第六章 土壤水(森林土壤 课件).ppt

第六章土壤水 第一节土壤水分的类型及有效性 一 土壤水的重要性 所有的水只有进入土壤转化为土壤水 才能被植物吸收利用 土壤水是作物吸水的最主要来源 土壤水是土壤的最重要组成部分之一 土壤水是土壤形成发育的催化剂 土壤水并非纯水 而是稀薄的溶液 土壤水实际上是指在105 温度下从土壤中驱逐出来的水 1 吸湿水 hydroscopicwater 干土从空气中吸着水汽所保持的水 称为吸湿水 又称为紧束缚水 属于无效水分 2 膜状水 薄膜水 membraneouswater 指由土壤颗粒表面吸附所保持的水层 膜状水的最大值叫最大分子持水量 薄膜水对植物生长发育来说属于弱有效水分 又称为松束缚水分 二 土壤水分的类型和性质 水汽 土壤 膜状水 膜状水示意图 土粒 膜状水 3 毛管水 capillarywater 毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的水分 称为毛管水 毛管水是土壤中最宝贵的水分 毛管水又可以分为两种类型 毛管悬着水 capillarysupportingwater 土体中与地下水位无联系的毛管水称毛管悬着水 毛管支持水 毛管上升水 capillarysuspendingwater 土体中与地下水位有联系的毛管水称毛管支持水 地下水位高 地下水位低 水沿着毛管上升 毛管作用力范围 0 1 1mm有明显的毛管作用0 05 0 1mm毛管作用较强0 05 0 005mm毛管作用最强 0 001mm毛管作用消失 毛管作用 土粒 地下水位 毛管悬着水示意图 土粒 毛管上升水示意图 地下水位 土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图 自地下水面向上供水的毛管水的网 充水的粗毛管供水 土粒 细毛管 排除毛管水的大孔隙 束缚水占的孔隙 充水的大孔隙 毛管水上升高度从地下水面到毛管上升谁所能达到的相对高度 叫毛管水上升高度 h水柱高度 cm d孔隙直径 mm 不同土壤质地毛管水上升高度 4 重力水 gravitationalwater 又称多余水 是指土壤中充滞于充气孔隙中的水分 存在于土壤中的时间短 很快会因为重力作用而渗入或流出 河流 三 土壤水分含量的表示方法 一 质量含水量 m 二 容积含水量 v V m 三 相对含水量 三 土壤贮水量 1 水深 DW DW V h或 mm 一 土壤水分常数 soilmoistureconstant 在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分常数 吸湿系数 hygroscopiccoefficient 最大吸湿水量 凋萎系数 wiltingcoefficient 萎蔫含水量又称稳定凋萎含水量 植物因缺水凋萎并不能复原时的土壤含水量 又称萎蔫含水量 四 土壤水分常数及土壤水分有效性 田间持水量 fieldcapacity 毛管悬着水达到最大值时的土壤含水量称为田间持水量 通常作为灌溉水量定额的最高指标 在数量上它包括吸湿水 膜状水和毛管悬着水 饱和含水量 saturatedwatercontent 饱和含水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量 以干土质量或容积的百分量表示 二 土壤水的有效性 availability 土壤水的有效性是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水称为有效水 最大有效水含量是凋萎系数至田间持水量的水分 土壤水分有效性的三种假设 土壤水分在上限 田间持水量 和下限 凋萎系数 之间同等有效 在上述范围内随土壤水分减少而降低 传统的土壤水分有效范围 土壤质地土壤质地的影响主要是由土壤的表面积和孔隙系统的性质引起的 土壤结构团聚体土壤孔隙度大 含水量高 持水孔隙发达 故有效水分含量高 如团聚体发育好的东北黑土 有机质含量有机质本身的持水量很大 更能促进良好土壤结构的形成 所以多施有机质 可以扩大有效水范围 三 影响土壤水分有效性的因素 土壤质地对有效水范围的影响 有机质对有效水范围的影响 返回 第二节土壤水的能态 土壤A砂土10 土壤B粘土15 水流向何方 土水势是在标准大气压下 极小单位水量从一个平衡的土一水系统可逆地移到和它温度相同 处于参比状态水池时所做的功 一 土水势概念 土 作功 水 渗透势 s渗透势又称溶质势 负值 土壤溶质浓度越高 溶质势越低 溶质势只有对半透膜的水分运动起作用 二 土水势的组成 基质势 m负值 当土壤饱和时最大 0 土壤含水量越高 基质势也越高 压力势 p正值 只有当土壤水分饱和时才有压力势在不饱和土壤中压力势为0 饱和土层越深 压力势越高 p wghV 重力势 g重力势 g 是指由重力作用而引起的土水势变化 任何时候重力势都存在 高于参比面时为正 反之为负 参比面处重力势为0 总水势 t m p s g 请注意 在不同的情况下 土壤总水势的各分势组成是不同的 切记 土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的情况下所处的能态 简称吸力 但并不是指土壤对水的吸力 T m 如何用水吸力和水势判断水分运动的方向 请回答 绝对正值 三 土壤水吸力 一般谈及的吸力是指基质吸力 其值与 m相等 但符号相反 四 土壤水势的定量测定 土水势的标准单位 帕 Pa 1Pa 0 0102厘米水柱1atm 1033厘米水柱 1 0133bar1bar 0 9896atm 1020厘米水柱1bar 100000Pa 一般只能测定8万帕以下的土壤水吸力 五 土壤水分特征曲线 指土壤水分含量与土壤水吸力的关系曲线 目前尚无法从理论上推导出土壤含水率与土壤水吸力或基质势之间小关系 只能用实验方法获得水分特征曲线 S a bS a s bS A s n m 010203040506070 土壤水吸力 黏土 壤土 砂土 土壤含水量 影响因素质地结构温度滞后现象 机理 滞后现象沙土比粘土明显 水分特征曲线的用途 第四 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 首先 可利用它进行土壤水吸力S和含水率 之间的换算 图3 7 其次 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 第三 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 第三节土壤水分运动 土壤水流动 水分蒸发 水分入渗 水分再分配 一 饱和流 SaturatedSoilWaterFlow 饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度 基本上服从饱和状态下多孔介质的达西定律 Darcy slaw 单位时间内通过单位面积土壤的水量 土壤水通量与土水势梯度成正比 土壤所有的孔隙都充满了水时 水分向土壤下层或横向运动的速度 饱和流导水率 Saturatedhydraulicconductivity 二 土壤非饱和流 unsaturtedsoilwaterflaw 土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度和重力势梯度 它也可用达西定律来描述 对一维垂向非饱和流 其表达式为 非饱和流导水率 unsaturatedhydrolicconductivity 土壤水吸力和导水率之间的关系 饱和条件下的总水势梯度可用差分形式 而非包和条件下则用微分形式 饱和条件下的土壤导水率Ks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 m 的函数 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 三 土壤水气运动 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 主要由土水势梯度或水吸力梯度和温度梯度引起 1 夜潮 现象多出现于地下水埋深度较浅的 夜潮地 2 冻后聚墒 现象 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集聚 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 冻后聚墒 的多少 主要决定于该土壤的含水量和冻结的强度 含水量高冻结强度大 冻后聚墒 就比较明显 一般对土壤上层增水作用为2 4 左右 第四节土壤水分平衡 一 土壤水分的来源 土壤水分 大气降水 灌溉水 地下水上升和大气中水汽的凝结也是土壤水分的来源 二 土壤水分的消耗 渗漏 侧向径流和下渗径流 二 土壤水分的消耗 渗漏 侧向径流和下渗径流 地下水 河流 土壤蒸发土壤水汽进入大气的过程 植物蒸腾 三 土壤 植物 大气连续体 SPAC Soil plant atmospherecontinuum 由水势引起水由土壤进入植物体 再向大气扩散的体系 沙漠植物在 200 800万帕时仍能生存 四 土壤水分在土壤肥力中的作用土壤水分是土壤肥力的重要因素之一 它一方面直接供给植物吸收利用 另一方面又影响土壤的其它性状和肥力因素 土壤水分影响土壤的养分状况 土壤水分影响土壤的通气状况 土壤水分影响土壤的热量状况 土壤水分影响微生物和活动 土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性 植被蒸腾作用对土壤水分平衡关系密切 植被组成和覆盖度对土壤水分状况都有较大影响 气候降雨量和蒸发是重要因素 五 影响土壤水分状况的因素 土壤物理性质特别是土壤质地 结构和有机质含量等到因素对水的渗透 流动和蒸发有重要影响 地形地形影响水分的再分配 水文地质在不透水层接近地面 地下水位高的地