坏，土壤沙化，就是严重的土壤退化现象。
7.土壤污染源(Soil contaminant source)造成土壤污染的污染物来源，主要为工业和城市的废废弃物堆放、农业用的化肥及农药、污水直接排放、受污染的地表径流、大气沉降、以及放射性物质和有害微生物等。
8.土壤酸化(Soil acidification)土壤内部产生和外部输入的氢离子引起土壤pH值降低和盐基饱和度减少的过程，它又是一种重要的土壤退化形式，对区域食物安全、环境质量及人畜健康产生明显负面影响。
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？
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
22
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
22
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
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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
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
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土壤学课件第四章土壤水肥气热四大肥力因素
第四章 土壤肥力因素
1
影响氮素含量的因素：
1、植被
2、气候条件
3、土壤质地 4、地形及地势：
5、耕作利用及其他
(二) 土壤氮素形态
无机态氮
水溶态 NO3- NH4+ NO2交换态NH4+ 、吸附态NO3- （少） 固定态NH4+
有机态氮：土壤氮素的主要形态。
4
土壤有机氮包括：
①水溶性有机态氮（占5%）主要有氨基酸、酰胺等。 ②水解性有机态氮（50~70%）
四、土壤养分的动态平衡
水溶态
交换态
矿物态 或有机结合态
12
第二节 土壤水分
土壤和母质中的水连同存在于其中的溶液，犹如活 有机体的血液，无水就无土壤，因此在土壤形成中水 文状况应居首要地位。
— T.H.维索茨基《土壤和地下水状况概论》
除经过植物根系从土壤内吸收水分外，任何一滴 水都不能渗入植物的有机体内。
（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
（一）土壤钾素的含量及影响因素
我国土壤钾素含量在0.5~25.0g/kg之间，其影响因素有:
成土母质 生物气候条件 土壤质地 耕作施肥
（二）土壤中钾的形态
（1）水溶态 （2）吸附态
有效钾
1
影响氮素含量的因素：
1、植被
2、气候条件
3、土壤质地 4、地形及地势：
5、耕作利用及其他
(二) 土壤氮素形态
无机态氮
水溶态 NO3- NH4+ NO2交换态NH4+ 、吸附态NO3- （少） 固定态NH4+
有机态氮：土壤氮素的主要形态。
4
土壤有机氮包括：
①水溶性有机态氮（占5%）主要有氨基酸、酰胺等。 ②水解性有机态氮（50~70%）
四、土壤养分的动态平衡
水溶态
交换态
矿物态 或有机结合态
12
第二节 土壤水分
土壤和母质中的水连同存在于其中的溶液，犹如活 有机体的血液，无水就无土壤，因此在土壤形成中水 文状况应居首要地位。
— T.H.维索茨基《土壤和地下水状况概论》
除经过植物根系从土壤内吸收水分外，任何一滴 水都不能渗入植物的有机体内。
（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
（一）土壤钾素的含量及影响因素
我国土壤钾素含量在0.5~25.0g/kg之间，其影响因素有:
成土母质 生物气候条件 土壤质地 耕作施肥
（二）土壤中钾的形态
（1）水溶态 （2）吸附态
有效钾
第四章 土壤水分的能态
第四节 土壤水能态测定方法
有多种方法， 有多种方法，如：张力计法、压力膜法、 张力计法、压力膜法、 冰点下降法、水气压法等。 冰点下降法、水气压法等。它们的适宜 范围不同。 范围不同。 最常测定的是基质势，仪器为张力计。 最常测定的是基质势，仪器为张力计。
基质势的测定 （1）张力计法。 张力计法。 主要原理是将充满水的带有陶土滤杯 孔径在1.0 1.5um的细孔 1.0— 的细孔） （孔径在1.0—1.5um的细孔）的金属 管埋入土中， 管埋入土中，水可通过细孔与土壤水 接触，水分由细孔进入土壤。 接触，水分由细孔进入土壤。 金属管上端连接金属表， 金属管上端连接金属表，水分由瓷杯细 孔进入土壤后，管内形成负压， 孔进入土壤后，管内形成负压，真空 压力计上的负压读数即代表管外土壤 水吸力。 水吸力。来自（六）土壤水能态的定量表示
单位容积土壤水的势能值用压力表示， 单位容积土壤水的势能值用压力表示， 标准单位帕(Pa)，或千帕（KPa），兆 ），兆 标准单位帕 ，或千帕（ ）， ），习惯上也曾用巴 帕（MPa），习惯上也曾用巴（bar） ），习惯上也曾用巴（ ） 和大气压（ 和大气压（atm）表示。 ）表示。 单位重量的土壤水的势能值用相当于一 定压力的水柱高厘米数表示。 定压力的水柱高厘米数表示。
土壤-植物 大气系统 土壤 植物-大气系统 植物 土壤水分有效性是一个与大气条件紧密 相连的问题，应该从土壤-植物 植物-大气这 相连的问题，应该从土壤 植物 大气这 个动态系统来阐明土壤水分的有效性。 个动态系统来阐明土壤水分的有效性。 只要根系吸收水分的速率能平衡蒸腾损 耗水分的速率，植物就能正常生长， 耗水分的速率，植物就能正常生长，土 壤水分就是有效的。 壤水分就是有效的。 一旦根系吸水速率低于蒸腾速率，植物 一旦根系吸水速率低于蒸腾速率， 就失水，并且迅速凋萎。 就失水，并且迅速凋萎。此时土壤水分 就是无效的。 就是无效的。
【2024版】第四章-土壤有机质
同一土壤中，富啡酸的平均分子量 最小，胡敏素的平均分子量最大， 胡敏酸则处于富啡酸和胡敏素之间
大小与形态
土壤胡敏酸的直径范围在1-0.001m 之间，富啡酸则更小些
腐殖酸分子可能均为短棒形。芳香基和烷基结构 的存在使得腐殖酸分子具有伸曲性，分子结构内 部有很多交联构造，物理性空隙能凹陷一些有机 和无机化合物。腐殖酸的整体结构并不紧密，整 个分子表现出非晶质特征，具有较大的比表面积 ，高达2000m2/g，远大于粘土矿物和金属氧化物 的表面积
60％-80％
第二节 土壤有机质的分解和转化
一、简单有机化合物的分解和转化
有机化合物进入土壤后，一方面在微生物酶的 作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出 二氧化碳、水和能量，所含氮、磷、硫等营养 元素在一系列特定反应后，释放成为植物可利 用的矿质养料，这一过程称为有机质的矿化过 程
R-(C,4H)+2O2→CO2+2H2O+能量
凡是能影响微 生物活动及其 生理作用的因 素都会影响有 机物质的分解
和转化
1、温度
温度影响到植物的生长和有机质的微生物降解。 一般说来，在0C以下，土壤有机质的分解速率 很小。在0-35℃温度范围内，提高温度能促进有 机物质的分解，加速土壤微生物的生物周转。温 度每升高10C，土壤有机质的最大分解速率提高 2-3倍。一般土壤微生物活动的最适宜温度范围 约为25-35C，超出这个范围，微生物的活动就
有机化合物 的分解从易 到难的排列 次序为
①单糖、淀粉和简单蛋白质 ②粗蛋白质 ③半纤维素 ④纤维素
⑤脂肪、蜡质等 ⑥木质素
100
酚10 (5) 50
木质素50 (40)
剩余率 (%)
蜡25(5)
10
大小与形态
土壤胡敏酸的直径范围在1-0.001m 之间，富啡酸则更小些
腐殖酸分子可能均为短棒形。芳香基和烷基结构 的存在使得腐殖酸分子具有伸曲性，分子结构内 部有很多交联构造，物理性空隙能凹陷一些有机 和无机化合物。腐殖酸的整体结构并不紧密，整 个分子表现出非晶质特征，具有较大的比表面积 ，高达2000m2/g，远大于粘土矿物和金属氧化物 的表面积
60％-80％
第二节 土壤有机质的分解和转化
一、简单有机化合物的分解和转化
有机化合物进入土壤后，一方面在微生物酶的 作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出 二氧化碳、水和能量，所含氮、磷、硫等营养 元素在一系列特定反应后，释放成为植物可利 用的矿质养料，这一过程称为有机质的矿化过 程
R-(C,4H)+2O2→CO2+2H2O+能量
凡是能影响微 生物活动及其 生理作用的因 素都会影响有 机物质的分解
和转化
1、温度
温度影响到植物的生长和有机质的微生物降解。 一般说来，在0C以下，土壤有机质的分解速率 很小。在0-35℃温度范围内，提高温度能促进有 机物质的分解，加速土壤微生物的生物周转。温 度每升高10C，土壤有机质的最大分解速率提高 2-3倍。一般土壤微生物活动的最适宜温度范围 约为25-35C，超出这个范围，微生物的活动就
有机化合物 的分解从易 到难的排列 次序为
①单糖、淀粉和简单蛋白质 ②粗蛋白质 ③半纤维素 ④纤维素
⑤脂肪、蜡质等 ⑥木质素
100
酚10 (5) 50
木质素50 (40)
剩余率 (%)
蜡25(5)
10
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。
04 土壤水分
• 容积含水量 单位土壤总容积中水分所占的容积分 数
土壤水容积含水量 %= 土壤水容积
土壤总容积
×100
土壤容积含水量(%)=水的体积/土体体积 =水的体积/(土重/容重)
=土壤重量含水量×容重
例题：已知一土壤的重量含水量为20 % ，容重 为1.25 g cm-3 , 求该土壤的容积含水量？ （试算） θv = 20 ×1.25 / 1 = 25 %
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
毛管 悬着 水示 意图
•地下水位
土粒 地下水位
毛管 上升 水示 意图
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
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。
●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。 p=wghV
●重力势 ψ g
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.
2、土壤水吸力与土水势的比较
• 土壤水吸力只在非饱和的条件下应用； • 土壤水吸力只含土水势的部分分势（基质势、 溶质势）； • 在非饱和时二者的绝对值相等，符号相反； • 土壤水吸力在数值上可理解为土壤颗粒对水的 吸力
三、土壤水分特征曲线：
指土壤水分含量与土壤水吸力的关系曲线。
目前尚无法从理论上推导出土壤含水率与土壤水吸力或基质势之间小关系，只 能用实验方法获得水分特征曲线。
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。
农业气象学第四章水分条件与农业生产_图文
第四章 水分条件与农业生产
1
主要内容
§1 水的农业意义 §2 土壤—植物—大气水分循环系统 §3 土壤—植物—大气系统水分传输 §4 水分与作物生长发育及产量形成 §5 不利水分条件对农业生产的影响及其调控 实习3：作物水分关键期分析
2
本章重点与难点
本章重点： “土壤―植物―大气”系统水分传输、土
壤 水分常数、土壤水势、作物需水量、蒸散、作 物水分临界期与关键期、土壤水分滞后现象等 基本概念，农作物需水规律、土壤水分特征曲 线、土壤水分有效性分析，不利水分条件对农 业生产的影响，土壤水分调控技术。 本章难点：
土壤水分常数、土壤水势、蒸散、作物水 分临界期与关键期。
3
§1 水的农业意义
主要内容：
22
● 水分渗入土壤的过程描述 水分渗入土壤包括两个相互穿插的过程。 当干燥的土壤遇水以后，首先进行的是不饱和 流动。当水分增加到一定量时，水分在重力的 作用下，经粗孔隙向下渗透即进行饱和流动。 而由于土壤中孔隙的分布不均匀，这两个过程 不是完全孤立而是相互穿插的。
13
14
蒸发
降水截留表面贮存 Nhomakorabea径流
入渗
蒸腾
土壤水分贮存
潜流
河道
深层下渗
地下水贮存
地下水流动
土壤—植物—大气系统水分循环示意图
15
二、土壤水分平衡
土壤水是作物吸水的主要来源。要了解土壤水分的有关 规律，首先要了解其水分收支的平衡规律及收支各项的特点。
一般情况下，某一定时间间隔内的土壤水分平衡可用下 式表示：
11
§2 土壤-植物-大气水分循环系统
主要内容： ● 定义 ● 土壤水分平衡 ● 土壤水分的再分布 ● 土壤水分类型 ● 土壤水分常数
1
主要内容
§1 水的农业意义 §2 土壤—植物—大气水分循环系统 §3 土壤—植物—大气系统水分传输 §4 水分与作物生长发育及产量形成 §5 不利水分条件对农业生产的影响及其调控 实习3：作物水分关键期分析
2
本章重点与难点
本章重点： “土壤―植物―大气”系统水分传输、土
壤 水分常数、土壤水势、作物需水量、蒸散、作 物水分临界期与关键期、土壤水分滞后现象等 基本概念，农作物需水规律、土壤水分特征曲 线、土壤水分有效性分析，不利水分条件对农 业生产的影响，土壤水分调控技术。 本章难点：
土壤水分常数、土壤水势、蒸散、作物水 分临界期与关键期。
3
§1 水的农业意义
主要内容：
22
● 水分渗入土壤的过程描述 水分渗入土壤包括两个相互穿插的过程。 当干燥的土壤遇水以后，首先进行的是不饱和 流动。当水分增加到一定量时，水分在重力的 作用下，经粗孔隙向下渗透即进行饱和流动。 而由于土壤中孔隙的分布不均匀，这两个过程 不是完全孤立而是相互穿插的。
13
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蒸发
降水截留表面贮存 Nhomakorabea径流
入渗
蒸腾
土壤水分贮存
潜流
河道
深层下渗
地下水贮存
地下水流动
土壤—植物—大气系统水分循环示意图
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二、土壤水分平衡
土壤水是作物吸水的主要来源。要了解土壤水分的有关 规律，首先要了解其水分收支的平衡规律及收支各项的特点。
一般情况下，某一定时间间隔内的土壤水分平衡可用下 式表示：
11
§2 土壤-植物-大气水分循环系统
主要内容： ● 定义 ● 土壤水分平衡 ● 土壤水分的再分布 ● 土壤水分类型 ● 土壤水分常数
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)
(农业气象学原理)第四章水分条件与农业生产
受到四周水分子平均的吸引力，平均合力为零； 位于某一水体表层上的水分子要受到方向朝着 水体内部单方面的吸引力，形成表面张力。
2021/1/12
● 毛管力 毛管壁与水分子之间的吸持力和毛管水面凹曲 产生的表面张力。 ● 渗透压力 土壤中矿物质溶解于水形成溶液而产生的力。
水分在土壤中主要受到这五种力的作用，使其 能够保持在土壤中。
（6）毛管蓄水量（最大毛管水量） 土壤毛管孔隙都充满水分时的含水量。 包括吸湿水、膜状水和毛管上升水。 毛管蓄水量比田间持水量高1/4～1/3左右。
（7）全蓄水量（全持水量、土壤饱和含水量） 土壤所有孔隙全部充满水分时的含水量。 全蓄水量的数值主要取决于土壤孔隙度。
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3、土壤水分常数及其有效性 不同类型土壤的水分常数不同，主要决定于土 壤质地及结构。
会被植物吸收利用。对旱作物来讲，多则不利。
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五、土壤水分常数 1、定义 土壤中水分从受一种力的作用转到受另一种力 的作用时的土壤水分含量。 2、常用的土壤水分常数 （1）吸湿系数（最大吸湿量） 土壤吸湿水达到最大数量时的土壤含水量。 吸湿系数以下的土壤水被土粒牢固吸持，不能 被植物吸收利用。
三水分通过水量的时间分配对农作物的生三水分通过水量的时间分配对农作物的生命活动产生影响命活动产生影响不同作物在不同生育期对水分条件的要求不同我国降水的季节分配不均如水分的季节性分配正好满足作物的需要就促进其生长发育获得高产
(农业气象学原理)第四章水分条件与 农业生产
本章重点与难点
本章重点： 土壤水分常数、土壤水势、作物需水量
b.可以定量处理和解决土壤水分运动的问题， 且与其它学科采用共同的单位。
2021/1/12
2、土壤水势的组成 组成土壤水势的分水势有：基模势、渗透势、 压力势、重力势和温度势。 （1）基模势(Ψm) 是由于土壤基粒的吸附力和毛管力作用于水 所引起的水势。 基模势使自由能减少，有降低水势的作用， 为负值。 基模势是土壤水势的主要组成部分，而在植 物中很小，干旱时植物组织中的较大。
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● 毛管力 毛管壁与水分子之间的吸持力和毛管水面凹曲 产生的表面张力。 ● 渗透压力 土壤中矿物质溶解于水形成溶液而产生的力。
水分在土壤中主要受到这五种力的作用，使其 能够保持在土壤中。
（6）毛管蓄水量（最大毛管水量） 土壤毛管孔隙都充满水分时的含水量。 包括吸湿水、膜状水和毛管上升水。 毛管蓄水量比田间持水量高1/4～1/3左右。
（7）全蓄水量（全持水量、土壤饱和含水量） 土壤所有孔隙全部充满水分时的含水量。 全蓄水量的数值主要取决于土壤孔隙度。
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3、土壤水分常数及其有效性 不同类型土壤的水分常数不同，主要决定于土 壤质地及结构。
会被植物吸收利用。对旱作物来讲，多则不利。
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五、土壤水分常数 1、定义 土壤中水分从受一种力的作用转到受另一种力 的作用时的土壤水分含量。 2、常用的土壤水分常数 （1）吸湿系数（最大吸湿量） 土壤吸湿水达到最大数量时的土壤含水量。 吸湿系数以下的土壤水被土粒牢固吸持，不能 被植物吸收利用。
三水分通过水量的时间分配对农作物的生三水分通过水量的时间分配对农作物的生命活动产生影响命活动产生影响不同作物在不同生育期对水分条件的要求不同我国降水的季节分配不均如水分的季节性分配正好满足作物的需要就促进其生长发育获得高产
(农业气象学原理)第四章水分条件与 农业生产
本章重点与难点
本章重点： 土壤水分常数、土壤水势、作物需水量
b.可以定量处理和解决土壤水分运动的问题， 且与其它学科采用共同的单位。
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2、土壤水势的组成 组成土壤水势的分水势有：基模势、渗透势、 压力势、重力势和温度势。 （1）基模势(Ψm) 是由于土壤基粒的吸附力和毛管力作用于水 所引起的水势。 基模势使自由能减少，有降低水势的作用， 为负值。 基模势是土壤水势的主要组成部分，而在植 物中很小，干旱时植物组织中的较大。
《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
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（三）土壤水的有效性(availability) 土壤水的有效性 土壤水的有效性(availability)是指土壤水能否被植物 是指土壤水能否被植物 土壤水的有效性 吸收利用及其难易程度。 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 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。 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。 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
3
2. 膜状水 ( membraneous water) 土粒吸附力所保持的液态水， 土粒吸附力所保持的液态水，在土粒周围形成连续 水膜。 水膜。 保持的力较吸湿水低， 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 无溶解性；移动缓慢， 地方移动，速度仅 ～ 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。 仅部分有效。 3. 毛管水 (capillary water) 存在于毛管孔隙(capillary pore)中为弯月面力所保持 存在于毛管孔隙 中为弯月面力所保持 的水分。 的水分。
13
3. 水层厚度（水mm） 水层厚度（ ） 即在一定厚度的土层中，水分的厚度毫米数。 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 水 优点:与气象资料和作物耗水量所用的水分表示方法 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。 一致，便于互相比较和互相换算。 例： 容重为 容重为1.2g/cm3的土壤，初始含水量为 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 ，降雨 田间持水量为 ，若全部入渗， 深土层达田间持水量？ 深土层达田间持水量？ 换算为水v% 解：先将土壤含水量水w%换算为水 先将土壤含水量水 换算为水 初始含水量 水v%=10%×1.2=12% ×
只含有吸湿水的土壤称为风干土； 只含有吸湿水的土壤称为风干土； 风干土 除去吸湿水的绝对干土称为烘干土。 烘干土 除去吸湿水的绝对干土称为烘干土。 风干土重 烘干土重= 烘干土重 ——————— 1+吸湿水 吸湿水% 吸湿水 风干土重=烘干土重× 吸湿水%） 风干土重 烘干土重×（1+吸湿水 ） 烘干土重 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， 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， 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。 吸湿水含量高，反之则吸湿水含量低。
第五章
土壤水
第一节 土壤水的类型划分 及土壤水分含量的测定
一、土壤水的类型划分及有效性
（一）土壤水的类型划分 1. 吸湿水 吸湿水(hydroscopic water) 土粒通过吸附力吸附空气中水汽分子所保持的水分。 土粒通过吸附力吸附空气中水汽分子所保持的水分。 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， 吸附力很强 ， 可达 至 ， 因而水的密度增大 ， 可达1.5g/cm3， 无溶解能力 ，不移动 ，通常在 无溶解能力，不移动，通常在105～110℃ 可达 ～ ℃ 条件下烘干除去。对植物无效。 条件下烘干除去。对植物无效。
土壤含水量(soil water content) 土壤含水量
12
二、土壤水含量的表示方法
1. 重量百分数(weight percent)(水w %) 水 Mw 水w %= ———×100 × Ms 计算土壤含水量时，是以干土重为计算基础， 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。 才能反映土壤的水分状况。 2. 容积百分数(bulk volume percent)(水v%) 水 水v%=水w%×土壤容重 水 ×
第二节 土壤水的能态
一、土水势及其分势
1. 土水势 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。 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， 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， 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 差值小，表明土壤水与自由水接近，活跃， 高。
30cm土层含水达田间持水量 土层含水达田间持水量80%时 土层含水达田间持水量 时 水mm=(0.24-0.12)×1×300=36(mm) × × 2/3×36=24(方/亩) × 方亩
16
5. 相对含水量 相对含水量(relative moisture) 指土壤自然含水量占某种水分常数的百分数。 指土壤自然含水量占某种水分常数的百分数。 一般是以田间持水量为基数， 一般是以田间持水量为基数，土壤自然含水量占 田间持水量的百分数为相对含水量。 田间持水量的百分数为相对含水量。 通常相对含水量的60%至80%， 通常相对含水量的60%至80%，是适宜一般农作 物以及微生物活动的水分条件。 物以及微生物活动的水分条件。
8
3. 田间持水量 田间持水量(field capacity) 毛管悬着水达最大量时的土壤含水量。 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。 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， 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。 地下水位。 4. 毛管持水量 毛管持水量(capillary capacity) 毛管上升水达最大量时的土壤含水量。 毛管上升水达最大量时的土壤含水量。
5
（二）土壤水分常数(soil moisture constant) 土壤水分常数 土壤中某种水分类型的最大含量，随土壤性质而定， 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。 是一个比较固定的数值，故称水分常数。 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， 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 或 条件下， 在空气相对湿度 条件下 让土壤充分吸湿(通 常为一周时间)，达到稳定后在 常为一周时间 ，达到稳定后在105℃～110℃条件下烘干 ℃ ℃ 测定得到吸湿系数。 测定得到吸湿系数。
土壤9 学
毛管上升水与地下水有联系，受地下水压的影响， 毛管上升水与地下水有联系，受地下水压的影响， 因此毛管持水量通常大于田间持水量。 因此毛管持水量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。 计算土壤毛管孔隙度的依据。 容重） （毛管孔度＝毛管持水量 ×容重） 毛管孔度＝ （通气孔度＝总孔度－非活性孔度－毛管孔度） 通气孔度＝总孔度－非活性孔度－毛管孔度） 5. 饱和持水量 饱和持水量(saturated water content) 土壤孔隙全部充满水时的含水量称为饱和持水量。 土壤孔隙全部充满水时的含水量称为饱和持水量。
15
的土壤，初始含水量为12%，田间 例：一容重为1g/cm3的土壤，初始含水量为 一容重为 ， 持水量为30%，要使30cm土层含水量达田间持水量的 ，要使 土层含水量达田间持水量的80%， 持水量为 土层含水量达田间持水量的 ， 需灌水多少（ 亩 需灌水多少（方/亩）？ 解：田间持水量的80%为：30%×80%=24% 田间持水量的 为 ×
6
土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大。 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 砂壤 0.8
吸湿系数（ ） 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。 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 ～ 倍 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。 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） 非活性孔度＝凋萎系数×容重）
土壤质地 田间持水量(%) 凋萎系数(%) 有效水最大含量(%)
砂土 12 3 9
砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 18 22 24 26 5 6 9 11 13 16 15 15
11
粘土 30 15 15
(hygroscopic coefficient)
(wilting coefficient) (field capacity) (saturated water content)
2. 土水势分势 （1）基模势 (matric potential)Ψm ） 也称基质势，是由土粒吸附力和毛管力所产生的。 也称基质势，是由土粒吸附力和毛管力所产生的。 在土壤水不饱和的情况下， 在土壤水不饱和的情况下，非盐碱化土壤的土水势以基 模势为主。 模势为主。 （2）溶质势（渗透势）(osmotic potential) Ψs ）溶质势（渗透势） 由溶质对水的吸附所产生。土壤水不是纯水， 由溶质对水的吸附所产生。土壤水不是纯水，其中 有溶质，而水分子是极性分子，与溶质之间可产生静电 有溶质，而水分子是极性分子， 吸附，产生溶质势。 吸附，产生溶质势。
三、水分含量的测定
1. 经典烘干法
17
在105～110℃条件下，烘至恒重，为烘干土重，以 ～ ℃条件下，烘至恒重，为烘干土重， 此为基础计算水分重 蒸发损失量)的百分比 基础计算水分重(蒸发损失量 的百分比(%)。 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、 红外线烘干法、微波炉烘干法、 改进快速法 红外线烘干法 酒精烘干法、酒精烧失法等。 酒精烘干法、酒精烧失法等。
（三）土壤水的有效性(availability) 土壤水的有效性 土壤水的有效性(availability)是指土壤水能否被植物 是指土壤水能否被植物 土壤水的有效性 吸收利用及其难易程度。 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 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。 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。 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
3
2. 膜状水 ( membraneous water) 土粒吸附力所保持的液态水， 土粒吸附力所保持的液态水，在土粒周围形成连续 水膜。 水膜。 保持的力较吸湿水低， 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 无溶解性；移动缓慢， 地方移动，速度仅 ～ 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。 仅部分有效。 3. 毛管水 (capillary water) 存在于毛管孔隙(capillary pore)中为弯月面力所保持 存在于毛管孔隙 中为弯月面力所保持 的水分。 的水分。
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3. 水层厚度（水mm） 水层厚度（ ） 即在一定厚度的土层中，水分的厚度毫米数。 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 水 优点:与气象资料和作物耗水量所用的水分表示方法 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。 一致，便于互相比较和互相换算。 例： 容重为 容重为1.2g/cm3的土壤，初始含水量为 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 ，降雨 田间持水量为 ，若全部入渗， 深土层达田间持水量？ 深土层达田间持水量？ 换算为水v% 解：先将土壤含水量水w%换算为水 先将土壤含水量水 换算为水 初始含水量 水v%=10%×1.2=12% ×
只含有吸湿水的土壤称为风干土； 只含有吸湿水的土壤称为风干土； 风干土 除去吸湿水的绝对干土称为烘干土。 烘干土 除去吸湿水的绝对干土称为烘干土。 风干土重 烘干土重= 烘干土重 ——————— 1+吸湿水 吸湿水% 吸湿水 风干土重=烘干土重× 吸湿水%） 风干土重 烘干土重×（1+吸湿水 ） 烘干土重 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， 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， 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。 吸湿水含量高，反之则吸湿水含量低。
第五章
土壤水
第一节 土壤水的类型划分 及土壤水分含量的测定
一、土壤水的类型划分及有效性
（一）土壤水的类型划分 1. 吸湿水 吸湿水(hydroscopic water) 土粒通过吸附力吸附空气中水汽分子所保持的水分。 土粒通过吸附力吸附空气中水汽分子所保持的水分。 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， 吸附力很强 ， 可达 至 ， 因而水的密度增大 ， 可达1.5g/cm3， 无溶解能力 ，不移动 ，通常在 无溶解能力，不移动，通常在105～110℃ 可达 ～ ℃ 条件下烘干除去。对植物无效。 条件下烘干除去。对植物无效。
土壤含水量(soil water content) 土壤含水量
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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 %) 水 Mw 水w %= ———×100 × Ms 计算土壤含水量时，是以干土重为计算基础， 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。 才能反映土壤的水分状况。 2. 容积百分数(bulk volume percent)(水v%) 水 水v%=水w%×土壤容重 水 ×
第二节 土壤水的能态
一、土水势及其分势
1. 土水势 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。 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， 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， 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 差值小，表明土壤水与自由水接近，活跃， 高。
30cm土层含水达田间持水量 土层含水达田间持水量80%时 土层含水达田间持水量 时 水mm=(0.24-0.12)×1×300=36(mm) × × 2/3×36=24(方/亩) × 方亩
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5. 相对含水量 相对含水量(relative moisture) 指土壤自然含水量占某种水分常数的百分数。 指土壤自然含水量占某种水分常数的百分数。 一般是以田间持水量为基数， 一般是以田间持水量为基数，土壤自然含水量占 田间持水量的百分数为相对含水量。 田间持水量的百分数为相对含水量。 通常相对含水量的60%至80%， 通常相对含水量的60%至80%，是适宜一般农作 物以及微生物活动的水分条件。 物以及微生物活动的水分条件。
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3. 田间持水量 田间持水量(field capacity) 毛管悬着水达最大量时的土壤含水量。 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。 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， 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。 地下水位。 4. 毛管持水量 毛管持水量(capillary capacity) 毛管上升水达最大量时的土壤含水量。 毛管上升水达最大量时的土壤含水量。
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（二）土壤水分常数(soil moisture constant) 土壤水分常数 土壤中某种水分类型的最大含量，随土壤性质而定， 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。 是一个比较固定的数值，故称水分常数。 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， 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 或 条件下， 在空气相对湿度 条件下 让土壤充分吸湿(通 常为一周时间)，达到稳定后在 常为一周时间 ，达到稳定后在105℃～110℃条件下烘干 ℃ ℃ 测定得到吸湿系数。 测定得到吸湿系数。
土壤9 学
毛管上升水与地下水有联系，受地下水压的影响， 毛管上升水与地下水有联系，受地下水压的影响， 因此毛管持水量通常大于田间持水量。 因此毛管持水量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。 计算土壤毛管孔隙度的依据。 容重） （毛管孔度＝毛管持水量 ×容重） 毛管孔度＝ （通气孔度＝总孔度－非活性孔度－毛管孔度） 通气孔度＝总孔度－非活性孔度－毛管孔度） 5. 饱和持水量 饱和持水量(saturated water content) 土壤孔隙全部充满水时的含水量称为饱和持水量。 土壤孔隙全部充满水时的含水量称为饱和持水量。
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的土壤，初始含水量为12%，田间 例：一容重为1g/cm3的土壤，初始含水量为 一容重为 ， 持水量为30%，要使30cm土层含水量达田间持水量的 ，要使 土层含水量达田间持水量的80%， 持水量为 土层含水量达田间持水量的 ， 需灌水多少（ 亩 需灌水多少（方/亩）？ 解：田间持水量的80%为：30%×80%=24% 田间持水量的 为 ×
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土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大。 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 砂壤 0.8
吸湿系数（ ） 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。 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 ～ 倍 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。 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） 非活性孔度＝凋萎系数×容重）
土壤质地 田间持水量(%) 凋萎系数(%) 有效水最大含量(%)
砂土 12 3 9
砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 18 22 24 26 5 6 9 11 13 16 15 15
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粘土 30 15 15
(hygroscopic coefficient)
(wilting coefficient) (field capacity) (saturated water content)
2. 土水势分势 （1）基模势 (matric potential)Ψm ） 也称基质势，是由土粒吸附力和毛管力所产生的。 也称基质势，是由土粒吸附力和毛管力所产生的。 在土壤水不饱和的情况下， 在土壤水不饱和的情况下，非盐碱化土壤的土水势以基 模势为主。 模势为主。 （2）溶质势（渗透势）(osmotic potential) Ψs ）溶质势（渗透势） 由溶质对水的吸附所产生。土壤水不是纯水， 由溶质对水的吸附所产生。土壤水不是纯水，其中 有溶质，而水分子是极性分子，与溶质之间可产生静电 有溶质，而水分子是极性分子， 吸附，产生溶质势。 吸附，产生溶质势。
三、水分含量的测定
1. 经典烘干法
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在105～110℃条件下，烘至恒重，为烘干土重，以 ～ ℃条件下，烘至恒重，为烘干土重， 此为基础计算水分重 蒸发损失量)的百分比 基础计算水分重(蒸发损失量 的百分比(%)。 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、 红外线烘干法、微波炉烘干法、 改进快速法 红外线烘干法 酒精烘干法、酒精烧失法等。 酒精烘干法、酒精烧失法等。