土壤水分类型及有效性

二、土壤水分的消耗
●渗漏、侧向径流和下渗径流
河 流
地下水
●土壤蒸发
●植物蒸腾
土壤水汽进入大气的过程。
三、土壤—植物—大气连续体(SPAC)
(Soil-plant-atmosphere continuum)
由水势引起水由土壤进入植物体，再向大气 扩散的体系。
沙漠植物 在—200 ～—800 万帕时仍 能生存。
d q K ( m ) dx
非饱和流导水率
(unsaturated hydrolic conductivity) 土壤水吸力和导水率之间的关系
非饱和条件下土壤水流的数学表达 式与饱和条件下的类似，二者的区 别在于： • 饱和条件下的总水势梯度可用 差分形式，而非包和条件下则用微 分形式； • 饱和条件下的土壤导水率Ks对 特定土壤为一常数，而非饱和导水 率是土壤含水量或基质势（m）的 函数。
四、土壤水分在土壤肥力中的作用
土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，
它一方面直接供给植物吸收利用；另一方面 又影响土壤的其它性状和肥力因素。
● 土壤水分影响土壤的养分状况 ● 土壤水分影响土壤的通气状况
● 土壤水分影响土壤的热量状况 ● 土壤水分影响微生物和活动
● 土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性
土水势的标准单位：帕（Pa） 1 Pa=0.0102厘米水柱 1 atm=1033厘米水柱=1.0133bar 1 bar=0.9896atm=1020厘米水柱 1 bar=100000 Pa
一般只能测定8万帕 以下的土壤水吸力。
五、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。
H q Ks L
饱和流导水率
(Saturated hydraulic conductivity) 土壤所有的孔隙都充满了水时，水分向土壤 下层或横向运动的速度。 影响饱和导水率的因素 • 质地 水通量与孔隙半径
4次方呈正比。
•结构 土壤结皮对土壤饱和 导水率有显著的影响。 •有机质含量。 •粘土矿物种类。
弱有效水分，又称为松束缚水分。
膜状 水
土粒
膜 状 水 示 意 图
膜状水
3、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤 中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的 水分，称为毛管水。毛管水是土壤中最 宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
● 毛管悬着水(capillary supporting water) 土体中与地 下水位无联系的毛管水称 毛管悬着水。
第六章
土
壤
水
第一节 土壤水分的类型及有效性
一、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。
● 毛管支持水（毛管上 升水） (capillary suspending water) 土体中与地下水位 有联系的毛管水称毛管 支持水。
地 下 水 位 高
地下水 位低
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
（二）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,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。
土壤水分有效性的三种假设
★土壤水分在上限（田间持水量）和下 限（凋萎系数）之间同等有效。 ★在上述范围内随土壤水分减少而降低。 ★传统的土壤水分有效范围
五、影响土壤水分状况的因素
● 植被 蒸腾作用对土壤水分平衡关 系密切，植被组成和覆盖度对土壤水分状 况都有较大影响。
●
气候
降雨量和蒸发是重要因素。
●
土壤物理性质
特别是土壤质地、结构
和有机质含量等到因素对水的渗透、流动和
蒸发有重要影响。 ● 地形 地形影响水分的再分配。
● 水文地质
在不透水层接近地面、地下
● 渗透势ψs
渗透势又称溶质势，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。
●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.
• h水柱高度（cm)，d孔隙直径（mm）
不同土壤质地毛管水上升高度
土壤质地 毛管水上升高度 土壤质地 毛管水上升高度
砂 土 0.5～1.0 1.5 中壤土， 1.2～2.0 重壤土 粘 土 0.8～1.0
砂壤土， 轻壤土
4、重力水(gravitational water) 又称多余水，是指土壤中 充滞于充气孔隙中的水分。存在 于土壤中的时间短，很快会因为 重力作用而渗入或流出。
●
田间持水量(field capacity) ***：
毛管悬着水达到最大值时的土壤含水 量称为田间持水量，通常作为灌溉水量定 额的最高指标。 在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛 管悬着水。
● 饱和含水量(saturated water content) 饱和含 水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量。以 干土质量或容积的百分量表示。
水位高的地方，或者有承压地下水来源的 地方，由于地下水通过支持毛管水上行，
在一定条件下可形成蒸发型。
● 人为影响 如灌溉、排水以及耕作等土
壤管理措施。
本章重点：
1、概念：吸湿水、毛管水、萎蔫含水量、田间持 水量、土壤水吸力、夜潮作用、土壤水分特征曲线 2、为什么说毛管水是土壤中最宝贵的水分？ 3、分析土壤水分的有效性 4、研究土壤水有何重大意义?土壤水在土壤中有何 重要作用?
第三节 土壤水分运动
※土壤水流动
※水分蒸发
※水分入渗 ※水分再分配
一、饱和流 (Saturated Soil Water Flow)
饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度， 基本上服从饱和状态下多孔介质的达西定律(Darcy’s law) ***
单位时间内通过单位面积土壤的水量，土壤水 通量与土水势梯度成正比。
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第二节 土壤水的能态
土壤 A 砂土 10%
土壤 B 粘土 15%
一、土水势概念
土水势是在标准大气压下，极小单位水量 从一个平衡的土一水系统可逆地移到和它温度相 同，处于参比状态水池时所做的功。
土
作功
水
二、土水势的组成
● 基质势ψm
负值，当土壤饱和时最大＝0. 土壤含水量越高，基质势也越高。
土壤质地 田间持水量 萎蔫系数 松砂土 砂壤土 中壤土 轻粘土 4.5 12.0 20.7 23.8 1.8 6.6 7.8 17.4 有效含水范围 2.7 5.4 12.9 6.4
有机质对有效水范围的影响
类 型 壤 土 泥 炭 1/2壤土＋1/2泥炭 4/5壤土十1/5泥炭 持水当量 20.0 166 31 21.6 萎蔫含水量 7.1 82.3 14.5 8.5 有效含水范围 13.l 83.7 16.5 13.l
5、土水势与土壤水吸力有何异同点？
三、土壤水分含量的表示方法
（一）质量含水量（m）
W1 W2 n 100 W2
（二）容积含水量（ v） V=m· （三）相对含水量（%）
土壤含水量 土壤相对含水量＝ 田间持水量
（三）土壤贮水量
1、水深（DW） DW=V· 或 Dw ,100 1 h h
i 1 i n
● 土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的 表面积和孔隙系统的性质引起的。
● 土壤结构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高， 持水孔隙发达，故有效水分含量高。如团聚体发 育好的东北黑土。
● 有机质含量 有机质本身的持水量很大，更 能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质， 可以扩大有效水范围。
土壤质地对有效水范围的影响
“冻后聚墒”的多少，主要决定于该土壤的 含水量和冻结的强度。含水量高冻结强度大 ，“冻后聚墒”就比较明显。一般对土壤上 层增水作用为2－4％左右 。
第四节 土壤水分平衡
一、土壤水分的来源
大气降水 土壤水分
灌溉水
地下水上升和大气中水汽的凝 结也是土壤水分的来源。
Leabharlann Baidu
二、土壤水分的消耗
●渗漏、侧向径流和下渗径流
总水势： t=m+p+s+g
三、土壤水吸力***
绝对正值
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
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 ⒉细毛管
⒊排除毛管水 的大孔隙
⒋束缚水占的 孔隙 ⒌充水的大孔 隙
土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图
•***毛管水上升高度
•从地下水面到毛管上升谁所能达 到的相对高度，叫毛管水上升高 度。
二、土壤水分的类型和性质
1、吸湿水(hydroscopic
水汽 土壤
water) 干土从空气中吸着水
汽所保持的水，称为吸湿水。又称为紧束缚水，属 于无效水分。 2、膜状水（薄膜水） ( membraneous water) 指由土 壤颗粒表面吸附所保持的水层，膜状水的最大值叫
最大分子持水量。薄膜水对植物生长发育来说属于
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。
S=ab S=a(/s)b S=A(s-)n/m
土 壤 水 吸 力
影响因素
壤土 砂土
黏土 •结构
•温度
•质地
•滞后现象
0 10 20 30 40 50 60 70
土壤含水量%
机理：滞后现象 沙土比粘土明显
2、水方（
3） m
mm
V方 / 公顷 10Dw
V方/亩＝2/3Dw
四、土壤水分常数及土壤水分有效性
（一）土壤水分常数(soil moisture constant)
在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水 分常数。 ●吸湿系数(hygroscopic coefficient) 最大吸湿水量
●凋萎系数(wilting coefficient) 萎蔫含水量又称稳 定凋萎含水量。植物因缺水凋萎并不能复原时的 土壤含水量，又称萎蔫含水量。
三、土壤水气运动
土壤气态水的运动表现为 水汽扩散和水汽凝结两种现象
水汽扩散运动的推动力是水汽压梯度， 主要由土水势梯度或水吸力梯度和温度 梯度引起。
1、“夜潮”现象
多出现于地下水埋深度较浅的“夜潮地”。
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。
饱和导水率的特点
① 饱和率是常数
② 是土壤导水率的MAX ③ 主要取决于土壤的质地 和结构。 沙质土 > 壤质土 > 粘 质土
二、土壤非饱和流***
（unsaturted soil water flaw)
土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度 和重力势梯度。它也可用达西定律来描述， 对一维垂向非饱和流，其表达式为：
水分特征曲线的用途：
首先，可利用它进行土壤水吸力S和含水率之 间的换算(图3.7)。
其次，土壤水分特征曲线可以间接地反映出土 壤孔隙大小的分布。 第三，水分特征曲线可用来分析不同质地土壤 的持水性和土壤水分的有效性。 第四，应用数学物理方法对土壤中的水运动进 行定量分析时，水分特征曲线是必不可少的重 要参数。