1、第七章 土壤水分移动与循环 Water Movement and Cycle of Soil,液态水运动饱和水流非饱和水流气态水运动水汽运动,土壤水分运动类型,土壤水运动是自然界水分循环的一个重要组成部分，是陆地水文循环中降水、地表水、土壤水、地下水的中心环节。,第一节 土壤液态水运动,一、土壤饱和流,土壤液态水的运动有两种情况：一是饱和流，即土壤孔隙中全部充满水时的水流，这主要是重力水的运动。另一种是不饱和流，即土壤只有部分孔隙中有水时的水流。,饱和流（saturated flow）的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度，即单位时间内通过单位面积土壤的水量或水通量与土水势梯度成正比。服从饱和状
2、态下多孔介质的达西定律：,Ks(cm/h)- 土壤饱和导水率，即土壤所有的孔隙都充满水时，水分向土壤下层或横向运动的速度,影响饱和导水率的因素:土壤质地水通量与孔隙半径4次方呈正比土壤结构土壤结构对土壤饱和导水率有显著的影响土壤有机质含量粘土矿物种类,土壤饱和导水率的特点：土壤饱和导水率是常数是土壤导水率的最大值主要取决于土壤的质地和结构 砂质土 壤质土 粘质土 (P141，表7-1),非饱和流（unsaturated flow）的推动力主要是基质势梯度和重力势梯度，这主要是毛管水和膜状水的运动，也可用达西定律来描述：K(m)为非饱和导水率,二、土壤非饱和流,土壤水吸力与导水率关系：土壤水吸力
3、为零或接近于零，饱和导水率最大。在低吸力水平时，砂质土中的导水率比粘土导水率高；在高吸力水平时，则与之相反。,三、土壤水分入渗与再分布,水进入土壤包括两个过程：入渗(渗吸、渗透)和再分布。(一)水分入渗,入渗（infiltration）过程一般是指水自土表垂直向下进入土壤的过程，但也不排斥如沟灌中水分沿侧向甚至向上进入土壤的过程。,水进入土壤的情况由两方面因素决定：供水速度 土壤的入渗能力,(二)土壤水再分布 在地面水层消失后，入渗过程终止。土内的水分在重力、吸力梯度和温度梯度的作用下继续运动和分布，这个过程(在土壤剖面深度没有地下水出现的情况下) 称为土壤水的再分布（soil water r
4、edistribution）。,(三)土壤水的渗漏 土壤水再分布至地下水，地下水位抬高或随地下水流侧向流动“内排水”，而垂直向下的水分运动称为土壤水的渗漏（soil water percolation） 。,第二节 土壤气态水运动,土面水分蒸发（soil surface evaporation）：土壤水不断以水汽的形态由表土向大气扩散而逸失的现象。土面水分蒸发的形成及强度影响因素：大气蒸发能力、土壤含水率的大小和分布。土壤水分蒸发过程持续进行的三个前提条件：不断有热能到达土壤表面，以满足水的汽化热需要；土壤表面的水汽压须高于大气的水汽压，以保证水汽不断进入大气；表层土壤须能不断地从下层得到水的
5、补给。,一、土面水分蒸发,(一)大气蒸发力控制阶段在蒸发的起始阶段，当地表含水率很高时，尽管含水率有所变化，但地表处的水汽压仍维持或接近于饱和水汽压。(二)表土蒸发强度随含水率变化的阶段(三)水汽扩散阶段当表土含水率很低，低于凋萎系数时，土壤表面形成干土层。土壤水分在干土层下汽化，然后以水汽扩散的方式穿过干土层而进入大气。,土面水分蒸发过程,“夜潮”现象夜晚，水汽由暖处向冷处扩散便可凝结成液态水。 “冻后聚墒”现象我国北方冬季土壤冻结后的聚水作用。由于冬季表土冻结，水汽压降低，而冻层以下土层的水汽压较高，于是下层水汽不断向冻层聚集、冻结，使冻层不断加厚，其含水量有所增加，这就是“冻后聚墒”现象
6、。,二、土壤内部的水汽运动,土壤水汽运动总是由水汽压高处向水汽压低处、由温度高处向温度低处扩散。,水汽凝结：水汽由暖处向冷处扩散遇冷时便凝结成液态水，包括以下两种现象,第三节土壤水循环、平衡及有效性,一、农田土壤水分循环及平衡,田间土壤水分平衡表达式：W = P+I+U-E-T-R-In-D简化式W = P+U-ET-D,土壤水分平衡：对于一定面积和厚度的土体，在一定时间内其土壤含水量的变化应等于其来水项与去水项之差，正值表示土壤储水增加，负值表示减少。,土壤水分循环：土壤水可补充地下水，同时在有植被的地块，根层周围土壤水经作物根系吸收并由叶面蒸腾以及地面水分蒸发等途径回到大气中。,(一)土壤
7、植物大气连续体中的水分运动 植物从土壤中吸水然后又经叶面蒸腾到大气中去，可以看做是一个统一物理过程的连续体系，把这个体系称为土壤一植物一大气连续体(SPAC)。 土水势根水势叶水势，植物能顺利地从土壤中吸水，并满足蒸腾耗水时，植物就不会萎蔫。 土水势根水势叶水势，水通过植物的阻力加大，植物吸不到水，植物就会发生萎蔫。(二)土壤水的有效性 土壤水分有效性(availability)指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。不能被植物吸收利用的水称为无效水，能被植物吸收利用的称为有效水(plant available water) ，其中吸收难易程度不同又分为速效水（或易效水）和迟效水（或难效水）,
8、二、土壤水分有效性,土壤水分的空间变异性：田块不同测定点土壤水分含量是变化的，且在某些情形下，这种变化差异显著的现象。造成土壤水分在空间上分布不同的原因：,三、土壤水分的空间变异性,影响土壤水分运动的各个土壤因子存在空间变异性(土壤水分特征曲线、土壤导水率等存在较大的空间变异性)；影响土壤水分平衡的各个量，在空间上也存在着差异(灌溉水量在空间上分布不均，植物的根系在土体内分布也不可能是均一化的,某一类型的植物，其根系有它的空间分布模式),第四节 农田土壤水动态与调控,一、土壤水分的动态特性,不同作物生长时期或不同时间段，每层土壤水分都在发生变化。,二、农田灌溉与灌溉量计算（P149-150）(
9、一)土壤灌溉计划湿润层深度确定 (二)土壤含水量上下限的确定(三)灌溉日期与灌溉量的确定,三、农田排水（P150-151）,第五节土壤中的溶质运移,一、溶质的对流运移,土壤中溶质对流：指土壤溶质随土壤水分运动而运移的过程。单位时间内通过土壤单位横截面积的溶质质量称为溶质通量，通过对流运移的称为溶质对流通量(Jc)。单位体积土壤水溶液中所含有的溶质质量，称为溶质的浓度(c)。溶质的对流通量(Jc)为溶质溶度(c)和土壤水通量(q)的乘积:Jc=qc土壤水溶液的平均空隙流速 v=q/ q=v Jc=vc溶质穿过土层深度 L 时所需的时间：tb=L/v tb=L/q,二、分子扩散与溶质弥散,(一)分子扩散 由于分子的不规则热运动即布朗运动引起的，其趋势是溶质由浓度高处向浓度低处运移，以求最后达到浓度的均匀。,(二)机械弥散 土壤颗粒和孔隙在微观尺度上不均匀，溶液在流动过程中，溶质不断被分细后进入更为纤细的通道(每个细孔中流速方向、大小不一)，使溶质在随水流动过程中逐渐分散并占有越来越大的渗流区域范围。(三)水动力弥散 分子扩散与机械弥散的综合。,(一)土壤溶液的总浓度 (二)土壤溶液中的养分浓度 (三)土壤溶液中其他元素养分浓度,三、土壤溶质的动态特性（P153-154）,
