第四章-土壤水分ppt课件.ppt

我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物水：自然界最奇异的物质水：自然界最奇异的物质水：液态金子水：液态金子水对人类本身的重要性：水对人类本身的重要性：例：人的身体一年大约需要一吨水来维持健康和生命。例：人的身体一年大约需要一吨水来维持健康和生命。水是农业之本：水是农业之本：每生产一吨粮食约需每生产一吨粮食约需10001000吨水，近年来世界粮食产量吨水，近年来世界粮食产量下降，干旱和水源不足是其中的重要原因之一下降，干旱和水源不足是其中的重要原因之一民以食为天民以食为天民以水为天民以水为天地球上水分贮量及其严峻性地球上水分贮量及其严峻性地球上的总水量地球上的总水量“缸缸”，淡水，淡水“瓢瓢”，可利用水，可利用水“勺勺”地球上的淡水总贮量约为地球上的淡水总贮量约为0.39亿亿km3，淡水占全球水量，淡水占全球水量的的0.014%。其中被冰雪封存和埋藏在地壳深层的水有。其中被冰雪封存和埋藏在地壳深层的水有0.349亿亿km3可供人类生活和生产的循环水总贮量只有可供人类生活和生产的循环水总贮量只有0.041亿亿km3，仅占总淡水量的仅占总淡水量的10.5%。在。在0.041亿亿km3的淡水中，除循的淡水中，除循环地下水（占环地下水（占95.12%)和湖泊水和湖泊水(占占2.95%)超过土壤水超过土壤水(1.59%)外，土壤贮水量明显大于江河水外，土壤贮水量明显大于江河水(0.03%)和大气和大气水水(0.34%)的贮量。的贮量。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物联合国粮农组织联合国粮农组织1995年指出，到年指出，到2000年全球各大洲人年全球各大洲人均占有水资源最少的是均占有水资源最少的是亚洲，只有亚洲，只有3300m3。我国水资源总量丰富，我国水资源总量丰富，为为2.8万亿万亿m3，居世界第，居世界第6位。位。但因人口过多，但因人口过多，人均占有量只有人均占有量只有2300m3（1998年年10月月24日的结束的日的结束的21世纪城市水资源国际学术研讨会：世纪城市水资源国际学术研讨会：中国年人均用水量为中国年人均用水量为2200m3），），在世界上排名在世界上排名121位，是全世界人口平均用水量的位，是全世界人口平均用水量的1/4；联合国根据此资料，将我国列为全球联合国根据此资料，将我国列为全球13个缺水的国家个缺水的国家之一。之一。我省黄淮海地区：平均用水量是全国用水量的我省黄淮海地区：平均用水量是全国用水量的1/3则是世界平均用水量的则是世界平均用水量的1/12植物营养在土壤中的转化、植物营养在土壤中的转化、迁移及功能的发挥离不开水分。迁移及功能的发挥离不开水分。 第一节第一节 土壤水分的形态、数量和能态土壤水分的形态、数量和能态The forms, amount and potential of soil water一、土壤水分的形态一、土壤水分的形态 根据水分所处的状态、所受力的种类及势值大小进行根据水分所处的状态、所受力的种类及势值大小进行分类。可分三种：分类。可分三种：吸附水，毛管水，重力水。吸附水，毛管水，重力水。 (一一)吸附水（吸附水（adsorbed moisture）1、定义：受土粒吸附力作用而保持在土粒表面的水分。、定义：受土粒吸附力作用而保持在土粒表面的水分。2、吸附力范围：、吸附力范围：6.25 105108pa(6.25104bar)3、吸附水分：吸湿水和膜状水。吸附水分：吸湿水和膜状水。 4、吸湿水（、吸湿水（hygroscopic water） 干燥土粒藉其表面的分子引力和静电引力从大气和土壤空干燥土粒藉其表面的分子引力和静电引力从大气和土壤空气中吸收一些水汽分子附着在土粒表面，这部分水分称气中吸收一些水汽分子附着在土粒表面，这部分水分称 吸力范围：吸力范围：31 105109pa 特点：特点： 对植物无效；密度大，甚至不导电。对植物无效；密度大，甚至不导电。受到土粒的吸力大，水分子呈定向紧密排列，密度受到土粒的吸力大，水分子呈定向紧密排列，密度1.2-2.4 g/cm3，平均为，平均为1.5g/cm3，无溶解能力，不能以液态水自由移动，无溶解能力，不能以液态水自由移动，也不能被植物吸收，为无效水。也不能被植物吸收，为无效水。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 土壤吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表面积土壤吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表面积和大气的相对湿度；和大气的相对湿度； 土壤质地愈粘重和有机质含量愈高，其比表面积愈土壤质地愈粘重和有机质含量愈高，其比表面积愈大，吸湿水含量愈高；大，吸湿水含量愈高； 大气相对湿度愈大，吸湿水含量愈高，当空气相对大气相对湿度愈大，吸湿水含量愈高，当空气相对湿度为湿度为94-98%时，吸湿水达到最大值，此时的土壤时，吸湿水达到最大值，此时的土壤吸湿水量就叫吸湿水量就叫最大吸湿水量最大吸湿水量。土土壤壤质质地地 砂砂土土 轻轻壤壤土土 中中壤壤土土 粉粉砂砂质质粘粘壤壤土土 泥泥碳碳 吸吸湿湿水水(g/kg) 5-15 15-30 25-40 60-80 180-220 最最大大吸吸湿湿量量(g/kg) 15 30-50 50-60 80-100 - 表 土壤质地与土壤吸湿水和最大吸湿量5、膜状水（、膜状水（membranous water） 在吸湿水层外，土粒剩余力场还可吸附一部分液态水形成在吸湿水层外，土粒剩余力场还可吸附一部分液态水形成连续水膜，称连续水膜，称 吸力范围：吸力范围：31 105 6.25 105 pa 特点特点 （1）对植物部分有效：对植物部分有效：6.25-15巴有效，大于巴有效，大于15巴无效；巴无效； （2）水分移动性仍差：供水能力差，作物易受旱；）水分移动性仍差：供水能力差，作物易受旱； （3）影响因素：质地愈粘，有机质含量愈高，盐分含量）影响因素：质地愈粘，有机质含量愈高，盐分含量愈少，则膜状水含量愈高。愈少，则膜状水含量愈高。 6、凋萎系数（、凋萎系数（wilting coefficient） 当土壤水吸力大于等于当土壤水吸力大于等于15巴，作物根系难于从土壤中吸巴，作物根系难于从土壤中吸水而发生永久性萎焉时的土壤含水量。是土壤有效水下限。水而发生永久性萎焉时的土壤含水量。是土壤有效水下限。凋萎系数主要与质地，植物种类有关。（见下表）凋萎系数主要与质地，植物种类有关。（见下表）土土壤壤质质地地 粗粗砂砂土土 细细砂砂土土 砂砂壤壤土土 壤壤土土 粘粘壤壤土土 凋凋萎萎系系数数(g/kg) 9-11 27-36 56-69 90-124 130-166 不同质地土壤的凋萎系数不同质地土壤的凋萎系数（二）毛管水（二）毛管水（capillary water）1、定义：、定义：土壤毛管孔隙中由毛管引力而保持的水分。土壤毛管孔隙中由毛管引力而保持的水分。2、作用力：、作用力：0.15 1056.25 105 pa(6.25-0.1bar)3、特点：、特点：移动速度大，移动速度大，1030mm/hr，补水迅速。全为有效水，补水迅速。全为有效水，易被作物吸收。易被作物吸收。4、毛管水含量的影响因素：、毛管水含量的影响因素：（1）质地：砂壤，轻壤含量多，毛管水多；）质地：砂壤，轻壤含量多，毛管水多；（2）结构：团粒结构多，保水性高；）结构：团粒结构多，保水性高；（3）地下水位：地下水位高，则毛管水含量越高；）地下水位：地下水位高，则毛管水含量越高；（4）腐殖质含量：含量愈高，则毛管水含量愈高。）腐殖质含量：含量愈高，则毛管水含量愈高。5、毛管上升水和毛管悬着水、毛管上升水和毛管悬着水（capillary rising water and capillary hanging water）（1）毛管悬着水）毛管悬着水定义：地形部位高，地下水位深的地方，灌水或降水定义：地形部位高，地下水位深的地方，灌水或降水后，借着毛管引力而保持在上层土壤中的水分。后，借着毛管引力而保持在上层土壤中的水分。特点：与对下水位一般无关。特点：与对下水位一般无关。这些土壤称这些土壤称旱地或雨养农业旱地或雨养农业。旱作农业旱作农业（upland farming）雨养农业雨养农业（rainfed agriculture） 采取各种措施增加土壤入渗，并通过耕作，熟化，采取各种措施增加土壤入渗，并通过耕作，熟化，增强土壤水库功能，使入渗水分更多地保存于土壤，增强土壤水库功能，使入渗水分更多地保存于土壤，避免径流和淋失的发生，保持较多水分，满足作物生避免径流和淋失的发生，保持较多水分，满足作物生长需要。长需要。 田间持水量田间持水量（field moisture capacity)：土壤毛：土壤毛管悬着水达到最大值时的土壤含水量。是自管悬着水达到最大值时的土壤含水量。是自然状况下土壤所能保持水分的最大数量。是然状况下土壤所能保持水分的最大数量。是农田灌水的上限。农田灌水的上限。田间持水量的作用：田间持水量的作用：（1）是旱地作物灌溉水含量的上限：）是旱地作物灌溉水含量的上限： 灌水定额灌水定额= 田间持水量田间持水量土壤含水量土壤含水量（2）计算：土壤中最大有效水分含量）计算：土壤中最大有效水分含量 田间持水量凋萎系数田间持水量凋萎系数（2 2）毛管支持水（毛管上升水）毛管支持水（毛管上升水）指地下水层籍毛管力支持上升进入并保持在土壤中的水指地下水层籍毛管力支持上升进入并保持在土壤中的水分。分。影响因素：影响因素：地下水位的高低：地下水位上升，则毛管支持水上升；地下水位的高低：地下水位上升，则毛管支持水上升；土壤质地：砂土最低，粘土居中，壤土最高。土壤质地：砂土最低，粘土居中，壤土最高。毛管持水量：毛管持水量：当毛管支持水达到最大时土壤的含水量，当毛管支持水达到最大时土壤的含水量，它实质上是吸湿水、膜状水和毛管上升水的总和。它实质上是吸湿水、膜状水和毛管上升水的总和。当地下水位适当时，毛管支持水当地下水位适当时，毛管支持水可达到植物根系，是作物所需水可达到植物根系，是作物所需水分的重要来源之一；分的重要来源之一；当地下水位很深时，毛管支持水当地下水位很深时，毛管支持水达不到根系，不能发挥补水作用；达不到根系，不能发挥补水作用；若地下水位过浅，易发生渍害，若地下水位过浅，易发生渍害，可能引起土壤盐渍化可能引起土壤盐渍化（三）自由水（三）自由水（free water）1、定义：、定义：当土壤含水量达田间持水量以后，多余的水当土壤含水量达田间持水量以后，多余的水分称为自由水。分称为自由水。土壤重力水土壤重力水(gravitational water)：大孔隙中受重力作用大孔隙中受重力作用向下渗漏的水分。是地下水的主要来源。当重力水达到向下渗漏的水分。是地下水的主要来源。当重力水达到饱和，即土壤所有孔隙都充满水分时的含水量称为饱和，即土壤所有孔隙都充满水分时的含水量称为土壤土壤全蓄水量或饱和持水量全蓄水量或饱和持水量。 特点：特点：可被作物吸收，由于下渗作用，多为无效，但在可被作物吸收，由于下渗作用，多为无效，但在水田例外。水田例外。 在旱地，重力水下渗入下层土壤，转变为毛管水，在旱地，重力水下渗入下层土壤，转变为毛管水，供深层根系吸收。供深层根系吸收。二、土壤水分的数量表示二、土壤水分的数量表示amount expression of soil water(一一)土壤含水量（土壤含水量（soil water content,%）1、质量含水量：、质量含水量：土壤中水分的重量与土壤中水分的重量与土壤干重土壤干重的百分比值，的百分比值，单位：单位：g/kg（也曾用百分率表示）。（也曾用百分率表示）。 土壤水分重量土壤水分重量 W，% = 100 土壤干重土壤干重注意应用注意应用干土重干土重为基数进行计算。为基数进行计算。测定方法：烘干法测定方法：烘干法2、容积含水量、容积含水量(volumetric water content)：土壤中水分的容积土壤中水分的容积与土壤总容积的百分比值。与土壤总容积的百分比值。 土壤水分容积土壤水分容积 W，% = 100=重量含水量重量含水量土壤容重土壤容重 土壤容积土壤容积利用土壤容积含水量可以反映土壤水分在土壤孔隙利用土壤容积含水量可以反映土壤水分在土壤孔隙容积含水量的比例，或水、气容积的比例。容积含水量的比例，或水、气容积的比例。W，% = 重量含水量重量含水量土壤容重土壤容重如土壤质量含水量为如土壤质量含水量为200g kg-1，容重为，容重为1.2g cm-3，则土壤的容积含水率为则土壤的容积含水率为24%。若知土壤的总孔隙度，。若知土壤的总孔隙度，则通过总孔隙度减去容积含水率，则得空气所占的则通过总孔隙度减去容积含水率，则得空气所占的容积，这样土壤的固气液三相比可以求得容积，这样土壤的固气液三相比可以求得3、相对含水量（、相对含水量（relative humidity,%）：）：某一时刻土壤含水量某一时刻土壤含水量占该土壤田间持水量的百分数来表示土壤水分的多少。占该土壤田间持水量的百分数来表示土壤水分的多少。 土壤含水量土壤含水量 RH,% = 100 田间持水量田间持水量相对含水量可以衡量各种土壤持水性能，能更好地反映土壤水相对含水量可以衡量各种土壤持水性能，能更好地反映土壤水分的有效性和土壤水气状况，是评价不同土壤供给作物水分的分的有效性和土壤水气状况，是评价不同土壤供给作物水分的统一尺度。统一尺度。通常旱地作物生长适宜的相对含水量是田间持水量的通常旱地作物生长适宜的相对含水量是田间持水量的7080，而成熟期则宜保持在，而成熟期则宜保持在60左右。左右。 （二）土壤水层厚度：（二）土壤水层厚度：指一定深度指一定深度(mm)土层中的水土层中的水分总量相当于若干水层厚度分总量相当于若干水层厚度(mm)。它便于将土壤含。它便于将土壤含水量与降雨量、蒸发散失量和作物耗水量等相比较，水量与降雨量、蒸发散失量和作物耗水量等相比较，以便确定灌溉定额。以便确定灌溉定额。 土壤面积土壤面积厚度厚度容重容重重量含水量重量含水量% 水层厚度水层厚度 = 土壤面积土壤面积 = 厚度厚度容重容重重量含水量重量含水量%10 。二、土壤水分的能态二、土壤水分的能态(potential of soil water)(一一)土水势土水势(soil water potential) w 1、定义：土壤水与同样条件下纯自由水自由能的差值。、定义：土壤水与同样条件下纯自由水自由能的差值。 纯自由水能态最高，为纯自由水能态最高，为0，土壤水由于受各种力的作用，能态，土壤水由于受各种力的作用，能态降低，为负值。降低，为负值。 为了可逆地等温地在标准大气压下从在指定高度的纯水体中为了可逆地等温地在标准大气压下从在指定高度的纯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作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作功的数量。功的数量。土壤中水分的有效性以及运动的方向受水分的能态支配，与水土壤中水分的有效性以及运动的方向受水分的能态支配，与水分含量无关。分含量无关。 2 2、水分运动方向：、水分运动方向：高势区向低势区运动。高势区向低势区运动。土水势是判土水势是判断土壤水分运动方向和有效性的唯一可靠指标。断土壤水分运动方向和有效性的唯一可靠指标。3 3、土水势的分势、土水势的分势 土水势是土壤中各种力共同作用的结果，各种土水势是土壤中各种力共同作用的结果，各种力所产生的势能、具可加和性，彼此独立，故土水力所产生的势能、具可加和性，彼此独立，故土水势可以分为以下分势。势可以分为以下分势。 w = g + p + m + s 土水势土水势=基质势基质势+压力势压力势+溶质势溶质势+重力势重力势（1）基质势）基质势 matric potential m土壤水分不饱和时，水分受土壤吸附力和毛管引力作用土壤水分不饱和时，水分受土壤吸附力和毛管引力作用而产生的势能值，为负值；而产生的势能值，为负值；而饱和的土壤水不受基质吸持，其基质势为而饱和的土壤水不受基质吸持，其基质势为0。（2）重力势）重力势 gravitational potential g土壤水受重力作用而产生的势能土壤水受重力作用而产生的势能 。参照面以上为正，。参照面以上为正，以下为负。以下为负。 g=gh: ：水密度；：水密度； g：重力常数；：重力常数； h：高度：高度（3）压力势）压力势 pressure potential p 指将单位水量从一个土水体系移动另外一个压力不同，指将单位水量从一个土水体系移动另外一个压力不同，而温度、基质、溶质等状态完全相同的参比系统时所做的功，而温度、基质、溶质等状态完全相同的参比系统时所做的功，参比系统一般设定为当地的大气压，故土壤水的压力势以其受参比系统一般设定为当地的大气压，故土壤水的压力势以其受到的压力与大气压力之差计算。到的压力与大气压力之差计算。 不饱和土壤中，其孔隙与大气相通，水受到的压力同大气不饱和土壤中，其孔隙与大气相通，水受到的压力同大气压相等，其压力势为压相等，其压力势为0；饱和土壤中，水柱产生的压力高于参比大气压，故地下水位以饱和土壤中，水柱产生的压力高于参比大气压，故地下水位以下的土壤水压力势为正值，下的土壤水压力势为正值， p=-gh（4）渗透势）渗透势(溶质势溶质势 osmatic potential s 由于水中的溶质所引起的势能（渗透压），由于水中的溶质所引起的势能（渗透压），对于具有一定盐分浓度的土壤，溶质分子对水分的吸对于具有一定盐分浓度的土壤，溶质分子对水分的吸持，需要环境对它做功，故为负值。持，需要环境对它做功，故为负值。若土壤水不含溶质，为若土壤水不含溶质，为0。在土壤中溶质随水流动，渗透势不起什么作用，但在在土壤中溶质随水流动，渗透势不起什么作用，但在又半透膜（如根系）时或有蒸发面时，应该考虑。又半透膜（如根系）时或有蒸发面时，应该考虑。（二）土壤水分能态观点的应用意义（二）土壤水分能态观点的应用意义1、反映土壤水分能态水平，与水分数量指标结合，可使不同土、反映土壤水分能态水平，与水分数量指标结合，可使不同土壤的水分有效性在同一尺度上进行比较。壤的水分有效性在同一尺度上进行比较。土壤土壤 凋萎系数凋萎系数% 能态（巴）能态（巴） 当土壤含水当土壤含水%时时 能态（巴）能态（巴） 有效性有效性 方向方向粉砂土粉砂土 6.6 -15 10 -0.5 有效有效粉粘土粉粘土 17.4 -15 15 -18 无效无效 2、判断土壤水分运动的方向、判断土壤水分运动的方向3、可使土壤、植株、大气之间的水分运动在同一的能态尺度上、可使土壤、植株、大气之间的水分运动在同一的能态尺度上进行系统研究。进行系统研究。总的原则：水分从高势区向低势区流动。总的原则：水分从高势区向低势区流动。SPAC-soil, plant, atmosphere continum(chain)土壤植株大气连续体中，一般土壤植株大气连续体中，一般 土壤水分土壤水分 -0.3-15巴巴 植株植株 -20巴左右巴左右 大气大气 -300巴左右巴左右4、在研究手段上提供了更精确、更科学、更有效的、在研究手段上提供了更精确、更科学、更有效的方法和技术。方法和技术。 易于用数学模拟以及仪器定量反映土壤水分状况易于用数学模拟以及仪器定量反映土壤水分状况变化，为今后农业生产科学化、机械化、自动化开变化，为今后农业生产科学化、机械化、自动化开辟了广阔的前景。辟了广阔的前景。如农田水分自动动态监测和自动化灌溉。如农田水分自动动态监测和自动化灌溉。（三）土壤水吸力（三）土壤水吸力（soil water suction）1、定义：、定义：指土壤水承受一定吸力情况下所处的指土壤水承受一定吸力情况下所处的能态能态。是土壤水能态的又一表达方式。是土壤水能态的又一表达方式。2、需要说明的是：、需要说明的是：（1）不是指土壤对水的吸引力，而是能态。）不是指土壤对水的吸引力，而是能态。（2）意义与土水势相同，但符号相反。）意义与土水势相同，但符号相反。S= w（3）土壤水吸力通常在不饱和土壤中存在，主要包括）土壤水吸力通常在不饱和土壤中存在，主要包括基质吸力和渗透吸力两部分。基质吸力和渗透吸力两部分。（4） 水流方向是从低吸力区向高吸力区流动。水流方向是从低吸力区向高吸力区流动。在应用上，土壤水吸力更方便一些。在应用上，土壤水吸力更方便一些。 三、土壤水分测定方法三、土壤水分测定方法Measurement of soil moisture1、取土烘干法（经典方法）、取土烘干法（经典方法） 田间用土钻取土，室内烘箱内田间用土钻取土，室内烘箱内105110度烘度烘68小时至衡重。小时至衡重。测出含水量。测出含水量。2、酒精燃烧法、酒精燃烧法3、中子仪法、中子仪法4、电阻块法、电阻块法5、负压计法（张力计法）、负压计法（张力计法）6、压力膜法、压力膜法7、时域反射仪法（、时域反射仪法（TDR， time dimension reflection）四、土壤水分数量与能态间的关系四、土壤水分数量与能态间的关系土壤水分特征曲线土壤水分特征曲线soil water characteristic curve(一一)定义：土壤水分数量指标与能态指标间所作的关系定义：土壤水分数量指标与能态指标间所作的关系曲线。也称持水曲线（曲线。也称持水曲线（soil water retention curve）。）。（二）土壤水分特征曲线的用途（意义）（二）土壤水分特征曲线的用途（意义）1、进行土壤水分数量和能态间的互算。、进行土壤水分数量和能态间的互算。 W = aS-b2、研究土壤水储量与水分的有效性。、研究土壤水储量与水分的有效性。 土壤有效水贮量土壤有效水贮量 = 0.3巴时含水量巴时含水量 - 15巴时含水量。巴时含水量。土壤有效水含量土壤有效水含量 = 土壤含水量土壤含水量 - 15巴时含水量。巴时含水量。3、利于说明不同质地土壤水分特性的差异。、利于说明不同质地土壤水分特性的差异。土壤土壤 15巴时巴时% 0.3巴时巴时% 有效贮量有效贮量%砂土砂土 4 10 6壤土壤土 10 27 17粘土粘土 17 35 18所以，所以，9%含水量时，壤土和粘土都干旱，砂土正常；含水量时，壤土和粘土都干旱，砂土正常； 15%含水量时，壤土正常，粘土干旱，砂土渍水；含水量时，壤土正常，粘土干旱，砂土渍水； 30%含水量时，粘土正常，壤土、砂土过饱和而渍水。含水量时，粘土正常，壤土、砂土过饱和而渍水。丨同一含水量的能态（水吸力），粘土同一含水量的能态（水吸力），粘土壤土壤土 砂土；砂土；土水势：砂土土水势：砂土壤土壤土 粘土。粘土。同一能态的含水量：粘土同一能态的含水量：粘土 壤土壤土 砂土。砂土。4、了解土壤当量孔径的分布情况。、了解土壤当量孔径的分布情况。D= 3/T= 3/S. S0=0cmH2O, = 74% S1=5cm, 1= 60% S2=10cm. 2= 37% 0 -1=14%, 是从是从 大于大于 D1=3/5=0.6mm的的孔隙中流出的。孔隙中流出的。 2-1=23%，是从，是从0.60.3mm 孔隙中流出孔隙中流出的。的。五、土壤水分状况与作用生长五、土壤水分状况与作用生长（一）、作物对水分的需求（一）、作物对水分的需求1、水分是作物的重要组成部分、水分是作物的重要组成部分一般作物体内含水约一般作物体内含水约6080，蔬菜瓜果的含，蔬菜瓜果的含水量高达水量高达90以上；以上；光合作用，光合产物的运移需要水分的参与新陈光合作用，光合产物的运移需要水分的参与新陈代谢；代谢；叶面蒸腾散热，维持体温等叶面蒸腾散热，维持体温等2、土壤水分是影响作用出苗率的重要因素、土壤水分是影响作用出苗率的重要因素3 3、作物不同生育期对土壤水分的要求不同、作物不同生育期对土壤水分的要求不同总体来说，苗期需水较少，随生长发育需水量加大，成熟期减少。总体来说，苗期需水较少，随生长发育需水量加大，成熟期减少。需水临界期：若某一生育期土壤缺水，对作物产量影响最为严重需水临界期：若某一生育期土壤缺水，对作物产量影响最为严重的时期。的时期。 麦类：抽穗期灌浆期；麦类：抽穗期灌浆期； 玉米：抽雄期；玉米：抽雄期； 高梁：花序形成至灌浆期；高梁：花序形成至灌浆期； 棉花：花铃期棉花：花铃期 豆类、花生：开花期；豆类、花生：开花期； 水稻：孕穗期抽穗期；水稻：孕穗期抽穗期； 马铃薯：开花至块茎形成期；马铃薯：开花至块茎形成期； 向日葵：花盘形成到开花期向日葵：花盘形成到开花期（二）、土壤水分影响作物对养分的吸收（二）、土壤水分影响作物对养分的吸收1 1、有机养分的分解矿化；、有机养分的分解矿化；2 2、化学肥料的溶解；、化学肥料的溶解；3 3、养分离子的迁移；、养分离子的迁移；4 4、作物根系对养分的吸收、作物根系对养分的吸收第二节第二节 土壤水分的运动和田间循环土壤水分的运动和田间循环Transportation and circulation of water in soil一、液态水的运动一、液态水的运动 是土壤水运动的主要形式。包括饱和流和不饱和流，共同点：是土壤水运动的主要形式。包括饱和流和不饱和流，共同点：符合达西定律（符合达西定律（Darcys law）, 即在水势梯度方向上，单位时即在水势梯度方向上，单位时间内通过单位横截面积的水量。间内通过单位横截面积的水量。水流驱动力：土水势梯度水流驱动力：土水势梯度水流运动方向：高势区向低势区运动，即又低吸力区向高吸水流运动方向：高势区向低势区运动，即又低吸力区向高吸力区运动。力区运动。达西公式：达西公式： Q= -K d/dx = q/T.S d/dx: water potential gradient K: conductivity of soil water “-” shows the direction of water flow.( 一一)饱和流饱和流(saturated flow)定义：所有孔隙都充满水时所发生的水流。定义：所有孔隙都充满水时所发生的水流。驱动力：重力势驱动力：重力势+压力势（压力势（g+p）K(s)饱和导水率，对某饱和导水率，对某 种土壤来说，是种土壤来说，是一个常数一个常数(constant)，主要取决于土壤导水的主要取决于土壤导水的难易。涉及土壤质地、结构性、孔隙数量与难易。涉及土壤质地、结构性、孔隙数量与质量、松紧度、裂隙等。其次是水分自身的质量、松紧度、裂隙等。其次是水分自身的性质：如粘滞性、密度等（随温度变化）。性质：如粘滞性、密度等（随温度变化）。水流方向：高势区向低势区运动。水流方向：高势区向低势区运动。三种饱和流。三种饱和流。wat7-1.tif（1）垂直向下水流(vertical downward flow) 在水田、灌渠及在降雨、灌溉时常见。 am=o q=-Ks.d/dx H ag=L = -Ks(H+L)/L ap=H L ref.level Darcys model bg=0 bp=bm=0（2）垂直向上水流）垂直向上水流(vertical upward flow) 主要在地下泉水流出的田块（冷浸田），或土体主要在地下泉水流出的田块（冷浸田），或土体下部有不透水层并且有坡降的地方，在低平地常有下部有不透水层并且有坡降的地方，在低平地常有向上浸水现象，称向上浸水现象，称“上浸田上浸田”。属低产土壤，需改良。属低产土壤，需改良。（3）水平饱和流（）水平饱和流（horizontal saturated flow） 在河流、水渠侧向水流（侧渗在河流、水渠侧向水流（侧渗side seepage）发生。剖面中下部有不透水层时，下渗水发生滞留发生。剖面中下部有不透水层时，下渗水发生滞留形成滞水层，其水分侧向流动，产生上层土壤形成滞水层，其水分侧向流动，产生上层土壤“白白浆化浆化”，铁锰还原淋洗，土壤白化、粉沙化。，铁锰还原淋洗，土壤白化、粉沙化。输水过程中水分主要损失途径输水过程中水分主要损失途径（二）不饱和流（二）不饱和流（ unsaturated water flow in soil）定义：土壤中部分孔隙充满水时发生的水定义：土壤中部分孔隙充满水时发生的水流，即土壤水分不饱和时的水流。在土壤流，即土壤水分不饱和时的水流。在土壤水分运动的主要形式，旱地中水流多为不水分运动的主要形式，旱地中水流多为不饱和流。饱和流。驱动力：土壤基质势为主，驱动力：土壤基质势为主， m+ g不饱和导水率不饱和导水率K，是一个变量是一个变量（variable）,是土壤含水量和土水势的函数，同时又受是土壤含水量和土水势的函数，同时又受土壤质地及其层次性的影响。土壤质地及其层次性的影响。 随着土壤水由饱和变为不饱和，随着土壤水由饱和变为不饱和，K值急剧下降，值急剧下降，下降速度沙土下降速度沙土 壤土壤土 粘土。原因：部分孔隙充水，粘土。原因：部分孔隙充水，使导水面积减少；充水孔隙均较细，含水量和土水势使导水面积减少；充水孔隙均较细，含水量和土水势越低，导水孔隙越细，依普氏原理越低，导水孔隙越细，依普氏原理u R2, 导水速率导水速率变慢；由通气孔隙产生的阻隔作用。变慢；由通气孔隙产生的阻隔作用。 当当m=0，即土壤水分饱和时，即土壤水分饱和时，K=Ks m=-1/3bar , K 1/100Ks 1/1000Ks m=-1.0bar, K 1/10000Ks 4、不饱和流仍然服从达西定理，水流方向仍是高、不饱和流仍然服从达西定理，水流方向仍是高势区向低势区流动。势区向低势区流动。Q=-K(w,)d/dX =-K(w,)d(m+ g)/dX二、水汽运动二、水汽运动( water vapor movement )1、气态水在土壤中的运动实质上是水分渍的扩散运动。服、气态水在土壤中的运动实质上是水分渍的扩散运动。服从一般气体的扩散定律，既费克定律：从一般气体的扩散定律，既费克定律：Ficks law qv = - Dv dP/dx Dv_diffusion coefficient dP/dx _gradient of vapor pressure2、Dv 比空气中比空气中D值小的多，只有中等湿度土壤中才具有较值小的多，只有中等湿度土壤中才具有较高的高的D值（考虑水汽量和扩散空间）值（考虑水汽量和扩散空间）3、 dP/dx 主要由土水势梯度和温度梯度决定，且温度的影主要由土水势梯度和温度梯度决定，且温度的影响要比土水势的影响大得多。响要比土水势的影响大得多。4、方向：高温区向低温区；高势区向低势区运动。、方向：高温区向低温区；高势区向低势区运动。5、影响因素：土壤因素：含水量，土水势，土温，质地，、影响因素：土壤因素：含水量，土水势，土温，质地，孔隙，结构，容重，积盐，裂隙；孔隙，结构，容重，积盐，裂隙； 大气因素：气温、大气因素：气温、RH%、风速、太阳辐射等。、风速、太阳辐射等。三、水分向土壤中入渗及其再分布三、水分向土壤中入渗及其再分布Water infiltration and redistribution in soils （一）入渗过程（一）入渗过程1、定义：指水分自地表垂直向下进入土壤的过程。、定义：指水分自地表垂直向下进入土壤的过程。漫灌、滴灌、渗灌、降雨过程中都发生有这一过程。漫灌、滴灌、渗灌、降雨过程中都发生有这一过程。入渗情况决定着水分进入土壤的数量，生产中我们常入渗情况决定着水分进入土壤的数量，生产中我们常采取许多措施增加入渗，减少径流（采取许多措施增加入渗，减少径流（runoff），以有），以有效蓄积、利用水分。效蓄积、利用水分。“收墒、蓄墒收墒、蓄墒”water harvesting.2 、入渗速率（、入渗速率（infiltration rate）：当土壤表面有水）：当土壤表面有水层时，单位时间内通过单位面积土壤的水量。层时，单位时间内通过单位面积土壤的水量。L3/L2.T=L/T, mm/min3、入渗特点：、入渗特点： 入渗速率随时间延长由高变低，最后入渗速率随时间延长由高变低，最后降到一个稳定的水平。降到一个稳定的水平。5、影响因素：、影响因素：（1）土壤水分含量和基质吸力：入渗时驱动力有基质势、重）土壤水分含量和基质吸力：入渗时驱动力有基质势、重力势和压力势，初始阶段主要取决于基质势。以后与重力势和力势和压力势，初始阶段主要取决于基质势。以后与重力势和压力势有关。压力势有关。 I土壤越干燥，基质势越低，土壤越干燥，基质势越低，dm/dX 越大，入渗越快。越大，入渗越快。 T（2）土壤质地（soil texture）:I0： 粘土大于砂土I1：砂土大于粘土 I0 I1 TI0 取决于土壤原来的基质势， I1取决于土壤大孔隙的多少。（3）温度：影响水的粘滞度）温度：影响水的粘滞度（4）裂隙、根孔）裂隙、根孔（5）土壤结构。）土壤结构。（二）入渗水在土壤中的再分布（二）入渗水在土壤中的再分布1、定义：地表终止供水后，入渗水仍在各种力的作、定义：地表终止供水后，入渗水仍在各种力的作用下继续不断地运动。这种运动称用下继续不断地运动。这种运动称2、其实质是一种不饱和水流。、其实质是一种不饱和水流。土壤水的再分布随时间的变化是随土壤不饱和导水率土壤水的再分布随时间的变化是随土壤不饱和导水率的变化而变化的。的变化而变化的。3、再分布的结果：表层水减少，下层水增加，是土、再分布的结果：表层水减少，下层水增加，是土壤水分在较深土层蓄积的过程。壤水分在较深土层蓄积的过程。4、研究水分入渗和再分布对生产上土壤深层蓄墒、研究水分入渗和再分布对生产上土壤深层蓄墒、抗旱有重要实践意义。抗旱有重要实践意义。 soil water content,% Fig. The redistribution of infiltrated water in soil五、土面蒸发五、土面蒸发Vaporization of soil surface moisture（一）土面蒸发持续进行的条件一）土面蒸发持续进行的条件常有热能到达地表满足水的汽化热（常有热能到达地表满足水的汽化热（590卡卡/克克.15度）。度）。土面水汽压高于大气水汽压。土面水汽压高于大气水汽压。土面经常得到土体内水分的供应（土壤导水性）土面经常得到土体内水分的供应（土壤导水性）前二者属大气蒸发力，后者属土壤导水性。前二者属大气蒸发力，后者属土壤导水性。（二）典型的土面蒸发（裸土蒸发）（二）典型的土面蒸发（裸土蒸发）1、大气蒸发力控制阶段、大气蒸发力控制阶段 雨后或灌水后，土壤饱和，雨后或灌水后，土壤饱和，K值高足以补偿地面水分的损失，值高足以补偿地面水分的损失，大气蒸发力对地表水蒸发速率起决定作用。大气蒸发力对地表水蒸发速率起决定作用。蒸发速率稳定，与大气有关，此阶段维持时间较短，但损失水分蒸发速率稳定，与大气有关，此阶段维持时间较短，但损失水分较多。应及时采取中耕、覆盖等保墒措施。较多。应及时采取中耕、覆盖等保墒措施。“锄头下有水锄头下有水”。2、土壤导水率控制阶段、土壤导水率控制阶段 水分向上运输量小于地表大气蒸发力，则土壤导水分向上运输量小于地表大气蒸发力，则土壤导水率水率K 起决定作用（瓶颈）。起决定作用（瓶颈）。 土壤水沿毛细管向地表不断输送，使土壤水分不土壤水沿毛细管向地表不断输送，使土壤水分不断减少，则土壤水能态下降，促使断减少，则土壤水能态下降，促使K值急剧下降。因值急剧下降。因此此阶段土壤蒸发速率是一个不断下降的过程。随着此此阶段土壤蒸发速率是一个不断下降的过程。随着地表水分继续蒸发，土壤毛细管供水终止，不饱和导地表水分继续蒸发，土壤毛细管供水终止，不饱和导水率近于水率近于0，则进入第三阶段。，则进入第三阶段。3、扩散阶段、扩散阶段 水分在干土层下汽化，水分子通过土壤颗粒间孔水分在干土层下汽化，水分子通过土壤颗