《土壤水分》PPT课件.ppt

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1、Chapter 3土壤水分（Soil Water，Soil Moisture）土壤学与农作学土壤学与农作学3.1 土壤水分类型土壤水分类型3.1 The form and properties of soil moisture土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学土壤水土壤水（soil watersoil water）自由水自由水（free waterfree water）束缚水束缚水（bonding waterbonding water）气态水气态水:水汽，易凝结为液态水水汽，易凝结为液态水 固态水：固态水：冰，冬季寒冷的中高纬度地区冰，冬季寒冷的中高纬度地区化学束缚水化学

2、束缚水物理束缚水物理束缚水化合水：化合水：H H2 2AlAl2 2SiSi2 2O O 8H8H2 2O O(water of hydration)(water of hydration)结晶水：结晶水：CaSOCaSO4 4 2H2H2 2O O(crystalline water)(crystalline water)吸湿水吸湿水 (hydroscopic water)(hydroscopic water)膜状水膜状水 (membrane/film water)(membrane/film water)毛管水毛管水(capillary water)(capillary water)重力水

3、重力水(gravitational water)(gravitational water)毛管悬着水毛管悬着水(hanging capillary water)(hanging capillary water)毛管上升水毛管上升水(ascending capillary water)(ascending capillary water)物理束缚水物理束缚水吸湿水吸湿水 (hydroscopic water)(hydroscopic water)毛管水毛管水(capillary water)(capillary water)重力水重力水(gravitational water)(gravitat

4、ional water)毛管悬着水毛管悬着水(hanging capillary water)(hanging capillary water)毛管上升水毛管上升水(ascending capillary water)(ascending capillary water)膜状水膜状水 (membrane/film water)(membrane/film water)一、土壤水分类型1 1、吸湿水（紧束缚水）、吸湿水（紧束缚水）hygroscopic/hydroscopic waterhygroscopic/hydroscopic water 吸湿水吸湿水：干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态

5、水分干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分Water which is absorbed from atmospheric vapor and held tightly to the soil granule.A AA AA AA A范德华力water vaporH HH HH HH H氢键E EE EE EE E库仑力H HR RE EH HR RE E hygroscopic water layer土壤学与农作学土壤学与农作学作用力作用力：土粒表面的引力（范德华力、氢键、库仑力）,强力水吸力水吸力：3.1MPa（3.1106Pa）特特 点点：密度大；冰点低；厚度小；不能自由移动；无效水影

6、响因素：影响因素：土壤空气湿度：湿度 ，吸湿水 土壤质地：质地由砂变粘，吸湿水 土壤有机质含量：有机质含量 ，吸湿水 土壤含盐量：含盐量 ，吸湿水土壤学与农作学土壤学与农作学2 2、膜状水（松束缚水）、膜状水（松束缚水）membrane/film water(loosely bonding water)membrane/film water(loosely bonding water)膜膜状状水水：吸吸湿湿水水达达到到最最大大量量后后，靠靠土土粒粒剩剩余余的的分分子子引引力力吸吸附在吸湿水外面的一层水膜。附在吸湿水外面的一层水膜。membrane water RARBABRA RB 膜状水运动

7、方向膜状水运动方向RA RB水运动停止水运动停止 Water which is absorbed by the remanant molecular attraction when the hygroscopic water reach the maximum limit.土壤学与农作学土壤学与农作学作用力作用力：土粒表面较弱的分子引力(范德华力)、水分子内聚力、交换性阳离子的水化作用水吸力水吸力：3.10.63MPa特特 点点：密度较大；冰点较低；移动缓慢；部分有效土壤学与农作学土壤学与农作学3 3、毛管水、毛管水 capillary watercapillary water 毛毛管管水水：

8、受受毛毛管管力力的的作作用用在在土土壤壤毛毛管管孔孔隙隙中中保持和运动的水分。保持和运动的水分。Water held in,or moving through,capillary interstices in soil。土壤学与农作学土壤学与农作学特特 点点：自由水（保存、运动、溶解养分）；有效水（available water）水吸力水吸力：0.630.008MPa作用力作用力：土壤毛管孔隙（0.060.002mm）的毛管力 capillarity2T P r表面张力毛管半径毛管力土壤学与农作学土壤学与农作学悬着毛管水悬着毛管水hanging capillary water 地下水位较深时，

9、降雨或灌溉后靠毛管力保持在土壤上层中的水分。旱地悬着毛管水的最大值称为田间持水量田间持水量上升毛管水上升毛管水ascending capillary water 地下水藉毛管力支持上升并保持在上层土壤毛管中的水分。上升毛管水的最大值称为毛管持水量毛管持水量悬着毛管水上升毛管水地下水土壤学与农作学土壤学与农作学4 4、重力水、重力水 gravitational watergravitational water 重重力力水水：当当土土壤壤含含水水量量超超过过田田间间持持水水量量后后，过过量量的的水水分分不不能能被被毛毛管管力力所所吸吸持持，而而在在重重力力作作用用下下沿沿土土壤壤大大孔隙向下移动的

10、水分。孔隙向下移动的水分。Soil water in excess of capillary and hygroscopic water and moves freely under the effect of gravity.It is found beyond 0.06 millimeters from the surface of soil particles.作用力作用力：重力特特 点点：自由水；多余水；水田为有效水（available water）水吸力水吸力：0.0080MPa土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学土壤水土壤水（soil watersoil wat

11、er）自由水自由水（free waterfree water）束缚水束缚水（bonding waterbonding water）气态水气态水:水汽，易凝结为液态水水汽，易凝结为液态水（vaporous watervaporous water）固态水：固态水：冰，冬季寒冷的中高纬度地区冰，冬季寒冷的中高纬度地区（solid watersolid water）化学束缚水化学束缚水物理束缚水物理束缚水化合水：化合水：H H2 2AlAl2 2SiSi2 2O O 8H8H2 2O O(water of hydration)(water of hydration)结晶水：结晶水：CaSOCaSO4

12、4 2H2H2 2O O(crystalline water)(crystalline water)吸湿水吸湿水 (hydroscopic water)(hydroscopic water)膜状水膜状水 (membrane/film water)(membrane/film water)毛管水毛管水(capillary water)(capillary water)重力水重力水(gravitational water)(gravitational water)毛管悬着水毛管悬着水(hanging capillary water)(hanging capillary water)毛管上升水毛管上

13、升水(ascending capillary water)(ascending capillary water)物理束缚水物理束缚水吸湿水吸湿水 (hydroscopic water)(hydroscopic water)毛管水毛管水(capillary water)(capillary water)重力水重力水(gravitational water)(gravitational water)毛管悬着水毛管悬着水(hanging capillary water)(hanging capillary water)毛管上升水毛管上升水(ascending capillary water)(asc

14、ending capillary water)膜状水膜状水 (membrane/film water)(membrane/film water)二、土壤水分常数(土壤水分数量指标)Soil water constant/quantitative description of soil waterSoil water constant/quantitative description of soil water 土土壤壤水水分分常常数数：在在一一定定条条件件下下，土土壤壤各各类类型型水分达到最大量时的土壤含水量。水分达到最大量时的土壤含水量。Water quantitative content

15、when certain form of soil water reaches its maximum limit.在在一一定定条条件件下下，同同一一土土壤壤的的水水分分常常数数保保持持相相对对稳稳定的数值。定的数值。土壤学与农作学土壤学与农作学 1、吸吸湿湿系系数数（hygroscopic hygroscopic coefficientcoefficient）：干干燥燥土土壤壤从从湿湿度接近饱和（度接近饱和（95%）的空气中吸收水汽而达到的最大含水量。）的空气中吸收水汽而达到的最大含水量。土壤吸湿水的最大值；水吸力土壤吸湿水的最大值；水吸力3.1MPa 2.凋凋萎萎系系数数（wilting

16、wilting coefficientcoefficient）：植植物物产产生生永永久久凋凋萎萎（permanent wilting）时时土土壤壤的的含含水水量量。植植物物可可利利用用的的土土壤壤水量（有效水）的下限。水量（有效水）的下限。吸吸湿湿水水部部分分膜膜状状水水；水水吸吸力力1.5MPa；吸吸湿湿系系数数的的1.52.0倍倍 3.最最大大分分子子持持水水量量（maximum maximum molecular molecular moisture moisture holding holding capacitycapacity）：土壤膜状水达到最大值的土壤含水量。：土壤膜状水达到最

17、大值的土壤含水量。吸湿水全部膜状水；水吸力吸湿水全部膜状水；水吸力0.63MPa；吸湿水的；吸湿水的24倍倍土壤学与农作学土壤学与农作学 4.毛毛管管断断裂裂含含水水量量（作作物物生生长长阻阻滞滞含含水水量量）：土土壤壤中中的的悬悬着着毛毛管管水水因因作作物物吸吸收收和和土土表表蒸蒸发发而而发发生生断断裂时的土壤含水量。裂时的土壤含水量。吸吸湿湿水水膜膜状状水水部部分分毛毛管管水水；处处于于对对植植物物“供供不不应应求求”的状态；旱地土壤灌水的下限的状态；旱地土壤灌水的下限 5.田田间间持持水水量量（field field capacitycapacity）：土土壤壤中中悬悬着着毛毛管管水水达

18、达到到最最大大量量时时的的土土壤壤含含水水量量。是是土土壤壤不不受受地地下水影响所能保持水量的最大值。下水影响所能保持水量的最大值。吸吸湿湿水水膜膜状状水水悬悬着着毛毛管管水水；旱旱地地土土壤壤有有效效水水的的上上限；确定灌水定额的依据；水吸力限；确定灌水定额的依据；水吸力0.05MPa土壤学与农作学土壤学与农作学 6.(最最大大）毛毛管管持持水水量量(maximum maximum capillary capillary capacitycapacity)：土壤所有毛管孔隙中都充满水分时的土壤含水量。土壤所有毛管孔隙中都充满水分时的土壤含水量。吸湿水膜状水上升毛管水；水吸力吸湿水膜状水上升毛

19、管水；水吸力0.008MPa 7.饱饱和和含含水水量量/全全持持水水量量(Saturation)Saturation)：土土壤壤所所有有孔隙中全部充满水分时的土壤含水量。孔隙中全部充满水分时的土壤含水量。吸湿水膜状水上升毛管水重力水；水吸力吸湿水膜状水上升毛管水重力水；水吸力0MPa；水田灌水水量的依据水田灌水水量的依据土壤学与农作学土壤学与农作学三、土壤水分的有效性 Availability ofAvailability of soil watersoil water 土土壤壤水水分分有有效效性性：土土壤壤水水分分能能否否被被植植物物利利用用及及其被利用的其被利用的难易程度难易程度。有效水有

20、效水(available water)(available water)无效水无效水(unavailable water)(unavailable water)易有效水易有效水(easily available watereasily available water)难有效水难有效水(hardly available waterhardly available water)多余水多余水(redundant waterredundant water)无效水无效水(unavailable waterunavailable water)土壤学与农作学土壤学与农作学干干湿湿水吸力水吸力/MPa土壤土壤

21、水分水分常数常数土壤土壤水分水分形态形态土壤土壤水分水分有效有效性性土土粒粒103化学束化学束缚水缚水105烘干土烘干土3.1吸湿水吸湿水吸湿系数吸湿系数1.5无效水无效水凋萎系数凋萎系数0.63膜状水膜状水最大分子持水量最大分子持水量难有效水难有效水毛管断裂含水量毛管断裂含水量0.05悬着毛管水悬着毛管水田间持水量田间持水量0.008上升毛管水上升毛管水易有效水易有效水毛管持水量毛管持水量0重力水重力水多余水多余水饱和含水量饱和含水量有效水下限旱地灌溉下限旱地有效水上限土壤学与农作学土壤学与农作学影响土壤有效水量的因素影响土壤有效水量的因素：土壤有机质含量土壤有机质含量越高越高，有效水量，有

22、效水量越大；越大；土壤结构、土壤松紧度土壤结构、土壤松紧度土壤质地土壤质地(决定因素决定因素)田间持水量田间持水量凋萎系数凋萎系数重力水重力水有效水有效水无效水无效水2015105有效水含量细砂土面砂土粉砂土粉土粉壤土粘壤土壤粘土粘土土壤学与农作学土壤学与农作学四、土壤含水量及其表示方法 ContentContent of of soil water and its descriptionsoil water and its description土壤含水量：土壤含水量：soil water soil water contentcontent土壤湿度：土壤湿度：soil humidity so

23、il humidity 土壤含水率：土壤含水率：percentage of soil waterpercentage of soil water一定量土壤中所含水分数量的多少。一定量土壤中所含水分数量的多少。土壤学与农作学土壤学与农作学1.1.土壤重量土壤重量/质量含水量：质量含水量：m m （mass water content of soilmass water content of soil）土壤所含水分的重量占烘干土重的百分数。土壤学与农作学土壤学与农作学2.2.容积容积/体积含水量体积含水量（volumetric water contentvolumetric water conte

24、nt）：v v 土壤水分体积占土壤体积的百分数。土壤学与农作学土壤学与农作学3.3.水层厚度水层厚度（water thicknesswater thickness）：hw 土壤所含水分的重量占烘干土重的百分数。与降雨量及腾发量相对应hs（mm）m r d土壤学与农作学土壤学与农作学4.4.土壤贮水量土壤贮水量（soil soil water-storage capacitywater-storage capacity）：Vw 一定厚度单位面积土壤中水的体积。与灌、排水定额相对应土壤学与农作学土壤学与农作学5.5.相对含水量相对含水量（relative soil relative soil wa

25、ter contentwater content）：Rw 土壤实际含水量与田间持水量（或全持水量）的百分比值。无量纲值。旱地土壤（dryland/upland field soil）：水田土壤（paddy/lowland field soil）：土壤学与农作学土壤学与农作学6.6.土壤水分饱和度土壤水分饱和度（percent saturation of soil percent saturation of soil waterwater）土壤水分体积占土壤孔隙体积的百分数。土壤学与农作学土壤学与农作学特点：特点：准确；费时；不便定位测定。准确；费时；不便定位测定。改进快速法改进快速法：红外线烘

26、干法、微波炉烘干法：红外线烘干法、微波炉烘干法 酒精烘干法、酒精烧失法。酒精烘干法、酒精烧失法。1.1.烘干法烘干法（drying）在105110条件下，烘至恒重，为烘干土重(Ws)，以此为基础计算水分重的百分比（%）。四、土壤水分的测定 measurement of soil watermeasurement of soil water土壤学与农作学土壤学与农作学2.2.中子法中子法（Neutron Probe）特点：特点：简便、较精确简便、较精确;只只能能用用于于较较深深土土层层水水分测定分测定;有有机机质质中中的的氢氢影影响响测测定结果。定结果。原原理理：利利用用中中子子热热化化原原理理

27、，快快中中子子源源发发出出的的中中子子在在遇遇到到氢氢原原子子后后，失失去去部部分分动动能能转转化化成成慢慢中中子子，仪仪器器根根据据测测出出的的慢慢中中子子数数量量计计算算出出被被测测物物含水量。含水量。中子仪中子仪土壤学与农作学土壤学与农作学3.TDR/FDRFDR：Frequency Domain Reflectometry原理：原理：根据探测器发出的电磁波在不同介电常数物质中的反射频率不同，计算出被测物含水量。TDR:Time Domain Reflectometry,时域反射仪.原理：原理：TDR发生器产生的电磁脉冲波沿探针在土壤中向下传送，当遇到水分子时，脉冲波会被反射。反射时间与

28、土壤含水量有关。土壤学与农作学土壤学与农作学某某一一旱旱地地土土壤壤容容重重为为1.2g/cm3，田田间间持持水水量量m为为30%。为为保保证证作作物物正正常常生生长长，需需使使30cm土土层层的的相相对对含含水水量量达达到到80。灌灌水水前前取取湿湿土土27.60g，105下下充充分分烘烘干干后后称称重重，土土样样质质量量为为24.00g。灌灌水水前前适适逢逢降降雨雨10.0mm，问问还还需需灌灌水水多少（多少（m3/ha）才能达到要求？）才能达到要求？土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学 需灌溉补充的水层厚度：需灌溉补充的水层厚度：hwi22.4（mm）30cm土层中需

29、增加的水层厚度：土层中需增加的水层厚度：hw（mm）=9%1.2300=32.4(mm)需增加的土壤质量含水量需增加的土壤质量含水量:m24%-15%9%相对含水量为相对含水量为80时的土壤质量含水量：时的土壤质量含水量：m230%80%=24%解解:降雨前土壤质量含水量：降雨前土壤质量含水量：m1（）（）/24.010015%相当的土壤贮水量：相当的土壤贮水量：Vwi22.410=224(m3/ha)3.2 土壤水分能态土壤水分能态3.2 Potential State of soil moisture土壤学与农作学土壤学与农作学一、土水势（s）及其分势soil water potentia

30、l and its sub-potentialsoil water potential and its sub-potential 将将单单位位数数量量土土壤壤水水从从一一个个平平衡衡系系统统中中移移到到与与其其温温度度相同的处于参照状态下的纯自由水池时所做的功。相同的处于参照状态下的纯自由水池时所做的功。The work that soil water can do as it moves from it present state to the reference state.(一一)DefinitionReference state:pure free water,defined to

31、be 0.A water molecule adsorbed in soil is less free to move than one without adhesion to a surface which is pure free water.So the soil water potential is equal to or less than 0.土壤学与农作学土壤学与农作学(二二)soil water sub-potential土水势（土水势（s）Soil Water Potential压力势（压力势（p）Pressure Potential基质势（基质势（m）Matric Pote

32、ntial溶质势溶质势/渗透势渗透势（o）Solute/Osmotic Potential重力势（重力势（g）Gravitational Potential土壤学与农作学土壤学与农作学1.1.基质势（基质势（m m）Matric Potential 土水系统中由于土壤固体特性所引起的一种势值。土水系统中由于土壤固体特性所引起的一种势值。Results from：cohesion，adhesion(adsorption)of soil particlecapillary force of soil capillary interstices Results in：a negative energ

33、y potential Affected by：differences in adhesion and soil porosity非饱和水土壤：非饱和水土壤：m0低于参照面：低于参照面：g0不饱和水土壤：不饱和水土壤：p0 pghh is the thickness of the hydrostatic layer2.2.压力势（压力势（pp）Pressure Potential土壤学与农作学土壤学与农作学由土壤水中溶解的溶质而引起的势值。由土壤水中溶解的溶质而引起的势值。o壤土壤土砂土砂土相同水吸力时，含水量：粘土相同水吸力时，含水量：粘土壤土壤土砂土砂土土壤学与农作学土壤学与农作学n土壤结

34、构（土壤结构（soil structure）在低吸力（高含水量）时表现明显：破坏土壤结构（压在低吸力（高含水量）时表现明显：破坏土壤结构（压紧）土壤使通气孔隙和毛管孔隙减少，饱和含水量减小紧）土壤使通气孔隙和毛管孔隙减少，饱和含水量减小n土壤温度（土壤温度（soil temperature）一定水吸力下，温度越高，含水量越低（温度升高，水一定水吸力下，温度越高，含水量越低（温度升高，水的粘滞性和表明张力下降，水吸力降低）的粘滞性和表明张力下降，水吸力降低）土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学n张力计法（张力计法（Tensiometer）3.Mensuration 指针式数字

35、式使用方法n压力薄膜法压力薄膜法Soil water characterizationSoil water characterization土壤学与农作学土壤学与农作学n压力薄膜法压力薄膜法 s w mw+pw+gw =ms+ps+gs mw=0,pw=0,gw=gs ms+ps=0ms=-ps=-pAtmosphere (p)Soil sFree water wdrainingHigh pressure atmosphere多孔板压力室压力室土壤学与农作学土壤学与农作学n水吸力与含水量的换算水吸力与含水量的换算4.ApplyingVisser 经验公式：经验公式：=a（f-）b/c 水吸力水

36、吸力；f 孔隙度孔隙度；容积含水量；容积含水量；a，b，c常数常数加德尔加德尔 经验公式：经验公式：=a-b 土壤学与农作学土壤学与农作学n土壤水吸力与当量孔径的关系土壤水吸力与当量孔径的关系3 D=SD毛管当量孔径（毛管当量孔径（mm）；）；s土壤水吸力（土壤水吸力（hPa）土壤学与农作学土壤学与农作学含含义义：土土壤壤吸吸湿湿（水水）过过程程中中，土土壤壤水水吸吸力力S随随土土壤壤含含水水量量增增加加而而降降低低的的速速度度较较快快；土土壤壤脱脱湿湿(水水)过过程程中中，S随随减减少少而而增增大大的的速速度度较较慢慢。同同一一土土壤壤的的两两种种水水分分特特征征曲曲线线不不重重合合的的现现

37、象。象。砂砂质质土土的的滞滞后后现现象象比比粘粘质质土土更更明显。明显。可可能能原原因因：土土壤壤颗颗粒粒的的涨涨缩缩性性、土壤孔隙的分布特点。土壤孔隙的分布特点。六、土壤水分滞后作用 (Hysteresis of soil water)土壤学与农作学土壤学与农作学1.Saturation:The point at which all of the pores of the soil are full of water.2.Holding apacity:The ability of the soil to hold water against the pull of gravity.3.Fi

38、eld capacityThe amount of water left in the soil after the excess has drained away.4.Wilting point:The soil moisture content at which the plants lose turgor pressure and wilt.5.Permanent wilting point:The point at which the soil moisture content is so low that plants can no longer pull any water fro

39、m it and they lose so much turgor pressure that they will not revive even if watered immediately.6.Available waterThe water in the soil which is available to plants.7.Hygroscopic water:Water which is held so tightly to the soil,by static electricity,that it can not be taken up by the plant.土壤学与农作学土壤

40、学与农作学3.3土壤水分运动土壤水分运动3.3 Moving of Soil Water土壤学与农作学土壤学与农作学土壤中存在土壤中存在3 3种类型的水分运动种类型的水分运动饱和流饱和流即土壤孔隙全部即土壤孔隙全部充满水时的水流，充满水时的水流，这主要是重力水这主要是重力水的运动的运动非饱和流非饱和流土壤中只有部土壤中只有部分孔隙中有水时分孔隙中有水时的水流，主要是的水流，主要是毛管水和膜状毛管水和膜状水的运动水的运动水汽移动水汽移动土壤学与农作学土壤学与农作学一、一、饱和流饱和流 (Saturated Soil Water Flow)在土壤中，有些情况下会在土壤中，有些情况下会出现饱和流，如

41、大量持续出现饱和流，如大量持续降水和稻田淹灌时会出现降水和稻田淹灌时会出现垂直向下的饱和流；地下垂直向下的饱和流；地下泉水涌出属于垂直向上的泉水涌出属于垂直向上的饱和流；平原水库库底周饱和流；平原水库库底周围则可以出现水平方向的围则可以出现水平方向的饱和流。饱和流。一维垂直向饱和流一维垂直向饱和流土壤学与农作学土壤学与农作学饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度，基本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。即单位时间内上服从饱和状态下多孔介质的达西定律。即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通过单位面积土壤的水量，土壤水通量

42、与土水势梯度成正比。正比。式中：式中：qq表示土壤水流通量；表示土壤水流通量；H H表示总水势差；表示总水势差；L L水流路径的直线长度；水流路径的直线长度；Ks Ks土壤饱和导水率。土壤饱和导水率。土壤学与农作学土壤学与农作学饱和流导水率饱和流导水率(Saturated hydraulic conductivity)u 土壤确定条件下饱和流土壤确定条件下饱和流导水率是导水率是一个常数一个常数；u 饱和流导水率是饱和流导水率是土壤导土壤导水率中的最大值水率中的最大值；u 饱和流导水率的大小受饱和流导水率的大小受土壤的土壤的质地、结构、有机质地、结构、有机质含量和无机胶体类型质含量和无机胶体类型

43、等等因素的影响。因素的影响。土壤饱和导水率反映了土壤饱和导水率反映了土壤的饱和渗透性能，土壤的饱和渗透性能，任何影响土壤孔隙大小任何影响土壤孔隙大小和形状的因素都会影响和形状的因素都会影响饱和导水率。饱和导水率。通过半径为通过半径为1mm1mm的孔隙的的孔隙的流量相当于通过流量相当于通过1000010000个个半径半径0.1mm0.1mm的孔隙的流量。的孔隙的流量。土壤学与农作学土壤学与农作学二、土壤非饱和流二、土壤非饱和流*（unsaturted soil water flaw)土壤非饱和流的推动土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度和力主要是基质势梯度和重力势梯度。它也可用重力势梯度。它也可

44、用达西定律来描述，对一达西定律来描述，对一维垂向非饱和流，其表维垂向非饱和流，其表达式为：达式为：非饱和土壤中的水流简称为非饱和流或不饱和流，即土壤非饱和土壤中的水流简称为非饱和流或不饱和流，即土壤中只有部分孔隙中有水时的水流，中只有部分孔隙中有水时的水流，这主要是毛管水和膜状这主要是毛管水和膜状水的运动。水的运动。式中：式中：非饱和导水率；非饱和导水率；总水势梯度。总水势梯度。土壤学与农作学土壤学与农作学非饱和流导水率非饱和流导水率(unsaturated hydrolic conductivity(unsaturated hydrolic conductivity)土壤水吸力和导水率土壤水

45、吸力和导水率之间的关系之间的关系 bb土壤水吸力为零或接土壤水吸力为零或接近于零，饱和导水率最近于零，饱和导水率最大。大。土壤学与农作学土壤学与农作学 饱和条件下的总水势梯度可用差分形式，而非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：包和条件下则用微分形式：饱和条件下的土壤导水率饱和条件下的土壤导水率Ks对特定土壤为一常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数，而非饱和导水率是土壤含水量或基质势（m）的函数。的函数。非饱和条件下土壤水流的数学表达式与饱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：和条件下的类似，二者的区别在于：K(m

46、)为非饱和导水率，为非饱和导水率，d/dx为总水势梯度为总水势梯度(water potential gradient)土壤学与农作学土壤学与农作学三、土壤水汽运动三、土壤水汽运动土壤气态水的运动表现为土壤气态水的运动表现为水汽扩散水汽扩散和和水汽凝结水汽凝结两种现象两种现象水汽扩散运动的推动力是水汽压梯度水汽扩散运动的推动力是水汽压梯度，这是由，这是由土壤水势梯度或由土壤水吸力梯度和温度梯度土壤水势梯度或由土壤水吸力梯度和温度梯度所引起的。所引起的。土壤学与农作学土壤学与农作学当水汽由暖处向冷处扩散遇冷时便可凝结成液态水，当水汽由暖处向冷处扩散遇冷时便可凝结成液态水，这就是水汽凝结。水汽凝结有

47、两种现象值得注意，一这就是水汽凝结。水汽凝结有两种现象值得注意，一是是“夜潮夜潮”现象，二是现象，二是“冻后聚墒冻后聚墒”现象。现象。水汽凝结水汽凝结1、“夜潮夜潮”现象现象多出现于地下水埋深度较浅的多出现于地下水埋深度较浅的“夜潮地夜潮地”。土壤学与农作学土壤学与农作学“夜潮夜潮”现象多出现于地下水埋深度较浅的现象多出现于地下水埋深度较浅的“夜夜潮地潮地”。白天土壤表层被晒干，夜间降温，底土。白天土壤表层被晒干，夜间降温，底土土温度高于表土，所以水汽由底土向表土移动，土温度高于表土，所以水汽由底土向表土移动，遇冷便凝结，使白天晒干的表土又恢复潮湿。遇冷便凝结，使白天晒干的表土又恢复潮湿。2、

48、“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。“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24左右。土壤学与农作学土壤学与农作学四、入渗、土壤水的再分布四、入渗、土壤水的再分布土壤入渗（土壤入渗（soil water infiltration)*一般是指水自土表垂直向下进入土壤的过程，一般是指水自土表垂直向下进入土壤的过程，但也不排斥如沟灌中水分沿侧向甚至向上进入但也不排斥如沟灌中水分沿侧向甚至向

49、上进入土壤的过程。土壤的过程。土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学影响因素：一是供水速率，二是土壤的入渗能力(入渗速率infiltration rate)土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学入渗后，水在均一质地的土壤剖面上的分布情况入渗后，水在均一质地的土壤剖面上的分布情况土壤学与农作学土壤学与农作学几种不同质地土壤的最后稳定入渗速率(毫米/小时)土壤砂砂质和粉质土壤壤土粘质土壤碱化粘质土壤最后入渗速率2010-205-101-51最初入渗速率：最初入渗速率：Initial infiltration rate稳定入渗速率：稳定

50、入渗速率：stable infiltration rate 无论表土下是砂土层还是细土层，在不断入渗中最初能使无论表土下是砂土层还是细土层，在不断入渗中最初能使上层土壤先积蓄水，以后才下渗。上层土壤先积蓄水，以后才下渗。土壤学与农作学土壤学与农作学（二）土壤水的再分布（二）土壤水的再分布 (soil water redistribution)概念：概念：土壤水 入渗过程结束后，水在重力和吸力梯度影响下在土壤中向下移动重新分布的过程。土壤水的再分布是土壤水的不饱和流。土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学土壤学与农作学五、田间土壤水分平衡五、田间土壤水分平衡Soil water balanc