土壤水分含量

A
L
L
• Q：單位時間流經土柱之體積
• A：土柱橫切面積
• H：水力頭降落(Hydraulic head drop)
• L：土柱長度
• q = ：單位時間通過單位橫切面積水分之
體積或稱流束(flux)
• k：水力傳導度(hydraulic conductivity)
❖ Voθluv m= e乾t水r土i之c之體w體積a積terVVcwontent(體積比例)
1
Bd
❖ ρw = 1 →θg =
θv
Question ?
θ=5% 砂土
θ=10% 粘土
?
水分之移動
何者之水分植物較易利用?
土壤水之能量狀態(Energy Status)
Water potential (勢能) ψ= μw (soil)- μ。w (standard state)=RT ln e/e。 μw：chemical potential (free energy/ mole) of
靜水壓p=ρgh ρ：水密度h g：重力加速度 h：水柱高(head) pF= log 通常用來表示water potential (h：cm)
土壤水之能量狀態 (Energy Status) (續)
Ψ = ψm + ψs + ψp + ψg ❖ Matric potential (基質勢能，ψm)：
ψ pF 2.54，-1/3bar時，土壤所含水分之百分數。
v Wilting point (凋萎係數)
植物開始凋萎時土壤所含水分之百分數 ψ pF4.2， -15bar時，土壤所含水分之百分數。
v AvailabBiblioteka Baidue water (有效水分含量)
田間容水量-凋萎係數 (即-1/3bar~-15bar間之水分)
由於土壤基質毛細力及吸附力所產生，這些力吸 附及結合水分於土壤中，降低其勢能使之低於自 由水 ψm≦0
❖ Solute potential(滲透勢能，ψs)：
土壤水分中有溶質存在影嚮其熱力學性質並降低 其勢能 ψs≦0
土壤水之能量狀態 (Energy Status) (續)
Ψ = ψm + ψs + ψp + ψg ❖ Pressure potential(壓力勢能，ψp)：
土壤水之能量狀態 (Energy Status) (續)
Water potential單位： energy/mole (J/mole) 也可表為 energy/volume (J/m3) ∵J = N (force) × m → J/m3 = N/m2 N/m2為壓力之單位→water potential可以壓力單位表之 如bar (=105 N/m2)；或者以導水頭(hydraulic head)表之， 因壓力可以靜水壓表示
土壤水(Soil Water)
❖ 土壤水分之重要性：
1. 水分為植物生長所必需
1. 原生質之組成 2. 光合作用所需 3. 維持膨壓
2. 水可作為溶劑(solvent)，影響營養元素或其他 溶質(如重金屬、農藥)在土壤中之動態
3. 影響土壤之通氣性
土壤水分含量(Water Content)
❖ Grθagv=im乾 e水t土r之ic之質質w量量aterMMcwsontent(質量比例)
定義標準狀況(standard state)為 Pure water (純的，無溶質存在) Free water (除了重力之外，沒有外力之作用) at To, Po (temp. and pressure are arbitrary) and Zo (reference elevation) →water potential ψ=0
土壤水分承受比大氣壓力更大之壓力，而得之正 壓力 ψp≧0
❖ Gravitational potential(重力勢能，ψg)
Measuring Soil Water Content
❖ Water content
Destructive sampling:
❖Oven-dried method
Undestructive sampling:
water e/e。：ratio of vapor pressure of water in the soil to
vapor pressure of water in the standard state
R：gas constant T：absolute temperature (。K)
土壤水之能量狀態 (Energy Status) (續)
v e.g.
凋萎係數(%) 有效水量(%)
Clay loam soil 7.1
13.1
Quartz sand 0.57
0.83
Water Movement in Saturated Soil
• 水分在土壤中之移動
– 高勢能
低勢能
• 水在飽和狀態時之移動 (e.g.水田土壤)
• Darcy’s law Q q KH K(H1 L)
Tensiometer
(a) vacuum gauge tensiometer
(b) mercury manometer tensiometer
v Diagram of a tensiometer, measuring energy state of soil
water with (a) a vacuum gauge and (b) a mercury manometer
❖Neutron Probe method ❖γ-ray attenuation method ❖Gypsum block (electrical resistance block) method
Measuring Soil Water Potential
❖ Tensiometer ❖ Gypsum block method ❖ Thermocouple psychrometer
濕度計(Psychrometer)
v 乾濕球溫度差
v Thermocouple Psychrometer
土壤水分特性曲線 (Moisture Characteristic Curve)
Field capacity (田間容水量)
v 田間土壤水分飽和後二至三日，自然排水(free drainage)停止，此時土壤中所含水分之百分數