第七章 土壤水水分移動與循環(huán).ppt

1、第七章 土壤水分移動與循環(huán),第一節(jié) 土壤液態(tài)水運(yùn)動,一、土壤飽和流 (Soil Saturated Water Flow),飽和流的推動力主要是重力勢梯度和壓力勢梯度，基本上服從飽和狀態(tài)下多孔介質(zhì)的達(dá)西定律(Darcys law)。 單位時間內(nèi)通過單位面積土壤的水量，土壤水通量與土水勢梯度成正比。,土壤所有的孔隙都充滿了水時，水分向土壤下層或橫向運(yùn)動的速度。,飽和流導(dǎo)水率 (Saturated hydraulic conductivity),二、土壤非飽和流（unsaturted soil water flow),土壤非飽和流的推動力主要是基質(zhì)勢梯度和重力勢梯度。它也可用達(dá)西定律來描述，對一維

2、垂向非飽和流，其表達(dá)式為：,非飽和流導(dǎo)水率 (unsaturated hydraulic conductivity),土壤水吸力和導(dǎo)水率之間的關(guān)系,K(m)為非飽和導(dǎo)水率，d/dx為總水勢梯度 (water potential gradient),非飽和導(dǎo)水率是土壤基質(zhì)勢的函數(shù)。,飽和條件下的總水勢梯度可用差分形式，而非飽和條件下則用微分形式： 飽和條件下的土壤導(dǎo)水率Ks對特定土壤為一常數(shù)，而非飽和導(dǎo)水率是土壤含水量或基質(zhì)勢（m）的函數(shù)。,非飽和條件下土壤水流的數(shù)學(xué)表達(dá)式與飽和條件下的類似，二者的區(qū)別在于：,三、土壤水分入滲與再分布,（一） 水分入滲（infiltration) 一般是指水自土

3、表垂直向下進(jìn)入土壤的過程，但也不排斥如溝灌中水分沿側(cè)向甚至向上進(jìn)入土壤的過程。,影響因素： 一是供水速率，二是土壤的入滲能力 (入滲速率infiltration rate),幾種不同質(zhì)地土壤的最后穩(wěn)定入滲速率(毫米/小時),最初入滲速率：Initial infiltration rate 穩(wěn)定入滲速率：Stable infiltration rate,所以無論表土下是砂土層還是細(xì)土層，在不斷入滲中最初能使上層土壤先積蓄水，以后才下滲。,（二）土壤水再分布 (soil water redistribution),概念：土壤水 入滲過程結(jié)束后，水在重力和吸力梯度影響下在土壤中向下移動重新分布的過程

4、。 土壤水的再分布是土壤水的不飽和流。,(三)土壤水的滲漏（Soil water percolation) 把通過土壤某一深度處,如通?？紤]某一植物的最大扎根深度處, 向下的水分運(yùn)動稱為土壤水的滲漏。,第二節(jié) 土壤氣態(tài)水運(yùn)動,土面蒸發(fā)過程區(qū)分為三個階段。 1、大氣蒸發(fā)力控制階段 穩(wěn)定蒸發(fā)階段蒸發(fā)強(qiáng)度的大小主要由大氣蒸發(fā)能力決定，可近似為水面蒸發(fā)強(qiáng)度E0。此階段含水率的下限，一般認(rèn)為該值相當(dāng)于田間持水量的50-70% 。,概念：土壤水汽進(jìn)入大氣的過程。 當(dāng)土壤供水充分時，由大氣蒸發(fā)能力決定的最大可能蒸發(fā)強(qiáng)度稱為潛在蒸發(fā)強(qiáng)度。(Soil potential evaporation),一、土面水分蒸

5、發(fā),2、表土蒸發(fā)強(qiáng)度隨含水率變化的階段 蒸發(fā)速率急劇降低，有利于土壤墑情的保持,3、水汽擴(kuò)散階段 土壤輸水能力極弱，不能補(bǔ)充表土蒸發(fā)損失的水分，土壤表面形成干土層。在此階段，蒸發(fā)面不是在地表，而是在土壤內(nèi)部，蒸發(fā)強(qiáng)度的大小主要由干土層內(nèi)水汽擴(kuò)散的能力控制，并取決于干土層厚度，一般來說，其變化速率十分緩慢而且穩(wěn)定。,土壤保墑措施在蒸發(fā)的第一階段進(jìn)行效果最佳；第二階段次之。,二、 土壤內(nèi)部的水氣運(yùn)動,土壤氣態(tài)水的運(yùn)動表現(xiàn)為： 水汽擴(kuò)散和水汽凝結(jié)兩種現(xiàn)象,水汽擴(kuò)散運(yùn)動的推動力是水汽壓梯度，這是由于土壤水勢梯度或土壤水吸力梯度和溫度梯度所引起的。,1、“夜潮”現(xiàn)象 多出現(xiàn)于地下水埋深較淺的“夜潮地”。

6、,2、“凍后聚墑”現(xiàn)象* 冬季表土凍結(jié)，水汽壓降低，而凍層以下土層的水汽壓較高，于是下層水汽不斷地向凍層集聚、凍結(jié)、使凍層不斷加厚，其含水量有所增加，這就是“凍后聚墑”現(xiàn)象。,“凍后聚墑”的多少，主要決定于該土壤的含水量和凍結(jié)的強(qiáng)度。含水量高凍結(jié)強(qiáng)度大，“凍后聚墑”就比較明顯。一般對土壤上層增水作用為24左右 。,第三節(jié) 土壤水循環(huán)、平衡及有效性,田間土壤水分平衡示意圖，據(jù)此可列出其土壤水分平衡的數(shù)學(xué)表達(dá)式： W=P+I+U-ET-R-In-D,一、農(nóng)田土壤水分循環(huán)及平衡,（一）土壤植物大氣連續(xù)體 (Soil-plant-atmosphere continuum),由水勢引起水由土壤進(jìn)入植物體

7、，再向大氣擴(kuò)散的體系。,沙漠植物在200800萬帕?xí)r仍能生存。,二、土壤水分有效性,（二）土壤水的有效性 土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及其難易程度。 不能被植物吸收利用的水稱為無效水，能被植物吸收利用的水稱為有效水。,通常把土壤萎蔫系數(shù)看作土壤有效水的下限， 當(dāng)植物因根無法吸水而發(fā)生永久萎蔫時的土壤含水量， 稱為萎蔫系數(shù)或萎蔫點(diǎn)。,一般把田間持水量視為土壤有效水的上限。所以田間持水量與萎蔫系數(shù)之間的差值即土壤有效水最大含量。,三、土壤水分的空間變異性,下圖為兩個不同大小范圍內(nèi)的土壤表層水分變異特征圖,第四節(jié)、農(nóng)田土壤水動態(tài)與調(diào)控,一、土壤水分的動態(tài)特性,對于一具體田塊，土壤類型和

8、作物種類一般來講是相同的，因此影響土壤水分動態(tài)變化的主要是氣候因子和農(nóng)田管理措施。,二、農(nóng)田灌溉與灌溉量計(jì)算,一、土壤灌溉計(jì)劃濕潤層深度確定,二、土壤含水量上、下限的確定 土壤含水量上限應(yīng)滿足以下兩個條件：既不產(chǎn)生深層滲漏，又要滿足作物對土壤空氣含量的要求，故一般取田間持水量。土壤含水量下限一般以占田間持水量的百分?jǐn)?shù)計(jì)。,（三）灌溉日期與灌溉量的確定,灌溉量與灌溉日期確定的原理，主要是依據(jù)農(nóng)田土壤水平衡方程式：W=P+I+U-ET-R-In-D 和土壤水分平衡簡化式：W=P+I-ET-D 進(jìn)行計(jì)算。 三、農(nóng)田排水 農(nóng)田排水的目的：（1）除澇；（2）防漬；（3）防鹽。 生產(chǎn)實(shí)踐中一般采用排水溝（

9、明溝）、排水管（暗管）或“鼠道”排水洞進(jìn)行農(nóng)田排水。,第五節(jié) 土壤中溶質(zhì)運(yùn)移,一、溶質(zhì)的對流運(yùn)移 土壤溶質(zhì)隨運(yùn)動著的土壤水而移動的過程稱為對流。對流引起的溶質(zhì)通量與土壤水通量和水的濃度有關(guān)， 可用下式表示： Jc = q C 式中: Jc為溶質(zhì)的對流通量(密度),mol m-2 s-1; q為水通量(密度), m s-1;C為濃度,mol m-3或kg m-3(也常用mmol L-1,g L-1),二、分子擴(kuò)散與溶質(zhì)彌散 （一）分子擴(kuò)散 擴(kuò)散是指由于分子的不規(guī)則熱運(yùn)動即布朗運(yùn)動引起的運(yùn)動, 是一個不可逆過程。 擴(kuò)散作用常用費(fèi)克第一定律來表示: 式中Js為溶質(zhì)的擴(kuò)散通量,molm-2s-1或kg

10、m-2s-1；D0為溶質(zhì)的有效擴(kuò)散系數(shù)m2s-1；dC/dx為濃度梯度。,（二）機(jī)械彌散 溶質(zhì)的機(jī)械彌散作用是由于土壤孔隙中水的微觀流速的變化而引起的： 機(jī)械彌散雖然在機(jī)制上與分子擴(kuò)散不同，但可以用相似的表達(dá)式： （三）水動力彌散 機(jī)械彌散和擴(kuò)散在土壤中都引起了溶質(zhì)濃度的混合和分散，而且微觀流速不易測定，彌散與擴(kuò)散結(jié)果也不易區(qū)分，所以在實(shí)際應(yīng)用中常將兩者聯(lián)合起來，稱為水動力彌散，,三、土壤溶質(zhì)的動態(tài)特性,（一）土壤溶液的總濃度,（二） 土壤溶液中的養(yǎng)分濃度,（三）土壤溶液中其它元素濃度,一般情況下，主要元素的濃度為10-210-4mol/L，微量元素濃度則在10-6mol/L以下。,一、水分高

11、效利用的途徑： 合理開采、分配和管理； 減少輸水損失； 提高灌溉效率。,第六節(jié)、土壤水的調(diào)控,二、土壤水的調(diào)控措施 主要包括土壤水的保蓄和調(diào)節(jié)。 1、耕作措施 秋耕 中耕 鎮(zhèn)壓等 2、地面覆蓋 薄膜覆蓋 秸稈覆蓋 3、灌溉措施 噴灌、滴灌、滲灌 4、生物節(jié)水,以色列塑料壩,以色列花農(nóng),以色列沙地優(yōu)質(zhì)土豆,本章小結(jié) (一)名詞解釋 土水勢 吸濕水 吸濕量 膜狀水 毛管水 毛管斷裂持水量 田間持水量 土壤水吸力 土壤水分特征曲線 夜潮作用 進(jìn)氣值 凍后聚墑 土壤蒸發(fā) 萎蔫系數(shù) 土壤水入滲 土壤水再分布,問答題： 1、研究土壤水有何重大意義?土壤水在土壤中有何重要作用? 2、影響吸濕水含量的因素主要