土壤学基础ppt课件.ppt

1 第一篇土壤学基础 2 目录 第一章绪论第二章土壤肥力的物质基础第三章土壤基本性质第四章土壤水分第五章土壤养分 3 第一节土壤在农业生产和生态环境中的重要性第二节土壤与肥力第三节作物的概念及分类 绪论 4 土壤是农业最基本的生产资料在人类赖以生存的物质生活中 人类消耗的约80 以上的热量 75 以上的蛋白质和大部分的纤维都直接来源自土壤 土壤是具有再生意义的自然资源治之得宜 地力常新 可永续利用 是农业可持续发展的基础 第一节土壤在农业生产和生态环境中的重要性 农业生产 植物生产 动物生产 一 土壤是农业生产的基础 民以食为天 食以土为本 5 土壤的重要性 土壤在植物生长发育中的作用 2 养分转化和循环作用 3 雨水涵养作用 4 生物的支撑作用 5 稳定和缓冲环境变化的作用 1 营养库的作用 6 土壤在人类农业和自然环境中的重要性 7 二 土壤与作物是生态系统的重要组成部分 水圈 岩石圈 风化壳 土壤圈 生物圈 大气圈 生态系统生态平衡 生态系统恶化 人类是生态系统的重要干扰者 8 二 土壤与作物是生态系统的重要组成部分 9 土壤是地球陆地生态系统的基础 10 三 保护土壤资源的意义 土壤的重要性 破坏土壤资源 吃祖宗的饭 断子孙的路 1 土壤资源的有限性要求我们必须要保护好土壤资源 11 土壤的可持续利用是可持续农业的基础 我国要跨进可持续发展的 大门 还需要 30 50年 短期内不可逆转的趋势 1 耕地减少不可逆转 2 人口增长不可逆转 3 消费水平的提高不可逆转 可持续发展的条件 人口的零或负增长 中国每年净增人口 1000万 资源破坏的零或负增长 中国每年减少土地 300万亩 生态环境恶化的零或负增长 中国荒漠化速度2620km2 年 12 当前 人口 粮食 资源 环境 仍是困扰人类社会发展的难题 农业及土壤科学工作者责任越来越重大 土壤的重要性 现在你已经不再以普通人的眼光看待土壤 你将成为一个土壤工作者 地球的医生和卫士 答案 1 中国人自己养活中国人 2 依靠土壤和科技 老 问题 1 谁来养活21世纪的16亿中国人 2 怎么养活16亿中国人 13 第二节土壤与土壤肥力 What sthesoil 14 定义 土壤是发育于地球陆地表面 能生长绿色植物的疏松多孔结构表层 土壤学家和农学家 其中 地球陆地表面 位置能够生长植物 具有生物多样性 主要功能疏松表面 结构性生物 气候 母质 地形 时间等因素综合作用下形成的 五大形成因素 一 土壤的概念 万物土中生 15 一 土壤的概念 人类开垦与否 16 自然土壤的形成过程 17 土壤的形成过程 裸露岩石 成熟土壤 原始土壤 成土母质 耕作土壤 风化作用 经微生物 低等植物改造 经草本植物 木本植物改造 耕作培育 土壤肥沃 土壤退化 合理耕作经营 不合理耕作经营 用养结合 18 自然土壤的形成过程 地质大循环生物小循环 生物小循环是在地质大循环的基础上进行的 两者统一于母质上 生物小循环是土壤形成的动力 两者必须同时进行 互相促进 使营养物质释放出来 使母质具有肥力 形成土壤 所以说 土壤形成过程就是土壤肥力不断提高的过程 19 土壤剖面 土壤剖面是一个具体土壤的垂直断面 土壤剖面的构造 或土体构型 是指从上到下不同土层的排列方式 一个完整的土壤剖面一般应包括土壤形成过程中所产生的土壤发生层以及母质层 土壤肥力是土壤内在属性的综合表现 而土壤剖面 发生层和土体构型是土壤发育的外在特征表现 20 自然土壤剖面 1967年国际土壤学会提出把土壤剖面划分为 有机层 O 腐殖质层 A 淋溶层 E 淀积层 B 母质层 C 和母岩 R 等六个主要发生层 21 典型农业土壤剖面构造 农业土壤是自然土壤经过人类开垦耕种演变而成的 农业土壤不是自然土壤某一肥力因素的改造和调节 而是肥力因素的综合控制为提高土壤生产力 人类积极地控制自然因素 使之向对生产有利的方向发展 如通过精耕细作 合理施肥 灌溉排水等各种土壤改良措施 来改善土壤的肥力性状 22 典型农业土壤剖面构造 23 旱田土壤的土体结构 耕作层 Tilth 又称熟土层 是农业耕作经常作用的土层 也是作物根系分布的主要层次 通常厚约15 25cm 犁底层和半熟化层心土层 生土层 底土层 表土层0 10cm覆盖层 0 3cm 种床层 3 10cm 稳定层10 20 30cm根际层 犁底层5 10cm 心土层 24 水田土壤的土体结构 25 二 土壤肥力的概念 土壤肥力定义 欧美 土壤向作物供应养分的能力 一元论 前苏联 威廉斯 在植物生长的全过程中 土壤不断地 同时地 以最大量供给植物水分和养分的能力 二元论 中国 在植物生长期间 土壤向植物供应和协调给并协调水分 养分 空气和热量的能力 四元论 水 肥 气 热是土壤的四大肥力因素 土壤肥力是上述四大因素的综合反映 26 二 土壤肥力的概念 土壤肥力 soilfertility 是土壤的本质 现代土壤科学认为 肥力就是能够同时地不断地供给核物生长发育所必需的水分 养料 空气和热量等生活条件的能力 肥力是由水 肥 气 热等土壤肥力因素组成的 但只有当各种肥力因素在土壤中达到对立统一或处于相互协调状态时才能产生肥力 肥沃的土壤是 各种肥力因素在数量上充足 在空间上高度协调 在时间上供应及时 持续不断 27 一种良好的土壤必须能满足植物 吃得饱 养分充足 喝得足 水分适量 住得好 空气流通 温度适宜 站得稳 根系伸展自如 机械支撑牢固 的要求 二 土壤肥力的概念 28 二 土壤肥力的概念 自然肥力 自然成土过程中产生的肥力 土壤肥力按成因可分为 人工肥力 在自然肥力的基础上 人为耕作熟化过程中产生的肥力 有效肥力 当季作物种植过程中反映出来的肥力 按有效程度可分为 潜在肥力 当季作物种植过程中没有直接反映出来的肥力 29 第三节作物的概念及分类 作物的概念从广义上讲 是指对人类有利用价值 为为类栽培的各种植物 包括大田作物 蔬菜 果树 林木 观赏植物 药用作物 绿肥 牧草等从狭义上讲 主要指农作物 如粮 棉 油 麻 糖 烟等 俗称为庄稼 30 第三节作物的概念及分类 作物的分类三大类别八种类型谷类作物 豆类作物 薯类作物纤维作物 油料作物 糖料作物 嗜好作物绿肥及饲料作物 粮食作物 经济作物或工业原料作物 绿肥及饲料作物 31 第二章土壤肥力的物质基础 土壤矿物质土壤有机质土壤空气与土壤溶液 土壤的基本组成 土壤 33 34 原生矿物 起源于岩浆岩 存在于岩浆岩中的矿物 次生矿物 原生矿物经过风化作用 其组成和性质发生改变而形成的新矿物 一 土壤矿物质 1 土壤矿物质的种类与组成 35 2 土壤质地 土壤机械组成 自然界的任何土壤 都是由许多大小不同的土粒 以不同的比例组合而成的 这种不同粒级组合的相对比例或质量百分数 称作土壤机械组成 土粒分级 一般将土粒分为石砾 砂粒 粉粒和黏粒四大基本粒级 然后进行细分 土壤质地 根据不同机械组成所产生的特性而划分的土壤类别 一般将土壤质地分为砂土 壤土和黏土 36 3 不同质地土壤的生产特性 1 砂质土 热性土 a粒间孔隙大 毛管作用弱 通气透水性强 内部排水通畅 不易积聚还原性有害物质 有机质分解快 易释放有效养分 b矿物成分主要是石英 含养分少 要多施有机肥料 保肥性差 施肥后因灌水降雨而易淋失 c含水量低 热容量较小 易增温也易降温 d松散易耕 缺少有机质的砂土泡水后容易沉淀 板结 闭气 发小苗 不发老苗 37 2 黏质土 冷性土 a粒间孔隙小 多为极细毛管孔隙和无效孔隙 通气透水性差 内部排水慢 易受渍害和积累还原性有毒物质 有机质分解慢 不易释放有效养分 b黏土一般含养分较丰富 特别是钾 钙 镁等含量较多 保肥力强 c含水量多 热容量较大 升温慢降温也慢 d粘土干时紧实坚硬 湿时泥烂 耕作费力 宜耕期短 发老苗 不发小苗 3 不同质地土壤的生产特性 38 3 壤质土 这类土壤由于砂粘适中 兼有砂土类 粘土类的优点 消除了砂土类和粘土类的缺点 是农业生产上质地比较理想的土壤 既发小苗 又发老苗 3 不同质地土壤的生产特性 39 4 土壤质地层次 质地层次的排列直接影响土壤中水分的运行和调节 影响土壤气 热状况的变化以及土壤的保肥供肥性能 以下几种情况上松下紧型 砂盖黏型 上紧下松型 黏盖砂型 夹层型松散型和紧实型 40 5 土壤质地的改良措施 1 掺砂掺粘 客土调剂 2 引洪放淤 引洪漫砂 3 翻淤压砂 翻砂压淤 4 增施有机肥料 5 根据不同质地采用不同的耕作管理措施 41 二 土壤有机质 基本概念 广义地讲 土壤有机质包括各种形态的动植物残体 微生物分解和合成的有机化合物 狭义的土壤有机质一般是指有机残体经微生物作用后 形成的一类特殊的 复杂的 性质比较稳定的高分子有机化合物 即腐殖质 为了区别 常称前者为土壤有机物质 后者为土壤有机质 土壤有机质可分为各种形态的动 植物残体和腐殖质两类 腐殖质是土壤有机质的主体 其结构复杂 分子量高 呈黑褐色胶体状 42 1 土壤有机质的转化土壤有机质的转化可分为矿质化和腐殖化两个过程 1 土壤有机质的矿化过程土壤有机质在土壤微生物及其酶的作用下 分解成二氧化碳和水 并释放出其中的矿质养分的过程 二 土壤有机质 43 2 土壤有机质的腐殖化过程 腐殖化过程 各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物 这一过程称为腐殖化过程 二 土壤有机质 44 土壤有机质的矿质化和腐殖化过程是两个相互对立而又相互联系的过程 也是土壤形成中最重要的过程 有意识地 合理地控制和调节土壤有机质的矿质化与腐殖化过程 可以保证养分的不断积累和持续供应 有利于改善土壤的理化性状 提高土壤肥力 二 土壤有机质 45 3 土壤有机质的转化条件1 植物有机质的C N比25 12 土壤环境条件土壤通气状况通气良好时 分解迅速而彻底 不利于腐殖质的积累 易造成养分的流失 嫌气分解时 分解慢不彻底 常形成许多中间产物和还原产物 土壤水热状况一般最适宜微生物活动的土壤湿度为田间持水量的60 80 土壤温度为25 35度 土壤有酸碱反应 气候条件 耕作 灌溉等措施 二 土壤有机质 46 4 土壤有机质的作用1 提供植物需要的养分2 改善土壤的肥力特性 物理化学性质 3 有机质在生态环境上的作用土壤腐殖质是构成土壤肥力最重要的物质基础 二 土壤有机质 47 5 增加土壤有机质是培肥土壤的重要环节土壤有机质的调节1 大量施用有机肥料2 种植绿肥3 秸秆还田 二 土壤有机质 48 1 土壤胶体基本概念 凡1 100nm之间的微细土粒 即胶粒 分散在微粒间溶液 土壤溶液 所组成的体系就是土壤胶体 一 土壤胶体的种类 按其成分和来源分 土壤胶体可分为三种类型 无机胶体 有机胶体 有机 无机复合胶体 三 土壤胶体 49 二 土壤胶体的表面积和电性1 巨大的表面能 成为吸收性能的基础2 带有电荷 以负电荷为主 保肥性的物质基础3 凝聚和分散作用 不可逆凝聚促进土壤结构的形成 三 土壤胶体的双电层结构胶核 决定电位离子层 补偿离子层 50 土壤胶体的构造 土壤胶体构造示意图 51 第三章土壤的基本性质 第一节土壤孔隙性与结构性第二节土壤胶体与离子交换作用第三节土壤的酸碱反应第四节土壤的通气性与氧化还原状况第五节土壤的热状况第六节土壤养分状况 52 一 土壤密度与土壤容重土壤密度 土粒密度 单位容积固体土粒的烘干质量 无粒间孔隙 多数土壤矿物质的密度在2 6 2 7g cm3 有机质的密度1 25 1 40g cm3单位容积固体土粒 不包括粒间孔隙 的质量特点 土壤的紧实程度 适宜范围1 14 1 26g cm3 第一节土壤孔隙性与结构性 第一节土壤孔隙性与结构性 土壤容重 干密度 单位容积土壤的重量 干重 称为土壤容重 单位为g cm3 t cm3 土壤之间差别较大 受五个因素影响 是土壤的矿物组成和含量有关 是与土壤有机质含量有关 与土壤质地有关 与土壤结构有关 与土壤松紧度有关 所以容重必须测定获得 容重值砂质土1 2 1 8 粉质土1 0 1 5 容重用处很大 不仅在农业上建筑 筑路 桥梁工程常用 也是十分重要的基本数据 54 二 土壤孔隙性 指土壤孔隙的状况土壤中大小 形状不同的复杂孔隙的状况好坏由两方面衡量 孔隙的数量 以孔隙度表示 孔隙的类型 即孔隙的大小及比例 孔隙状况必须保证作物对水分和空气的需要 有利于根系的伸展和活动 因此一是要求土壤中孔隙的容积要较多 二是要求大小孔隙的搭配和分布较为恰当 第一节土壤孔隙性与结构性 55 二 土壤孔隙性 一 土壤孔性的数量指标1 土壤孔隙度土壤孔隙的容积占整个土壤容积的百分数 2 孔隙比指土壤中孔隙容积与土粒容积的比值 二 土壤孔隙类型 1 非活性孔隙 无效孔隙 土壤最细小的孔隙当量孔径 0 002mm 土壤水吸力 1 5bar 该类孔隙充满无效水 根毛难以进入 微生物亦难进入 在粘质土壤中此孔较多 板结土壤此孔也较多 2 毛管孔隙该孔隙直径d 0 002mm 0 06mm 具毛管作用 土壤水吸力1 5 0 15bar 壤土和结构好的土壤此孔较多 3 通气孔隙 非毛管孔隙 孔隙直径d 0 06mm 此类孔隙中的水分可在重力作用下短时间内排出而成为通气孔隙 土壤水吸力 0 15bar 57 三 影响土壤孔隙性的因素1 土壤质地粘质土孔隙度45 60 之间 以毛管孔隙和无效孔隙为主 砂质土孔隙度33 45 通气孔隙较多 壤质土孔隙度45 52 有适量通气孔隙又有较多毛管孔隙 水气协调 利于作物生长 2 土壤有机质有机质多的土壤易形成团粒结构而孔隙度较高 3 自然因素和土壤管理等 58 四 土壤三相组成的计算1 土壤的固相率 1 土壤孔隙度2 土壤液相率 容积含水率 土壤含水量 质量 土壤容重3 土壤气相率 土壤孔隙度 土壤容积含水率4 土壤三相比 固相率 液相率 气相率适宜旱地土壤要求固相率50 左右 容积含水量在25 30 之间 气相率10 20 土体还应 上虚下实 59 一 计算孔隙度 孔隙体积占整个土壤体积的百分数 二 判断土壤熟化程度1 1 1 3较疏松 1 5以上紧实 三 利用它计算土壤重量 水分 养分 盐分含量 例1已知土壤容重为1 15g cm3 求亩 666 7m2 耕层0 20cm土壤土重 解 666 7 0 2 1 15 153t 153000kg因此过去常说每公顷耕层土重225万kg 例2已测得有机质含量1 求亩耕层土壤有机质重量 W有 W 1 666 7 0 7 1 2 1 1 6t 1600kgN P K等都可计算出 如测得N含量0 05 则亩含N80kg 如测得盐含量0 3 则亩含盐480kg 60 三 土壤的结构性 一 土壤结构的概念通常所说的 土壤结构 实际包含两个方面 土壤结构性和土壤结构体 土壤结构体是指土壤中的土粒相互粘结团聚成大小形状和性质不同的聚合体称之为土壤结构体 土壤结构性是指土壤中单粒 次生单粒或团聚体的数量 大小 形状及其相互排列和相应的孔隙状况等综合特性 61 三 土壤的结构性 二 土壤结构形成土壤结构体形成大体经历两个阶段 第一阶段是由原生土粒 分散的单个土粒 黏结形成为初级的次生土粒 复粒 或较大的土体 第二个阶段则是由初级的复粒在各种胶结物的作用下进行团聚或由土粒粘结成的土体沿一定方向破裂而成 凝聚作用 水膜的粘结作用 胶结剂的胶结作用 外力作用 团粒结构1 5mm 块状结构10 75mm 片状结构1 10mm 柱状及棱柱状结构20 100mm A层 B层 C层 三 土壤结构体的类型 四 土壤结构体与土壤肥力团粒结构与土壤肥力 为什么说具有团粒结构的土壤是最肥沃的土壤 对土壤肥力尤其是粘土的肥力起良好的作用 原因如下 1 团粒结构具有较适宜的孔隙性 2 团粒结构较多的土壤具有蓄水抗旱作用 3 团粒结构较多的土壤可以协调水 气矛盾 保肥和供肥的矛盾 4 团粒结构可提高土壤耕作质量 64 四 土壤孔隙性和结构性的调节常见措施有 一 精耕细作 增施有机肥料 二 合理轮作倒茬 扩种绿肥及牧草 三 改良土壤酸碱性质 施用石膏或石灰 四 合理灌溉 五 施用土壤结构改良剂 有天然和合成改良剂两类 都具很好效果 65 第二节土壤的保肥性和供肥性能 土壤的保肥性和供肥性能 土壤中养分得以保存 积累以及不断供给作物生长所需养分的能力 土壤具有的吸收和保存分子态 离子态或气态 固态养分的能力和特性 称为土壤保肥性能 也叫土壤吸收性能 66 第二节土壤的保肥性 土壤保蓄养分的方式机械吸收作用物理吸收作用 分子吸附 化学吸收作用生物吸收作用物理化学吸收作用 离子交换吸收作用 67 主要是物理化学代换 是由土壤胶体带电引起 由于土壤以带负电荷为主 土壤的阳离子代换成为土壤保肥 供肥的源泉 土壤阳离子代换特征1 是可逆反应 2 等当量交换3 符合质量作用定律代换顺序 Fe3 AI3 H Ca2 Mg2 K NH4 Na 第三节土壤的离子交换作用 土壤阳离子交换量与盐基饱和度土壤的阳离子交换量 指单位土壤中所吸收的阳离子总量 通常以100 干土所吸收的阳离子毫摩尔来表示 即为 mol 100g干土 保肥力强的土壤 一般是胶体物质越多 阳离子交换量越大 胶体粒子越少交换量越小 土壤质地愈细 矿质胶体数量愈多 交换量也愈高 我国土壤阳离子交换量 由南向北 由西向东有逐渐增多的趋势 69 盐基饱和度 就是土壤吸附的交换性盐基离子 ca2 Mg2 K Na NH4 等 占交换性阳离子总量的百分数 盐基饱和度的大小常与雨量 母质 植被等自然条件有密切关系 一般干旱地区的土壤盐基饱和度大 多雨地区则小 70 三 土壤离子交换作用对肥力性状的影响 影响土壤物理性状 影响土壤养分有效性 影响施肥方式与效果 71 土壤酸碱反应是指土壤溶液呈酸性 中性或碱性的程度 一 土壤酸度1活性酸度 氢离子 2潜性酸度 氢离子和铝离子 1 交换性酸度 中性盐 2 水解性酸度 弱酸强碱 土壤活性酸度与潜性酸度的总量称为总酸度 一般水解性酸度要比交换性酸度大 第四节土壤的酸碱反应 72 第四节土壤的酸碱反应 二 土壤碱度1 土壤碱度即土壤碱性强弱的程度 土壤呈碱性反应主要是因为其溶液中含的一定数量的弱酸强碱盐及土壤胶体表面吸附有碱金属及碱土金属的阳离子 2 土壤碱度的表示方法土壤中Na2CO3和NaHCO3含量叫做土壤碱度 单位cmol kg土 常用于地下水 土壤碱化度 土壤中交换性钠离子占阳离子交换量的百分数叫做土壤碱化度 73 第四节土壤的酸碱反应 三 土壤酸碱度的肥力意义1 直接影响植物生长2 影响养分的转化和有效性在中性条件下 有机质矿化较快 土壤有效氮供应较好 PH6 7磷的有效性最大 Fe Mn Zn Cu Co强酸性条件下 溶解性强易对作物造成毒害 Mo在碱性条件下有效性高 B在中性条件下有效性高 3 影响土壤微生物活性4 影响土壤物化性质酸性土壤和碱性土壤的物理性质都很差 74 第四节土壤的酸碱反应 四 土壤的缓冲性能1 土壤缓冲性能 是指当加入致酸或致碱物质于土壤中时 土壤具有缓和酸碱度的能力2 意义土壤具有缓冲性 使土壤的pH不致因施肥 根系呼吸 有机质分解等引起剧烈变化 为植物生长和微生物活动创造一个稳定良好的土壤环境条件 所以 土壤缓冲性能是影响土壤肥力的重要性质 75 第四节土壤的酸碱反应 五 土壤酸碱性的调节1 土壤酸性土改良经常使用石灰 石灰施用量的计算 生石灰需要量 g m2 阳离子代换量 1 盐基饱和度 土壤重量 28 1 10002 中性和石灰性土壤的人工酸化露地花卉可用硫磺粉 50g 平方米 或硫酸亚铁 150克 平方米 76 第四节土壤的酸碱反应 3碱性土壤施用石膏 还可用磷石膏 硫酸亚铁 硫磺粉 酸性风化煤 77 第五节土壤空气 一 土壤的通气性1 土壤通气性是指土壤气体交换的性能 2 土壤通气性产生机制1 土壤空气的整体交换2 土壤空气的扩散 主要原因 3 影响土壤通气性的因素土壤与大气间温度和大气压的差异 土壤含水量的变化 土壤中空气孔隙的数量大小及联结程度 土壤与相邻土层的氧和二氧化碳的浓度差 78 第五节土壤空气 二 土壤的氧化还原状况1 土壤的氧化还原作用 是指土壤中某些无机物质的电子得失过程 2 表示方法用氧化还原电位来表示Eh单位为mv1 旱地土壤Eh变动在200 750mv之间 土壤的Eh在400 700mv之间 多数作物可以正常发育 过高过低均对植物不利 2 水田土壤Eh变动较大在淹水期间 可低至 150mv以下 79 第五节土壤空气 3 影响土壤氧化还原电位的因素1 土壤通气性 Eh值较高 2 土壤水分状况3 土壤中易分解的有机质含量4 植物根系的代谢作用4 土壤氧化还原状况的调节通常通过排灌和施用有机肥等来实现的 在强氧化条件下 如所谓的 望天田 要解决水源问题 并增施有机肥料 以促进土壤适度还原 反之 在强还原条件的土壤 如 冷浸田 冬水田 等 则应采取开沟排水 降低地下水位等措施 以创造氧化条件 80 第六节土壤热状况 土壤热状况是土壤肥力的重要因素之一 它不仅对植物的生长发育及产量的形成有直接作用 同时影响土壤水分 空气的运动 土壤微生物的活动和土壤中养分的转化 土壤温度是土壤热量的具体表现形式和强度指标 其值高低决定于土壤热量的收支情况和热特性 标志土壤热学性质的热特性指标主要有土壤吸热性 土壤散热性 土壤热容量 土壤导热性 土壤导温性等 81 第六节土壤热状况 一 土壤的吸热性和散热性1 土壤的吸热性土壤对太阳辐射能的吸收性能2 土壤的散热性土壤吸收获得的太阳辐射能以多种形式向外输出3 土壤的热交换热量向土壤深层或表层传递 82 第六节土壤热状况 二 土壤的热特性土壤热容量 指单位质量 重量 或容积的土壤每改变1 C所需要的热量 导热率 土壤具有传导热量的性质 导温率 土壤导热系数或热扩散率 土壤吸收一定的热量后 使其温度产生不同程度升高的一种性能 三 土壤温度变化 年变化和日变化特点四 土壤温度调节1 合理耕作与施用有机肥2 以水调温3 覆盖与遮荫 83 第四章土壤水分 本章内容土壤水分的类型及性质土壤水分常数与土壤含水量土壤水分的能态本章重点掌握土壤液态水分的类型土壤水分含量的表示方法本章难点土壤水分的能量分析水吸力的概念 84 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 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 半干旱 半湿润区甚至南方出现季节性缺水 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 85 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平衡 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 土壤水在农业生态系统中的重要性 86 第一节土壤水分的类型及性质 一 土壤水概述1 土壤水的基本含义是指在一个大气压下 在105 条件下能从土壤中分离出来的水分 与次生矿物结合的水不属于土壤水分的讨论范围 2 土壤水的物理形态气态 液态和固态 与植物关系最为密切的是液态水 87 88 二 土壤液态水的类型1 吸湿水 1 定义 土壤颗粒从空气中吸收的汽态水分子 2 存在形式 凝结在土壤颗粒表面 3 实验现象 从室外取土 在室内风干后 表面上干燥了 但把土壤放在烘箱中 重量会减轻 再放置到常温常压下 土壤重量又会增加 第一节土壤水分的类型及性质 89 4 受力大小由土粒表面的分子引力的作用 这种作用力非常大 最大可达一万个大气压 5 有效性 由于植物根系吸水时能克服的渗透压为15个大气压 所以植物不能利用此水 不能移动 具有固态水的性质 对溶质无溶解力 为无效水 称之为紧束缚水 第一节土壤水分的类型及性质 90 2 膜状水 1 定义 土粒在吸湿水的外面 吸引的一部分液态水 以水膜形式附着在土粒表面 2 受力大小受土粒的吸引作用 其内层的土粒吸力为31个大气压 外层为6 25个大气压 3 植物利用情况移动非常缓慢 0 2 0 4mm d 植物可利用的数量很少 第一节土壤水分的类型及性质 91 第一节土壤水分的类型及性质 92 3 毛管水 1 定义 由于毛管力的作用而保持在土壤中的液态水 2 毛管力的大小Laplace公式计算 P 2T r式中的P为毛管力 T为水的表面张力 r为毛管半径 第一节土壤水分的类型及性质 93 3 毛管水类型1 毛管悬着水 降水或灌溉后 由地表进入土壤被保存在土壤中的毛管水 2 毛管上升水或毛管支持水 土壤中受到地下水源支持并上升到一定高度的毛管水 影响毛管上升水的因素 地下水水位和毛管孔隙状况 一般毛管水的上升高度不超过3 4米 第一节土壤水分的类型及性质 94 4 重力水 1 定义 降水或灌溉后 不受土粒和毛管力吸持 而在重力作用下向下移动的水 称为重力水 2 植物利用情况植物可以很容易地吸收重力水 但由于重力水很快就流失 一般两天就会从土壤中移走 因此利用率很低 第一节土壤水分的类型及性质 95 5 地下水 1 定义 在土壤中或很深的母质层中 具有不透水层时 重力水就会在此层之上的土壤孔隙中聚积起来 形成水层 这就是地下水 2 地下水位 地表到地下水面的深度 在干旱条件下 土壤水分蒸发快 如地下水位过高 出现盐渍化现象 在湿润地区 如地下水位过高 就会是土壤过湿 出现沼泽化现象 第一节土壤水分的类型及性质 96 第二节土壤水分常数与土壤含水量 一 土壤绝对含水量1 重量百分数 土壤水分重量占烘干土的百分率 意义 每百克干土中 所含的水的质量数 2 土壤容积含水量 1 单位容积土壤中水所占的容积 2 与质量百分数的关系土壤容积含水量 土壤重量含水量 容重 3 意义 可反映土壤孔隙的充水程度 可计算土壤的固 液 气相的三相比 97 第二节土壤水分常数与土壤含水量 3 土壤蓄水量单位面积一定厚度的土体内所含的水量 土壤蓄水量 mm 土层深度 mm 土壤容积含水量 土壤容重例土层深度为1000毫米 土壤重量含水量为20 容重为1 1 则 土壤蓄水量 mm 1000 mm 20 1 1 220mm 98 第二节土壤水分常数与土壤含水量 3 土壤蓄水量土壤蓄水量 立方米 亩 面积 平方米 土层深度 土壤容重 土壤重量含水量例土壤容重1 1 测得土壤重量含水量为15 现将1亩1米深的土层内含水量提高到田间持水量水平 问应灌多少水 立方米 亩 应灌水量 立方米 亩 666 6 1 1 1 15 99 第二节土壤水分常数与土壤含水量 二 土壤水分常数土壤水分常数是一些与植物生长 土壤的保水能力以及水分的移动特征有关的数值 1 最大吸湿水量又称吸湿系数是在相对湿度接近饱和空气时 当吸湿水达最大数量时的土壤含水量 有时称致死水量 2 凋萎系数又称有效水分的下限 当植物产生永久凋萎时的土壤含水量 此时土壤水主要是全部的吸湿水和部分膜状水 经验公式凋萎系数 吸湿系数 1 5 2 0 100 第二节土壤水分常数与土壤含水量 3 田间持水量又称适宜水分 有效水 上限 当悬着毛管水达最大数量时的土壤含水量 此时水分类型包括吸湿水 膜状水和全部毛管悬着水 田间持水量 吸湿系数 2 5 101 第二节土壤水分常数与土壤含水量 4 全持水量土壤完全为水所饱和时的含水量 此时土壤水包括吸湿水 膜状水 毛管水和重力水 水分基本充满了土壤孔隙 在自然条件下 水稻土 沼泽土或降雨 灌溉量较大时可达到全容水量 5 最大分子持水量 膜状水 6 毛管断裂含水量7 毛管持水量 全部毛管 102 第二节土壤水分常数与土壤含水量 有效水含量土壤水的有效性是指土壤水被植物吸收利用的状况 不能被植物吸收的称无效水 能被植物吸收的称有效水 凋萎系数为有效水的下限 田间含水量为土壤有效水的上限 最大有效含水量 田间含水量 凋萎系数 有效水分含量 自然含水量 凋萎系数 103 第二节土壤水分常数与土壤含水量 三 土壤水分含量的测定方法 一 定量测定方法1 烘干法 标准法 2 中子仪法3 时域反射仪 TimeDomaineflectometryTDR 二 土壤水分的定性测定方法干 不凉手 砂土成自由单粒 壤土和粘土起灰尘 或成自由的硬块 潮 手摸有凉感 砂土略有粘结性 壤土和粘土散成软的团粒 润 手摸感觉很凉 加水不变色 砂土有粘结性 壤土和粘土有可塑性 湿 湿土 在手上留水痕 透湿 水从土中流出来 104 第三节土壤水分的能态 一 土水势1 土水势概念 土水势表示土壤水分在土 水平衡体系中所具有的能态 它是指将单位水量从一个土 水系统移到温度和气压完全相同的纯水池时所做的功 常用 来表示 土壤水的 能 只考虑它的势能 说明 单位水量可以是单位质量 单位容积或单位重量 105 第三节土壤水分的能态 2 土水势的分势1 基质势 m 又叫基膜势 它是指将单位水量从一个平衡的土 水体系统移到另一个没有土壤基质 纯水 而其它状态完全相同的水池时所做的功 是由土粒分子吸力和毛管力作用下所降低的势能 是