第四章土壤水分空气与热性质示文稿1
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土壤水、空气和热量教学文稿
第五章土壤水、空气和热量主要教学目标：学会分析土壤肥力要素水、气、热之间的关系。
由于土壤水分的重要作用，因此首先要求学生掌握土壤水的形态学观点和能量学观点。
在基本知识掌握的基础上，并能系统地处理土壤水、气、热三者的相互关系和调节措施。
主要内容：第一节土壤水的类型第二节土壤水分含量的表示方法第三节土壤水分能量的分析第四节土壤水分的管理与调节第五节土壤空气和热量第六节土壤水、气、热的相互关系第一节土壤水的类型土壤学中的土壤水是指在一个大气压下，在105℃条件下能从土壤中分离出来的水分。
土壤中液态水数量最多，对植物的生长关系最为密切。
液态水类型的划分是根据水分受力的不同来划分的，这是水分研究的形态学观点。
这一观点在农业、水利、气象等学科和生产中广泛应用。
一、吸湿水土壤颗粒从空气中吸收的汽态水分子。
从室外取土，放在室内风干若干时间后，表面上看似乎干燥了，但把土壤放在烘箱中烘烤，土壤重量会减轻；再放置到常温常压下，土壤重量又会增加，这表明土壤吸收了空气中的水汽分子。
土壤的吸湿性是由土粒表面的分子引力作用所引起的，一般来说，土壤中吸湿水的多少，取决于土壤颗粒表面积大小和空气相对湿度。
由于这种作用的力非常大，最大可达一万个大气压，所以植物不能利用此水，称之为紧束缚水。
二、膜状水土粒吸足了吸湿水后，还有剩余的吸引力，可吸引一部分液态水成水膜状附着在土粒表面，这种水分称为膜状水。
重力不能使膜状水移动，但其自身可从水膜较厚处向水膜较薄处移动，植物可以利用此水。
但由于这种水的移动非常缓慢（0.2—0.4mm/d），不能及时供给植物生长需要，植物可利用的数量很少。
当植物发生永久萎蔫时，往往还有相当多的膜状水。
三、毛管水当把一个很细的管子（毛细管）插入水中后，水分可以上升的较高于水平面，并保持在毛细管中。
毛管水：由于毛管力的作用而保持在土壤中的液态水。
毛管水可以有毛管力小的方向移向毛管力大的方向，毛管力的大小可用Laplace公式计算：P = 2T/r式中的P为毛管力，T为水的表面张力，r为毛管半径。
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
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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
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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
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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
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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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第四章土壤水分、空气与热性质示文稿1.ppt
❖ 2、性质： ❖ ①紧靠土粒表面的水分子受到的吸持力范围从109Pa－
3.1×106Pa（10000－31大气压） ❖ ② 密度1.2－2.4g/cm3，平均1.5g/cm3，表现出固态水的性
质。
❖ ③冰点低至－7.8℃，不能移动，没有溶解能力。
❖ 由于植物根系的渗透压一般只有15个大气压，因此， 吸湿水对植物是一种无效水
水+气=总孔隙容积
土壤空气容积百分数=孔隙度－水容（%） 土壤固相物质所占的容积百分数=1一孔隙度
可求出土壤固液气三相物质容积比
（三）水层厚度 将一定面积一定厚度土层中的水分总量，换算
成水层厚度（mm），是与气象资料相吻合的一种表示方式。
水层厚度（mm）=土层厚度（mm）×水容% =土层厚度（mm）×水重%×土壤容重
（四）水的体积 将一定面积和一定深度土层中含水总量，
换算成水的体积来表示。
水的体积=土壤面积×土层厚度×土壤容重×水重% 若面积为亩则：
2000
12
水的体积（m3/亩）= ×水层厚度(mm)× = ×水层厚度(mm)
3
1000 3
式中1/1000是将毫米数换算成米数，2000/3为一亩地面积（m2）
五、土壤水分的能量状态
❖ 土壤水的能态是指土壤中水分的能量状态，常用土水势和水 吸力来表示。
❖ （一）、土水势 ❖ 1、概念： 土壤中的水在土壤中受到了各种力场的作用，如
吸附力，毛管力等，使土壤中的水比纯水自由能降低了（分 子活动能力降低了），土壤水的自由能和纯自由水之间自由 能的差值，其值大小等于在标准大气压等温条件下，单位数 量的纯自由水转变成土壤水时所作的功或其自由能的降低值 称为土水势。 ❖ 土水势严密的概念如下：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可逆地转移到土壤中的 某一已定点，使成为土壤水，这时必须做的功，以单位水量 来表示称为土水势。 ❖ 我们规定纯水（自由水）势能值为零，土水势应是负值
3.1×106Pa（10000－31大气压） ❖ ② 密度1.2－2.4g/cm3，平均1.5g/cm3，表现出固态水的性
质。
❖ ③冰点低至－7.8℃，不能移动，没有溶解能力。
❖ 由于植物根系的渗透压一般只有15个大气压，因此， 吸湿水对植物是一种无效水
水+气=总孔隙容积
土壤空气容积百分数=孔隙度－水容（%） 土壤固相物质所占的容积百分数=1一孔隙度
可求出土壤固液气三相物质容积比
（三）水层厚度 将一定面积一定厚度土层中的水分总量，换算
成水层厚度（mm），是与气象资料相吻合的一种表示方式。
水层厚度（mm）=土层厚度（mm）×水容% =土层厚度（mm）×水重%×土壤容重
（四）水的体积 将一定面积和一定深度土层中含水总量，
换算成水的体积来表示。
水的体积=土壤面积×土层厚度×土壤容重×水重% 若面积为亩则：
2000
12
水的体积（m3/亩）= ×水层厚度(mm)× = ×水层厚度(mm)
3
1000 3
式中1/1000是将毫米数换算成米数，2000/3为一亩地面积（m2）
五、土壤水分的能量状态
❖ 土壤水的能态是指土壤中水分的能量状态，常用土水势和水 吸力来表示。
❖ （一）、土水势 ❖ 1、概念： 土壤中的水在土壤中受到了各种力场的作用，如
吸附力，毛管力等，使土壤中的水比纯水自由能降低了（分 子活动能力降低了），土壤水的自由能和纯自由水之间自由 能的差值，其值大小等于在标准大气压等温条件下，单位数 量的纯自由水转变成土壤水时所作的功或其自由能的降低值 称为土水势。 ❖ 土水势严密的概念如下：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可逆地转移到土壤中的 某一已定点，使成为土壤水，这时必须做的功，以单位水量 来表示称为土水势。 ❖ 我们规定纯水（自由水）势能值为零，土水势应是负值
土壤水、气、热状况和特性
一、土壤水分的类型
土壤水: 吸湿水(紧束缚水) 膜状水(松束缚水) 毛管水: 悬着毛管水 上升毛管水 重力水和地下水 气态水(水气) 固态水(冰)
（一) 吸湿水(紧束缚水)
将干燥的土粒暴露于潮湿的空气中，土粒把空气里的水汽分子吸附在它的 表面，这是土壤的吸湿性，这样吸附于土粒表面的水分称吸湿水。
吸附力：氢键，范德华力，静电引力，可达几千至上万个大气压（ 31-1 万大气压），密度>1，风干土含吸湿水。
基质势Ψm ：由土粒吸附力和毛管力所产生。 溶质势Ψs ：又称渗透势，是由溶质对水的吸附所产生的。 重力势Ψg ：由重力作用产生的水势。 压力势Ψp ：土壤中水分还要承受土壤水体的静水压力，其水势与参比标准 之差，称为压力势。
Ψ总土水势 = Ψ基质势 + Ψ重力势 + Ψ溶质势 + Ψ压力势 Ψt = Ψm + Ψg + Ψs + Ψp
粘土>壤土>砂土 从1/3-15大气压，保持的水分均称有效水，但不是同等有效的。 吸力越大，越难利用，中间有一转折点，可供灌溉参考，即毛管水 联系破裂含水量：大约在0.8大气压，约相当于田间持水量的70%左 右，含水量大于此时，水分作连续整体运动，为易效水，低于此值 时，毛管水被束缚水隔断，缺乏整体运动，为难效水。
---灌溉点的选择。
四) 重力水 不受土壤吸附力和毛管力所吸持，受重力支配的那部分
水。旱作的多余水。
饱和含水量：当土壤大小孔隙全部被水充满时的含水量，或称全蓄水量。
二、土壤水的有效性
土壤水分常数：是指一定土壤水吸力下保持的含水量，或是 从一种形态向另一种形态过渡时的含水量。对于同一土壤或 土层来说，变化不大，故称为常数。
2、“冻后聚墒”现象*** 冬季表土冻结，水汽压降低，而冻层以下土层 的水汽压较高，于是下层水汽不断向冻层集聚、 冻结、使冻层不断加厚，其含水量有所增加， 这就是“冻后聚墒”现象。
土壤水: 吸湿水(紧束缚水) 膜状水(松束缚水) 毛管水: 悬着毛管水 上升毛管水 重力水和地下水 气态水(水气) 固态水(冰)
（一) 吸湿水(紧束缚水)
将干燥的土粒暴露于潮湿的空气中，土粒把空气里的水汽分子吸附在它的 表面，这是土壤的吸湿性，这样吸附于土粒表面的水分称吸湿水。
吸附力：氢键，范德华力，静电引力，可达几千至上万个大气压（ 31-1 万大气压），密度>1，风干土含吸湿水。
基质势Ψm ：由土粒吸附力和毛管力所产生。 溶质势Ψs ：又称渗透势，是由溶质对水的吸附所产生的。 重力势Ψg ：由重力作用产生的水势。 压力势Ψp ：土壤中水分还要承受土壤水体的静水压力，其水势与参比标准 之差，称为压力势。
Ψ总土水势 = Ψ基质势 + Ψ重力势 + Ψ溶质势 + Ψ压力势 Ψt = Ψm + Ψg + Ψs + Ψp
粘土>壤土>砂土 从1/3-15大气压，保持的水分均称有效水，但不是同等有效的。 吸力越大，越难利用，中间有一转折点，可供灌溉参考，即毛管水 联系破裂含水量：大约在0.8大气压，约相当于田间持水量的70%左 右，含水量大于此时，水分作连续整体运动，为易效水，低于此值 时，毛管水被束缚水隔断，缺乏整体运动，为难效水。
---灌溉点的选择。
四) 重力水 不受土壤吸附力和毛管力所吸持，受重力支配的那部分
水。旱作的多余水。
饱和含水量：当土壤大小孔隙全部被水充满时的含水量，或称全蓄水量。
二、土壤水的有效性
土壤水分常数：是指一定土壤水吸力下保持的含水量，或是 从一种形态向另一种形态过渡时的含水量。对于同一土壤或 土层来说，变化不大，故称为常数。
2、“冻后聚墒”现象*** 冬季表土冻结，水汽压降低，而冻层以下土层 的水汽压较高，于是下层水汽不断向冻层集聚、 冻结、使冻层不断加厚，其含水量有所增加， 这就是“冻后聚墒”现象。
4.2-4土壤养分-水汽热讲解
垂直于太阳光下一平方厘米 的黑体表面在一分钟内吸收 的辐射能常数），称作太阳 常数，一般为1.9k/cm2/min。
99％的太阳能包含在0.3-4.0
微米的波长内，这一范围的 波长通常称为短波辐射。
当太阳辐射通过大气层时，
a
HI
其热量一部分被大气吸收散
E
射，一部分被云层和地面反
射，土壤吸收其中的一少部
0.250 20.486 0.865 19.953 0.134 20.857 0.385 20.506
0.483 20.478 1.348 20.060 0.150 20.121 0.406 20.634
0.573 19.865 1.159 20.005 0.313 20.181 1.157 20.362
（二）影响地面辐射平衡的因素
1、太阳的辐射强度
日照角越大 ，坡度越大，地面接受的太阳辐射越多。
第二节 土壤空气
一 土壤空气的组成 二 土壤空气的运动 三 土壤空气与土壤肥力
土壤空气的组成与植物生长 一、土壤空气的组成与变化
土壤空气与大气组成的比较（容积%）
气体
O2
近地面 的大气
土壤 空气
20.94
18.020.03
CO2
0.03
0.150.65
N2 78.05
其他气 体
0.95
78.8-
（2）土壤膜状水**：
土壤颗粒表面上吸附的水分形成水膜， 这部分水称为土壤膜状水。
土壤膜状水达到最大值时的土壤含水量 称为土壤最大分子持水量。
膜 状 水 示 意 图
（3）土壤毛管水***：
存在于土壤毛管孔隙中的水分， 称为毛管水。包括毛管悬着水和毛 管上升水。
99％的太阳能包含在0.3-4.0
微米的波长内，这一范围的 波长通常称为短波辐射。
当太阳辐射通过大气层时，
a
HI
其热量一部分被大气吸收散
E
射，一部分被云层和地面反
射，土壤吸收其中的一少部
0.250 20.486 0.865 19.953 0.134 20.857 0.385 20.506
0.483 20.478 1.348 20.060 0.150 20.121 0.406 20.634
0.573 19.865 1.159 20.005 0.313 20.181 1.157 20.362
（二）影响地面辐射平衡的因素
1、太阳的辐射强度
日照角越大 ，坡度越大，地面接受的太阳辐射越多。
第二节 土壤空气
一 土壤空气的组成 二 土壤空气的运动 三 土壤空气与土壤肥力
土壤空气的组成与植物生长 一、土壤空气的组成与变化
土壤空气与大气组成的比较（容积%）
气体
O2
近地面 的大气
土壤 空气
20.94
18.020.03
CO2
0.03
0.150.65
N2 78.05
其他气 体
0.95
78.8-
（2）土壤膜状水**：
土壤颗粒表面上吸附的水分形成水膜， 这部分水称为土壤膜状水。
土壤膜状水达到最大值时的土壤含水量 称为土壤最大分子持水量。
膜 状 水 示 意 图
（3）土壤毛管水***：
存在于土壤毛管孔隙中的水分， 称为毛管水。包括毛管悬着水和毛 管上升水。
土壤水分、空气、热量(1)
害、渍害。因此必须排除土壤多余的水分，主要包括排除地表 积水、降低过高的地下水和除去土壤上层滞水。
2.土壤空气调节
• 对于一般旱作来说，发生通气不良、供氧不足的情况 很少。土壤通气不良主要发生在那些质地粘重、通气 孔隙度不足10％、气体交换缓慢的粘质土壤上。对于 此类土壤可采取合理耕作结合增施有机肥料，以改善 土壤结构、增加土壤通气孔隙。土体中水分过多不仅 空气容量减少，而且阻碍土壤空气与大气的气体交换， 这是地势低洼、地下水位高的易涝地区土壤通气性差 的主要原因，对此应加强土壤水分管理，建立完整的 排水系统，降低地下水位，及时排除渍涝。至于那些 主要是由降(灌)水量大而造成的土壤过湿、表土板结而 影响通气的，则应及时中耕、松土，破除地结皮等， 土壤通气性就会大大改善。
壤水的收人大于支出，则土壤水分含量增加；反之，土壤水的支出
大于收入，则土壤水分含量降低。在农业生产实践中，土壤水分平 衡的作用主要表现为：
①计算作物日耗水量 例如，某玉米地在6月15日灌水前根层土壤 含水量厚度为70mm，然后灌水55mm。6月25日测定同一根层的含 水量厚度为81mm，假设灌水后的这段时间内无降雨过程，也没有 土壤水分的深层渗漏，则在此期间玉米的日耗水量为：
• （1）土水势 • （2）土壤水吸力 • （3）土壤水分特征曲线
（1）土水势 土水势(soil water potential)表示土壤水分在土—水平衡体系 中所具有的能态。通常用水势(ψw)表示。由于土壤水分受到各 种吸力的作用，有时还存在附加压力，所以其水势必然与参 比系统不同，两者之差为土水势的量度。通常规定纯水池参 比系统的水势能为零，因此，土水势一般为负值，它主要由 以下几个分势组成。 基质势(matric potential) 通常用ψm表示。对于非饱和土壤 而言，由于基质吸力对水分的吸持，完成这一过程需要环境 对它做功，所以基质势为负值；而饱和的土壤水不受基质吸 持，故其基质势为零。
2.土壤空气调节
• 对于一般旱作来说，发生通气不良、供氧不足的情况 很少。土壤通气不良主要发生在那些质地粘重、通气 孔隙度不足10％、气体交换缓慢的粘质土壤上。对于 此类土壤可采取合理耕作结合增施有机肥料，以改善 土壤结构、增加土壤通气孔隙。土体中水分过多不仅 空气容量减少，而且阻碍土壤空气与大气的气体交换， 这是地势低洼、地下水位高的易涝地区土壤通气性差 的主要原因，对此应加强土壤水分管理，建立完整的 排水系统，降低地下水位，及时排除渍涝。至于那些 主要是由降(灌)水量大而造成的土壤过湿、表土板结而 影响通气的，则应及时中耕、松土，破除地结皮等， 土壤通气性就会大大改善。
壤水的收人大于支出，则土壤水分含量增加；反之，土壤水的支出
大于收入，则土壤水分含量降低。在农业生产实践中，土壤水分平 衡的作用主要表现为：
①计算作物日耗水量 例如，某玉米地在6月15日灌水前根层土壤 含水量厚度为70mm，然后灌水55mm。6月25日测定同一根层的含 水量厚度为81mm，假设灌水后的这段时间内无降雨过程，也没有 土壤水分的深层渗漏，则在此期间玉米的日耗水量为：
• （1）土水势 • （2）土壤水吸力 • （3）土壤水分特征曲线
（1）土水势 土水势(soil water potential)表示土壤水分在土—水平衡体系 中所具有的能态。通常用水势(ψw)表示。由于土壤水分受到各 种吸力的作用，有时还存在附加压力，所以其水势必然与参 比系统不同，两者之差为土水势的量度。通常规定纯水池参 比系统的水势能为零，因此，土水势一般为负值，它主要由 以下几个分势组成。 基质势(matric potential) 通常用ψm表示。对于非饱和土壤 而言，由于基质吸力对水分的吸持，完成这一过程需要环境 对它做功，所以基质势为负值；而饱和的土壤水不受基质吸 持，故其基质势为零。
第四章土壤水空气热量
和地下水（ground water）
1.吸湿水（hygroscopic water ）
概念：土壤固体土粒的表面能吸附空气中的水分子，形成薄 薄的水膜。 最大吸湿量（maximum hygroscopicity ） ：在水汽饱和的 空气中，吸湿水达到最大量时土壤含水量。
吸湿水受到束缚力，10000-31个大气压，植物吸水15-16大气 压，不能被植物利用。
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
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
3.毛管水（capillary water）
概念：靠毛管力作用而保持和运动的土壤液态水。
毛管水受到吸力6.25-0.1个大气压，可被植物吸收
利用。
拉普拉斯(Laplace)公式： P=2T/R P—毛管力；T—表面张力；R—毛管半径
田间持水量(%)
凋萎系数(%) 有效水最大含量 (%)
12
3 9
18
5 13
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ22
6 16
24
9 15
26
11 15
30
15 15
土壤含水量
二、土壤水分含量
1.质量含水量θm：土壤中水分的质量占干土重的 百分数。干土重为105℃ -110℃下的烘干土重。
Ch45 土壤水分 空气和热量
1. 土壤吸湿水
• 干燥的土粒靠分子引力从土壤空气中吸持 的气态水称为吸湿水。 的气态水称为吸湿水。干燥的土粒具有吸附空
气中气态水分子的能力， 气中气态水分子的能力，这种能力是由于颗粒表 面存在自由能并带有电荷， 面存在自由能并带有电荷，而水分子是偶极分子 的缘故。 的缘故。
性质： 性质： 紧靠土粒表面的水分子受到的吸持力范围从10 Pa① 紧靠土粒表面的水分子受到的吸持力范围从109Pa-3.1MPa 10000～31atm） （10000～31atm） 密度1.2～ 平均1.5g/cm 表现出固态水的性质。 ② 密度1.2～2.4g/cm3，平均1.5g/cm3，表现出固态水的性质。 冰点低至-7.8℃ 不能移动，没有溶解能力。 ③ 冰点低至-7.8℃，不能移动，没有溶解能力。 由于植物根系的渗透压一般只有15个大气压 因此， 个大气压， 由于植物根系的渗透压一般只有15个大气压，因此，吸湿水对 植物是一种无效水 无效水。 植物是一种无效水。
第四章 土壤水分
第一节 土壤水在农业生态系统中的重要性
土壤水的重要性： 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 壤水实际上是指在 ℃ 出来的水。 出来的水。
第二节 土壤水 基础知识
▲土壤含水量表达方式
通常把在l05一110℃ 通常把在l05一110℃温度下能从土壤驱逐出来
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)
第四、五章 土壤水、空气、热量
生物 昆虫、各种原生动物、藻类、各种微生物等
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容积含水量＝质量含水量×土壤容重
3、土壤水贮量
4、土壤相对含水量
在生产实际中常以某一时刻土壤含水量占该土壤田间持 水量的百分数作为相对含水量来表示土壤水分的多少。
土壤相对含水量= （土壤含水量/土壤田间持水量） ×100%
土壤含水量以田间持水量的60－80% 时为最适宜旱地作物的生长发育
二、土壤墒情（含水量）
所以，在相同 条件下，粘土 保持水分多但 对植物的有效
性最差
土壤含水量随吸 力的增加而下降
相同水吸力下，粘土含 水量最高，砂土最低
第五节 土壤水分状况与水分平衡
一、土壤水分状况 1、 作物对土壤水分的需求 2、 土壤水分影响作物对养分的吸收
土壤水分状况直接影响作物对养分的吸收 土壤中有机养分的分解矿化离不开水分 施入土壤中的化学肥料只有在水中才能溶解 养分离子向根系表面迁移、作物根系对养分的吸收都必 须通过水分介质来实现
墒情的种类：
旱地不宜耕种
1、汪水：过湿，有积水
不宜进行耕作
2、黑墒：手捏土易成团，扔在地上不散开
3、黄墒：手捏土易成团，扔在地上一半适散宜开旱地耕种
4、潮干土：手捏土不成团，容易散开
5、干土
应设法灌水补墒
不宜耕种
第二节 土壤水分研究的形态学 与能态学
一、土壤水分研究的形态学类型与性质
（一）土壤水分的保持
第四章 土壤水
土壤水分实质是稀的土壤溶液，是作物吸 水的重要给源
第一节 土壤水的基础知识
一、土壤水分含量的表示方法
1、土壤质量含水量
湿土质量－干土质量
土壤质量含水量（g/kg）＝
105 ℃条件下烘干至恒重的土壤
《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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