土壤水

1、基质势（m）
● 基质势ψm 基质势是极小单位水量从 一个平衡的土一水系统可逆地移到没有基质的， 而其他条件都相同的参比状态水池所做的功。
负值，当土壤饱和时最大＝0. 土壤含水量越高，基质势也越高。
2、压力势（p）
压力势是极小单位的水量从一个平衡的土一 水系统可逆地移到除压力不等于参比压力， 而其他条件都相同的参比状态水池时所做的 功。 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
不同质地和耕作条件下的田间持水量 （m%）
土壤质地 砂土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 粘土 二合土 耕后 田间持水量
10-14 13-20 20-24 22-26 24-28 28-32 25
紧实
21
水分常数
毛管水断裂量
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 水量称为毛管水断裂量。
第六章 土壤水、空气和热量状况
主要内容
第一节 土壤水分 第二节 土壤空气和热量 第三节 土壤水分、空气和热量的 调节
教学目标：
**土壤水分
（1）掌握土壤水分类型、特点及相应的水分常数； （2）掌握土壤土水势、土水吸力、水分特征曲线概念，利用水吸力 和土水势判断水分运动的方向； （3）掌握土壤水分质量、容积、相对含水量和贮水量的计算方法， 学习土壤水分的有效性分析；
是土壤中最宝贵的水
类型 毛管悬着水（与地下水无关）
在地下水较深的情况下，降水或灌溉水等地面水进 入土壤，借助毛管力保持在上层土壤毛管孔隙中的水分。 它与来自地下水上升的毛管水并不相连，好像悬挂在半 空中一样，故称之为毛管悬着水。
毛管悬着水是地势较高处植物吸收水分的主要给源。
土粒
毛管 悬着 水示 意图
第一节 土壤水
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。
一、
土壤水的类型及性质
凋萎蔫系数
影响因素：土壤质地、植物种类、气候等
下表给出了不同质地土壤的萎蔫系数参考范围。
（ P 111表7-1）
表 7.1 不同质地土壤的萎蔫系数（m%） 土壤质地 萎蔫系数 粗砂壤土 0.96～1.11 细砂土 2.7～3.6 砂壤土 5.6～6.9 壤 土 9.0～12.4 粘壤土 13.0～16.6
压力势主要包括： ①气压势 封闭在土壤水分内的空气所 产生的势值。 ②静水压势 土壤中的水分承受水体的压 力，土层深处的水分，受到的压力更大，静 水压势是压力势的主体。压力势的势值为正 值。
3、溶质势（S）
溶质势又称渗透势，指极小单位水量从一 个平衡的土一水系统可逆地移到没有溶质 的，而其他条件都相同的参比状态水池时 所做的功。 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。
土壤水具有自由能： 张力、应力、渗透压、吉氏自由能、土水势、水吸力 土壤水由自由能高状态向自由能降低的状态运动
(一)土水势及其分势 土壤 A 砂土 10%
标注土水势的优点
土壤 B 粘土 15%
水 流 向 何 方 ？
土水势
土壤水在各种力作用下，与同样温度、高度和大 气压条件的纯自由水相比，其自由能降低，这个 差值即为土水势（ ）。 优点：可作为判断各种土壤水分能态的统一标准 和尺度； 土水势的数值可在土壤－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 断它们之间水流的方向、速度和土壤和随有效性； 还可提供一些精确的土壤水分状况测定手段。
膜状水移动示意图
部分有效
膜状水的内层水，植物根无法吸收利用，为无效水， 而它的外层水，植物可以吸收利用，但数量极为有限。 水分常数 土壤最大分子持水量：土壤膜状水达到最大值时 的土壤含水量（最大吸湿量的2～4倍）。
凋萎蔫系数：当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土 壤含水量
（萎蔫点，最大吸湿量的1.5～2.0倍、15-16 × 105 Pa ）。
1520kPa), 植物无法吸收利用，属于土壤水中的无效水， 对生产的直接意义不大。 可帮助分析土壤水的有效性，一般土壤中无效水总量约 为最大吸湿量的1.5～2.0倍。
非活性孔度 = （
最大吸湿水量 ×容重 + 0.5最大吸湿水量 ×容重 ×100% ） 1.5( d ) 1.25(d )
（2）土壤膜状水
机制：表面能（表面分子引力: >31 × 105 Pa）
水分常数
最大吸湿量：干土在近于水汽饱和的大气中吸附水汽， 并在土粒表面凝结成液态水的数量。
特点 它所受土粒表面的吸附力很强，故具有固态水的性质，
不能流动； 比重很大(约1.5g/cm3)，无溶解能力，冰点下降 -7.8℃；
因为它所受的吸力远大于植物根的吸水力(平均为
土壤相对含水量＝θm /θf ×100
三、土壤水分的能量状态
土壤A 砂土 10% 土壤B 粘土 15%
1907年美土壤物理学家，白金汉，毛管势 1920年美土壤物理学家，加德纳，土壤水分势
1950年之后长足进步
1979年我国起步
水分能量观点:
以水分本身的能量变化来研究水分在土壤中 保持、运动
以及大气、植物、土壤中水的关系等一系列水分问题
θv=θm·ρb
ρb = d2
例2： 设上例土壤容重为1.2g/cm3，求其θv。 θv=（20.3％×1.2）=24.4％
土壤总孔度=（1-1.2 / 2.65）×100=54.7% 土壤空气（容积%）=54.7-24.4=30.3%
？
通 气 状 况
（三）土壤贮水量
土壤水贮量是指一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。 在土壤物理，农田水利学、水文学中经常要用到，它主要 有两种表达方式： 1）水深(hw) 指在一定厚度(h)一定面积土壤中所含的水量相当于相同面 积水层的厚度。可以推知 hw与θv的关系如下： hw＝θv·h= θm ρb h（mm） hw的方便之处在于与大气降水量、土壤蒸发量直接比较 例4 如某土层厚度为10cm，容积含水量为25％，求水深。 Dw =（10×25％）＝2.5(cm)＝25(mm)
萎蔫系数是植物可以利用的土壤有效水含量的下限。
无效孔度 = 凋萎系数×容重
2、土壤毛管水
定义：依靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水就称 为毛管水 机制：毛管力（0.08- 6.25× 105 ） 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
• h水柱高度（cm) •d孔隙直径（mm）
土壤总孔度=（1-1.2 / 2.65）×100=54.7% 土壤空气（容积%）=54.7-24.4=30.3%
？
通 气 状 况
（二）容积含水量（ v 或 Vw ）
容积含水量是指单位土壤总容积中水所占的容积百分数， 又称容积湿度、土壤水的容积百分数，常用符号θv表示： θv = (水容积/土壤总容积) cm3/cm3
4、重力势（g）
重力势（g）是指由重力作用而引起的土 水势变化。 任何时后重力势都存在。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。见 P106下端。切记。
（二）土壤水吸力
绝对正值
定义：土壤颗粒借助吸附力吸附在吸湿水外围的连 续液态水膜称为土壤膜状水 机制：表面能（表面分子引力: 6.25-31 × 105 Pa ）
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膜状水示意图
特点
膜状水比吸湿水所受的吸附力小得多，它具有液态水的
性质，可以移动，但因粘滞度较大，其移动速率非常慢。
一般是由水膜厚处向水膜薄处移动，如图所示（0.20.4mm/h d=1.25） 。
大约相当于该土壤田间持水量的75 ％左右。（生长阻碍含水量）
毛管上升水（与地下水有关）
借助于毛管力由地下水上升进入上层土体的水 毛管水上升高度： 从地下水面到毛管上升水所能到达的绝对高度 水分常数 毛管持水量：毛管上升水的最大含量
土粒 地下水位
毛管 上升 水示 意图
3、重力水
定义：土壤中不被土壤保持而受重力支配向下流动 的水，称为重力水 机制：重力（<0.08× 105 Pa ）
一、土壤水分类型及其性质
二、土壤水分的数量概念
三、土壤水分的能量状态
四、土壤水分的有效性
一、土壤水分类型及性质
• • • •
吸附水：
吸湿水 膜状水 毛管水 重力水
（形态观点）
依土壤水分所受的 力的作用划分类型
土壤颗粒表面的分子引力作用而被吸附在土粒周围的水分
1、土壤吸附水
（1）土壤吸湿水
定义：干燥土粒从空气（土壤、大气）中吸附的气态水
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。 如何用水吸力和水势判断 水分运动的方向？请回答 。
四、土壤水势的定量测定
张力计法 土水势的标准单位：帕（Pa） 1Pa=0.0102厘米水柱 1atm=1033厘米水柱=1.0133bar 1bar=0.9896atm=1020厘米水柱
0.05(0.02)-0.005(0.002) 毛管作用最强 〈0.001mm 毛管作用消失
特点
它不受重力支配而流失，所受力比植物根的吸水力小得多,
是植物所需水分的主要给源
毛管水移动性大，能较迅速地运动，一般向消耗点移动，如
向根系吸水点和表土蒸发面移动（10-300mm/h ）
它也是土壤养分的溶剂和输送者
二、土壤水分的数量概念
（一）质量含水量（m或 mw ）
土壤含水量
质量含水量： 是指土壤中水分的质量与干土质量的比值。又 称为重量含水量，无量纲，常用符号θm表示（百分率）
θm＝（水重/干土重）×100％
W 1 -W 2 m= 100 W2
干土，一般是指在105℃条件下烘干的土壤。 例1 ：土壤烘干前湿重为95g，烘干后重79g，求质量含水 量。将测定数据代入上式， 即求该土壤质量含水量为：
hw100 单位：mm V方/ 10）hw100
绝对含水量：土壤中所含水分的绝对数量
质量含水量、容积含水量 、土壤贮水量
（四）相对含水量（%）
相对含水量：指土壤含水量(θm)占田间持水量(θf)的百分数。
它可以说明土壤水的饱和程度、有效性和水、气的比例等。是 农林业生产上常用的土壤含水量的表示方法。其求法如下：
θm＝[（95 - 79）/ 79] ×100
20.3％
（二）容积含水量（ v 或 Vw ）
容积含水量是指单位土壤总容积中水所占的容积百分数， 又称容积湿度、土壤水的容积百分数，常用符号θv表示： θv = (水容积/土壤总容积) cm3/cm3
θv=θm·ρb
ρb = d2
例2： 设上例土壤容重为1.2g/cm3，求其θv。 θv=（20.3％×1.2）=24.4％
水分常数
田间持水量(田持)：是指毛管悬着水达到最大数量时的土
壤含水量 P111
在形态上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。 当含水量达到田持时，若继续供水，并不能使该土体的 持水量再增大，而只能进一步湿润下层土壤。田间持水 量是确定灌水量的重要依据。
影响因素：质地、有机质含量、结构、松紧状况等
2）容积水
即一定面积一定厚度土壤中所含水量的体积数 在数量上，它可简单由hw与所指定面积(如1亩、1公顷) 相乘求出，但要注意二者单位一致性。 在灌排计算中常用到这一参数，以确定灌水量和排水量
例：若都以1m土深计，每亩含水容量(以V方/亩表示) 与水深之间的换算关系可推知，如式所示:
V方/ 2/3）hw100
水分常数 全持水量或饱和持水量： 土壤全部孔隙都充满水时的土壤含水量 特点：临时存在于土壤大孔隙（通气孔隙）中的水分，与 土壤养分的淋失有关；往往因水分过多，土壤空气不足， 造成内涝，反而有害于作物生长（多余水）
注
意
上述各种水分类型，彼此密切交错 联结，相互转化，很难严格划分
对于不同质地的土壤上述各种不同 形态水的数值是不等的。请认真比 较它们的大小