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第四章 土壤水分、 空气、 热量状况

第四章 土壤水分、 空气、 热量状况. 第一节 土壤水分. 一、土壤水的类型划分及 土壤水分含量的测定. 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。. 土壤水分类型及有效性 土壤水分类型** 吸湿水 膜状水 毛管水

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第四章 土壤水分、 空气、 热量状况

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Presentation Transcript

  1. 第四章 土壤水分、 空气、 热量状况

  2. 第一节 土壤水分

  3. 一、土壤水的类型划分及 土壤水分含量的测定

  4. 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。

  5. 土壤水分类型及有效性 土壤水分类型** • 吸湿水 • 膜状水 • 毛管水 • 重力水 数量法

  6. （1）土壤吸湿水**： 干土从空气中吸着水汽所保持的水称为吸湿水。 土壤组成计算 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。 估计凋萎系数

  7. （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。

  8. 膜 状 水 示 意 图

  9. （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。

  10. 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

  11. 毛管悬着水** 借助于毛管力保持在上层土壤的毛管孔隙中的水分，它与来自地下水上升的毛管水并不相连，好像悬挂在上层土壤中一样，故称之为毛管悬着水。

  12. 毛管 悬着 水示 意图 土 粒

  13. 田间持水量***： 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。 田间持水量的大小，主要受质地、有机质含量、结构、松紧状况等的影响。

  14. 毛管 上升 水示 意图 土 粒 地下水位

  15. 毛管持水量** 毛管上升水达到最大量的土壤含水量。

  16. ***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。 h水柱高度（cm)，d孔隙直径（mm）

  17. （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。

  18. 土壤饱和含水量**： 土壤所有孔隙都充满水时的含水量，也称为土壤全持水量。

  19. 注意： 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。

  20. （一）质量含水量（m） （三）相对含水量（%） 土壤水分含量的表示方法 （二）容积含水量（ v） V=m·

  21. 1、水深（DW） DW=V·h 或 mm 2、水方（ m3） V方/亩＝2/3Dw （四）土壤贮水量

  22. 土壤水能态 水流向何方？ 一、土水势及其分势 土壤 A 砂土 10% 土壤 B 粘土 15% 标注土水势的优点

  23. 土水势 • 土水势（土壤中水的势能）ψ 为了可逆地等温地在标准大气压下从在指定高度的纯水水体中移动无穷小量的水到土壤水分中去，每单位数量的纯水所需要作的功。 （土壤水受各种力（分子、静电引力、毛管引力、渗透压力等）作用所处的能态。土壤水与标准水自由能的差。） 土水势总是由土水势高的地方向土水势低的地方移动。 SPAC (土水势，根水势，叶水势）

  24. （一）基质势（m） *** 负值，当土壤饱和时最大＝0. 土壤含水量越高，基质势也越高。 （二）压力势（p）*** 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

  25. （三）溶质势（S）*** 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。 （四）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.

  26. 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。

  27. 绝对正值 二、土壤水吸力*** 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。

  28. 三、土壤水势的定量测定 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

  29. 一般只能测定8万帕以下的土壤水吸力。

  30. 四、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。 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。

  31. 影响因素 • 质地 • 结构 • 温度 • 滞后现象 土 壤 水 吸 力 粘土 壤土 砂土 0 10 20 30 40 50 60 70 土壤含水量%

  32. 机理：墨水瓶效应 砂土比粘土明显

  33. 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。 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。

  34. 土壤水的调控 一、土壤 水的有效性 土壤有效水(available soil water)：在田间持水量（1-2万帕）到永久萎蔫系数（150万帕）之间保留在土壤中的水分。 土壤水吸力大于150万帕的土壤水对植物来说是无效水。 植物吸水：主动吸水和被动吸水。被动吸水为主要方式，其动力是从植物叶面到茎到根到土壤的水势梯度。主动吸水一般不超过植物只水量的10%。

  35. 土壤萎蔫系数***： （wilting point) 作物叶片发生永久萎蔫时的土壤含水量，也叫永久萎蔫点。

  36. 水分高效利用的途径： • 合理开采、 分配和管理； • 减少输水损失； • 提高灌溉效率。

  37. 二、土壤水的调控措施 主要包括土壤水的保蓄和调节。 1、耕作措施 秋耕 中耕 镇压等 2、地面覆盖 薄膜覆盖 秸秆覆盖 3、灌溉措施 喷灌、滴灌、渗灌 4、生物节水

  38. 以色列塑料坝 以色列花农

  39. 名词解释 土水势 吸湿水 吸湿量 膜状水 毛管水 田间持水量 土壤水吸力 土壤水分特征曲线 夜潮作用 萎蔫系数 土壤有效水

  40. 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

  41. 气 体 O2 CO2 N2 其他气体 近地面的大气 20.94 0.03 78.05 0.95 土 壤 空 气 18.0-20.03 0.15-0.65 78.8-80.24 － 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%）

  42. 土壤空气和进地面大气空气组成的差异 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．土壤空气中的水汽含量一般高于大气 4．土壤空气中含有较高量的还原性气体（CH4等） 土壤空气组成显然不是固定不变的。

  43. 深度/cm 覆 膜 露 地 05-01 07-29 05-01 07-29 CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 0 － － 0.915 － － 0.056 0.056 － 5 0.158 20.497 1.006 20.439 0.70 20.649 0.211 20.653 10 0.420 20.397 1.060 20.275 0.104 20.513 0.279 20.668 15 0.250 20.486 0.865 19.953 0.134 20.857 0.385 20.506 20 0.483 20.478 1.348 20.060 0.150 20.121 0.406 20.634 30 0.573 19.865 1.159 20.005 0.313 20.181 1.157 20.362 50 0.922 19.929 1.520 19.698 0.402 20.198 1.281 19.873 平均 0.615 20.124 1.268 19.953 0.269 20.329 0.847 20.022 覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量(%)

  44. 土壤空气的变化规律： 随着土层深度的增加，土壤空气中CO2含量增大，O2含量减少，无论在膜地或露地均是如此； 气温和土温升高，根系呼吸加加强，微生物活动加快，土壤空气中CO2含量增加，夏季CO2含量最高； 覆膜田块的CO­2含量明显高于未覆稻草原露地，而O2则反之 土壤空气中的CO2和O2的含量是相互消长的，二者的总和维持在19~22%之间，

  45. 注意： ①土壤空气对植物生长的影响，有许多过程和因素需进一步研究。如土壤微生物需O2有一个很宽的范围。 ②仅仅一个空气容量指标并不能肯定土壤是否能满足植物和微生物对氧的需求。 ③土壤中CO2浓度对植物生长的影响也有待进一步研究。现有的研究表明，某一特定植物对CO2浓度有一最佳值,过高或过低都会引起根系生长衰退。过高浓度CO2往往伴随缺O2而造成不良后果，但一定浓度CO2对植物生长也有促进作用，而且CO2造成的土壤溶液的微酸性也有利于有些土壤养分的释放.

  46. 二、 土壤中的空气流 （一）、对流 对流，又称质流，驱动力是总气压梯度，它使气流冲从高压区向低压区运动。 方程4.9就是土壤空气瞬态对流的近似方程。 必须说明: 使用此方程的基本前提是流动过程属层流，且这种层流是在小的压力差作用下产生的。

  47. （二）、土壤空气扩散扩散（soil air diffusion) 土壤中气体扩散过程也可用Fick第一定律表示。 （4.10） 式中：q表示体积扩散通量[LT-1] Ds表示土壤中气体表观扩散系数[L2T-1] C表示气体容积分数(浓度)[L3L3] x表示扩散距离 [L] 若用扩散气体的分压(P)代替浓度，方程为： （4.11） 式中表示浓度与分压的换算常数（比值 气体扩散是指气体分子由浓度大（或分压大）处向浓度小（或分压小）处的运动，它是由气体分子的热运动（或称布朗运动）引起的

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