第2章第3節(jié)土壤水分空氣與熱量環(huán)境土壤學(xué)

1、第三節(jié)第三節(jié) 土壤水分、空氣與熱量狀土壤水分、空氣與熱量狀況況 q土壤水分、空氣和熱量是作物正常生長(zhǎng)土壤水分、空氣和熱量是作物正常生長(zhǎng)發(fā)育所必需的基本條件，和土壤養(yǎng)分一發(fā)育所必需的基本條件，和土壤養(yǎng)分一起，共同構(gòu)成土壤肥力的四個(gè)基本要素起，共同構(gòu)成土壤肥力的四個(gè)基本要素q它們相互聯(lián)系、相互制約，經(jīng)常處在動(dòng)它們相互聯(lián)系、相互制約，經(jīng)常處在動(dòng)態(tài)變化之中，使土壤表現(xiàn)出不同的肥力態(tài)變化之中，使土壤表現(xiàn)出不同的肥力特征特征 q一、土壤水分一、土壤水分q二、土壤空氣二、土壤空氣q三、土壤熱量三、土壤熱量q四、土壤水、氣、熱的關(guān)系及其調(diào)節(jié)四、土壤水、氣、熱的關(guān)系及其調(diào)節(jié)一、土壤水分一、土壤水分 q我們通常所

2、說(shuō)的土壤水分是指在我們通常所說(shuō)的土壤水分是指在105105110110下能下能從土壤中驅(qū)逐出來(lái)的水分，而不包括化合水和結(jié)從土壤中驅(qū)逐出來(lái)的水分，而不包括化合水和結(jié)晶水。晶水。q土壤水分是重要的土壤肥力要素土壤水分是重要的土壤肥力要素v 是作物生長(zhǎng)發(fā)育所需水分的主要來(lái)源是作物生長(zhǎng)發(fā)育所需水分的主要來(lái)源v 是作物吸收養(yǎng)分的重要條件是作物吸收養(yǎng)分的重要條件v 參與土壤中許多物理、化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程參與土壤中許多物理、化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程v 自然界重要自然界重要“水庫(kù)水庫(kù)”和水循環(huán)重要環(huán)節(jié)，環(huán)境的重要組分和水循環(huán)重要環(huán)節(jié)，環(huán)境的重要組分q（一）、土壤水分含量及表示方法（一）、土壤水分含量及表示方法 q（二）

3、、土壤水分類(lèi)型與水分常數(shù)（二）、土壤水分類(lèi)型與水分常數(shù) q（三）、土壤水分能量狀態(tài)（三）、土壤水分能量狀態(tài) q（四）、土壤水運(yùn)動(dòng)及田間循環(huán)（四）、土壤水運(yùn)動(dòng)及田間循環(huán) q（五）、土壤水分狀況及其調(diào)節(jié)（五）、土壤水分狀況及其調(diào)節(jié)（一）、土壤水分含量及表示方法（一）、土壤水分含量及表示方法qA A 土壤含水量的表示方法土壤含水量的表示方法 q土壤中所含水分的數(shù)量即為土壤含水量土壤中所含水分的數(shù)量即為土壤含水量( (soil water content)soil water content)，也稱(chēng)土壤濕度也稱(chēng)土壤濕度( (wetness) wetness) 1. 1. 質(zhì)量含水量質(zhì)量含水量( (ma

4、ss water content)mass water content)也稱(chēng)也稱(chēng)重量含水量，指單位質(zhì)量土壤中水分所占的重量含水量，指單位質(zhì)量土壤中水分所占的比例，無(wú)量綱，常用比例，無(wú)量綱，常用m m表示。表示。q也可用單位也可用單位g g-1-1，無(wú)需再注明質(zhì)量含水量。無(wú)需再注明質(zhì)量含水量。 100%烘干土質(zhì)量土壤水的質(zhì)量）土壤質(zhì)量含水量（需要注意的問(wèn)題：質(zhì)量含水量的表示必須以烘干土重為基數(shù)，其原因?yàn)椋?.自然條件下，土壤含水量在時(shí)間、空間變化著，濕土是一種瞬時(shí)狀態(tài)，為了使各地或各時(shí)期土壤含水量有一個(gè)可比性，只有烘干土壤才是一種穩(wěn)定狀態(tài)。2.用烘干土作基數(shù)表示土壤水分含量變化過(guò)程較為直觀。例如

5、：某土壤濕時(shí)重為120g，烘干后為100g，分別用烘干土和濕土作基數(shù)，計(jì)算土壤水分丟失1半后含水量變化：以烘干土為基數(shù)以烘干土為基數(shù)以濕土為基數(shù)以濕土為基數(shù)水分丟失前水分丟失前水分丟失后水分丟失后20100100100120%m10100100100110%m67.16100120100120%m09. 9100110100110%m已知含水量，濕土、干土折算公式 m1濕干ww2. . 容容( (體體) )積含水量積含水量( (volumetric water volumetric water content)content)q指單位容積土壤中水分所占的比例，無(wú)量綱，指單位容積土壤中水分所占的

6、比例，無(wú)量綱，常用常用v v表示。表示。q也可以用也可以用cmcm3 3cmcm-3-3的形式，無(wú)需再注明容積含的形式，無(wú)需再注明容積含水量。水量。 100%土壤總體積土壤水的容積）土壤容積含水量（100/1/容重烘干土質(zhì)量水的質(zhì)量容重烘干土質(zhì)量水的質(zhì)量100容重土壤質(zhì)量含水量)%(三相比的計(jì)算三相比的計(jì)算q通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定土壤容重、比重通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定土壤容重、比重( (也可以取也可以取平均值平均值2.65)2.65)和土壤質(zhì)量含水量可以計(jì)算和土壤質(zhì)量含水量可以計(jì)算土壤孔隙和土壤三相比土壤孔隙和土壤三相比 100/)%(土壤比重土壤容重土壤固相率100)/1 (%)土壤比重土壤容重土壤孔隙度土壤容重

7、水量容積含水量質(zhì)量含土壤液相率(%)相率土壤孔隙度土壤液土壤氣相率(%)氣相率率：土壤液相率：土壤土壤三相比土壤固相q3.3.相對(duì)含水量相對(duì)含水量( (relative water content) relative water content) q指土壤的自然含水量占田間持水量或土壤飽和含指土壤的自然含水量占田間持水量或土壤飽和含水量的百分?jǐn)?shù)。水量的百分?jǐn)?shù)。 q反映土壤水分的有效程度。一般農(nóng)作物適宜的相反映土壤水分的有效程度。一般農(nóng)作物適宜的相對(duì)含水量為田持對(duì)含水量為田持70%70%80%80%100(%)田間持水量土壤自然含水量相對(duì)含水量例：測(cè)得土壤含水量為例：測(cè)得土壤含水量為18%18%

8、，有效水分？，有效水分？ 很難確定有效水分的多少，但如果測(cè)得田持為很難確定有效水分的多少，但如果測(cè)得田持為24%24%，則相對(duì)含水量為，則相對(duì)含水量為75%75%，比較適于作物生長(zhǎng)，比較適于作物生長(zhǎng)。q4.水層厚度水層厚度 q為了使土壤實(shí)際含水量與降雨量、蒸發(fā)量進(jìn)行為了使土壤實(shí)際含水量與降雨量、蒸發(fā)量進(jìn)行比較，將一定厚度土層中所含的水分換算成水比較，將一定厚度土層中所含的水分換算成水層厚度來(lái)表示，單位多采用。層厚度來(lái)表示，單位多采用。10(%)cm(容重質(zhì)量含水量土層厚度10)cm(%)cm()cm()mm(22土壤面積質(zhì)量含水量容重土壤面積土層厚度水層厚度水層厚度公式的應(yīng)用：（1）與氣象資料

9、進(jìn)行互相加減（2）計(jì)算土體中水分的總儲(chǔ)量（3）計(jì)算土壤水分動(dòng)態(tài)變化情況-水分平衡模型的基礎(chǔ)q5.5.土壤水分貯量土壤水分貯量 q指一定面積一定厚度土層水分的總貯量，指一定面積一定厚度土層水分的總貯量，可用體積或重量表示，為和灌水量、排水可用體積或重量表示，為和灌水量、排水量相一致，多采用量相一致，多采用m m3 3/ /畝或畝或m m3 3hmhm-2-2 表示表示 )mm(3/2)m( 3/20001000/1)mm()/m(23水層厚度水層厚度畝土壤水分貯量)mm(10)m(000101000/1)mm()/m(23水層厚度水層厚度公頃土壤水分貯量土壤含水量的測(cè)定技術(shù)TDR法B B 土壤水

10、分含量的測(cè)定土壤水分含量的測(cè)定q烘干法、電阻法、中子法、烘干法、電阻法、中子法、射線法、射線法、TDRTDR法法 q1. 1. 經(jīng)典烘干法經(jīng)典烘干法 q將土樣放入已知重量將土樣放入已知重量w w0 0的鋁盒的鋁盒( (或最后再稱(chēng)或最后再稱(chēng)) )中，中，迅速蓋上盒蓋迅速蓋上盒蓋( (防止水分散失防止水分散失) )，稱(chēng)重，記為，稱(chēng)重，記為w w1 1，打開(kāi)盒蓋，放在烘箱中，于打開(kāi)盒蓋，放在烘箱中，于105105110110下烘至恒下烘至恒重（重（6 68 8小時(shí)以上），再稱(chēng)重，記為小時(shí)以上），再稱(chēng)重，記為w w2 2。0221wwwwmq2. 2. 快速烘干法如紅外線烘干快速烘干法如紅外線烘干法、

11、微波爐烘干法、酒精燃燒法法、微波爐烘干法、酒精燃燒法等，測(cè)定時(shí)間大大縮短等，測(cè)定時(shí)間大大縮短 （一）烘干法：一）烘干法：oven drying methodoven drying method1.1.烘箱烘干法烘箱烘干法(gravimetry with Oven Drying): (gravimetry with Oven Drying): 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：( (1)1)采樣干擾田間土壤水分連續(xù)性采樣干擾田間土壤水分連續(xù)性 (2)(2)不能在同一地點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行觀測(cè)土壤水分動(dòng)態(tài)變不能在同一地點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行觀測(cè)土壤水分動(dòng)態(tài)變化化, ,多點(diǎn)采樣必然會(huì)因?yàn)橥寥罆r(shí)空變異性造成測(cè)試誤差多點(diǎn)采樣必然會(huì)因?yàn)橥寥罆r(shí)空變異

12、性造成測(cè)試誤差 (3)(3)采樣、運(yùn)輸及多次稱(chēng)量會(huì)產(chǎn)生不必要的誤差采樣、運(yùn)輸及多次稱(chēng)量會(huì)產(chǎn)生不必要的誤差 (4)(4)費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，不能快速得到結(jié)果；烘干過(guò)程中費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，不能快速得到結(jié)果；烘干過(guò)程中一些有機(jī)物質(zhì)在這樣溫度情況下有可能氧化分解。給測(cè)一些有機(jī)物質(zhì)在這樣溫度情況下有可能氧化分解。給測(cè)定結(jié)果帶來(lái)誤差。定結(jié)果帶來(lái)誤差。 烘干法是土壤含水量測(cè)定的經(jīng)典方法，是其他方法烘干法是土壤含水量測(cè)定的經(jīng)典方法，是其他方法矯正的基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)方法。矯正的基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)方法。B B 土壤水分含量的測(cè)定土壤水分含量的測(cè)定2.酒精燃燒法（gravimetry with Drying by Burning Alcoho

13、l） 原理：利用酒精與水相溶解以及酒精易燃的特性，使酒精在樣品中燃燒生熱，將水分迅速蒸發(fā)干燥。酒精燃燒時(shí)，火焰距土面2-3cm，樣品溫度約70-80 ，當(dāng)火苗熄滅前的幾秒鐘，火焰下降，土壤溫度上升到180200 ，然后很快下降到8590 ，并緩慢冷卻。 應(yīng)用條件：本方法由于高溫階段時(shí)間短，樣品中有機(jī)質(zhì)及鹽類(lèi)損失甚微，但有機(jī)質(zhì)含量高于5%的樣品，也不適用。 特點(diǎn)：快速，20分鐘左右。適用于在田間進(jìn)行快速測(cè)定。允許誤差1%B B 土壤水分含量的測(cè)定土壤水分含量的測(cè)定q3. TDR法法 rcv2)2(Lctrv5.310-22.910-2r5.510-4r24.310-6r3 TDR儀器探頭土壤水分

14、測(cè)定土壤水分測(cè)定(TDR)( (二二) )、土壤水分類(lèi)型與水分常數(shù)、土壤水分類(lèi)型與水分常數(shù) q水分進(jìn)入土壤后，或者保持在土壤中，水分進(jìn)入土壤后，或者保持在土壤中，或者發(fā)生深層滲漏或側(cè)向滲漏而流出土或者發(fā)生深層滲漏或側(cè)向滲漏而流出土體。體。q土壤水分受到的來(lái)自土壤中的不同性質(zhì)、土壤水分受到的來(lái)自土壤中的不同性質(zhì)、大小和方向的作用力大小和方向的作用力v一是土壤顆粒對(duì)水分子的吸附力，它又包括土壤顆一是土壤顆粒對(duì)水分子的吸附力，它又包括土壤顆粒表面的吸附力和電荷的靜電引力；粒表面的吸附力和電荷的靜電引力；v二是水和空氣界面上的彎月面力，即毛管力；二是水和空氣界面上的彎月面力，即毛管力；v三是地心引力三

15、是地心引力( (重力重力) )。q土壤水分的存在形態(tài)、性質(zhì)以及對(duì)作物土壤水分的存在形態(tài)、性質(zhì)以及對(duì)作物的有效性都有所不同。的有效性都有所不同。A A土壤水分的類(lèi)型與性質(zhì)土壤水分的類(lèi)型與性質(zhì)r按土壤水分所受力的類(lèi)型，劃分為：吸按土壤水分所受力的類(lèi)型，劃分為：吸附水附水(或束縛水或束縛水)、毛管水、重力水、毛管水、重力水土壤水分類(lèi)型土壤水分類(lèi)型受土粒分子引受土粒分子引力（吸附力）力（吸附力）受毛管力作用受毛管力作用受重力作用受重力作用吸濕水（緊結(jié)合水）吸濕水（緊結(jié)合水）膜狀水（松結(jié)合水）膜狀水（松結(jié)合水）毛管懸著水毛管懸著水毛管上升水毛管上升水重力水重力水土壤水的形態(tài)示意圖土壤水的形態(tài)示意圖1土粒

16、土粒2吸濕水吸濕水3膜狀水膜狀水4毛管水毛管水5孔隙中的氣態(tài)水孔隙中的氣態(tài)水6毛管彎月面毛管彎月面7土壤大孔隙中的重力水土壤大孔隙中的重力水1.1.吸濕水吸濕水 p 干燥的土粒靠分子引力從土壤空氣中吸持的汽態(tài)水稱(chēng)為吸濕干燥的土?？糠肿右耐寥揽諝庵形值钠麘B(tài)水稱(chēng)為吸濕水水。 p 受力受力MPa, MPa, 土粒表面可達(dá)土粒表面可達(dá)1 1GPaGPa以上。以上。p 性質(zhì)：與常態(tài)水不同的特性，密度大（平均性質(zhì)：與常態(tài)水不同的特性，密度大（平均1.51.5g/cmg/cm3 3），），冰冰點(diǎn)低（點(diǎn)低（-7.8-7.8），不能移動(dòng)，沒(méi)有溶解性，類(lèi)固態(tài)水。），不能移動(dòng)，沒(méi)有溶解性，類(lèi)固態(tài)水。2.2.膜

17、狀水膜狀水 p 土粒表面的分子引力吸持的液態(tài)水，在土粒吸濕水外圍形成薄土粒表面的分子引力吸持的液態(tài)水，在土粒吸濕水外圍形成薄的水膜，稱(chēng)為的水膜，稱(chēng)為膜狀水膜狀水。膜狀水達(dá)到最大量時(shí)的含水量，稱(chēng)為。膜狀水達(dá)到最大量時(shí)的含水量，稱(chēng)為土土壤最大分子持水量壤最大分子持水量。p 吸持力：吸持力：0.625-30.625-3.lMpa.lMpap 性質(zhì)：密度性質(zhì)：密度1.251.25g/cm3g/cm3。冰點(diǎn)冰點(diǎn)-4-4，溶解力弱。移動(dòng)速度慢，溶解力弱。移動(dòng)速度慢，0.2-0.40.2-0.4mm/hmm/h。p 有效性：作物根系的平均吸水力有效性：作物根系的平均吸水力1.51.5MPaMPa，因此，只能

18、吸收利用因此，只能吸收利用膜狀水的一部分。膜狀水的一部分。p 當(dāng)植物因不能吸收水分而發(fā)生永久萎蔫時(shí)的土壤含水量稱(chēng)為當(dāng)植物因不能吸收水分而發(fā)生永久萎蔫時(shí)的土壤含水量稱(chēng)為萎萎蔫系數(shù)蔫系數(shù)( (或凋萎含水量或凋萎含水量) )。植物可以利用的土壤有效水的下限，。植物可以利用的土壤有效水的下限，制訂灌溉定額的下限。制訂灌溉定額的下限。凋萎系數(shù)凋萎系數(shù)(permanent wilting percentage, permanent wilting (permanent wilting percentage, permanent wilting coefficient) coefficient) 測(cè)定方法:

19、 (1) 幼苗發(fā)：農(nóng)業(yè)上常用向日葵作為直接測(cè)定凋萎系數(shù)的植物。（2）測(cè)定15bar含水量：農(nóng)業(yè)上就大多數(shù)農(nóng)作物來(lái)講，土壤含水量等于凋萎系數(shù)時(shí)，其水吸力大約為1.5Mpa（15bar)，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)農(nóng)作物葉片的滲透壓在1.5-2.0Mpa，以土壤水的形態(tài)而言，大致相當(dāng)于全部吸濕水以及部分膜狀水。需要特別指出的是在林業(yè)上，大多數(shù)樹(shù)木在此水吸力下正常生長(zhǎng)，一些樹(shù)種的滲透壓多為2.5-3左右，有的甚至更高，此外針葉樹(shù)的針葉在土壤供水不足時(shí)沒(méi)有明顯的凋萎癥狀，當(dāng)有外觀癥狀（如針葉干黃而枯萎時(shí)）可能早已死亡，有些闊葉樹(shù)如刺槐當(dāng)遇到干旱脅迫時(shí)，葉子凋萎脫落后，在水分條件好時(shí)重新出芽生長(zhǎng)。影響萎蔫系數(shù)因子：

20、土壤因子和植物因子 不同質(zhì)地土壤的萎蔫系數(shù)（%）土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地粗砂壤土粗砂壤土細(xì)砂土細(xì)砂土砂壤土砂壤土壤土壤土粘壤土粘壤土萎蔫系數(shù)萎蔫系數(shù)0.912.413.016.6粘質(zhì)鹽漬土的萎蔫系數(shù)（%）鹽分鹽分鹽分含量（鹽分含量（%）0.0000.500.751.00NaClNa2SO424.4524.4525.39-26.1325.4226.30-26.9228.3627.3442.4427.443.3.毛管水毛管水 p 靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水稱(chēng)為毛管水。靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水稱(chēng)為毛管水。p 引力：引力：0.08-0

21、.6250.08-0.625Mpa(0.1-6.25atm)Mpa(0.1-6.25atm)之間，可全部被作物之間，可全部被作物所吸收利用。所吸收利用。p 性質(zhì)：基本同自由水，移動(dòng)速度快，可達(dá)性質(zhì)：基本同自由水，移動(dòng)速度快，可達(dá)10-30010-300mm/hmm/h，毛毛管水溶有各種養(yǎng)分，有效水分。管水溶有各種養(yǎng)分，有效水分。p 影響主要因素：土壤孔隙的大小和數(shù)量。影響主要因素：土壤孔隙的大小和數(shù)量。p 分類(lèi)：根據(jù)毛管水與地下水是否相連接，可分成毛管懸著水分類(lèi)：根據(jù)毛管水與地下水是否相連接，可分成毛管懸著水與毛管上升水。與毛管上升水。1 1）毛管懸著水）毛管懸著水 r 土壤上層的毛管水與地下

22、水不直接相連，不受地下水源的補(bǔ)土壤上層的毛管水與地下水不直接相連，不受地下水源的補(bǔ)給，好像懸著在上層土壤的毛管孔隙中，給，好像懸著在上層土壤的毛管孔隙中，稱(chēng)為稱(chēng)為毛管懸著水毛管懸著水。地形部位高，地下水位較深。地形部位高，地下水位較深。r 毛管懸著水達(dá)最大量時(shí)的土壤含水量稱(chēng)為毛管懸著水達(dá)最大量時(shí)的土壤含水量稱(chēng)為田間持水量田間持水量；是旱；是旱地土壤有效水的上限，確定灌水量的重要依據(jù)。大小，主要地土壤有效水的上限，確定灌水量的重要依據(jù)。大小，主要決定于土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)、松緊狀況和土體構(gòu)造決定于土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)、松緊狀況和土體構(gòu)造等。等。r 毛管孔隙中連續(xù)運(yùn)動(dòng)的水分發(fā)生斷裂時(shí)的

23、土壤含水量稱(chēng)為毛管孔隙中連續(xù)運(yùn)動(dòng)的水分發(fā)生斷裂時(shí)的土壤含水量稱(chēng)為毛毛管斷裂含水量管斷裂含水量( (毛管水?dāng)嗔蚜棵芩當(dāng)嗔蚜? )。吸力值約為。吸力值約為0.040.040.08 0.08 MPaMPa，運(yùn)動(dòng)速度緩慢，植物根系吸收困難，因此又稱(chēng)運(yùn)動(dòng)速度緩慢，植物根系吸收困難，因此又稱(chēng)生長(zhǎng)阻滯含水生長(zhǎng)阻滯含水量量，一般為田持的，一般為田持的70%70% 給土壤充分灌水后，及時(shí)覆蓋地表，防止蒸發(fā)，讓其平衡2-3天，到土壤濕度基本穩(wěn)定后測(cè)得的土壤含水量。 特點(diǎn)：降雨或灌溉后，大孔隙中的重力水已經(jīng)排除，滲透水流已降至很低或基本停止時(shí)土壤所吸持的水量。所吸持的水相當(dāng)于吸濕水、膜狀水和懸著水的全部。此時(shí)的土

24、壤含水量約為吸濕系數(shù)的2.5倍，水吸力在0.3大氣壓之間。也有人叫1/3bar含水量 影響因素：田間持水量的大小與土壤孔隙狀況及有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)，粘質(zhì)土壤、結(jié)構(gòu)良好或富含有機(jī)質(zhì)的土壤，田間持水量大。大多數(shù)土壤只在降水后達(dá)到田間持水量。 以相當(dāng)于重力1,000倍的離心力排去飽和土壤中多余的水后，土壤所吸持的水量稱(chēng)為持水當(dāng)量。其數(shù)值近似于田間持水量，水吸力約為1/3大氣壓。 意義：制定灌溉定額的上限 表示土壤水分有效性的上限值問(wèn)題：田間持水量的容積含水量與毛管孔度關(guān)系如何？2)2)田間持水量（田間持水量（field capacity): field capacity): 3 3）毛管上升水）毛管上升

25、水 r在地下水位較淺的地方，當(dāng)表層土壤水分被蒸發(fā)、在地下水位較淺的地方，當(dāng)表層土壤水分被蒸發(fā)、蒸騰而消耗后，地下水可沿毛管上升，使地表水不蒸騰而消耗后，地下水可沿毛管上升，使地表水不斷得到補(bǔ)充。這種斷得到補(bǔ)充。這種借助于毛管力上升到一定高度并借助于毛管力上升到一定高度并保持在上層土壤中的水分稱(chēng)為保持在上層土壤中的水分稱(chēng)為毛管上升水毛管上升水。r毛管上升水達(dá)最大量時(shí)的土壤含水量稱(chēng)為毛管上升水達(dá)最大量時(shí)的土壤含水量稱(chēng)為毛管持水毛管持水量量。r毛管持水量的數(shù)值一般大于田間持水量，在地下水毛管持水量的數(shù)值一般大于田間持水量，在地下水位高的低洼地區(qū)，田間持水量接近于毛管持水量。位高的低洼地區(qū)，田間持水量

26、接近于毛管持水量。4 4) ). .重力水重力水 r 土壤含水量超過(guò)田間持水量以后，多余的水分由于不能為毛土壤含水量超過(guò)田間持水量以后，多余的水分由于不能為毛管力所保持，受重力作用而沿土壤中的大孔隙向下移動(dòng)，這管力所保持，受重力作用而沿土壤中的大孔隙向下移動(dòng)，這種水分叫做種水分叫做重力水重力水。r 所受的吸力為0.1（0.3）-0bar。r 水田中的重力水可以利用的，旱地，很快滲透到根層以下，水田中的重力水可以利用的，旱地，很快滲透到根層以下，如長(zhǎng)期滯留在土壤中，阻礙空氣供應(yīng)，不利植物生長(zhǎng)。如長(zhǎng)期滯留在土壤中，阻礙空氣供應(yīng)，不利植物生長(zhǎng)。r 土壤全部孔隙都充滿(mǎn)水時(shí)的土壤含水量，稱(chēng)為土壤全部孔隙

27、都充滿(mǎn)水時(shí)的土壤含水量，稱(chēng)為飽和含水量或飽和含水量或稱(chēng)全持水量稱(chēng)全持水量。當(dāng)土壤水分飽和時(shí)，土壤空氣及時(shí)排除，植物。當(dāng)土壤水分飽和時(shí)，土壤空氣及時(shí)排除，植物窒息死亡。窒息死亡。r 問(wèn)題：飽和含水量（容積）與土壤孔度關(guān)系？（條件；非脹縮性土壤）B B 土壤水分常數(shù)與有效性土壤水分常數(shù)與有效性 q1. 1. 土壤水分常數(shù)土壤水分常數(shù) q不同性質(zhì)和形態(tài)的水分之間存在一定的界線，這不同性質(zhì)和形態(tài)的水分之間存在一定的界線，這是水分受力由量變引起質(zhì)變的標(biāo)志，這些分界線是水分受力由量變引起質(zhì)變的標(biāo)志，這些分界線所對(duì)應(yīng)的土壤水分含量稱(chēng)為土壤水分常數(shù)。所對(duì)應(yīng)的土壤水分含量稱(chēng)為土壤水分常數(shù)。 q如土壤最大吸濕水量

28、、萎篶系數(shù)、最大分子持水如土壤最大吸濕水量、萎篶系數(shù)、最大分子持水量、毛管斷裂含水量、田間持水量、毛管持水量、量、毛管斷裂含水量、田間持水量、毛管持水量、全持水量等全持水量等 q由于土壤組成和性質(zhì)的復(fù)雜性，以及測(cè)定條件和由于土壤組成和性質(zhì)的復(fù)雜性，以及測(cè)定條件和測(cè)定方法的差異，使土壤水分常數(shù)并不是一個(gè)常測(cè)定方法的差異，使土壤水分常數(shù)并不是一個(gè)常數(shù)值，而是一個(gè)比較固定的數(shù)值范圍。數(shù)值，而是一個(gè)比較固定的數(shù)值范圍。q2. 2. 土壤水分的有效性土壤水分的有效性 q土壤水分的有效性是指土壤水分能否被植物吸收土壤水分的有效性是指土壤水分能否被植物吸收利用以及難易程度。利用以及難易程度。 q不能被植物直

29、接吸收利用的水稱(chēng)為不能被植物直接吸收利用的水稱(chēng)為“無(wú)效水無(wú)效水”；q能被植物直接吸收利用的水稱(chēng)為能被植物直接吸收利用的水稱(chēng)為“有效水有效水”。q土壤有效水的最大含量土壤有效水的最大含量(%)=(%)=田間持水量田間持水量(%)(%)萎萎蔫系數(shù)蔫系數(shù)(%)(%)q土壤有效水的實(shí)際含量土壤有效水的實(shí)際含量(%)=(%)=土壤自然含水量土壤自然含水量(%)(%)萎蔫系數(shù)萎蔫系數(shù)(%) (%) B B 土壤水分常數(shù)與有效性土壤水分常數(shù)與有效性 B B 土壤水分常數(shù)與有效性土壤水分常數(shù)與有效性 q 土壤有效水的最大含量受土壤和作物因素的影響。土壤有效水的最大含量受土壤和作物因素的影響。q 選用根系優(yōu)良的

30、作物品種，培育健壯的根系，抗旱，提高選用根系優(yōu)良的作物品種，培育健壯的根系，抗旱，提高土壤水分的利用率。土壤水分的利用率。q 質(zhì)地質(zhì)地 砂質(zhì)土萎蔫系數(shù)的值較低，但保持的水分少砂質(zhì)土萎蔫系數(shù)的值較低，但保持的水分少( (田間持田間持水量低水量低) )；黏質(zhì)土雖然保持的水分多，但萎蔫系數(shù)高；而壤；黏質(zhì)土雖然保持的水分多，但萎蔫系數(shù)高；而壤質(zhì)土保持的水分量多，無(wú)效水的量又較少，所以壤質(zhì)土最質(zhì)土保持的水分量多，無(wú)效水的量又較少，所以壤質(zhì)土最大有效水含量最多。大有效水含量最多。 土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地 砂土砂土 砂壤土砂壤土 輕壤土輕壤土 中壤土中壤土 重壤土重壤土 黏土黏土 田間持水量田間持水量(%) 12

31、 18 22 24 26 30 萎蔫系數(shù)萎蔫系數(shù)(%) 3 5 6 9 11 15 有效水最大含量有效水最大含量(%) 913 16 15 15 15 土壤水分形態(tài)學(xué) 優(yōu)點(diǎn)：比較直觀，對(duì)土壤水分的保蓄機(jī)制闡述的比較明白。 存在的問(wèn)題有：很難界定他們之間的明顯得界限，人為性比較強(qiáng)，難于準(zhǔn)確地表示土壤水分流動(dòng)方向和水分的有效性。 如何解決這些問(wèn)題？-能量學(xué)的觀點(diǎn)誕生q根據(jù)水分被植物吸收的難易程度可以分為速效根據(jù)水分被植物吸收的難易程度可以分為速效水水( (易效水易效水) )和遲效水和遲效水( (難效水難效水) )。 q不同土壤水分形態(tài)與土壤水分常數(shù)、土壤對(duì)水不同土壤水分形態(tài)與土壤水分常數(shù)、土壤對(duì)水

32、的吸力以及有效性之間存在密切的關(guān)系的吸力以及有效性之間存在密切的關(guān)系( (三三) )、土壤水分能量狀態(tài)、土壤水分能量狀態(tài) q土壤水的能量狀態(tài)就是指土壤中的水分受到各種力的土壤水的能量狀態(tài)就是指土壤中的水分受到各種力的作用后，自由能的變化狀態(tài)。作用后，自由能的變化狀態(tài)。q土壤水的能量主要表現(xiàn)為由位置和內(nèi)部狀況不同所產(chǎn)土壤水的能量主要表現(xiàn)為由位置和內(nèi)部狀況不同所產(chǎn)生的勢(shì)能生的勢(shì)能. . q土壤水分的運(yùn)動(dòng)也主要是由土壤中不同部位水分勢(shì)能土壤水分的運(yùn)動(dòng)也主要是由土壤中不同部位水分勢(shì)能的差異驅(qū)動(dòng)的，土壤水分總是由勢(shì)能高處向低處運(yùn)動(dòng)；的差異驅(qū)動(dòng)的，土壤水分總是由勢(shì)能高處向低處運(yùn)動(dòng)；土壤水分運(yùn)動(dòng)后，其自由能

33、也要降低。土壤水分運(yùn)動(dòng)后，其自由能也要降低。 A A 土水勢(shì)（土水勢(shì)（Soil water Soil water potentialpotential）概念概念 q 國(guó)際土壤學(xué)會(huì)術(shù)語(yǔ)委員會(huì)：?jiǎn)挝粩?shù)量純水可逆地等溫地?zé)o限小國(guó)際土壤學(xué)會(huì)術(shù)語(yǔ)委員會(huì)：?jiǎn)挝粩?shù)量純水可逆地等溫地?zé)o限小量從標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下規(guī)定水平的水池移至土壤中某一地點(diǎn)（成為量從標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下規(guī)定水平的水池移至土壤中某一地點(diǎn)（成為土壤水）所必須做的功。土壤水）所必須做的功。 q 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下純自由水的勢(shì)能值通常假定為零，土壤水受各種力標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下純自由水的勢(shì)能值通常假定為零，土壤水受各種力作用，勢(shì)能比純自由水低，一般為負(fù)值。作用，勢(shì)能比純自由水低，

34、一般為負(fù)值。q 使用土水勢(shì)的優(yōu)點(diǎn)使用土水勢(shì)的優(yōu)點(diǎn)v 第一，作為表征土壤水分存在狀態(tài)的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。第一，作為表征土壤水分存在狀態(tài)的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 v 第二，可以在土壤植物大氣統(tǒng)一體（第二，可以在土壤植物大氣統(tǒng)一體（SPACSPAC）中統(tǒng)一應(yīng)用，以比較水勢(shì)、判中統(tǒng)一應(yīng)用，以比較水勢(shì)、判斷水分的運(yùn)動(dòng)方向以及有效性。斷水分的運(yùn)動(dòng)方向以及有效性。 v 第三，對(duì)土壤水分研究提供某些更為精確快捷的測(cè)定手段。第三，對(duì)土壤水分研究提供某些更為精確快捷的測(cè)定手段。B.B.土水勢(shì)的分勢(shì)土水勢(shì)的分勢(shì) q1. 1. 基質(zhì)勢(shì)基質(zhì)勢(shì)( (matric potential, matric potential, m m) )：是

35、由于是由于土壤固相顆粒（基質(zhì)）對(duì)土壤水分的吸附力和土壤固相顆粒（基質(zhì)）對(duì)土壤水分的吸附力和毛管力造成的土水勢(shì)的變化。毛管力造成的土水勢(shì)的變化。q基質(zhì)勢(shì)總是負(fù)值?；|(zhì)勢(shì)總是負(fù)值。q基質(zhì)勢(shì)與土壤含水量密切相關(guān)，土壤含水量越基質(zhì)勢(shì)與土壤含水量密切相關(guān)，土壤含水量越小，基質(zhì)勢(shì)越小（即基質(zhì)勢(shì)的絕對(duì)值越大）；小，基質(zhì)勢(shì)越?。椿|(zhì)勢(shì)的絕對(duì)值越大）；土壤含水量越大，基質(zhì)勢(shì)越大（即基質(zhì)勢(shì)的絕土壤含水量越大，基質(zhì)勢(shì)越大（即基質(zhì)勢(shì)的絕對(duì)值越?。?；當(dāng)土壤水分達(dá)到飽和時(shí)，土壤的對(duì)值越?。?；當(dāng)土壤水分達(dá)到飽和時(shí)，土壤的基質(zhì)勢(shì)為零?；|(zhì)勢(shì)為零。 q2. 2. 壓力勢(shì)壓力勢(shì)( (pressure potential, pr

36、essure potential, p p) )：是由是由于土壤水在飽和狀態(tài)下承受靜水壓力而引起的于土壤水在飽和狀態(tài)下承受靜水壓力而引起的水勢(shì)的變化。水勢(shì)的變化。q壓力勢(shì)分為靜水壓力勢(shì)和壓力勢(shì)分為靜水壓力勢(shì)和氣壓勢(shì)氣壓勢(shì)。q在不飽和土壤中，土壤水壓力勢(shì)為零。在水分在不飽和土壤中，土壤水壓力勢(shì)為零。在水分飽和的土壤中，在土壤表面以下的水分壓力勢(shì)飽和的土壤中，在土壤表面以下的水分壓力勢(shì)大于參比標(biāo)準(zhǔn)下的壓力勢(shì)，因而壓力勢(shì)為正值。大于參比標(biāo)準(zhǔn)下的壓力勢(shì)，因而壓力勢(shì)為正值。qp pw wVghVgh per unit mass per unit mass p p=gh=ghper unit volume

37、 per unit volume p p= = w wgh gh per unit weight per unit weight p p=h =h B.B.土水勢(shì)的分勢(shì)土水勢(shì)的分勢(shì) q3. 3. 溶質(zhì)勢(shì)溶質(zhì)勢(shì)( (solute potential, solute potential, s s) )：是由于是由于土壤中溶解的溶質(zhì)引起的水勢(shì)的變化。土壤中溶解的溶質(zhì)引起的水勢(shì)的變化。 q溶質(zhì)勢(shì)為負(fù)值，其數(shù)值等于土壤溶液的滲透壓，溶質(zhì)勢(shì)為負(fù)值，其數(shù)值等于土壤溶液的滲透壓，所以溶質(zhì)勢(shì)也稱(chēng)為滲透勢(shì)所以溶質(zhì)勢(shì)也稱(chēng)為滲透勢(shì)( (osmotic osmotic potential)potential)。q溶質(zhì)越

38、多，溶質(zhì)勢(shì)越低。溶質(zhì)越多，溶質(zhì)勢(shì)越低。q溶質(zhì)勢(shì)大小依賴(lài)于溶質(zhì)類(lèi)型溶質(zhì)勢(shì)大小依賴(lài)于溶質(zhì)類(lèi)型()()和濃度和濃度C C，依，依據(jù)據(jù)vant Hoff vant Hoff 方程方程q土壤溶液均勻一致，所以溶質(zhì)勢(shì)對(duì)土壤水分的土壤溶液均勻一致，所以溶質(zhì)勢(shì)對(duì)土壤水分的運(yùn)動(dòng)基本沒(méi)有作用，但對(duì)于植物根系吸水有重運(yùn)動(dòng)基本沒(méi)有作用，但對(duì)于植物根系吸水有重要影響，如鹽堿土中。要影響，如鹽堿土中。 絕對(duì)溫度氣體常數(shù)溶質(zhì)分子量溶質(zhì)濃度:;:;:;:0TRcRTcB.B.土水勢(shì)的分勢(shì)土水勢(shì)的分勢(shì) q 4. 4. 重力勢(shì)重力勢(shì)( (gravitational potential, gravitational potenti

39、al, gg) )：是由于土壤水是由于土壤水分位置不同導(dǎo)致水分的重力不同引起的水勢(shì)的變化。分位置不同導(dǎo)致水分的重力不同引起的水勢(shì)的變化。qg gM Mgzgz v per unit mass g=mgZ/m=gZ (J/kg)per unit mass g=mgZ/m=gZ (J/kg)v per unit volume g =mgZ/v=wgZ (N/m2) per unit volume g =mgZ/v=wgZ (N/m2) v per unit weight g=mgZ/mg=Z (m) per unit weight g=mgZ/mg=Z (m) (1) (1) 與土壤性質(zhì)毫無(wú)關(guān)系與

40、土壤性質(zhì)毫無(wú)關(guān)系 (2) (2) 其值的大小等于待測(cè)點(diǎn)到參考面的其值的大小等于待測(cè)點(diǎn)到參考面的垂直垂直高度高度(Z),(Z),單位為單位為(L)(L) (3) (3) 規(guī)定特測(cè)點(diǎn)在參考面值上取正值（規(guī)定特測(cè)點(diǎn)在參考面值上取正值（+ +）（重力相對(duì)大），）（重力相對(duì)大），在參考面之下取負(fù)值（一）（重力相對(duì)?。┰趨⒖济嬷氯∝?fù)值（一）（重力相對(duì)小） (4)(4)規(guī)定參考面處為零，它的選擇不影響空間任意兩點(diǎn)間重力規(guī)定參考面處為零，它的選擇不影響空間任意兩點(diǎn)間重力勢(shì)差值勢(shì)差值 (5)(5)無(wú)需特別測(cè)量?jī)x器和設(shè)備無(wú)需特別測(cè)量?jī)x器和設(shè)備 一般以地下水面作為參比面（重力勢(shì)為零），水分在參比面一般以地下水面作

41、為參比面（重力勢(shì)為零），水分在參比面以上時(shí)，重力勢(shì)為正值；水分在參比面以下時(shí)，重力勢(shì)為負(fù)以上時(shí)，重力勢(shì)為正值；水分在參比面以下時(shí)，重力勢(shì)為負(fù)值。值。B.B.土水勢(shì)的分勢(shì)土水勢(shì)的分勢(shì) 1.(1.(總）土水勢(shì)總）土水勢(shì): : t t= = g g + + o o+ + p p + + mm 2.2.水勢(shì)（水勢(shì)（water potentialwater potential） ww = = o o + + p p + + mm 描述植物從土壤中吸水能力時(shí)或者土壤水分有效性時(shí)用。描述植物從土壤中吸水能力時(shí)或者土壤水分有效性時(shí)用。(1) (1) 飽和情況下飽和情況下 ww = = o o + + p p(

42、2) (2) 非飽和情況下非飽和情況下 ww = = o o + + mm3. 3. 水力勢(shì)水力勢(shì)(hydraulic potential)(hydraulic potential)（僅涉及液態(tài)水流）（僅涉及液態(tài)水流）h h= = g g + + p p + + mm 表示土壤中水分的移動(dòng)能力時(shí)使用，即水分移動(dòng)的推動(dòng)力。表示土壤中水分的移動(dòng)能力時(shí)使用，即水分移動(dòng)的推動(dòng)力。(1)(1)飽和情況下飽和情況下 h h= = g g + + p p （也叫（也叫水頭高度水頭高度 hydraulic headhydraulic head）(2) (2) 非飽和情況下非飽和情況下 h h= = g g +

43、 + mm 幾種特殊情況下土水勢(shì)幾種特殊情況下土水勢(shì)C.C.土水勢(shì)的定量表示土水勢(shì)的定量表示 q土水勢(shì)可以用單位數(shù)量（單位質(zhì)量、容積或重量）土水勢(shì)可以用單位數(shù)量（單位質(zhì)量、容積或重量）土壤水的勢(shì)能來(lái)定量表示。土壤水的勢(shì)能來(lái)定量表示。 q壓力勢(shì)壓力勢(shì)pwVgh，推導(dǎo)出單位質(zhì)量、單位容積推導(dǎo)出單位質(zhì)量、單位容積和單位重量土壤水分壓力勢(shì)分別為和單位重量土壤水分壓力勢(shì)分別為gh、wgh和和gh。 q重力勢(shì)公式重力勢(shì)公式gMgz，推導(dǎo)出單位質(zhì)量、容積和推導(dǎo)出單位質(zhì)量、容積和重量的土壤水分重力勢(shì)重量的土壤水分重力勢(shì)gz、wgz和和z。 q單位容積土水勢(shì)用壓力的單位帕單位容積土水勢(shì)用壓力的單位帕(Pa)、千

44、帕千帕(kPa)或或兆帕兆帕(MPa)表示，習(xí)慣上也用巴表示，習(xí)慣上也用巴(bar)和大氣壓和大氣壓(atm)表示。表示。 q單位重量土水勢(shì)用相當(dāng)于一定壓力的水柱高度單位重量土水勢(shì)用相當(dāng)于一定壓力的水柱高度(厘米水柱，厘米水柱，cmH2O)來(lái)表示。來(lái)表示。 q1Pa0.0102 cmH2Oq1atm1033 cmH2O 1.0133barq1bar0.9896atm1020 cmH2O q用厘米水柱的對(duì)數(shù)來(lái)表示土水勢(shì)，稱(chēng)用厘米水柱的對(duì)數(shù)來(lái)表示土水勢(shì)，稱(chēng)pF OcmHpFm2,log常用土水勢(shì)單位換算常用土水勢(shì)單位換算D D 土壤水吸力土壤水吸力 q土壤水吸力土壤水吸力(soil water s

45、uction)是指土壤水在承受是指土壤水在承受一定吸力的情況下所處的能態(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)吸力。一定吸力的情況下所處的能態(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)吸力。q其意義并不是指土壤對(duì)水的有一定大小和方向的其意義并不是指土壤對(duì)水的有一定大小和方向的具體吸力，而是表示在各種因素作用下土壤水的具體吸力，而是表示在各種因素作用下土壤水的能態(tài)，與土水勢(shì)的意義一致。能態(tài)，與土水勢(shì)的意義一致。q將土水勢(shì)絕對(duì)值定義為吸力將土水勢(shì)絕對(duì)值定義為吸力 ，分別稱(chēng)為基質(zhì)吸，分別稱(chēng)為基質(zhì)吸力力( (matric suction)matric suction)和溶質(zhì)吸力和溶質(zhì)吸力( (solute solute suction) suction) E E 土水

46、勢(shì)的測(cè)定土水勢(shì)的測(cè)定 q 土水勢(shì)的測(cè)定方法土水勢(shì)的測(cè)定方法q 張力計(jì)法張力計(jì)法( (又稱(chēng)負(fù)壓計(jì)法又稱(chēng)負(fù)壓計(jì)法) )：測(cè)定土壤水分吸力低于：測(cè)定土壤水分吸力低于8.58.510104 4PaPa的土壤基質(zhì)勢(shì)的土壤基質(zhì)勢(shì)q 壓力膜法：可測(cè)定的土水勢(shì)范圍為壓力膜法：可測(cè)定的土水勢(shì)范圍為0.010.012.02.0MPaMPaq 水氣壓法水氣壓法( (又稱(chēng)吸濕法又稱(chēng)吸濕法) )：測(cè)定吸濕水對(duì)應(yīng)的土水勢(shì)：測(cè)定吸濕水對(duì)應(yīng)的土水勢(shì)q 冰點(diǎn)下降法：冰點(diǎn)下降法：q 砂型漏斗法砂型漏斗法( (又稱(chēng)毛管計(jì)法又稱(chēng)毛管計(jì)法) )：可測(cè)定飽和含水量至毛管斷裂：可測(cè)定飽和含水量至毛管斷裂量間對(duì)應(yīng)的土水勢(shì)量間對(duì)應(yīng)的土水勢(shì)q

47、若要測(cè)定從吸濕水到飽和含水量間的土水勢(shì)，應(yīng)選擇不同的若要測(cè)定從吸濕水到飽和含水量間的土水勢(shì)，應(yīng)選擇不同的測(cè)定方法配合使用。測(cè)定方法配合使用。 q1. 張力計(jì)法張力計(jì)法用來(lái)測(cè)張力計(jì)法張力計(jì)法用來(lái)測(cè)定土壤水分的基質(zhì)勢(shì)。定土壤水分的基質(zhì)勢(shì)。A.多孔陶瓷杯（porous ceramic cup）：是張力計(jì)關(guān)鍵部件，也是張力計(jì)的探頭，即土壤濕度感應(yīng)元件。它的質(zhì)量決定著張力計(jì)的測(cè)量的量程范圍儀器的靈敏度。它的孔徑小于2.8m，漏氣值大于1巴，它的透水速率約為810-4 cm/分。制作張力計(jì)一定要進(jìn)行陶瓷杯質(zhì)量檢驗(yàn)。陶瓷杯有不同大小、形狀和規(guī)格。B.連接管（connecting tube）：用塑料管、銅管、

48、玻璃管等材質(zhì)。要求質(zhì)地堅(jiān)硬，耐腐蝕材料。其長(zhǎng)度依賴(lài)于所要測(cè)定的土層深度，長(zhǎng)度會(huì)影響儀器的量程。C.集氣管(air trap):必須透明，常用玻璃。D. 測(cè)壓計(jì)（pressure-measuring device）：決定儀器的測(cè)量精度。常用的有汞壓計(jì)（mercury manometer）、真空表頭（vacuum gauge）、氣阻勢(shì)測(cè)壓計(jì)等（3 3）張力計(jì)的基本類(lèi)型：主要依據(jù)壓力測(cè)定設(shè)備有許多類(lèi)型）張力計(jì)的基本類(lèi)型：主要依據(jù)壓力測(cè)定設(shè)備有許多類(lèi)型：張力計(jì)類(lèi)型與使用張力計(jì)類(lèi)型與使用真空表頭式空氣膨脹式（測(cè)水筆）汞壓計(jì)式（有機(jī)溶劑）示差式張力計(jì)張力計(jì)使用張力計(jì)使用（4）儀器使用技術(shù)A.埋設(shè)前準(zhǔn)備外觀

49、檢查：各部件是否老化漏氣，連接部分是否牢固。裝水（無(wú)氣水）：煮沸過(guò)并冷卻后的水，或經(jīng)過(guò)抽氣的水。除氣和密封性檢查：用注射器進(jìn)行。B.儀器埋設(shè)：張力計(jì)陶瓷杯與土壤密切接觸。C.觀測(cè)讀數(shù)：一般一早晨8時(shí)為宜，此時(shí)溫度變化較小，吸力值相對(duì)穩(wěn)定，且能反映前一天的水分消耗情況。(5)基質(zhì)勢(shì)計(jì)算：真空表示張力計(jì) m土=-表盤(pán)讀數(shù)（換算成cmH2O高）-表頭到陶瓷杯中心線距離汞壓計(jì)式張力計(jì)m土=汞柱高Hg/w-汞柱面到陶瓷杯中心線距離張力張力計(jì)測(cè)計(jì)測(cè)定土定土水勢(shì)水勢(shì)q2. 壓力膜法壓力膜法 土壤所土壤所能保持的水分的土水勢(shì)能保持的水分的土水勢(shì)與所施加的壓力數(shù)值相與所施加的壓力數(shù)值相等。等。 q多孔板根據(jù)所能

50、承受的多孔板根據(jù)所能承受的壓力常分為壓力常分為1巴、巴、3巴、巴、6巴、巴、15巴等幾種巴等幾種 3.壓壓力力膜膜（板）（板）儀儀Pressure plate apparatus出水孔壓力調(diào)控壓力室優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量范圍大（020個(gè)大氣壓）缺點(diǎn)：平衡時(shí)間長(zhǎng)，需要恒溫條件S.J Richards,1931設(shè)計(jì)注意：不同吸力范圍選用不同壓力室和膜或板 壓力膜儀用以測(cè)定土壤持水特性。濕土樣被放在壓力膜儀中，外加一已知的壓力，此壓力可以使低壓下保持在土壤中的任何水分被壓出土壤。通過(guò)在幾個(gè)不同的壓力下分析樣品，則可確定土壤含水量與壓力之間的關(guān)系。各種不同的壓力膜儀用以分析不同大小和數(shù)量的土樣，且在不同的壓力范圍

51、下分析土樣。所有的壓力膜儀都要求在一個(gè)可以提供調(diào)節(jié)的壓力源下進(jìn)行操作。壓縮機(jī)或者高壓氮瓶提供系統(tǒng)壓力。 4.土壤水分離心機(jī)Moisture Equivalent CentrifugeMax Speed_14,000rpmMax R.C.F_25,220gMax Capacity_3,000mlControl_Microcomputer&InverterPower Source_AC200V 20A 7KVANo. of Memories_3 MemoriesPower Source_AC200V 3 30A 10KVADimensions_W700D686H1190(980)mmWeight_

52、300kgPrice_￥2,460,000頂蓋出水孔底盒 環(huán)刀離心盒轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)放入離心機(jī)中技術(shù)參數(shù)原理： pF=2logn+logh+log(r1-h/2)-4.95N:轉(zhuǎn)速；h：土壤樣品高度的一半；r1：離心機(jī)轉(zhuǎn)子半徑 由Schofield（1935）年設(shè)計(jì)提出優(yōu)點(diǎn)：快速、量程大缺點(diǎn)：土壤容重變化大。使用時(shí)先要探索離心平衡時(shí)間離心過(guò)程中水土分為兩個(gè)室)(1018. 1215hrhHn懸掛水柱法吸力平板儀簡(jiǎn)易毛管儀F F土壤水分特征曲線土壤水分特征曲線 q土壤水分吸力（或基質(zhì)勢(shì)）與土壤含水量間的土壤水分吸力（或基質(zhì)勢(shì)）與土壤含水量間的關(guān)系曲線稱(chēng)為土壤水分特征曲線關(guān)系曲線稱(chēng)為土壤水分特征曲線( (

53、soil water soil water characteristic curve)characteristic curve)。 土壤水分特征曲線通常是土壤水分特征曲線通常是用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定不同吸力用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定不同吸力下土壤的含水量，然后以下土壤的含水量，然后以含水量為橫座標(biāo)，以土壤含水量為橫座標(biāo)，以土壤水分吸力為縱標(biāo)繪制出來(lái)水分吸力為縱標(biāo)繪制出來(lái)圖：土壤水分特征曲線圖：土壤水分特征曲線1000010001010.10.01010203040506070影響因素影響因素q土壤水分特征曲線主要受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、溫土壤水分特征曲線主要受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、溫度和水分變化過(guò)程的影響。度和水分變化過(guò)程的

54、影響。q不同質(zhì)地的土壤，水分特征曲線有較大的差異。不同質(zhì)地的土壤，水分特征曲線有較大的差異。砂土在較低的吸力范圍下，曲線比較平緩，而砂土在較低的吸力范圍下，曲線比較平緩，而在較高吸力范圍內(nèi)，比較陡直；黏土隨著吸力在較高吸力范圍內(nèi)，比較陡直；黏土隨著吸力的提高，含水量逐漸減少。的提高，含水量逐漸減少。q在土壤水分吸力相同時(shí)，砂土的水分含量低于在土壤水分吸力相同時(shí)，砂土的水分含量低于黏土，而在土壤水分含量相同時(shí)，砂土的水分黏土，而在土壤水分含量相同時(shí)，砂土的水分吸力低于黏土。吸力低于黏土。 滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象q土壤由濕變干和由干變濕土壤由濕變干和由干變濕的過(guò)程不同，土壤水分特的過(guò)程不同，土壤水分特征

55、曲線也不同。這種現(xiàn)象征曲線也不同。這種現(xiàn)象稱(chēng)為滯后現(xiàn)象稱(chēng)為滯后現(xiàn)象( (hysteresis)hysteresis)。滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象的產(chǎn)生可能是由于土壤的的產(chǎn)生可能是由于土壤的脹縮性和土壤孔隙的性質(zhì)脹縮性和土壤孔隙的性質(zhì)( (如存在封閉孔隙、孔隙的如存在封閉孔隙、孔隙的不規(guī)則性等不規(guī)則性等) )所致。所致。 土壤水分特性曲線土壤水分特性曲線土壤滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：（1 1）墨水瓶頸效應(yīng)（）墨水瓶頸效應(yīng)（ink-bottle effect)ink-bottle effect)（2 2）接觸角效應(yīng)（）接觸角效應(yīng)（contact angle effect)contact angle effect)

56、（3 3）封閉空氣作用（）封閉空氣作用（Entrapped airEntrapped air）：）： Entrapped airEntrapped air，which decreases the water content in wetted soils.which decreases the water content in wetted soils.降低了重新濕潤(rùn)過(guò)程中土壤含水量，達(dá)不到真正平衡。降低了重新濕潤(rùn)過(guò)程中土壤含水量，達(dá)不到真正平衡。（4 4） 土壤脹縮性影響（土壤脹縮性影響（swelling and shrinkingswelling and shrinking，which c

57、hange the which change the structure of the soil.structure of the soil. 土壤的滯后現(xiàn)象進(jìn)一步表明了土壤的保水特性土壤的滯后現(xiàn)象進(jìn)一步表明了土壤的保水特性溫度的影響溫度的影響溫度影響水的密度、溫度影響水的密度、表面張力和粘質(zhì)系表面張力和粘質(zhì)系數(shù)等數(shù)等實(shí)用價(jià)值（一般了解）實(shí)用價(jià)值（一般了解）q可以進(jìn)行土壤水分吸力可以進(jìn)行土壤水分吸力(或基質(zhì)勢(shì)或基質(zhì)勢(shì))與土壤含水量間與土壤含水量間的換算。如，利用張力計(jì)監(jiān)測(cè)土壤水分吸力的動(dòng)的換算。如，利用張力計(jì)監(jiān)測(cè)土壤水分吸力的動(dòng)態(tài)變化，換算出初始含水量，計(jì)算灌水定額。態(tài)變化，換算出初始含水量，

58、計(jì)算灌水定額。q可以間接反映土壤孔隙的分布狀況。由土壤水分可以間接反映土壤孔隙的分布狀況。由土壤水分吸力可以換算為土壤孔隙的當(dāng)量孔徑。吸力可以換算為土壤孔隙的當(dāng)量孔徑。q可以用來(lái)幫助分析土壤的持水性水分的有效性?？梢杂脕?lái)幫助分析土壤的持水性水分的有效性。如，一般砂土的水分有效性較高，而黏土的水分如，一般砂土的水分有效性較高，而黏土的水分有效性較低。有效性較低。q第四，是應(yīng)用數(shù)學(xué)物理方法研究土壤水分運(yùn)動(dòng)時(shí)第四，是應(yīng)用數(shù)學(xué)物理方法研究土壤水分運(yùn)動(dòng)時(shí)的重要參數(shù)。如，土壤水分特征曲線的斜率的重要參數(shù)。如，土壤水分特征曲線的斜率(C0，定義為比水容量定義為比水容量)是計(jì)算水力擴(kuò)散的重要參數(shù)。是計(jì)算水力擴(kuò)

59、散的重要參數(shù)。 S=ab S=a(/s)b S=A(s-)n/m 。土土壤壤水水分分特特性性曲曲線線制制作作在不同吸力段采用不同的測(cè)定方法，最后進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合在不同吸力段采用不同的測(cè)定方法，最后進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合( (四四) )、土壤水運(yùn)動(dòng)及田間循環(huán)、土壤水運(yùn)動(dòng)及田間循環(huán) qA A土壤水分的運(yùn)動(dòng)土壤水分的運(yùn)動(dòng) q1. 1. 土壤水分的飽和流動(dòng)土壤水分的飽和流動(dòng) q土壤中所有孔隙始終充滿(mǎn)水時(shí)的水分運(yùn)動(dòng)稱(chēng)土壤中所有孔隙始終充滿(mǎn)水時(shí)的水分運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為飽和流動(dòng)。為飽和流動(dòng)。q重力勢(shì)和壓力勢(shì)梯度是水分飽和流動(dòng)的主要重力勢(shì)和壓力勢(shì)梯度是水分飽和流動(dòng)的主要推動(dòng)力。推動(dòng)力。q在生產(chǎn)實(shí)際中，大量持續(xù)灌水或降水，造成在生產(chǎn)實(shí)

60、際中，大量持續(xù)灌水或降水，造成土壤飽和；泉水沿孔隙向上涌出，向上；水土壤飽和；泉水沿孔隙向上涌出，向上；水體向下滲水，向下；水庫(kù)向周?chē)鷿B水，水平。體向下滲水，向下；水庫(kù)向周?chē)鷿B水，水平。 q土壤水分飽和流動(dòng)遵循達(dá)西定律土壤水分飽和流動(dòng)遵循達(dá)西定律( (Darcys law)Darcys law)，即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積土壤的水量即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積土壤的水量( (土壤水通土壤水通量量) )與土水勢(shì)梯度成正比與土水勢(shì)梯度成正比 qq q為土壤水通量，為土壤水通量，HH為飽和水流兩端土水勢(shì)差；為飽和水流兩端土水勢(shì)差；L L為水流兩端的直線長(zhǎng)度；為水流兩端的直線長(zhǎng)度；HH/ /L L為水勢(shì)梯度