土壤水氣熱匯總課件

1、 土壤水分 一、土壤水分的類型 二、土壤水分含量的表示方法三、土壤水分的能態(tài) 四、土壤水分有效性 五、土壤水分與作物生長(zhǎng) 土壤水分 一、土壤水分的類型 二、土壤水土壤水的重要意義土壤水是作物吸收水分的主要來源，因此是作物生存的重要條件；土壤水是土壤內(nèi)部化學(xué)、生物和物理過程不可缺少的介質(zhì)；土壤水是土壤肥力的重要因素。土壤水的重要意義土壤水是作物吸收水分的主要來源，因此是作物生一、土壤水的類型及其有效性 -土壤水類型的劃分與土壤水的研究方法有關(guān)。 -土壤水的研究方法有：能量法和數(shù)量法。 能量法的概念將在后續(xù)部分介紹。這里介紹基于數(shù)量法對(duì)土壤水類型的劃分。 一、土壤水的類型及其有效性（一）土壤水分的

2、保持和分類1、 土壤能夠保持水分是兩種不同的力作用的結(jié)果，一是土粒表面對(duì)水分子的吸附力；二是水和空氣界面上的彎月面力（毛管力），兩者總稱為基質(zhì)吸力。土壤水一部分以水膜的形式被土粒吸附于表面，另一部分為水氣界面的彎月面力所保持，即使在很干旱的地區(qū)，也很難將兩部分嚴(yán)格區(qū)分開。2、土壤水分按其在土壤中受力大小和水分性質(zhì)的不同大致分為以下類型：（一）土壤水分的保持和分類土壤水固態(tài)水 冬季土壤結(jié)冰時(shí)存在液態(tài)水氣態(tài)水 存在于土壤空氣中受土粒分子引力吸濕水膜狀水受毛管力作用毛管懸著水毛管上升水受重力作用重力水地下水土壤水固態(tài)水 冬季土壤結(jié)冰時(shí)存在液態(tài)水氣態(tài)水 存在于土1、吸濕水- 干燥土粒通過分子引力和靜電

3、引力的作用，從空氣中吸持汽態(tài)水，使之在土粒表面形成一或數(shù)分子層厚的水膜，稱為吸濕水。-沒有溶解溶質(zhì)的能力，不能呈液態(tài)自由移動(dòng)，只有加熱到105-110C時(shí)，才呈氣態(tài)擴(kuò)散。不能被植物吸收利用。-質(zhì)地粘重、有機(jī)質(zhì)含量高的土壤，吸濕水含量高。-土壤空氣濕度達(dá)到近100%時(shí)，土壤吸濕水達(dá)到最大量。此時(shí)的含水量稱為吸濕系數(shù)。1、吸濕水- 干燥土粒通過分子引力和靜電引力的作用，從空2、膜狀水當(dāng)土壤含水量達(dá)到最大吸濕量時(shí)，土粒對(duì)周圍水分子還有剩余引力，可以在吸濕水外層又吸附一層新的液態(tài)水膜。這層新的水膜就稱為膜狀水?；拘再|(zhì)與液態(tài)水相似，但粘滯性較大，無溶解性?？梢匝赝亮乃ず裉幭氡√幰苿?dòng)。土壤膜狀水含量

4、達(dá)到最大時(shí)，成為最大分子持水量。2、膜狀水當(dāng)土壤含水量達(dá)到最大吸濕量時(shí)，土粒對(duì)周圍水分子還有當(dāng)根接觸膜狀水時(shí)，膜狀水可以被吸收。但膜狀水對(duì)植物而言是供不應(yīng)求的。但膜狀水尚未完全被利用之前，植物就會(huì)出現(xiàn)凋萎狀態(tài)。植物因缺水而出現(xiàn)永久萎焉時(shí)的土壤含水量，稱為凋萎系數(shù)。凋萎系數(shù)是植物可以利用的有效水的下限，它因土壤和植物的不同而不同。當(dāng)根接觸膜狀水時(shí)，膜狀水可以被吸收。但膜狀水對(duì)植物而言是供不3、毛管水當(dāng)土壤含水量超過最大分子持水量時(shí)，水分子不再受土粒表面引力的作用，而是靠毛管引力而保持在土壤的毛管孔隙中，這部分的水就稱為毛管水。毛管水具有自由水的特點(diǎn)，能溶解溶質(zhì)，移動(dòng)速度快，可以滿足作物的需要，是

5、作物可以利用的土壤水分的主要形態(tài)。3、毛管水當(dāng)土壤含水量超過最大分子持水量時(shí)，水分子不再受土粒根據(jù)毛管水與地下水的聯(lián)系情況和所處的地形部位，可以將其分為毛管上升水和毛管懸著水。根據(jù)毛管水與地下水的聯(lián)系情況和所處的地形部位，可以將其分為毛（1）毛管懸著水降雨或灌溉以后，由于毛管力的作用而保留在土壤上層的水分，稱為毛管懸著水。毛管懸著水達(dá)到最大量時(shí)的含水量，稱為田間持水量。田間持水量是旱地土壤有效水的上限。（1）毛管懸著水降雨或灌溉以后，由于毛管力的作用而保留在土壤（2）毛管上升水地下水隨毛管孔隙上升而被毛管力保持在土壤中的水份，稱為毛管上升水。當(dāng)?shù)叵滤贿m當(dāng)時(shí)，毛管上升水是作物所需水份的重要來源

6、。毛管上升水達(dá)到最大量時(shí)的土壤含水量，稱為毛管持水量。（2）毛管上升水地下水隨毛管孔隙上升而被毛管力保持在土壤中的毛管上升水的高度與孔隙的半徑成反比。但當(dāng)孔隙過細(xì)時(shí)，管壁對(duì)水份運(yùn)動(dòng)的阻力增加，因而上升高度反而變小。毛管上升水的高度與孔隙的半徑成反比。但當(dāng)孔隙過細(xì)時(shí)，管壁對(duì)水4、重力水當(dāng)土壤水份超過田間持水量時(shí)，多余的水份不能為毛管所保持而在重力作用下沿著大孔隙向下滲漏，這部分水就稱為重力水。重力水對(duì)作物是有效的，但由于它滲漏很快，不能被保持，所以對(duì)旱作而言是無效的。當(dāng)重力水達(dá)到飽和，即土壤孔隙全部充滿水份時(shí)，土壤的含水量就稱為飽和持水量。4、重力水當(dāng)土壤水份超過田間持水量時(shí)，多余的水份不能為毛

7、管所（一）重量含水量 指土壤水的重量占干土重量的百分率。 （二）容積含水量 指土壤中水的容積占自然狀態(tài)下土壤容積的百分?jǐn)?shù)。水+氣=總孔隙容積 土壤空氣容積百分?jǐn)?shù)=孔隙度水容（%）土壤固相物質(zhì)所占的容積百分?jǐn)?shù)=1一孔隙度可求出土壤固液氣三相物質(zhì)容積比二、土壤水分含量的表示方法通常把在l05一110溫度下能從土壤驅(qū)逐出來的水稱為土壤水。 二、土壤水分含量的表示方法（三）水層厚度 將一定面積一定厚度土層中的水分總量，換算成水層厚度（mm），是與氣象資料相吻合的一種表示方式。 水層厚度（mm）=土層厚度（mm）水容% =土層厚度（mm）水重%土壤容重（四）水的體積 將一定面積和一定深度土層中含水總量，

8、換算成水的體積來表示。水的體積=土壤面積土層厚度土壤容重水重%若面積為畝則：式中1/1000是將毫米數(shù)換算成米數(shù)，2000/3為一畝地面積（m2）此表示方法與水利相應(yīng)，在農(nóng)田灌溉中應(yīng)用極廣，便于計(jì)算灌水量。（三）水層厚度 將一定面積一定厚度土層中的水分總量，換算（五）相對(duì)含水量 指土壤自然含水量占田間持水量的百分?jǐn)?shù) 相對(duì)含水量% 100 這種表示方法在旱地作物栽培中經(jīng)常用到的 （五）相對(duì)含水量 指土壤自然含水量占田間持水量的百分?jǐn)?shù)三、土壤水的能態(tài)在經(jīng)典物理學(xué)中，將能量分為動(dòng)能和勢(shì)能兩種基本形式。由于土壤水的運(yùn)動(dòng)速度很慢，它的動(dòng)能可以忽略不計(jì)。而由于位置和內(nèi)部狀況所產(chǎn)生的勢(shì)能，在決定土壤水的狀態(tài)

9、和運(yùn)動(dòng)方面十分重要。三、土壤水的能態(tài)在經(jīng)典物理學(xué)中，將能量分為動(dòng)能和勢(shì)能兩種基本物體從勢(shì)能高處向低處移動(dòng)，從自由能高處向自由能低處移動(dòng)。進(jìn)入土壤的自由水，由于受到各種力的作用，它的活動(dòng)能力減弱了。換句話說，與相同條件下的純自由水相比，土壤水所含的能量降低了。如果把同樣溫度、高度和大氣壓等條件的純自由水的水勢(shì)等為零，則土水勢(shì)為負(fù)值。物體從勢(shì)能高處向低處移動(dòng)，從自由能高處向自由能低處移動(dòng)。（一）土水勢(shì)所謂土水勢(shì)，就是指土壤水的勢(shì)能與純自由水的能量之差。從熱力學(xué)角度出發(fā)，可以將土壤水的勢(shì)能看成是土壤水和標(biāo)準(zhǔn)水之間化學(xué)勢(shì)的差異。水勢(shì)是除溫度以外的所有影響水的化學(xué)勢(shì)的各種因素之和。因此，土水勢(shì)由各種分勢(shì)

10、組成： = m+ p+ s+ g.（一）土水勢(shì)1、基質(zhì)勢(shì)（基模勢(shì)，m）由于土壤的基質(zhì)吸力（即彎月面力和吸附力）對(duì)水份的吸持而引起的水份勢(shì)值的降低，成為基質(zhì)勢(shì)。一般以純自由水的水勢(shì)為零作為參比標(biāo)準(zhǔn)，所以基質(zhì)勢(shì)是負(fù)值。含水量越高，基質(zhì)勢(shì)的絕對(duì)值越低。當(dāng)土壤水分處于飽和狀態(tài)時(shí)，基質(zhì)勢(shì)趨于零。因此，基質(zhì)勢(shì)對(duì)非飽和土壤的水勢(shì)運(yùn)動(dòng)和保持有極其重要的作用。1、基質(zhì)勢(shì)（基模勢(shì)，m）由于土壤的基質(zhì)吸力（即彎月面力和吸2、壓力勢(shì)（p）在飽和狀態(tài)下，土壤水份所承受的壓力與參照水面的差值，稱為壓力勢(shì)。不飽和土壤中水的壓力勢(shì)等于零。只有在飽和土壤中，土壤水已經(jīng)形成連續(xù)體的情況下，土壤水才存在壓力勢(shì)。壓力勢(shì)大于參比標(biāo)準(zhǔn)，

11、所以壓力勢(shì)恒為正值。同一土壤剖面中，深度越大，壓力勢(shì)越越大。2、壓力勢(shì)（p）在飽和狀態(tài)下，土壤水份所承受的壓力與參照水3、溶質(zhì)勢(shì)（s）由于土壤溶質(zhì)對(duì)土壤水的作用而引起的水分勢(shì)值的降低，稱為溶質(zhì)勢(shì)。其數(shù)值與滲透壓相等，符號(hào)相反，為負(fù)值。土壤中沒有半透膜，所以溶質(zhì)勢(shì)對(duì)土壤水本身的運(yùn)動(dòng)并沒有什么作用，但對(duì)根系吸水有影響。3、溶質(zhì)勢(shì)（s）由于土壤溶質(zhì)對(duì)土壤水的作用而引起的水分勢(shì)值4、重力勢(shì)（g）土壤水由于其所處的位置不同，因重力影響而產(chǎn)生的勢(shì)能也不同，有此而產(chǎn)生的水勢(shì)稱為重力勢(shì)。重力勢(shì)可正可負(fù)，它是與參照面相對(duì)而言的。參照面以上的土壤水重力勢(shì)為正值，參照面以下的為負(fù)值。通常選擇剖面內(nèi)部或底面邊界。4、

12、重力勢(shì)（g）土壤水由于其所處的位置不同，因重力影響而產(chǎn)土水勢(shì)代表土壤水分總的能量水平。土水勢(shì)的絕對(duì)值越小，土壤水分的能量水平就越高。土壤水總是從土水勢(shì)高（即絕對(duì)值）低處移動(dòng)。如果只考慮土壤水分運(yùn)動(dòng)，而不考慮植物對(duì)水的吸收，溶質(zhì)勢(shì)可以忽略。其余三個(gè)分勢(shì)和稱為水力勢(shì)： h = m+ p+ g土水勢(shì)代表土壤水分總的能量水平。土水勢(shì)的絕對(duì)值越小，土壤水分（二）、土壤水吸力指土壤水在承受一定吸力的情況下所處的能態(tài)。土壤水吸力不是指土壤對(duì)水的吸力。上面討論的基質(zhì)吸力和溶質(zhì)吸力一般為負(fù)值，在使用中不太方便。所以將二者之和的絕對(duì)值定義為吸力（S）。也可以分別稱之為基質(zhì)吸力和溶質(zhì)吸力。土壤水總是從吸力低處向吸力

13、高處流動(dòng)。（二）、土壤水吸力指土壤水在承受一定吸力的情況下所處的能態(tài)。（三）、土壤水能態(tài)的定量表示單位容積土壤水的勢(shì)能值用壓力表示，標(biāo)準(zhǔn)單位帕(Pa)，或千帕（KPa），兆帕（MPa），習(xí)慣上也曾用巴（bar）和大氣壓（atm）表示。單位重量的土壤水的勢(shì)能值用相當(dāng)于一定壓力的水柱高厘米數(shù)表示。（三）、土壤水能態(tài)的定量表示單位容積土壤水的勢(shì)能值用壓力表示上述單位之間的關(guān)系是：1Pa=0.0102厘米水柱1atm=1033厘米水柱=1.0133bar1bar=0.9896atm=1020厘米水柱上述單位之間的關(guān)系是：（四）、土水勢(shì)的測(cè)定有多種方法，如：張力計(jì)法、壓力膜法、冰點(diǎn)下降法、水氣壓法等。它

14、們的適宜范圍不同。最常測(cè)定的是基質(zhì)勢(shì)，儀器為張力計(jì)。（四）、土水勢(shì)的測(cè)定有多種方法，如：張力計(jì)法、壓力膜法、冰點(diǎn)張力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖張力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖（五）、土壤水分特征曲線土壤水的基質(zhì)勢(shì)或土壤水吸力是隨土壤含水量的變化而變化的。它們之間的關(guān)系曲線稱為土壤水分特征曲線或土壤持水曲線。（五）、土壤水分特征曲線土壤水的基質(zhì)勢(shì)或土壤水吸力是隨土壤含土壤含水量與土壤水吸力關(guān)系土壤含水量與土壤水吸力呈負(fù)相關(guān)，隨含水量升高，土壤水吸力降低。含水量相同時(shí)，不同質(zhì)地土壤水吸力大小順序?yàn)椋?粘土壤土砂土土壤水吸力相同時(shí)，不同質(zhì)地土壤含水量大小順序?yàn)椋?粘土壤土砂土土壤含水量與土壤水吸力關(guān)系土壤含水量與土壤水吸力呈負(fù)相

15、關(guān)，隨四、土壤水分的有效性土壤水分的有效性指土壤水是否能被植物利用及其被利用的難易程度。傳統(tǒng)的水分形態(tài)學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為：旱地土壤水分有效性的上限是田間持水量，下限是凋萎系數(shù)。四、土壤水分的有效性土壤水分的有效性指土壤水是否能被植物利用土壤水分形態(tài)，水分常數(shù)和土壤水吸力的關(guān)系土壤水分形態(tài)，水分常數(shù)和土壤水吸力的關(guān)系土壤有效水最大貯量（%）=田間持水量（%）凋萎系數(shù)（%）土壤實(shí)際有效水含量（%）=土壤自然含水量（%）凋萎系數(shù)（%）萎系數(shù)=吸濕系數(shù)1.5（經(jīng)驗(yàn)公式）。土壤有效水最大貯量（%）=田間持水量（%）凋萎系數(shù)（%）五、土壤水分狀況與作物生長(zhǎng)（一）土壤水分平衡土壤水平衡是指一定時(shí)間和一定土體內(nèi)，土壤

16、水的收入與支出。水水收水支水降水灌水蒸水騰水漏水徑 五、土壤水分狀況與作物生長(zhǎng) （二）河北省土壤水分季節(jié)變化冬季凍融聚墑期早春墑情平穩(wěn)期晚春初夏干旱期雨季收蓄墑期 （二）河北省土壤水分季節(jié)變化（三） 土壤水分狀況與作物生長(zhǎng)1 作物對(duì)土壤水分的需求若某一生育期土壤缺水,對(duì)作物產(chǎn)量影響最為嚴(yán)重,這一時(shí)期稱為需水臨界期。2 土壤水分影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收 （三） 土壤水分狀況與作物生長(zhǎng)第三節(jié)、土壤水的運(yùn)動(dòng)液態(tài)水運(yùn)動(dòng)汽態(tài)水運(yùn)動(dòng)第三節(jié)、土壤水的運(yùn)動(dòng)液態(tài)水運(yùn)動(dòng)（一）液態(tài)水運(yùn)動(dòng)飽和水運(yùn)動(dòng)不飽和水運(yùn)動(dòng)（一）液態(tài)水運(yùn)動(dòng)飽和水運(yùn)動(dòng)1、飽和水運(yùn)動(dòng)土壤被水所飽和時(shí)產(chǎn)生的水分運(yùn)動(dòng)。按照飽和水運(yùn)動(dòng)的方向，可以將其分為垂直向

17、下飽和運(yùn)動(dòng)、垂直向上飽和運(yùn)動(dòng)和水平飽和運(yùn)動(dòng)。在田間常見到的是垂直向下的飽和運(yùn)動(dòng)。飽和水運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力主要是重力勢(shì)梯度和壓力勢(shì)梯度。1、飽和水運(yùn)動(dòng)土壤被水所飽和時(shí)產(chǎn)生的水分運(yùn)動(dòng)。土柱中的一維垂直向飽和流土柱中的一維垂直向飽和流2、非飽和水運(yùn)動(dòng)多數(shù)田間條件下，土壤水是不飽和的。非飽和流的推動(dòng)力是基質(zhì)勢(shì)和重力勢(shì)梯度。其中主要的是基質(zhì)勢(shì)梯度。非飽和水總是從水膜厚處向水膜薄處運(yùn)動(dòng)；從粗孔隙向細(xì)孔隙運(yùn)動(dòng)。在細(xì)孔隙多的壤土、粘土中非飽和水運(yùn)動(dòng)速度比砂土大。2、非飽和水運(yùn)動(dòng)多數(shù)田間條件下，土壤水是不飽和的。（二）水汽運(yùn)動(dòng)土壤中的水汽運(yùn)動(dòng)主要靠擴(kuò)散作用進(jìn)行。水汽從氣壓高處移向氣壓低處，從溫度高處移向溫度低處。土壤

18、水汽運(yùn)動(dòng)可以發(fā)生在不同層次之間，也可以發(fā)生在土壤與大氣之間。土壤水以汽態(tài)擴(kuò)散到大氣中的現(xiàn)象，稱為土壤蒸發(fā)。這是土壤水分損失的重要途徑。（二）水汽運(yùn)動(dòng)土壤中的水汽運(yùn)動(dòng)主要靠擴(kuò)散作用進(jìn)行。土壤空氣一、土壤空氣的組成二、土壤空氣與作物生長(zhǎng) 三、土壤通氣性及其調(diào)節(jié)土壤空氣一、土壤空氣的組成一、土壤空氣的組成及其特點(diǎn)土壤空氣中的氧氣含量土壤空氣中的二氧化碳含量土壤空氣中的水汽含量土壤空氣的不穩(wěn)定性土壤空氣中的還原性氣體土壤空氣的成分隨著時(shí)間和空間變化一、土壤空氣的組成及其特點(diǎn)土壤空氣中的氧氣含量二、土壤空氣對(duì)作物生長(zhǎng)的影響（一）土壤空氣影響種子萌發(fā)和根系的發(fā)育（二）土壤空氣影響土壤養(yǎng)分狀況（三）土壤空氣

19、影響植物抗病性二、土壤空氣對(duì)作物生長(zhǎng)的影響三、土壤通氣性土壤通氣性泛指土壤空氣與大氣進(jìn)行交換、不同土層之間氣體擴(kuò)散或流動(dòng)的性能。三、土壤通氣性土壤通氣性泛指土壤空氣與大氣進(jìn)行交換、不同土層（一）土壤通氣性的重要意義其重要性在于補(bǔ)充氧氣。如果沒有大氣氧氣的補(bǔ)充，土壤中的氧氣將迅速被耗盡，缺氧將嚴(yán)重影響根系的正常生長(zhǎng)，影響好氣微生物的活動(dòng)，從而影響土壤養(yǎng)分的有效化。一些有毒的還原性物質(zhì)的累積將毒害根系，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使植物死亡。（一）土壤通氣性的重要意義其重要性在于補(bǔ)充氧氣。（二）土壤通氣性的機(jī)制 1、氣體擴(kuò)散 指某種氣體由于分壓梯度而產(chǎn)生的移動(dòng)。 這是土壤與大氣進(jìn)行氣體交換的主要形式。 土壤呼吸: O

20、2（大氣） 土壤 CO2（土壤） 大氣（二）土壤通氣性的機(jī)制 1、氣體擴(kuò)散土壤水氣熱匯總課件2、氣體整體流動(dòng)由于土壤空氣與大氣之間存在總壓力梯度而引起的氣體運(yùn)動(dòng)，稱為整體流動(dòng)。大氣壓、溫度、風(fēng)、降水、灌溉水的擠壓等都可以引起氣體的整體流動(dòng)。2、氣體整體流動(dòng)由于土壤空氣與大氣之間存在總壓力梯度而引起的土壤通氣性的衡量 土壤的通氣孔隙度 土壤通氣孔隙度=總孔隙度-容積含水量對(duì)多數(shù)土壤來說，土壤的通氣孔隙度應(yīng)大于10%。土壤通氣性的衡量(三)、土壤通氣性的調(diào)節(jié)改良土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu) 耕作管理 排水和灌溉(三)、土壤通氣性的調(diào)節(jié) 一、土壤的熱量來源 二、土壤的熱特性 三、影響土壤熱狀況的因素及其調(diào)節(jié)土壤熱量 一、土壤的熱量來源土壤熱量一、土壤熱量的來源（一）太陽的輻射能（二）生物熱（三）地球內(nèi)熱 一、土壤熱量的來源（一）太陽的輻射能土壤熱量平衡 土壤熱量平衡是指土壤熱量的收支情況。Q = E - Q1 - Q2 - Q3 土壤水氣熱匯總課件二、土壤熱性質(zhì)（一）、土壤熱容量（C）