土壤肥料學(xué)土壤水PPT課件

1、五 土壤結(jié)構(gòu)的管理增施有機(jī)肥種植綠肥，合理輪作科學(xué)的土壤管理：合理耕作、進(jìn)行水分管理及施用石灰和石膏等。使用土壤結(jié)構(gòu)改良劑鹽堿地電流改良第1頁/共34頁第三節(jié) 土壤物理機(jī)械性和耕性 P741 土壤耕性：土壤在耕作時(shí)及耕作后所表現(xiàn)的性狀。u土壤耕性好壞標(biāo)準(zhǔn)：耕作難易耕作質(zhì)量宜耕期長短第2頁/共34頁2 影響耕性的因素1）粘結(jié)性：土壤顆粒間的粘結(jié)作用，是使土壤具有抵抗外力破碎的性能。 影響粘結(jié)性的因素：質(zhì)地、腐殖質(zhì)含量、水分含量2）粘著性：土壤粘附在其他物體上的性能。 粘結(jié)性和粘著性是產(chǎn)生耕作阻力的主要因素。第3頁/共34頁3）可塑性：土壤在一定含水量范圍內(nèi)，在外力作用下可改變成各種形狀，并在干燥

2、后能保持這種形狀的性能。 影響因素：水分含量、質(zhì)地、腐殖質(zhì)3 宜耕期：主要受適合耕作的土壤含水量的影響，另外還受土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)影響。第4頁/共34頁第四章 土壤水v土壤水是土壤最重要的組成部分，表現(xiàn)在：1.土壤形成過程：土壤中物質(zhì)的遷移；水解、水化、溶解。2.物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程：有機(jī)質(zhì)的分解與合成；物理、化學(xué)、生物學(xué)過程。3.植物吸水的主要來源土壤水并非純水，而是稀薄的溶液。指107 C下能從土壤中驅(qū)逐出來的水。第5頁/共34頁一 土壤水的類型及有效性1. 類型： 進(jìn)入土壤中的水分由于受到土粒分子引力和土粒間毛管引力等作用保持在土壤中。根據(jù)土壤水所受力的大小、性質(zhì)以及相應(yīng)地被作物利用的關(guān)系對(duì)土壤水進(jìn)

3、行分類。1) 吸濕水：由于固體土粒表面的分子引力和靜電引力對(duì)空氣中的水汽分子的吸附作用而被保持的水分。吸濕系數(shù)：土壤吸附氣態(tài)水分子的最大量。也叫最大吸濕量。第6頁/共34頁2) 膜狀水：當(dāng)對(duì)只含有吸濕水的風(fēng)干土用液態(tài)水進(jìn)行浸潤時(shí)，吸濕水層外可吸附液態(tài)水分子形成水膜，這層水膜就叫膜狀水。吸力范圍為：316.25atm，移動(dòng)緩慢。根毛吸力為15atm。萎蔫系數(shù)：當(dāng)土壤水吸力大于15atm時(shí)，作物吸收不到水而萎蔫，這時(shí)的土壤含水量稱為萎蔫系數(shù)。(吸濕水+部分膜狀水)膜狀水達(dá)到最大值時(shí)為最大分子持水量。第7頁/共34頁3) 毛管水：受毛管引力作用保持在土壤毛管孔隙中的水分。 吸力范圍為：0.086.2

4、5atm。既能被根毛吸收，也能被土壤保持。a. 毛管上升水：地下水隨毛管上升而被保持在土壤中的水分。 毛管持水量：土壤毛管上升水的最大量。第8頁/共34頁b. 毛管懸著水：降雨或灌水之后，由于毛管力的作用而保持在上層土壤中的水分。 田間持水量：當(dāng)毛管懸著水達(dá)到最大值時(shí)，土壤所有的毛管孔隙都充滿水分，這時(shí)的土壤含水量稱為田間持水量。 毛管聯(lián)系破裂含水量：當(dāng)田間持水量降低到一定限度，毛管懸著水的連續(xù)狀態(tài)剛好被打破時(shí)的土壤含水量。第9頁/共34頁4) 重力水：土壤含水量超過田間持水量，多余水受重力支配沿大孔隙(通氣孔)向下滲透，這部分水叫重力水。 土壤飽和含水量：當(dāng)重力水達(dá)到飽和，即土壤的大孔隙全部

5、被水分占據(jù)時(shí)的含水量。2. 土壤水的有效性 P97無效水有效水(速效水、遲效水)第10頁/共34頁107C烘干土吸濕系數(shù)萎蔫系數(shù)最大分子持水量毛管聯(lián)系破裂含水量吸濕水膜 狀 水田間持水量飽和持水量毛管懸著水重力水無 效 水遲 效 水速 效 水第11頁/共34頁二. 土壤含水量的表示方法1.質(zhì)量含水量(率) Qm2.容積含水量=質(zhì)量含水量容重 Qv= Qm b3.相對(duì)含水量=土壤含水量/田間持水量4.貯水量深度：一定厚度土層內(nèi)的土壤含水量折算成貯水深度，以mm表示。Dw=h.Qv (h為土層厚度)第12頁/共34頁5. 貯水量容積(V)：指一定面積一定厚度土層內(nèi)水的容積。若以方/畝計(jì)， V方/畝

6、 =667m2 h 10-3 Qv=0.667 Dw；若以方/公頃計(jì)， V方/公頃= 10 Dw。例如：1m土層厚度，貯水量深度為200mm，求貯水量容積？ V方/公頃= 10 Dw=10200=2000方第13頁/共34頁三. 土壤水分含量的測定1. 烘干法：經(jīng)典烘干法；快速烘干法：紅外線烘干法、微波爐烘干法、酒精燃燒法。2. 中子法：中子儀（中子與水分子中的氫碰狀使其能量減少）3. TDR法（時(shí)域反射儀）第14頁/共34頁第二節(jié) 土壤水的能態(tài)一 土水勢及其分勢土壤容量學(xué)觀點(diǎn)土壤能量學(xué)觀點(diǎn)1907年提出了能量學(xué)觀點(diǎn)，我國1979年才起步。物質(zhì)在承受各種力的作用后其自由能會(huì)發(fā)生變化。物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)

7、總是從自由能高處向低處移動(dòng)。第15頁/共34頁1. 概念：土壤水在各種力的作用下自由能的變化值，即土水勢。變化：與同等條件下純自由水的自由能的差值。用希臘字母(psi)表示。2. 土水勢的分勢1) 基質(zhì)勢(m )：由于土壤顆粒(基質(zhì))的吸附力和毛管力所引起的水勢變化。 土壤水不飽和狀態(tài)下，水分受到吸附力和毛管力的作用，自由能水平降低，基質(zhì)勢為負(fù)值。 m0 土壤含水量越低，基質(zhì)勢越低。 當(dāng)土壤水分飽和，基質(zhì)勢等于零。第16頁/共34頁2) 壓力勢(p)：土壤水在飽和狀態(tài)下成連續(xù)體，水分受到土壤水體的靜水壓力，靜水壓力所產(chǎn)生的水勢與大氣壓之差即為壓力勢。在不飽和水體中由于不存在靜水壓力，故壓力勢為

8、零。一般土壤水處于不飽和狀態(tài)，故壓力勢不計(jì)。連續(xù)水體表面僅承受大氣壓，壓力勢也為零。 p= wghv(h為水面以下深度)第17頁/共34頁3) 溶質(zhì)勢(滲透勢) s：由土壤水中的溶質(zhì)所引起的水勢變化。4) 重力勢(g)：由水的重力作用所引起的水勢變化。所有土壤水都受重力作用。重力勢的大小取決于研究點(diǎn)和參比點(diǎn)之間的垂直距離，當(dāng)研究點(diǎn)在參比點(diǎn)以上時(shí)，重力勢為正，反之為負(fù)。一般以地下水面或地面為參照面。第18頁/共34頁5) 總水勢(土水勢) tu t = m+ p + s + g當(dāng)水分飽和時(shí)：t = p + g當(dāng)水分不飽和時(shí)：t = m + g第19頁/共34頁二 土壤水吸力(S)：指土壤水承受一

9、定吸力時(shí)所處的能態(tài)與土水勢的區(qū)別：土壤水吸力只包括基質(zhì)勢和溶質(zhì)勢。通常不考慮溶質(zhì)勢。概念上不是指土壤對(duì)水的吸力，但可以用土壤對(duì)水的吸力來表示。與m符號(hào)相反。土壤水從土水勢高處流向低處，但從水吸力低出流向高處。第20頁/共34頁三 土壤水能態(tài)的定量表示方法 標(biāo)準(zhǔn)單位為Pa，也可以用KPa及MPa表示 1MPa =1atm (大氣壓)=1bar(巴)第21頁/共34頁四 土水勢的測定：張力記法五 土壤水分特征曲線：土壤水的能量指標(biāo)與容量指標(biāo)的相關(guān)曲線，表示土壤在某一含水量時(shí)土壤水所受的吸力，或土壤水處于某一吸力狀態(tài)時(shí)的土壤含水量。P96第22頁/共34頁第三節(jié) 土壤水的運(yùn)動(dòng) 液態(tài)水的運(yùn)動(dòng)： 飽和水

10、流：重力水為主 不飽和水流：毛管水及膜狀水 氣態(tài)水的運(yùn)動(dòng)第23頁/共34頁一 飽和水流q達(dá)西(Darcy)定律：通過單位斷面的水量與土水勢梯度成正比。(水勢梯度=水勢差/距離)q = -Ks H/L公式含義：q為水通量，表示單位時(shí)間通過單位斷面的水容積，單位為cm3/s； Ks為飽和導(dǎo)水率； H為水勢差(p + g)；L為水流程長度。飽和水流的方向：垂直向上(河南上浸土、京郊瀉湯土)、垂直向下、水平方向(土壤遇到不透水層向河湖兩側(cè)、排水溝兩側(cè)、渠道兩側(cè))第24頁/共34頁二 非飽和水流 （t = m + g）公式：q = -K(m )d/dx說明： m值隨不飽和水含量而發(fā)生變化 ，其導(dǎo)水率也發(fā)

11、生變化；若為水平流，不考慮g ，若為垂直流，則要考慮g。第25頁/共34頁三 入滲、土壤水的再分布及土面蒸發(fā)1. 入滲：水進(jìn)入土壤的過程入滲的決定因素：供水速度、土壤的入滲能力。當(dāng)供水速度小于入滲能力時(shí)(滴灌、噴灌、小降雨)，由供水速度決定，否則由入滲能力決定。入滲能力大?。鹤畛跞霛B速度、最后入滲速度(又稱透水率或滲透系數(shù))、入滲開始一個(gè)小時(shí)的入滲速度第26頁/共34頁入滲后的剖面分布圖 P101：飽和層、延伸層、濕潤層、濕潤峰(入滲水與干土交界的平面) 2. 土壤水的再分布：為不飽和流，受土壤水吸力梯度和重力的影響；12年或更長的時(shí)間。第27頁/共34頁四 水汽運(yùn)動(dòng)1. 水汽擴(kuò)散：符合一般氣

12、體的擴(kuò)散定律 公式：q = -Dv.Pv/X 說明：Dv為水汽擴(kuò)散系數(shù)；Pv/X為水汽壓梯度，即單位距離內(nèi)的水汽壓差。以溫度梯度為主，還包括土水勢梯度（土壤水吸力梯度，濕度梯度） 。 當(dāng)土壤含水量相同時(shí)，水汽從溫度高處向溫度低處擴(kuò)散；當(dāng)土壤溫度相同時(shí)，土壤水汽由濕土向干土擴(kuò)散。第28頁/共34頁2. 水汽凝結(jié)：水汽遇冷時(shí)凝結(jié)成水夜潮：地下水較淺時(shí)，白天表土被曬干，夜間降溫又快。水汽向表土移動(dòng)遇冷凝結(jié)。凍后聚墑：冬季表土凍結(jié)，汽壓降低（相當(dāng)于濕度降低），水汽向表層移動(dòng)。u土面蒸發(fā) P102：土壤水不斷以水汽的形式由表土向大氣擴(kuò)散而逸失的現(xiàn)象。由大氣蒸發(fā)能力(輻射、氣溫、濕度、風(fēng)速)和土壤含水率(

13、土壤的供水能力)決定。第29頁/共34頁五 田間土壤水分平衡：即一定容積土體內(nèi)水的收入和支出 P103 W=W收 W支=P + I + U R D E T InP為降水量，I為灌水量，U為上行水量；R為徑流水量(如在平地，且水不多時(shí)則為零)；D為下滲水量；E為蒸發(fā)水量；T為葉面蒸騰水量；In為冠層截留量(難統(tǒng)計(jì)，可以忽略不記)。 W=W收 W支=P + I + U D ET降雨量可以用雨量筒測定第30頁/共34頁作業(yè)v某土壤含水量為20%，萎蔫系數(shù)為5%，容重為1.2，田間持水量為30%。1.問：棉花在開花結(jié)鈴期每天需水5.1mm，問此土壤30cm土層能抗旱多少天？2.某天降雨量為6mm，能使多厚土層達(dá)到田間持水量？3.30cm土層要達(dá)到田間持水量，問需要灌水多少方？Qv= Qm b；Dw=h.Qv；V方/畝 =2/3 Dw；V方/公頃= 10 Dw第31頁/共34頁Qv= Qm b；Dw=h.Qv；V方/畝 =2/3 Dw；V方/公頃= 10 Dw1 可用于抗旱的有效水 Qm=20%-5%=15%Qv= Qm bQv=15%1.2=18%Dw=h.Qv Dw=18% 300=54mm抗旱天數(shù)=54/5.1=11天2 達(dá)到田間持水量的需水容積含水量 Qv= QmbQv=(3