土壤学6(土壤水).ppt

Chap 6土壤水分 1土壤水分的重要性土壤水 土壤溶液1 供作物生长需要2 影响养分的溶解和移动3 土壤的氧化还原电位4 有机质的分解与积累5 土壤热量状况6 土壤的耕性 Chap 6土壤水分 2土壤水分的类型和性质1 土壤吸湿水固相土粒靠其表面的分子引力和静电引力从大气和土壤空气中吸附气态水 附着于土粒表面成单分子或多分子层 称为吸湿水 Chap 6土壤水分 2土壤水分的类型和性质 PoreSpaces locationofairandwater SoilParticles MineralandOrganic Nowaterremainsattachedtosoilparticles Chap 6土壤水分 2土壤水分的类型和性质 Wateronsoilparticlesurface PoreSpace Chap 6土壤水分 2土壤水分的类型和性质吸湿水的特点 水分子呈定向紧密排列 密度1 2 2 4g cm3 无溶解能力 不能以液态水自由移动 也不能被植物吸收 吸湿水达到最大值 此时的土壤吸湿水量就叫做最大吸湿量 Chap 6土壤水分 2土壤水分的类型和性质2 膜状水吸湿水达到最大后 土粒还有剩余的引力吸附液态水 在吸湿水的外围形成一层水膜 这种水分称为膜状水 当膜状水达到最大厚度时的土壤含水量称为最大分子持水量 Chap 6土壤水分 2土壤水分的类型和性质 Wateronsoilparticlesurface PoreSpace Chap 6土壤水分 2土壤水分的类型和性质2 膜状水膜状水能从膜厚的地方向薄的部位移动 这部分能移动的水可被作物吸收利用 作物无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎 此时的土壤含水量就称为凋萎系数 Chap 6土壤水分 2土壤水分的类型和性质3 毛管水靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为土壤毛管水 毛管水的特点 这种水可以在土壤毛管中上下左右移动 具有溶解养分的能力 作物可以吸收利用 毛管水的数量主要取决于土壤质地 腐殖质含量和土壤结构状况 Chap 6土壤水分 3 毛管水根据土层中毛管水与地下水有无连接 通常将毛管水分为 毛管支持水和毛管悬着水毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持水量 田间持水量的变化范围 砂土为 160 220g kg 壤土为 220 300g kg 粘土为 280 350g kg Chap 6土壤水分 4 重力水土壤重力水是指土壤水分含量超过田间持水量之后 过量的水分不能被毛管吸持 而在重力的作用下沿着大孔隙向下渗漏成为多余的水 土壤所有孔隙都充满水分时的含水量称为土壤全蓄水量或饱和持水量 Chap 6土壤水分 PoreSpacesarefilledwithwater Chap 6土壤水分 3土壤水分含量的表示和测定方法1 土壤质量含水量土壤质量含水量是指土壤中保持的水分质量占土壤质量的分数 单位g kg 也曾用 表示 m m1 m2 m2 1000式中 m为土壤质量含水量 g kg m1为湿土质量 g m2为干土质量 g Chap 6土壤水分 3土壤水分含量的表示和测定方法2 土壤容积含水量土壤容积含水量是指土壤水分容积与土壤容积之比 常用 v表示单位为cm3 cm3 v 土壤水分容积 土壤容积 100 v 土壤质量含水量 容重 1000 100 Chap 6土壤水分 3土壤水分含量的表示和测定方法3 土壤相对含水量在生产实际中常以某一时刻土壤含水量占该土壤田间持水量的百分数作为相对含水量来表示土壤水分的多少 土壤相对含水量 土壤含水量 土壤田间持水量 100 Chap 6土壤水分 3土壤水分含量的表示和测定方法4 水层厚度这是指一定深度 mm 土层中水分总量相当于若干水层厚度 mm 水层厚度 土壤质量含水量 土壤容重 土层深度 1000 Chap 6土壤水分 3土壤水分含量的表示和测定方法烘干法水分张力计法中子法时域反射仪 TDR 法 time domain reflectometry Chap 6土壤水分 4土壤水分能态1 土水势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 土水势主要由以下几个分势组成 基质势 m 压力势 g 溶质势 s 重力势 g Chap 6土壤水分 4土壤水分能态1 土水势基质势 m 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 或由吸附力和毛管力所制约的土水势 基质势随土壤含水量的增加而增加 在非饱和含水量情况下为负值 饱和水时达最大 为0 Chap 6土壤水分 4土壤水分能态1 土水势压力势 g 它是指将单位水量从一个土 水体系移到另一个压力不同 而温度 基质 溶质等状态完全相同的参比系统时所做的功 或在土壤饱和水的情况下 由于受压力而产生土水势变化 不饱和水土壤条件下 土壤水的压力势一般与参比标准相同 等于0 压力势一般为正值 Chap 6土壤水分 4土壤水分能态1 土水势溶质势 s 它是指将单位水量从一个平衡的土 水体系统中移到另一个没有溶质而其它状态均相同的水池时所做的功 或指土壤水中溶解的溶质而引起的土水势的变化 土壤中溶解的溶质愈多 溶质势愈低 溶质势一般为负值 Chap 6土壤水分 4土壤水分能态1 土水势重力势 g 它是指由于重力场位置不同于参比状态水平面而引起的势能变化 总水势 t t m p s g Chap 6土壤水分 4土壤水分能态2 土壤水吸力土壤水吸力是指土壤水承受一定吸力的情况下所处的能态 是指土壤水的负压力 由于基质势和溶质势一般为负值 在使用中不太方便 所以将基质势和溶质势的相反数定义为吸力 S 称之为基质吸力和溶质吸力 其值与基质势和溶质势相等 但符号相反 Chap 6土壤水分 4土壤水分能态3 土壤水能态定量表示方法土水势的定量表示是以单位数量土壤水的势能值为准 单位数量可以是单位质量 单位容积或单位重量 单位容积土壤水的势能值用压力单位 标准单位 帕 Pa 也可用千帕 kPa 和兆帕 MPa 习惯上也是曾用巴 bar 和大气压 atm 表示 单位重量土壤水的势能值用相当于一定压力的水柱高厘米数表示 Chap 6土壤水分 4土壤水分能态3 土壤水能态定量表示方法1Pa 0 0102厘米水柱1atm 1033厘米水柱 1 0133bar1bar 0 9896atm 1020厘米水柱由于土水势的范围很宽 由零到上万个大气压 故有人建议使用土水势的水柱高度厘米数 负 的对数表示 称为pF 例如土水势为 1000厘米水柱则pF 3 Chap 6土壤水分 4土壤水分能态4 土壤水分特征曲线土壤水分特征曲线又称土壤持水曲线 它是指土壤水的基质势或土壤水吸力与含量水量的关系曲线 Chap 6土壤水分 4土壤水分能态土壤水分特征曲线影响土壤水分特征曲线的因素 A 土壤质地 b 土壤结构 c 温度 d 土壤中水分变化的过程 滞后现象 Chap 6土壤水分 4土壤水分能态土壤水分特征曲线 Chap 6土壤水分 4 土壤水分特征曲线 Chap 6土壤水分 4土壤水分能态土壤水分特征曲线土壤水分特征曲线的用途 A 可利用它进行土壤水吸力和含水率之间的换算 B 土壤水分特征曲线可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布 C 土壤水分特征曲线可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性 D 应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时 水分特征曲线是必不可少的重要参数 Chap 6土壤水分 5土壤水运动在土壤中存在三种类型的水分运动 即 饱和水流 非饱和水流和水汽运动 1 饱和土壤中的水流饱和土壤中的水流 简称为饱和流 即土壤孔隙全部充满水时的水流 这主要是重力水的运动 饱和流可分为垂直向下流 垂直向上流和水平流 Chap 6土壤水分 5土壤水运动饱和土壤中的水流饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度 饱和流服从达西定律 即单位时间内通过单位面积土壤的水通量与土水势梯度成正比 式中 q表示土壤水流通量 H表示总水势差 L为水流路径的直线长度 K为土壤饱和导水率 Chap 6土壤水分 5土壤水运动饱和土壤中的水流土壤饱和导水率反映了土壤的饱和渗透性能 任何影响土壤孔隙大小和形状的因素都会影响饱和导水率 Chap 6土壤水分 5土壤水运动2 非饱和土壤中的水流非饱和土壤中的水流简称为非饱和流或不饱和流 即土壤中只有部分孔隙中有水时的水流 这主要是毛管水和膜状水的运动 土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度和重力势梯度 也可用达西定律来描述 Chap 6土壤水分 5土壤水运动2 非饱和土壤中的水流式中K m 为非饱和导水率 为总水势梯度 非饱和条件下土壤水流的数学表达式与饱和条件下的类似 二者的区别在于 A 饱和条件下的总水势可用差分形式 而非饱和条件下则用微分形式 B 饱和条件下的土壤导水率 K 对特定土壤为一常数 而非饱和导水率是土壤含水量或基质势的函数 土壤水吸力和导水率之间的关系 如图5 11 土壤水吸力为零或接近于零 饱和导水率最大 Chap 6土壤水分 5土壤水运动3 土壤中的水汽运动土壤气态水的运动表现为水汽扩散和水汽凝结两种现象 水汽扩散运动的推动力是水汽压梯度 这是由土壤水势梯度或由土壤水吸力梯度和温度梯度所引起的 土壤水不断以水汽的形式由表土向大气扩散而逸失的现象称为土面蒸发 Chap 6土壤水分 5土壤水运动3 土壤中的水汽运动水汽凝结的两种现象 一是 夜潮 现象 二是 冻后聚墒 现象 Chap 6土壤水分 5土壤水运动4 入渗 土壤水的再分布和土面蒸发水进入土壤包括两个过程即入渗 也称渗吸 渗透 和再分布 一 入渗 入渗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 水进入土壤的情况是由两方面因素决定的 一是供水速度 二是土壤的入渗能力 Chap 6土壤水分 5土壤水运动4 入渗 土壤水的再分布和土面蒸发 入渗后 水在均一质地的土壤剖面上的分布情况如图5 13所示 Chap 6土壤水分 5土壤水运动4 入渗 土壤水的再分布和土面蒸发 二 土壤水的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 这个过程 在土壤剖面深厚 没有地下水出现的情况下 称为土壤水的再分布 土壤水的再分布是土壤水的不饱和流 Chap 6土壤水分 5土壤水运动4 入渗 土壤水的再分布和土面蒸发 三 土面蒸发 即单位时间内单位面积地面上所蒸发的水量 土面蒸发的形成及蒸发强度的大小主要取决于两方面 一是受辐射 气温 湿度和风速等气象因素的影响 二是受土壤含水率的大小和分布的影响 土面蒸发过程可区分为3个阶段 Chap 6土壤水分 5土壤水运动表土蒸发强度保持稳定的阶段 图5 15中AB 表土蒸发强度随含水率变化的阶段 图5 15中BC 水汽扩散阶段 Chap 6土壤水分 5土壤水运动5 田间土壤水分平衡土壤水分平衡的数学表达式为 W P I U E T R In D式中 W表示计算时段末与时段初土体储水量之差 mm P表示计算时段内降水量 mm I表示计算时段内灌水量 mm U表示计算时段内上行水总量 mm E表示计算时段内土面蒸发量 mm T表示计算时段内植物叶面蒸腾量 mm R表示计算时