1、,第,四,章,土壤水,第一节 土壤水在农业生态系统中重要性 第二节 土壤水的基础知识 第三节 土壤水分研究的形态学与能态学 第四节 土壤水的运动规律 第五节 土壤水状况及水分平衡,本章通过对我国目前水资源现状特点的分析概述，了解水资源在农业生态系统中的重要性；在此基础上着重介绍土壤水的形态学和能态学观点以及土壤含水量等基础知识；阐明土壤水分的分布、运动规律以及田间水分的平衡。通过本章教学，目的让学生掌握土壤水的类型、性质以及土壤水的运动特点，要求学生掌握土壤水分运移的基本规律及调节措施，以便有效地指导生产实践。,第一节 土壤水在农业生态系统中的重要性一、我国水资源概况(我国水资源的基本特点)1
2、.水资源空间分布特点:地区间水资源分布不均匀，水土组合极不平衡。我国东部区为多雨带，而西部区为缺水带。2. 时间分布特征:水资源年际间变化和年内分配不均，是半干旱、半湿润区甚至南方出现季节性缺水的原因。3. 水资源与耕地资源组合不协调:我国北方耕地多而水资源量小，南方地区耕地少而水资源丰富。总体上看来，我国农业水资源缺乏且用量大，但利用率低（仅40%左右）。短缺与浪费是我国农业用水紧张的重要特征。,二、土壤水在农业生态系统中的重要作用1、土壤水分状况是农田植物与其环境间进行各种物质交换的媒介。2、土壤水分状况通过影响土壤温度和通气状况，对植物的产量和品质有重要作用。3、土壤水分移动过程影响生态
3、平衡(土壤盐分)。此外，土壤水、地表水、地下水、大气水、植物水构成自然界水分循环完整体系的5个方面，并成为五水转换系统的中心环节。土壤在调节自然界水分的正常循环，维持生态环境良性循环方面具有极为重要的作用。重点：掌握土壤水的重要作用。,第二节 土壤水的基础知识一、土壤水分的表示方法和测定技术（一）土壤含水量的表示方法1.质量含水量：土壤中水分的质量占干土重的百分数。干土重为105 -110下的烘干土重。2.容积含水量：单位土壤总容积中水分所占的容积百分数。容积含水量=质量含水量容重3.土壤水贮量：一定面积和一定厚度土壤中含水量的绝对数量。由水深和绝对水体积表示。4.土壤相对含水量：土壤实际含水
4、量占该土壤田间持水量的百分数。,（二）土壤含水量的测试技术1.经典烘干法（标准方法） 2.快速烘干法 3.中子法 4.电阻法 5.TDR法,二、土壤墒情1、墒情的种类汪水：土壤含水量在田间持水量以上。黑墒：土壤含水量为田间持水量75%以上。黄墒：土壤含水量为田间持水量的50%75%。潮干土：土壤含水量在田间持水量的50%以下。干土：土壤含水量在萎蔫系数以下。2、墒情的判断墒情在空间上的层次性：表墒；底墒；深墒。墒情在时间上的季节性：与气候的季节性以及作物的生长发育季节密切相关。,第三节 土壤水分研究的形态学与能态学 一、土壤水分研究的形态学特征与性质（一）土壤水分的保持 土壤水分的保持力主要有
5、两种，即吸附力和毛管力。1、吸附力：指土粒表面分子和水分子之间的吸引力（范德华力），以及土壤胶体表面电荷对水的极性吸引力等两部分。因此吸附力只产生于土粒与水界面上；范德华力属于短距离作用力，很强，达几十万千帕以上，因此被范德华力吸附的这部分水属于固态水，一般不能流动；极性吸附力则较弱，只有几百或几千千帕，这部分水仍具有固态水的性质，但有较高的粘滞性。,2、毛管力：产生毛管作用的原因是毛管内的水汽界面产生了弯月面力，这种力就叫毛管力（负压力）。毛管力存在于土壤孔隙中，水和空气界面处。毛管力一般只有几十或几百千帕。毛管水完全具有液态水的性质，可以在孔隙中自由移动，是土壤水中最为活跃的部分，也是人们
6、在生产中最重视的土壤水分部分。,（二）土壤水分类型及性质 主要依据水分在土壤中所受力的类型（即吸附力、毛管力、重力等），把土壤水分划分成三种类型：即吸湿水（束缚水）、毛管水和重力水。并由此确定出几个水分常数。1、吸湿水 由于干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持在土粒表面的水分称吸湿水（又称紧束缚水）。特点：吸湿水的大小主要决定于土壤固相的比表面积和大气相对湿度；吸湿水受土粒的吸持力很大，不能移动，具有固态水的性质，对溶质无溶解力，为无效水。,吸湿系数（最大吸湿量）概念：当大气相对湿度达到饱和时，土壤吸湿水达到最大量，这时吸湿水占土壤干重的百分数。特点：对于一定的土壤而言，吸湿系数是一个常数。土
7、壤最大吸湿量，因质地不同而异，质地愈粘，最大吸湿量愈大，质地愈砂，最大吸湿量愈小。,2、膜状水把达到吸湿系数的土壤，再用液态水来继续湿润，土壤吸湿水层外可吸附液态水分子形成水膜，这种由吸附力吸附在吸湿水层外面的液态水膜叫膜状水（或薄膜水、松束缚水）。当膜状水达到最大数量时的土壤含水量称之为最大分子持水量。 特点：性质与液态水相似，但粘滞性较高而溶解能力较小，它能移动，但速度非常缓慢，属有效水，可被作物利用；而吸力大于15atm的内层膜状水，作物不能利用，为无效水。凋萎系数（萎蔫系数、萎蔫点）：当作物因根系无法吸水而呈现永久萎蔫时的土壤（最高）含水量。因此萎蔫系数是植物可以利用的土壤有效水质量分
8、数的下限，也是制定灌溉定额的下限。,3、毛管水 当土壤含水量超过最大分子持水量后，那部分水就在毛管力的作用下，保持在毛管孔隙中，这种靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水分。主要特点：1）能自由移动，且速度快；2）有溶解养分的能力，也有输送养分到作物根部的能力；3）既能被土壤保持又能被植物吸收利用。根据土层中地下水面与毛管水相连与否可分为：毛管悬着水和毛管上升水。,毛管悬着水 借毛管力保持在土壤上层不与地下水相连的水分。象这种悬着在上层土壤中的毛管水就称为毛管悬着水。田间持水量：土壤毛管悬着水达到最大时的土壤含水量。在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。这是确定灌水量的重要参数，也是土壤水分有效
9、性的上限。不同质地，土壤田间持水量有很大不同。毛管断裂含水量 暂时萎蔫,毛管上升水指地下水借助毛管力而上升并保持在上层土壤中的水分。土壤中毛管上升水达到最大数量时的含水量称为毛管持水量，它是吸湿水、膜状水和毛管上升水的总和。毛管水上升高度（从地下水面到毛管上升水所能达到的绝对高度）与土壤质地相关。,4、重力水当土壤水分超过田间持水量，多余的水分就会受重力的作用沿土壤中大孔隙向下移动，这种不被土壤保持而受重力支配的水叫重力水。重力水不受土壤吸附力和毛管力的作用。它是植物根系能够吸收利用的水分。土壤最大持水量（全蓄水量）：当土壤中的大小孔隙全部被水分充满时的土壤含水量。 吸湿水、膜状水、毛管水、重
10、力水都存在于土壤中，彼此相互联系，相互转化。如毛管水过量可变为重力水，重力水被毛管吸收可变为毛管水。,二、土壤水分的能量概念土壤水分能态学是根据水分在土壤中受各种力的作用后其自由能的变化来研究土壤水的能态和运动等变化规律。能态的观念来研究土壤水最早始于1907年。 （一）土壤水势及其分势土壤在各种力（吸附力、毛管力、重力和静水压力等）的作用下，与同样温度、高度和大气压等条件下纯自由水相比（即以纯水作为参比标准，假定其势值为零），势能（或自由能）的变化（主要是降低），称为土水势。土壤水由土水势高处流向低处。同一质地的土壤，其湿度愈大，土水势也愈高；不同质地的土壤：10%砂土 15%粘土,土水势研
11、究土壤水的优点：1、可以作为判断各种土壤水分能态的统一标准和尺度；2、水势的数值可以在土壤植物大气之间统一使用，把土水势、根水势、叶水势等统一比较，判断它们之间的水流方向、速度和土壤水的有效性；3、对土壤水势的研究还能提供一些更为精确的测定手段。土水势包括基质势、压力势、溶质势、重力势等分势。,1、基质势,在不饱和情况下，由于土壤基质（固相颗粒）吸附力和毛管力产生的土水势变化值称为基质势。土壤含水量愈低，基质势也愈低。反之，基质势愈高。土壤水完全饱和时，基质势达到最大值，与参比标准相等，即等于零。,2、压力势,在土壤水饱和的情况下，土水势不同于参比标准的是土壤水所承收的压力，这个分势就叫压力势
12、。土表的水，压力势为零；土体内水，压力势大于参比标准为正值。,3、溶质势,指由土壤水中溶解的溶质而引起土水势的变化，也称渗透势。溶质势一般为负值。土壤水中溶解的溶质愈多，溶质势愈低。需考虑溶质势的两种情况：1）研究土壤水对植物的关系时；2）研究土壤水分蒸发和大气水汽在土表凝结时。,4、重力势,由重力作用而引起的土水势变化，称为重力势。土壤水的重力势可正可负，主要看与参比标准的高度比较，高与参比标准的土壤水的重力势为正值，且高度愈高则重力势的正值愈大。,（二）土壤水吸力土壤水吸力简称吸力，是指土壤水在承受一定吸力的情况下所处的能态，并非指土壤对水的吸力。实践应用中，由于基质势和溶质势一般为负值，
13、很不方便，因此将基质势和溶质势的相反数定义为吸力。吸力也可以用来判断土壤水的运动方向：土壤水总是由吸力低处向吸力高处流动。,水分特征曲线土壤水的能量指标（在非盐碱土即基质吸力或基质势，与土壤水的容量指标（即土壤含水量）作成相关曲线称土壤水分特征曲线。滞后现象：从干到湿与从湿到干所得到的土壤水分特征曲线不重合的现象。,三、土壤水分的有效性土壤水分的有效性：是指水分被植物利用的程度。有效水：可被植物吸收利用的那一部分水分称有效水。无效水：另一部分不能被植物吸收利用的水称为无效水。土壤水分常数（吸湿系数、凋萎系数、最大分子持水量、田间持水量、毛管持水量、饱和持水量等）对于作物的生长有一定意义。土壤有
14、效水的范围=田间持水量（%）-凋萎系数（%）速效水：田间持水量至毛管断裂含水量。迟效水：毛管断裂含水量至凋萎系数。,土壤水是否有效及其有效程度如何，在很大程度上决定于土壤水吸力和根吸力的对比。一般土壤水吸力大于根吸力则为无效水，反之为有效水。,土壤中各种类型水分有效性,第四节 土壤水的运动规律土壤水分的运动主要指液态水和气态水的运动。运动的方向一定是从水势高处向水势低处运动。 一、液态水的运动（重力水）1、饱和流土壤所有的大小孔隙都充满水时的水流叫饱和流。饱和流的推动力是重力势和压力势梯度，在饱和流中土壤导水率称饱和导水率（K饱），影响饱和导水率的因素主要取决于土壤中粗孔的孔径和数量，孔径愈大
15、，粗孔数量愈多，饱和导水率就愈高，水愈容易通过。一般来说：对K值而言，砂土大于壤土大于粘土。,2、不饱和流（毛管水和膜状水）土壤中部分孔隙充满水时的水流叫不饱和流。它是大部分土壤中水分流动的形式。不饱和流的推动力主要是基质势梯度（或土壤水吸力梯度）和重力势梯度。在吸水力较高时，导水率极低，水分运动速度非常缓慢。对于饱和流而言，导水性最好的是粗孔多的土壤，而在不饱和流中，细孔多的粘土和壤土，比砂土的导水性好。因为在相同的土壤吸力下，土壤水的连续程度好，因此，在不饱和流中，导水率随土壤吸力的增加而降低，或土壤含水量的减少而降低，这种情况在砂土较为急剧，在粘土中较为缓和，壤土居中。,3、土壤水分的入
16、渗入渗是指液态水自地表进入土壤的过程。入渗速率随入渗时间的延长而延缓，最后达到一个比较稳定的数值（如图所示）。常使用的指标为最初入渗速率、最后入渗速率、入渗开始1h后的入渗速率。入渗过程中土壤水剖面水分分布，在质地均一的土壤剖面上如图所示。无论表土下是砂层还是细土层，在不断入渗中最初都能使上层土壤先积蓄水，以后才下渗。土壤入渗速率随时间的变化 入渗中土壤水剖面,二、气态水的运动土壤气相水在孔隙内的运动，实际上是水气分子从一个地方向另一个地方扩散的运动。它服从于一般气体扩散定律。土壤气态水运动表现为水汽扩散和水汽凝结。水气运动的梯度是由土壤水吸力梯度和温度梯度所引起的，其中温度梯度作用力大。“夜
17、潮”现象和“冻后聚墒”现象是土壤水汽凝结的结果。在干旱期间，土壤水不断以水气形态由表土向大气扩散称土面蒸发。,土壤蒸发的三个阶段： 1）大气蒸发力控制阶段（蒸发率不变阶段）特点：土壤水较多，向土面的导水率高，足以补偿土面蒸发消耗水量，所以蒸发率不变，一般可持续几天，丢水量也大。雨水或灌水后及时中耕或地面覆盖是减少土壤水损失的重要措施2）土壤导水力控制阶段（蒸发率降低阶段）特点：土壤蒸发的强度取决于土壤的导水性质，即导水率的大小。该阶段维持的时间不长。3）扩散控制阶段特点：土面形成干土后，土壤水向干土层的导水率降至近于零时，液态水已不能运行至地表，在干土层下稍微湿润土层的水分汽化，形成水气分子通
18、过干土层扩散到大气中去。这一阶段，通过镇压以防止蒸发，抑制水气向大气扩散。从以上三个阶段可以看出：保墒重点应该在第一阶段末和第二阶段初。,第五节 土壤水分状况及水分平衡 一、田间水分平衡 田间水分平衡：在一定容积土壤内水的收入与支出，在农田，主要是指根层土壤水的平衡，根层深度一般多指1-2m深度以内，在一定时期内，根层土壤水分含量的变化。 水=水收-水支 土壤水的收入有降水、灌溉水（是主要土壤水的收入）以及其它来源的水（如四周流入的地表水、地表径流、借毛管上升的地下水。土壤水分支出：地表径流（水径）、深层渗漏（水漏）、土面蒸发（水蒸）和植物蒸腾（水腾），因此 水=水降+水灌-水径-水漏-水蒸-
19、水腾由于水蒸和水腾很难分别测定，故常在一起称为蒸散。应用水平衡原理，可以了解作物日耗水量，在灌区还可作为确定灌溉时间的依据。 SPAC循环体系,二、土壤水分状况土壤水分状况通常是指周年中土壤剖面上下土层的含水量或土水势的情况及变化（也称为墒情）。我国北方在周年内土壤水分状况可分为四个时期：1. 土壤湿度相对稳定期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 三、土壤水分状况调节1. 科学合理地灌水2. 搞好农田基本建设和流域综合治理3. 采用合理的农艺措施，进行耕作保墒4. 地面覆盖技术5. 化学保墒增温剂的应用6. 排水,重 点 难 点 土壤水的基础知识 重点与难点：土壤含水量的表示方法及区别。 土壤水分研究的形态学与能态学 重点：土壤水分的形态学研究。 难点：土壤水分的能态学。,1 土壤含水量有哪些表示方法？ 2 简述土壤水分的类型及性质。 3 什么是土水势、水吸力？二者有何区别？ 4 土壤水分特征曲线的含义和特点。 5 饱和流与不饱和流的运动特点是什么？ 6如何合理地调节土壤的水分状况？ 7 简述土壤水分平衡的概念及平衡式各项 的意义。,思考题,
