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
湿土 烘干土 = 1 + 质%
2,容积含水量:单位土壤总容积中水分所占的容 ,容积含水量: 积百分数. 积百分数.
土壤中水体积 容% = × 100% 土壤容积
θv 容%=质%x容重 质 容重 θv=θmⅹρ ρ——土壤容重 ⅹ 土壤容重
3,水层厚度(水深): 指一定面积,深度土层内所含实 ,水层厚度(水深): 指一定面积, 际含水量换算成水层厚度来表示,单位常用mm. 际含水量换算成水层厚度来表示,单位常用 . Dw =质%×土层厚度×容重 质 ×土层厚度×容重/10 =容%×土层厚度 容 ×土层厚度/10 * 水层厚度可与降雨量和蒸发量之间进行比较. 水层厚度可与降雨量和蒸发量之间进行比较. 4,绝对水体积(容量):指一定面积一定厚度土壤中所含 ,绝对水体积(容量):指一定面积一定厚度土壤中所含 ): 水的体积. 水的体积. Dv( 水方 公顷 水方/公顷 公顷)=2/3Dw
(二)土壤水吸力
1,土壤水吸力:指土壤水在承受一定吸力情况下所处的 土壤水吸力: 能态. 能态. 用吸力表示其能态大小,但并不是指土壤对水的吸力, 用吸力表示其能态大小,但并不是指土壤对水的吸力, 物理意义上不严格,但应用较方便. 物理意义上不严格,但应用较方便. 2,包括基质吸力和溶质吸力, 包括基质吸力和溶质吸力, 基质吸力产生原因与Φm相同,大小相同,符号相反. 基质吸力产生原因与Φm相同,大小相同,符号相反. Φm相同 溶质吸力,产生原因与Φs相同,大小相同,符号相反. 溶质吸力,产生原因与Φs相同,大小相同,符号相反. Φs相同 3,水由吸力小向吸力大的方向运动. 水由吸力小向吸力大的方向运动.
(四)土壤水分特征曲线
概念: 1,概念:土壤水的基质势或土壤水吸力是随土壤含水率而变化 的, 其关系曲线称为~~ ~~. 其关系曲线称为~~. 土壤水分特征曲线把土壤水分数量和能量及其相互间关系表示出 能够清楚说明不同土壤的水分性状. 来,能够清楚说明不同土壤的水分性状. 2,影响土壤水分特征曲线的因素 1)质地:不同质地土壤,孔隙状况差异较大,水分特征曲线不同. 质地:不同质地土壤,孔隙状况差异较大,水分特征曲线不同. 结构:低吸力范围,土壤越紧实,同一吸力下,含水率越大. 2)结构:低吸力范围,土壤越紧实,同一吸力下,含水率越大. 温度:温度升高,水表面张力和粘滞性下降,水吸力减少, 3)温度:温度升高,水表面张力和粘滞性下降,水吸力减少,土水 势升高,低含水量时显著. 势升高,低含水量时显著. 滞后现象:土壤水分由干到湿和由湿到干, 4)滞后现象:土壤水分由干到湿和由湿到干,土壤水分曲线不重合 的现象. 的现象. 砂土比粘土明显,原因,大孔隙电小孔隙连接的. 砂土比粘土明显,原因,大孔隙电小孔隙连接的.
5,土壤相对含水量:土壤实际含水量占该土壤田间 ,土壤相对含水量 土壤实际含水量占该土壤田间 持水量的百分数. 持水量的百分数.
土壤含水量% 土壤相对含水量 = × 100% 田%
土壤含水量% 或= × 100% 饱和%
(二)土壤含水量的测试技术 1.经典烘干法(标准方法) 2.快速烘 经典烘干法(标准方法) TDR法 干法 3.中子法 4. 电阻法 5. TDR法
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, 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 和静水压力等)的作用下, 或自由能) 主要是降低),称为土水势. ),称为土水势 化(主要是降低),称为土水势.
基质势(Φm) 土壤水受到吸附力和毛管力的束缚, 1 , 基质势 ( Φm ) : 土壤水受到吸附力和毛管力的束缚 , 自由能的降低. 水分不饱和下起主要作用. 自由能的降低. 负,水分不饱和下起主要作用. 溶质势(渗透势Φs Φs) 2 , 溶质势 ( 渗透势 Φs ) : 土壤水溶解溶质而引起自由能 的降低. 蒸馏水干的快,盐水干得慢. 的降低. 负,蒸馏水干的快,盐水干得慢. 3 , 压力势 ( Φp ) : 由于土壤水本身静水压力而引起土水 压力势(Φp) 势变化. 正值,土壤水分饱和时起主导作用. 势变化. 正值,土壤水分饱和时起主导作用. 重力势(Φg) 4 , 重力势 ( Φg ) : 土壤中的水处于高度不同而具有不同 的重力势能. 水势面确定, 的重力势能. 0水势面确定,可以以地表或地下水作 水势面. 为0水势面. Φ总=Φm+Φs+Φp+Φg
三,土壤含水量的测定方法
1,烘箱烘干法 , 1)原理:105~110℃烘干 )原理: ℃烘干6~8小时 小时 2)质%=(W1-W2)/(W2-W3) W1-——湿土 盒 W2——干土 盒 W3——盒 湿土+盒 干土+盒 ) 湿土 干土 盒 3)国标方法,准确 )国标方法, 4)缺点:时间长,需取样,不能定点观测. )缺点:时间长,需取样,不能定点观测. 2,快速烘干法 , 1)红外线烘干法 ) 2)微波炉烘干法 ) 3)酒精燃烘法:取土样放入铝盒,加入 酒精点燃, )酒精燃烘法:取土样放入铝盒,加入98%酒精点燃,重复 次,燃烧时 酒精点燃 重复3-5次 土壤70-80℃,将燃尽时 土壤 ℃ 将燃尽时180- 200℃,灭后 ℃ 灭后80-90℃,快速但不准确,适用 ℃ 快速但不准确, 于田间操作. 于田间操作.
(三)毛管水
1,概念:靠毛管力作用而保持和运动的土壤液态水. ,概念:靠毛管力作用而保持和运动的土壤液态水. 2,毛管水受到吸力 个大气压, ,毛管水受到吸力6.25-0.1个大气压,可被植物吸收利用. 个大气压 可被植物吸收利用. 3,毛管水的类型 , 1)毛管悬着水:在地形部位高,地下水位深的地方,降雨或灌水后,借毛 )毛管悬着水:在地形部位高,地下水位深的地方,降雨或灌水后, 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, 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. 好象悬着在上层土壤毛管孔隙中的水. *田间持水量:土壤毛管悬着水达到最多时土壤含水量. 田间持水量: 田间持水量 土壤毛管悬着水达到最多时土壤含水量. 2)毛管上升水:地形低洼,地下水位浅,地下水沿毛管上升地表,使土壤 )毛管上升水:地形低洼,地下水位浅,地下水沿毛管上升地表, 保持湿润. 保持湿润. *毛管持水量:毛管上升水达到最大量时土壤含水量.毛管持水量略大于田 毛管持水量: 毛管持水量 毛管上升水达到最大量时土壤含水量. 间持水量. 间持水量. 4,毛管断裂含水量:当土壤含水量降低到一定程度时,粗毛管中悬着水连续 ,毛管断裂含水量:当土壤含水量降低到一定程度时, 状态出现断裂,但细毛管中仍充满水,此时土壤含水量. 状态出现断裂,但细毛管中仍充满水,此时土壤含水量.
第
四
土壤水
章
第一节 土壤水在农业生态系统中重要性 第二节 土壤水的基础知识 第三节 土壤水分研究的形态学与能态学 第四节 土壤水的运动规律 第五节 土壤水状况及水分平衡
第二节 土壤水的基础知识 一,土壤水分数量的表示方法和测定技术
(一)土壤含水量的表示方法 1.质量含水量:土壤中水分的质量占干土重的百分数. 1.质量含水量:土壤中水分的质量占干土重的百分数. 质量含水量 干土重为105℃ ~110℃下的烘干土重 下的烘干土重. 干土重为105℃ ~110℃下的烘干土重.
(二)膜状水
1,概念:土粒在吸附空气中的水汽达到饱和后,还有剩余的分子引力,能 ,概念:土粒在吸附空气中的水汽达到饱和后,还有剩余的分子引力, 吸附液态的水. 吸附液态的水. 2,最大分子持水量:膜状水达到最大量时土壤含水量. ,最大分子持水量:膜状水达到最大量时土壤含水量. 3,膜状水受到束缚力31-6.25个大气压,部分可被植物吸收利用,但移动缓 ,膜状水受到束缚力 个大气压, 个大气压 部分可被植物吸收利用, 慢吸收困难. 慢吸收困难. 4,凋萎含水量(萎蔫系数):植物由于干旱发生永久萎蔫时土壤含水量. ,凋萎含水量(萎蔫系数):植物由于干旱发生永久萎蔫时土壤含水量. ):植物由于干旱发生永久萎蔫时土壤含水量 此时土壤含水量受到吸力15-16个大气压,已为土壤有效水的下限. 个大气压,已为土壤有效水的下限. 此时土壤含水量受到吸力 个大气压 *吸湿水和膜水,又被称为吸附水或束缚水. 吸湿水和膜水,又被称为吸附水或束缚水. 吸湿水和膜水
第三节 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特征与性质 (一)土壤水分的保持 土壤水分的保持的力主要有两种, 土壤水分的保持的力主要有两种,即吸附力和 毛管力. 毛管力. (二)土壤水分类型及性质
(一)吸湿水
1,概念:土壤固体土粒的表面能吸附空气中的水分子,形成薄 ,概念:土壤固体土粒的表面能吸附空气中的水分子, 薄的水膜. 薄的水膜. 2,最大吸湿量:在水汽饱和的空气中,吸湿水达到最大量时土 ,最大吸湿量:在水汽饱和的空气中, 壤含水量. 壤含水量. 3,吸湿水受到束缚力,10000-31个大气压,植物吸水 ,吸湿水受到束缚力, 个大气压, 个大气压 植物吸水15-16大 大 气压,不能被植物利用. 气压,不能被植物利用. 4,密度1.2-2.4,冰是 度,105℃可烘出来. ,密度 ,冰是-78度 ℃可烘出来. 5,影响因素:质地,气温,相对湿度. ,影响因素:质地,气温,相对湿度.
三,土壤水分有效性: 土壤水分有效性: 有效水下限为: 有效水下限为:凋萎含水量 有效水上限为:田间持水量(毛管持水量) 有效水上限为:田间持水量(毛管持水量) 土壤最大有效贮水量%=田 凋萎% 土壤最大有效贮水量%=田%—凋萎% %= 凋萎 土壤有效持水量%=土壤含水量% 凋萎 凋萎% 土壤有效持水量%=土壤含水量%—凋萎% %=土壤含水量 速效水——毛管断裂含水量至田间持水量之间水. 速效水——毛管断裂含水量至田间持水量之间水. 毛管断裂含水量至田间持水量之间水 迟效水——凋萎到毛管断裂含水量之间水. 凋萎到毛管断裂含水量之间水. 迟效水 凋萎到毛管断裂含水量之间水 地下水临界深度:指含盐地下水能够上升到达根系活动层, 地下水临界深度:指含盐地下水能够上升到达根系活动层,并 始危害作物时的埋藏深度. 始危害作物时的埋藏深度.