第 四 章
土壤水
?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
本章通过对我国目前水资源现状特点的分析
概述,了解水资源在农业生态系统中的重要性;
在此基础上着重介绍土壤水的形态学和能态学观
点以及土壤含水量等基础知识:阐明土壤水分的
分布、运动规律以及田间水分的平衡。通过本章
教学,目的让学生掌握土壤水的类型、性质以及
土壤水的运动特点,要求学生掌握土壤水分运移
的基本规律及调节措施,以便有效地指导生产实
践。
第一节 土壤水在农业生态系统中的重要性
一, 我国水资源概况
我国水资源的基本特点:
1.水资源空间分布特点
地区间水资源分布不均匀,水土组合极不平衡。我
国东部区为多雨带,而西部区为缺水带。
2,时间分布特征
水资源年际间变化和年内分配不均,半干旱、半湿
润区甚至南方出现季节性缺水。
3,水资源与耕地资源组合不协调
我国北方耕地多而水资源量小,南方地区耕地少而
水资源丰富。
我国农业水资源缺乏且用量大,但利用率低,短缺与
浪费是我国农业用水紧张的重要特征。
二,土壤水在农业生态系统中的重要作用
1,土壤水分状况是农田植物与其环境间进行各种物质
交换的媒介。
2,土壤水分状况通过影响土壤温度和通气状况,对植
物的产量和品质有重要作用。
3,土壤水分移动过程影响生态平衡。
土壤水、地表水、地下水、大气水、植物水构成自
然界水分循环完整体系的 5个方面,并成为五水转换系
统的中心环节。土壤在调节自然界水分的正常循环,维
持生态环境良性循环方面具有极为重要的作用。
重点:重点掌握土壤水的重要作用。
一, 土壤水分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 。
干土重为 105℃ ~110℃ 下的烘干土重 。
2,容积含水量:单位土壤总容积中水分所占的容积
百分数 。 容积含水量 =质量含水量 × 容重
3,土壤水贮量:一定面积和一定厚度土壤中含水量
的绝对数量 。 由水深和绝对水体积表示 。
4,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 。
( 二 ) 土壤含水量的测试技术
1.经典烘干法 ( 标准方法 ) 2.快速烘干法 3.中子法
4,电阻法 5,TDR法
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。
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%。
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。
2,墒情的判断
① 墒情在空间上的层次性:表墒;底墒;深墒 。
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 。
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, 即吸附力和毛管力 。
(二) 土壤水分类型及性质
①吸湿水
由于干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持在土粒表面的
水分称吸湿水。
吸湿水的特点:吸湿水受土粒的吸持力很大, 不能移动, 具有固
态水的性质, 对溶质无溶解力, 为无效水 。
② 膜状水
把达到吸湿系数的土壤,在用液态水来继续
湿润,土壤吸湿水层外可吸附液态水分子形成水
膜,这种由吸附力吸附在吸湿水层外面的液态水
膜叫膜状水或薄膜水。
膜状水的特点:性质与液态水相似, 但粘滞性
较高而溶解能力较小, 它能移动, 但速度非常缓
慢, 属有效水, 可被作物利用;而吸力大于
15atm的内层膜状水, 作物便不能利用, 为无效
水 。
凋萎系数 ( 临界水分 ),当作物呈现永久萎蔫
时的土壤含水量称凋萎系数 。
③ 毛管水
毛管水是依靠毛管力保持在毛管中的水分, 特点,能向上
下左右移动, 速度快 。 有溶解养分的能力, 也有输送养
分到作物根部的作用 。 既能被土壤保持又能被植物利用
的有效水分 。
根据土层中地下水面与毛管水相连与否可分为:
1) 毛管上升水:是指地下水沿着毛管上升而充满毛管
孔隙中的水分 。 土壤中毛管上升水的最大值称为毛管持
水量, 它是吸湿水, 膜状水和毛管上升水的总和 。 毛管
水上升高度与土壤质地相关 。
2) 毛管悬着水:借毛管力保持在土壤上层不与
地下水相连的水分 。 这种象悬着在上层土壤中
的毛管水称为毛管悬着水 。
毛管悬着水的最大时的土壤含水量称为田间
持水量 。 这是确定灌水量的重要参数 。 不同质
地, 土壤田间持水量有很大不同 。
重力水
当土壤水分超过田间持水量,多余的水分就会受重力的
作用沿土壤中大孔隙望下移动,这种受重力支配的水叫
重力水。
重力水不受土壤吸附力和毛管力的作用 。 它是植物根系
能够吸收利用的水分 。
土壤最大持水量(全蓄水量):当土壤被重力所饱和,
即土大小孔隙全部被水分充满时的土壤含水量称为饱和
持水量或土壤最大持水量。
吸湿水、膜状水、毛管水、重力水都存在于土壤中,彼
此相互联系,相互转化。 如毛管水过量可变为重力水,
重力水被毛管吸收可变为毛管水。
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、重力
和静水压力等)的作用下,势(或自由能)的变
化(主要是降低),称为土水势。
用土水势研究土壤水有许多优点:可以作为判断
各种 土壤水分能态的统一标准和尺度;水势的
数值可以在土壤 — 植物 — 大气之间统一使用,把
土水势、根水势、叶水势等统一比较,判断它们
之间的水流方向,速度和土壤水的有效性;对土
壤水势的研究还能提供一些更为精确的测定手段。
土壤水由土水势高处流向低处。
土水势包括基质势、压力势、溶质势、重力势等
分势。
土壤水吸力 是指土壤水承受一定吸力的情况下所
处的能态 。 土壤水由吸力低处流向高处 。
水分特征曲线
土壤水的能量指标 ( 在非盐碱土即基质吸力或基质势,
与土壤水的容量指标 ( 即土壤含水量 ) 作成相关曲线称
土壤水分特征曲线 。
滞后现象,从干到湿与从湿到干所得到的土壤水分特征
曲线不重合的现象 。
三, 土壤水分的有效性
土壤水分的有效性:是指水分被植物利用的程度。
有效水:可被植物吸收利用的那一部分水分称有效水 。
无效水:另一部分不能被植物吸收利用的水称为无效水 。
土壤水分常数 ( 吸湿系数, 凋萎系数, 最大分子持水量,
田间持水量, 毛管持水量, 饱和持水量等都是土壤水分
常数, 这些常数对于作物的生长有一定意义 )
土壤有效水的范围 ( %) =田间持水量 ( %) -凋萎系数 ( %)
速效水:田间持水量至毛管断裂含水量。
迟效水:毛管断裂含水量至凋萎系数。
土壤中各种类型水分有效性如图所示。
土壤水是否有效及其有效程度如何,在很大程度上决定于土壤
水吸力和根吸力的对比。一般土壤水吸力大于根吸力则为无效水,
反之为有效水。
第四节 土壤水的运动规律
一, 液态水的运动
1,饱和流
土壤所有的大小孔隙都充满水时的水流叫饱和流。
饱和流的推动力是重力势和压力势梯度,在饱和流中土
壤导水率称饱和导水率( K饱 ),影响饱和导水率的因
素主要取决于土壤中粗孔的孔径和数量,孔径愈大,粗
孔数量愈多,饱和导水率就愈高,水愈容易通过。一般
来说:对 K值而言,砂土大于壤土大于粘土。
2.不饱和流
土壤中部分孔隙充满水时的水流叫不饱和流。它是
大部分土壤中水分流动的形式。不饱和流的推动力主要
是基质势梯度(或土壤水吸力梯度)和重力势梯度。在
吸水力较高时,导水率极低,水分运动速度非常缓慢。
对于饱和流而言, 导水性最好的是粗孔多的土壤,
而在不饱和流中, 细孔多的粘土和壤土, 比砂土的导水
性好 。 因为在相同的土壤吸力下, 土壤水的连续程度好,
因此, 在不饱和流中, 导水率随土壤吸力的增加而降低,
或土壤含水量的减少而降低, 这种情况在砂土较为急剧,
在粘土中较为缓和, 壤土居中 。
3.土壤水分的入渗
( 1)入渗是指在给土壤供水期间,液态水自地表进入土壤的过程。
( 2)入渗速率随入渗时间的延长而延缓,最后达到一个比较稳定
的数值(如图所示)。常使用的指标为最初入渗速率、最后入渗
速率、入渗开始 1h后的入渗速率。
( 3)入渗过程中土壤水剖面水分分布,在质地均一的土壤剖面上
如图所示。无论表土下是砂层还是细土层,在不断入渗中最初都
能使上层土壤先积蓄水,以后才下渗。
土壤入渗速率随时间的变化 入渗中土壤水剖面
二、气态水的运动
土壤气相水在孔隙内的运动, 实际上是水气分子从一个地方向另
一个地方扩散的运动 。 它服从于一般气体扩散定律 。 土壤气态水
运动表现为水汽扩散和水汽凝结 。
水气运动的梯度是由土壤水吸力梯度和温度梯度所引起的,其中
温度梯度作用力大。
,夜潮, 现象和, 冻后聚墒, 现象是土壤水汽凝结的结果 。
在干旱期间, 土壤水不断以水气形态由表土向大气扩散称土面蒸
发 。
土壤蒸发有三个明显的阶段:
( 1) 大气蒸发力控制阶段 ( 蒸发率不变阶段 ),特点:土壤水较
多, 向土面的导水率高, 足以补偿土面蒸发消耗水量, 所以蒸发
率不变, 一般可持续几天, 丢水量也大 。
雨水或灌水后及时中耕或地面覆盖是减少土壤水损失的重要措施
( 2) 土壤导水力控制阶段 ( 蒸发率降低阶段 ) 特点:土壤蒸发的
强度取决于土壤的导水性质, 即导水率的大小 。 该阶段维持的时
间不长 。
( 3) 扩散控制阶段:土面形成干土后, 土壤水向干土层的导水率
降至近于零时, 液态水已不能运行至地表, 在干土层下稍微湿润
土层的水分汽化, 形成水气分子通过干土层扩散到大气中去 。 这
一阶段, 通过镇压以防止蒸发, 抑制水气向大气扩散 。 二阶段初 。
从以上三个阶段可以看出:保墒重点应该在第一阶段末和第二阶
段初。
第五节 土壤水分状况及水分平衡
一、田间水分平衡
田间水分平衡:在一定容积土壤内水的收入与支出,在农田,主要
是指根层土壤水的平衡,根层深度一般多指 1-2m深度以内,在一
定时期内,根层土壤水分含量的变化。 △水 =水收 -水支
土壤水的收入有降水、灌溉水(是主要土壤水的收入)以及其它来
源的水(如四周流入的地表水、地表径流、借毛管上升的地下水。
土壤水分支出:地表径流 ( 水径 ), 深层渗漏 ( 水漏 ), 土面蒸
发 ( 水蒸 ) 和植物蒸腾 ( 水腾 ), 因此
△ 水 =水降 +水灌 -水径 -水漏 -水蒸 -水腾
由于水蒸和水腾很难分别测定,
故常在一起称为蒸散 。
应用水平衡原理,可以了解作物
日耗水量,在灌区还可作为确定
灌溉时间的依据。
SPAC循环体系
二、土壤水分状况
土壤水分状况通常是指周年中土壤剖面上下土层的含水量
或土水势的情况及变化(也称为墒情)。
我国北方在周年内土壤水分状况可分为四个时期:
1,土壤湿度相对稳定期
2,春夏之交土壤失水期
3,夏季土壤水分聚集期
4,晚秋至冬初的土壤失水期
三、土壤水分状况调节
1,科学合理地灌水
2,搞好农田基本建设和流域综合治理
3,采用合理的农艺措施,进行耕作保墒
4,地面覆盖技术
5,化学保墒增温剂的应用
6,排水
重 点 难 点
4.1土壤水在农业生态系统中的重要性
重点,重点掌握土壤水的重要作用 。
4.2土壤水的基础知识
重点与难点,土壤含水量的表示方法及区别 。
4.3土壤水分研究的形态学与能态学
重点,土壤水分的形态学研究 。
难点,土壤水分的能态学 。
4.4土壤水的运动规律
重点,土壤水分的分布, 运动规律
4.5土壤水分状况及水分平衡
重点,田间水分的调节
难点,田间水分平衡
?1,土壤含水量有哪些表示方法?
?2,简述土壤水分的类型及性质 。
?3,什么是土水势, 水吸力? 二者有何区别?
?4,土壤水分特征曲线的含义和特点 。
?5,饱和流与不饱和流的运动特点是什么?
?6,如何合理地调节土壤的水分状况?
7,简述土壤水分平衡的概念及平衡式各项
的意义 。
思考题