第六章 土壤水

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周围就会形成水膜,这种水膜叫作膜状水。
膜 状 水 示 意 图
膜状水的运动方向
当两个水膜厚度不同的土粒接触时,由于 两个土粒作用于水膜的分子引力不同,水膜由 厚的地方向薄的地方移动,直到水膜厚度相等 或两个土粒对水膜的吸力相等为止。
膜状水的运动速度
膜状水移动的速度非常缓慢,只有0.2 ~ 0.4 mm/h,膜状水虽然可供植物利用,但往往 是远水不解近渴,只有和植物根毛直接接触的 膜状水,才能被植物吸收利用。
• 不能充分说明土壤水运动的规律 在同一土壤中,或土壤质地相同的情况下,
水分运动的基本规律是,由土壤含水量高的地方 向低的地方运动,例如从含水量30%处向含水量 20%处运动。
但是,在质地不同的情况下,却会产生相 反的结果,含水量15%的砂土,其中的水分可 能向含水量20%
第二节
一、土壤水分能量概念
第一节 土壤水的含量和类型
一、土壤含水量(soil moisture content)
(一) 1、重量百分数 水重% = 土壤水重/干土重×100%
=(W2-W3)/ (W3-W1)×100%
重量百分数表示土壤含水量的要点是: 要以烘干土为基数来表示,而不是以湿土重 为基数来表示。
烘干土重 = 湿土重/(1+水重% )
3、酒精燃烧法 向土壤样品中加入酒精,靠酒精燃烧产生的
热量使水分蒸发,从土样的重量变化求得含水量。 优点:快速,并可在野外测定。 缺点:精度不高,耗费酒精。
4、电石法 准确称量过的土壤与过量的碳化钙混合,加
入一个耐压容器中,产生乙炔:
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2+ H2C2 乙炔产生的压力与乙炔生成量成正比,据此
第 六 章 土 壤 水
1、土壤水对农业生产有直接的影响,有两句 话可以说明这一点。一句是,“水利是农

的命脉”,另一句是“有收无收在于水,多 收
少收在于肥”。这是在比较水和肥的相对重
要性,其实多收少收在很大程度上也取决于
2、土壤水分状况影响着其它肥力要素的状况。 土壤水分多少对养料的形态、运输、转化有直 接的影响,土壤水分状况与土壤空气和热量状
这是土水势中最重要的一个分势,在不同 含水量情况下,基质势是不同的,土壤愈干, 对水吸持力越强,土壤水分的能量水平越低。
2、溶质势 ( osmotic potential, ψs ) 土壤中含有一些可溶性盐类,如NaCl、
Na2SO4、Na2CO3、MgCl2等,这些盐溶于水, 形成各种离子。
由于离子的水化作用,把周围的水分子吸 引到离子周围作定向排列,这样被吸引的水分 子失去一部分自由能,能量降低。
土壤水的势能高低,可以在很宽的范围内 变化,土体内部各点的势能差,是造成水在土 壤内运动的真正动力和原因,而含水量只是表 面现象。
在自然界,所有物质运动的自发的和普遍 的趋势,是由势能高处向势能低处移动,并且
(一) 1、基质势 ( matric potential, ψm )
进入土壤中的水,主要受到两种力的作用, 即吸附力和弯月面力,由这两种力造成的势能降 低,称为基质势。
比如所有土壤水都受重力的作用,在极其 细小的孔隙中,无法区分吸附水和毛管水等。
用含水量表示土壤水分状况,有下面的缺陷: • 只表示了水与土的比值,或数量关系,而不 能说明土壤水的性质。
• 不能说明土壤水分状况与植物需水的关系。 例如:
砂土含水15%,粘土也含水15%,其有效 性是不同的,砂土中的水分是有效的,而粘土 中的水分是无效的。
的作用。
吸附力很强,在颗粒表面,可达1—2万个大 气压,外层也可达数十个大气压。
吸附于土壤颗粒表面的水分子有15~20层, 厚度约为4—5毫微米(μ)。
• 土壤这种吸附汽态水的性能,称为土壤吸湿性。
• 当空气被水饱和时,土壤的吸湿量达到最大,这 时的吸湿量称为最大吸湿量。
2、最大分子持水量 (maximum molecular moisture holding capacity)
土壤水分状况还直接影响土壤的胀缩性、
3、水对土壤发生和形成过程有深刻的影响, 在土壤分类学上,就有所谓“水成土壤”、 “半水成土壤”之说,在国内外众多的土壤 分类体系中,土壤水分状况是分类的重要依
4、土壤水是全球水分循环和平衡中一个非常重 要的环节,土壤圈是一个巨大无比的水库, 如果这个水库出了毛病,就会导致许多严重 的灾害。
它与地下水并不相连,好像悬挂在上层土壤中 一样,故称之为毛管悬着水。





土粒



B. 毛管上升水 地下水沿毛细管上升而形成的水分。 这种
水分受地下水位的影响,可以上下移动。





土粒



地下水位
毛管水上升高度 从地下水面到毛管水上升所能达到的相对
高度,叫毛管水上升高度。
h: 水柱高度(cm),d: 孔隙直径(mm)
静水压势 是由静止水层产生的,静水层可能出现于地
表面,也可能出现在土体中某一层次的上面。
静止水层会对土壤水产生压力,驱使水分运 动,故为正值。
荷载势 是由水中悬浮的颗粒所引起的,也是正值。
4、重力势 ( gravitational potential,ψg ) 在地球上,每个物体都受到地心引力,这
由于土壤水分受到了种种的束缚,它的活 动力一定要比自由水小,或者说土壤水分所具 有的能量水平要比自由水低。
如果以纯净的自由水在一定温度下所具有的 能量水平作为标准,把它看作零,那么在田间条 件下,相同温度、相同质量的土壤水,能量水平 就必然小于标准,即小于零,是负值。
土壤中水的能量有两种形式,即动能和势 能。然而,在土壤中除了受重力影响而运动的 水以外,其它形态的水运动都很慢,因而其动 能接近于零,所以,土壤水分的能量主要是势 能,因此,称为水势,或称“土水势”。
式中:H为土层厚度(cm), M为土壤面积(cm2), D为土壤容重(g/cm3), 乘以10是为了将“cm”变成“mm”。
2)灌溉上用“方/单位面积”来表示 A: 以亩为单位
水方/亩 = 水mm×1/1000×2000/3 =2/3水mm
B: 以公顷为单位,则为 水方/公顷 = 2/3水mm ×15 = 10×水mm
由于溶质作用而产生的势能降低,叫作溶质 势。
溶质势大小等于土壤溶液的渗透压,但是符 号相反。土壤溶液浓度愈大,其溶质势愈小,在 盐碱土中,水分的溶质势是构成总水势的主要分
3、压力势 ( pressure potential, ψp )
气压势 产生于土体内局部位置,主要是土壤结构
体内部,是由于被封闭在土体内的空气而产生 的,这个势有利于推动水分运动,故为正值。
土壤膜状水达到最厚时的土壤含水量,称为
3、凋萎含水量(permanent wilting percentage) 植物发生永久凋萎时的土壤含水量称为凋萎
含水量。
凋萎含水量是植物可利用水的下限。
4、毛管断裂含水量 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断裂含水量。
没有进入土壤的水,如江、河、湖、海中的 水,是可以自由流动的水,这种水除了分子之间 相互作用和受地心重力作用外,不受任何约束, 可以自由流动,有一定的自由能。
进入土壤中的水分子和土壤颗粒一接触, 就受到土粒的吸引,水分子被束缚在土粒的表 面,使水分不能自由流动,而降低了水的自由 能。
土壤内溶质的作用,也可以牵制水分子, 降低水的自由能。
• 吸湿水 • 膜状水 • 毛管水 • 重力水
数量法
1、吸湿水 干土从空气中吸收的水汽,称为吸湿水。
吸湿水的特性:
密度最大可达1.4—1.5; 对溶质没有溶解能力; 导电性极弱甚至不导电; 热容量较低; 冰点下降很多。
土壤吸湿量: 土壤吸附汽态水的量,称为土壤吸湿量。
2、膜状水 当土壤含水量超过最大吸湿量时,土粒
在地下水位以上,土壤水的重力势为正值, 而地下水位以下则为负值。
应该注意的是:当处于地下水位下某点 时,该点还要承受静水压,而静水压是正值, 重力势为负值,两者大小相等,方向相反,因 此,地下水位以下重力势和压力势之和为0。
5、总水势 ΨT =ψm+ψs+ψg+ψp
在这些分势当中,有的是独立变量,如压 力势和重力势等,它们和土壤水分没有函数关 系。
5 中子湿度计是由两个主要部分组成的,一
为探管,一为计数器。探管内装有一个快速中 子源,通常是镭一铍或铈—铍混合物。
探测器置于土壤中后,中子源发射速度很 高的中子,当这些中子与水中的氢原子相碰撞 时,失去部分能量而变成慢中子,产生的慢中 子由定标器检测出来,即可求出土壤含水量。
中子散射法测定土壤水分含量: 优点:可以定位测定、连续测定,不用取土样。 缺点:不能测薄层土,仪器造价昂贵,中子对人
4、重力水
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。
三、土壤水分常数
土壤水分状况从完全干燥到全蓄水量,可 划分为若干阶段,每一阶段代表一定形态的水 分,各阶段之间的转折点,称为土壤水分常数。
1、最大吸湿量(maximum hygroscopicity) 处于土壤颗粒表面的水分子,主要受吸附力
就是重力。如果克服这种引力,把物体举高而 作功,这个功就以重力势能的形式,储存在被 举高的物体当中,物体所具有的势能高低,取
土壤中所保持的水分,也像举起的物体一 样上有重力势能,这就是重力势。
土壤水分的重力势很容易从它在剖面上所处 的高度上计算出来。
计算时,以地下水位作为标准,视为零,因 为它代表了剖面内水分在重力影响下的最终归 宿,在外观上看是最低高度。
湿土重量为120g,烘干后重100克, 水重% = (120-100)/100 = 20%。 如果其中水分减少一半, 水重% = (110-100)/100 = 10%。 如果以湿土为基数,则水分含量分别为: (120-100)/ 120 = 16.67%, (110-100)/ 110 = 9.09%。
二、土壤水的类型
土壤水存在于土壤颗粒的表面,以及土壤 孔隙当中。处于不同位置的水分,所受的作用 力不同,运动能力不同,对植物的有效性也不 一样。
直到上世纪50年代,国际上占主要地位的分 类方法,是根据土壤含水量的不同,把土壤水划 分为不同的类型,这些分类方法至今仍在许多文 献和教科书中出现。
土壤水分类型:
毛管断裂含水量大约相当于土壤田间持水量 的75%左右。
5、田间持水量( field moisture capacity ) 土壤所能保持的最大悬着水,称为田间持水
量。在数量上,它包括吸湿水、膜状水和毛管悬 着水。
田间持水量的大小,主要受质地、有机质含 量、土壤结构状况、松紧状况等的影响。
一般认为,田间持水量是植物可利用水的上 限,超过田间持水量的水分会在重力作用下下渗。
(二) 1、烘箱法
是测定土壤水分的标准方法。优点是准 确度高,可同时测定大批样品。缺点是: • 不能原位测定,定期观测时因需变换取土位 置,容易产生误差; • 所需时间长(6-8小时),不能很快得到结果。
2、红外线法 用红外线灯加热土壤,使水分迅速蒸发,
克服了烘干法需时较长的缺点(15分钟),但需
2
指土壤水的容积占土壤容积的百分数。其 优点是,能清楚地表明土壤水填充土壤孔隙的 程度,并能表示土壤中固、汽、液三相的相对 比例。
水容% = 水重%×D D为土壤容重,此式中,含有除以水的比 重。
3 指一定厚度土层中水的总贮量。
1)水mm = H ·M ·D ·水重%/M×10 = H ·D ·水重/10 = H ·水容/10
3、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。

毛管作用力范围:
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沿
0.1-1mm,
着 毛
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。
A. 毛管悬着水 借助于毛管力保持在上层土壤中的水分,
通常将田间持水量作为灌溉水量定额的最高 指标。
5、全持水量(最大持水量,饱和持水量) (maximum moisture capacity)
土壤为重力水所饱和时的含水量,称为 全持水量。
近二三十年的研究表明,无论在任何含水 量下,各种力都在起作用,只是在不同含水量 范围内,各种作用力的强度不同而已
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