《土x壤水》PPT課件.ppt

1,土壤肥料學(xué),主講教師：趙建榮,2,教學(xué)內(nèi)容,第一節(jié) 土壤水在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中重要性 第二節(jié) 土壤水的基礎(chǔ)知識(shí) 第三節(jié) 土壤水分研究的形態(tài)學(xué)與能態(tài)學(xué) 第四節(jié) 土壤水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 第五節(jié) 土壤水狀況及水分平衡,3,4.1土壤水在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中重要性,我國(guó)水資源概況 我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源狀況 土壤水在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用,一.我國(guó)水資源概況,我國(guó)水資源的基本特點(diǎn)： 1.水資源空間分布特點(diǎn) 地區(qū)間水資源分布不均勻，水土組合極不平衡。如占國(guó)土面積69%的山地、丘陵區(qū),水源工程建設(shè)難度大,缺水嚴(yán)重; 2. 時(shí)間分布特征 降雨集中,年際之間變化大,可利用水量少,旱澇災(zāi)害頻繁;,p82,3. 水資源與耕地資源組合不協(xié)調(diào) 我國(guó)北方耕地多而水資源量小，南方地區(qū)耕地少而水資源豐富。 我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源缺乏且用量大，但利用率低，短缺與浪費(fèi)是我國(guó)農(nóng)業(yè)用水緊張的重要特征。 4.水質(zhì)差、水污染嚴(yán)重;水分利用率低。 我國(guó)水資源開(kāi)發(fā)利用率已經(jīng)很高,接近世界平均水資源開(kāi)發(fā)利用率的三倍,很難進(jìn)一步提高;,返回,6,我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源狀況,我國(guó)人均占有水量是世界的1/4,每公頃占有水量為世界的3/4,約有一半以上的旱地得不到灌溉,是世界13個(gè)最缺水的國(guó)家之一。,資料,返回,二.土壤水在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用,1.土壤水的含義 土壤水=土壤溶液 105條件下能從土壤中分離出來(lái)的水。 2.重要性 土壤水、地表水、地下水、大氣水、植物水成為五水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。,返回,8,4.2 土壤水的基礎(chǔ)知識(shí),土壤水分的表示方法 測(cè)定技術(shù)（自學(xué)） 土壤墑情（了解）,9,一.土壤水分的表示方法,1、質(zhì)量含水量(水w %) (mass water content of soil),計(jì)算土壤含水量時(shí)，以干土重為計(jì)算基礎(chǔ)，這樣才能反映土壤的水分狀況。,p83,10,容積百分?jǐn)?shù)(水v%) 土壤所含水分的容積占土壤總?cè)莘e的百分?jǐn)?shù),根據(jù)水分的容積百分?jǐn)?shù)可算出土壤中空氣含量并進(jìn)而算出土壤固、液、氣三相的比例。,2、容積百分?jǐn)?shù)(水v%) (volumetric water content of soil),水v%=水w%土壤容重,p83,11,土壤水貯量是指一定面積和厚度土壤中含水的絕對(duì)數(shù)量。在土壤物理，農(nóng)田水利學(xué)、水文學(xué)中經(jīng)常要用到，它主要有兩種表達(dá)方式：,3、土壤貯水量,例4 如某土層厚度為10cm，容積含水量為25，求水深。 Dw =（1025）2.5(cm)25(mm),12,例： 容重為1.2g/cm3的土壤，初始含水量為10%，田間持水量為30%， 降雨10mm，若全部入滲，可使多深土層達(dá)田間持水量？ 解: 先將土壤含水量水w%換算為水v% 初始含水量 水v%=10%1.2=12% 田間持水量 水v%=30%1.2=36% 因水mm= 水v% 土層厚度 土層厚度=水mm/水v%=10/(0.36-0.12) =41.7（mm）,13, 即一定面積一定厚度土壤中所含水量的體積數(shù) 在數(shù)量上，它可簡(jiǎn)單由hw與所指定面積(如1畝、1公頃)相乘求出，但要注意二者單位一致性。 在灌排計(jì)算中常用到這一參數(shù)，以確定灌水量和排水量,14,作用:與灌溉水量的表示方法一致，便于計(jì)算庫(kù)容和灌水量。 例：一容重為1g/cm3的土壤，初始含水量為12%，田間持水量為30%，要使30cm土層含水量達(dá)田間持水量的80%，需灌水多少（方/畝）？ 解：田間持水量的80%為：30%80%=24% 30cm土層含水達(dá)田間持水量80%時(shí) 水mm=(0.24-0.12)1300=36(mm) 2/336=24(方/畝),方/畝=水mm1/100010000/15=2/3水mm,15,4.土壤相對(duì)含水量 (relative water content of soil),土壤相對(duì)含水量 實(shí)際含水量占該土壤田間持水量的百分?jǐn)?shù) 一般土壤相對(duì)含水量為60%80%最適宜旱作物的生長(zhǎng)。,16,二.土壤含水量的測(cè)試技術(shù)-自學(xué),1.經(jīng)典烘干法（標(biāo)準(zhǔn)方法） 2.快速烘干法 3.中子法 4. 電阻法 5. TDR法（時(shí)域反射儀法）,返回,17,三.土壤墑情（了解）,1墑情的種類(lèi) 汪水：土壤含水量在田間持水量以上。 黑墑：土壤含水量為田間持水量75%以上。 黃墑：土壤含水量為田間持水量的50%-75%。 潮干土：土壤含水量在田間持水量的50%以下。 干土：土壤含水量在萎蔫系數(shù)以下。,p83,18,2. 墑情的判斷,墑情在空間上的層次性： 表墑；0-20 底墑；20-50 深墑 50-100 墑情在時(shí)間上的季節(jié)性： 與氣候的季節(jié)性以及作物的生長(zhǎng)發(fā)育季節(jié)密切相關(guān)。,返回,19,4.3土壤水分研究的形態(tài)學(xué)與能態(tài)學(xué),土壤水分的保持 土壤水分類(lèi)型及特征 土壤水分的能量概念 土壤水分的有效性,20,一.土壤水分研究的形態(tài)學(xué)特征與性質(zhì),（一）土壤水分的保持 吸附力： 毛管力 ： 毛管內(nèi)水汽界面產(chǎn)生的彎月面力,21,（二）土壤水分類(lèi)型及性質(zhì),土壤水的類(lèi)型,p88,22,土壤水分類(lèi)型,固態(tài)水,土壤水,氣態(tài)水,束縛水,自由水,吸濕水,膜狀水,毛管水,重力水,地下水,23,1.吸濕水(soil hygroscopic water),通常在105110條件下烘干除去 性質(zhì)：近似固態(tài)水，是無(wú)效水 。 吸濕系數(shù):土壤吸濕水的最大量。,p89,24,p90,4-2,4-1,25,2.膜狀水(soil film water),性質(zhì):溶解力差，移動(dòng)緩慢，部分有效。 萎蔫系數(shù) =吸濕系數(shù)1.341.5 植物因干旱缺水而發(fā)生永久萎蔫時(shí)的土壤含水率。反映土壤有效水的下限。,p89,26,膜 狀 水 示 意 圖,27,3、毛管水(soil capillary water),性質(zhì):溶解力強(qiáng)，能向上下左右移動(dòng)，速度快（10-300mm/n）. 是土中最有效的水分,p90,根據(jù)是否與地下水相連分:,毛管上升水: 毛管懸著水,p91,29,毛管上升水:,地下水沿著毛管上升而保持水. 毛管水上升與質(zhì)地密切相關(guān)。 壤土粘土沙土,土 粒,毛管 上升 水示 意圖,地下水位,水沿 著毛 管上 升,毛管作用力范圍： 0.1-1mm 有明顯的毛管作用 0.05-0.1mm 毛管作用較強(qiáng) 0.05-0.005mm 毛管作用最強(qiáng) 0.001mm 毛管作用消失,32,毛管懸著水,毛管懸著水: 降水或灌水進(jìn)入土壤借助毛管力保持的水.,土 粒,33,毛管懸著水,田間持水量: (field water holding capacity) （=吸濕系數(shù)2.5 毛管懸著水的最大量。通常作為灌溉水量定額的最高指標(biāo)。 即粘土壤土砂土 主要受質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)、松緊狀況等的影響。,34,不同質(zhì)地，土壤田間持水量有很大不同,p91,35,4、重力水 (soil gravitational water),飽和持水量 土壤孔隙全部充滿水時(shí)的含水量. 吸濕水、膜狀水、毛管水、重力水都存于土孔隙中，彼此相互聯(lián)系，相互轉(zhuǎn)化。,p92,36,二、土壤水分的能量概念,土壤 A 砂土 10%,土壤 B 粘土 15%,水流向何方？,37,（一）土水勢(shì)(soil water potential)負(fù)值,1、概念 土壤水與純自由水的勢(shì)能值之差. 常用（）來(lái)表示。 規(guī)定純自由水的勢(shì)能為零. 隨含水量增加，土水勢(shì)增加。 移動(dòng)方向：土水勢(shì)高處 低處運(yùn)動(dòng).,38,2.土水勢(shì)的各分勢(shì)（了解）,基質(zhì)勢(shì)（m 0 ）：毛管引力+吸附力引起 溶質(zhì)勢(shì)（s）0: 溶質(zhì)對(duì)水的吸附所產(chǎn)生. 重力勢(shì)（g）: 重力作用產(chǎn)生的水勢(shì). 壓力勢(shì)（p）0：土中水層產(chǎn)生的靜水壓,土水勢(shì)=m+s+g+p,P93-94,39,土壤中的水勢(shì)主要由重力勢(shì)、基質(zhì)勢(shì)、滲透勢(shì)、壓力勢(shì)構(gòu)成。 基質(zhì)勢(shì)（m）是土壤固相物質(zhì)影響的量度，它包括了全部通過(guò)固相物質(zhì)對(duì)水所產(chǎn)生的作用力，如毛管力、表面分子吸引力等對(duì)水所產(chǎn)生的一切作用。 基質(zhì)勢(shì)是負(fù)值，當(dāng)土壤飽和時(shí)最大=0 土壤含水量越高，基質(zhì)勢(shì)也越高,40,滲透勢(shì)是由土壤中可溶性鹽所引起的勢(shì)，它在鹽漬土中常具有較大的意義。相當(dāng)于從土壤溶液中，透過(guò)半透膜抽吸單位數(shù)量的水所做的功。 滲透勢(shì)是負(fù)值。土壤溶質(zhì)濃度越高，滲透勢(shì)越低。 滲透勢(shì)只有當(dāng)存在半透膜時(shí)才對(duì)水分運(yùn)動(dòng)起作用。,滲透勢(shì)（s）,41,壓力勢(shì)（p）是指在土壤水飽和的情況下，由于受壓力而產(chǎn)生的土壤水勢(shì)的變化。 壓力勢(shì)是正值。只有當(dāng)土壤水分飽和時(shí)才有壓力勢(shì)，在不飽和土壤中壓力勢(shì)為0。飽和土層越深，壓力勢(shì)越高。,重力勢(shì)（ g ），土壤水一直是處在地球重力場(chǎng)的影響之下的，重力勢(shì)相當(dāng)于使一定數(shù)量的水，由一個(gè)相應(yīng)的水位抬高到一定高度所做的功。 任何時(shí)候重力勢(shì)都存在。高于參比面時(shí)為正，反之為負(fù)，參比面處重力勢(shì)為0。,42,土壤總水勢(shì),土壤水勢(shì)是以上各分勢(shì)之和，又稱(chēng)總水勢(shì)（t） t = m + p + s + g 土壤水飽和狀態(tài)下 t = p + g 土壤水不飽和情況下 t = m + g,土壤水能態(tài),43,（二）土壤水吸力(soil water suction),土壤水吸力：是指土壤水承受一定吸力的情況所處的能態(tài)。 數(shù)量上與土水勢(shì)相等，符號(hào)相反。 水吸力=基膜勢(shì)+溶質(zhì)勢(shì),如何用水吸力和水勢(shì)判斷水分運(yùn)動(dòng)的方向？請(qǐng)回答,（三）能量單位及表示方法,土水勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)單位：帕（Pa），常用百帕(hPa)，兆帕(MPa=106Pa)=10bar 土水勢(shì)或水吸力的表示方法，以使用水柱高度的厘米 數(shù)來(lái)表示最簡(jiǎn)便，最易理解 。 pF：水柱高度厘米數(shù)的對(duì)數(shù) 1大氣壓（ atm ） =1033cm pF3.01bar=1000mbar 1atm 1 bar105 Pa =760Hg=1000水柱,45,土水勢(shì)的測(cè)定方法（自學(xué)）,張力計(jì)法，壓力膜法，冰點(diǎn)下降法，水氣壓法,2.壓力膜法：根據(jù)土壤在不同壓力下排水的原理測(cè)定，可測(cè)水吸力120bar。,1、張力計(jì)法（負(fù)壓計(jì)或濕度計(jì)），測(cè)定水不飽和土壤的基質(zhì)勢(shì)。,p95,適用范圍800/850 hPa以下的土壤水吸力。,1、張力計(jì)法（負(fù)壓計(jì)或濕度計(jì)），測(cè)定水不飽和土壤的基質(zhì)勢(shì)。,p95,47,（四）土壤水分特征曲線 (soil water characteristic curve),概念 指土壤水吸力與土壤含水量的關(guān)系曲線。,p96,48,0 10 20 30 40 50 60 70,土 壤 水 吸 力,粘土,壤土,砂土,土壤含水量%,影響因素 質(zhì)地 結(jié)構(gòu) 溫度 滯后現(xiàn)象,49,三、土壤水分的有效性,1.水分的有效性：指水分被植物利用的程度。 決定于土壤水吸力和根吸力的對(duì)比。 萎蔫系數(shù)是土壤有效水的下限； 田間持水量是土壤有效水的上限。 超過(guò)田間持水量的水分為多余水 。 速效水：田間持水量至毛管斷裂含水量 遲效水：毛管斷裂含水量至凋萎系數(shù)。,50,土壤含水量,p96,51,圖：土壤持水量不同階段的形態(tài)、能量指標(biāo)和有效狀況,52,2.土壤中有效水含量的計(jì)算,土壤有效水的最大含量（%）= 田間持水量（%） 凋萎系數(shù)（%） 土壤有效水的實(shí)際含量（%）= 土壤含水量（%） 凋萎系數(shù)（%）,53,圖5-3 不同質(zhì)地土壤的有效水分含量圖,4,54,土壤質(zhì)地與有效水最大含量的關(guān)系,p97,壤土粘土沙土,返回,水分高效利用的途徑： 合理開(kāi)采、分配和管理； 減少輸水損失； 提高灌溉效率。,56,小結(jié),土壤含水量的表示方法 土壤水分類(lèi)型及有效性 土水勢(shì)與土壤水吸力 概念 1.相對(duì)含水量 2.田間持水量 3.萎焉系數(shù) 4.土水勢(shì)、土壤水吸力,57,第四節(jié) 土壤水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,液態(tài)水的運(yùn)動(dòng) 氣態(tài)水的運(yùn)動(dòng) 土壤植物大氣連續(xù)體,p98,一.態(tài)水的運(yùn)動(dòng),（一）飽和流 1、飽和流動(dòng)形式 2、飽和流的推動(dòng)力 重力勢(shì)和壓力勢(shì) 2、K飽（Ks） ：主要取決于土壤中粗孔，孔徑愈大、越多，導(dǎo)水率就愈高。 q=kr4 砂土壤土粘土 K飽過(guò)大過(guò)小怎么樣?,p98,59,p100,60,（二）不飽和流,不飽和流主要 不飽和流的推動(dòng)力： 主要是基質(zhì)勢(shì)和重力勢(shì) 不飽導(dǎo)水率取決于細(xì)孔 即粘土壤土砂土 不飽和流中，導(dǎo)水率隨土壤吸力的增加而降低，砂土較為急劇，在粘土中較為緩和，壤土居中。,p99,61,（三）土壤水分的入滲與再分布,1.入滲： 供水期間，液態(tài)水自地表進(jìn)入土壤的過(guò)程。 決定進(jìn)入土中水分的數(shù)量（蓄水量和供水量）. 常使用的指標(biāo)：最后入滲速率,入滲速率隨時(shí)間的變化,p99,p100,63,2.土壤水分的再分布,土壤水分再分布 決定各深度在不同時(shí)間內(nèi)保水量影響根區(qū)水分收支。 土壤剖面水分分布（質(zhì)地均一），如圖 無(wú)論表土下是砂層還是細(xì)土層，入滲最初都能使上層土壤先積蓄水，以后才下滲.,入滲中土壤水剖面,p101,返回,64,二、氣態(tài)水的運(yùn)動(dòng),（一）氣態(tài)水的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 推動(dòng)力：土壤水氣壓梯度溫度 運(yùn)動(dòng)形式：水汽擴(kuò)散和凝結(jié). “夜潮”現(xiàn)象和“凍后聚墑”現(xiàn)象是土壤水汽凝結(jié)的結(jié)果。 水汽凝結(jié)：48/24h ，60100/年 頂凌耙地,p101,65,（二）土面蒸發(fā)規(guī)律（三個(gè)階段）,保墑措施 雨后或灌水后及時(shí)中耕或地面覆蓋是減少土壤水損失的重要措施,土壤水分蒸發(fā)分哪三個(gè)階段?如何保墑?,p101,66,三.土壤植物大氣連續(xù)體,概念(soil-plant-air contiunm) （SPAC） 植物從土中吸水直到最后蒸騰到大氣中去，看作是一個(gè)統(tǒng)一的物理過(guò)程和連續(xù)體系。 在SPAC中水流總是由水勢(shì)高處流向水勢(shì)低處。,SPAC循環(huán)體系,圖5-4 SPAC系統(tǒng)中水分運(yùn)移過(guò)程模式圖,4,68,第五節(jié) 土壤水分狀況及水分平衡,田間水分平衡 土壤水分狀況 土壤水分狀況調(diào)節(jié),69,第五節(jié) 土壤水分狀況及水分平衡,一、田間水分平衡(field moisture balance) 水=水收-水支 水=水降+水灌-水徑-水漏-水蒸-水騰 應(yīng)用水平衡原理，可以了解作物 日耗水量，在灌區(qū)還可作為確定灌溉時(shí)間的依據(jù)。,p103-104,70,水平衡原理應(yīng)用,例：某年4月18日灌拔節(jié)水前根層土壤含水量為89.6mm，當(dāng)即灌水45mm。到4月26日再測(cè)同一根系土壤含水量為100mm，這一時(shí)期若無(wú)降水，灌溉后又無(wú)深層滲漏，則這一時(shí)期作物的日耗水量為 （89.6+45-100）/（26-18）=4.3mm/d,71,二、土壤水分狀況（了解）,土壤水分狀況 我國(guó)北方周年內(nèi)土壤水分狀況可分四個(gè)時(shí)期： 1. 土壤濕度相對(duì)穩(wěn)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,p104-105,72,三、土壤水分狀況調(diào)節(jié),1. 科學(xué)