土壤学第5章土壤水、气、热状况

第五章土壤的水、气、热状况、土壤由固、液、气三相物质构成，固相部分包含矿物质和有机质。 液相为稀薄的溶液，少量的盐、气体溶解，有各种各样的悬浮物质，本章作为纯水进行研究。 水是四个肥力因素之一，植物、微生物需要，很多物理、化学、生物反应要求水参加，水和气体存在于空隙中，水是矛盾的主要方面，水也是影响热情况的最活跃的肥力因素，是生产上的措施：用水调节，不要用水调节，用水调节肥讨论水分的能量状态，也就是以多大的吸引力吸附在土壤上，水分对植物的有效性。 土壤水、第一节土壤含水量、土壤含水量是土壤的重要性状之一，用于测定许多理化性质，如O.M、养分含量、田间灌溉。 土壤的很多测定数据是基于干燥的土(即105-1100C干燥的重量)，所以必须首先测定含水量，把潮湿的土换算成干燥的土。 另一方面，以水分重量相对于干燥土重量的百分率表示的-含水量(重量% )土壤含水量(重量%)=(水重量/干燥土重量) x100=(W湿-W干)/W干x100W湿=W干=W湿/(1含水量)例：耕层含水量(重量% )为20%，土壤容积为1.2含水量(容积% )=20%x1.2=24%总孔度=(1-容积重量/比重) x100%=(1-1.2/2.65)x100%=55%该土壤三相容积比用液相24%、气相31%、固相45%、气孔比=55%/45%=1.2、2、水分容积在土壤容积整体中所占的比例表示=土壤含水量(重量%)x土壤容积，水容积=干燥土重量x土壤含水量(重量% ) (水密度=1)土壤容积=干燥土重量/土壤容积，例如某土壤耕层深度20cm，含水量(容积%)24%，其田地持水量为36% (容积% )， 灌溉农田保有水量需要每亩多少水667x0.2x(36%-24%)=方、三、用水容积表示的蓄水量容积、一定面积、一定深度土层(土壤容积)内的水的容积：土壤蓄水量(方)=土壤容积(m3)x含水量(容积%)=土地面积(m2)x土层以上的例子： 20cmx24%=4.8cm=48mm灌水深度=20cmx(36%-24%)x10=mm，4，以水层厚度表示(mm或cm)-与蓄水量深度、蓄水量深度=含水量(容积%)x相关的土层深度、绝对含水量与某一标准进行比较时的相对含水量常用的相对含水量有2个：1)，含水量相当于田地保水量的百分比相对含水量(%)=绝对含水量/田地保水量x100%2)，相当于饱和保水量的百分比相对含水量(%)=绝对含水量/饱和含水量x100%土壤水：吸湿水(结束水)膜状水(松束结束水) 毛管水：悬挂毛管水，使毛管水重力水和地下水气体水(水分水)固体水(冰)、第二节土壤水分类型、水分常数和土壤有效水、第一、土壤水分类型、干燥的土粒暴露在湿空气中，土粒将空气中的水蒸气分子吸附在其表面，这是土壤的吸湿性，土粒吸附力：氢键、范德瓦尔斯力、静电引力、数千数万气压(31-1万气压)、密度1、在风干土中含有吸湿水。 吸湿系数：相对湿度达到100%时，土壤的吸湿量达到最大值，此时的含水量称为吸湿系数或最大吸湿量。 常数由粘粒、有机质决定，粘土土壤砂土、(一)吸湿水(结束水)、吸湿水的对象、吸湿水以外的水膜以31-6.25气压的能量保持，进行膜状的运动，吸附吸湿水后残留的引力是与液体水接触时吸附的液体水。 水膜厚水膜薄运动，(二)膜状水(结束水)，最大分子保持水量：膜状水达到最大量时的土壤含水量。 萎凋系数(萎凋水分量):土壤对水分的吸附力约为15气压时，植物得不到有效的水的供给，发生永久萎凋现象，此时的土壤水分量称为萎凋水分量或萎凋系数。 这是非常重要的水分常数。因为植物的根系吸水力约为10-15气压，所以通常在15气压下将有效水和无效水的分界，表明膜状水的大部分是有效的。 膜状的水的形象是，通过毛细管力保持土壤中的水分，土壤的水分量达到最大分子保持量时，如果持续增加水分，则形成移动性大的自由水，首先被保持在土壤的毛细管中，通过毛细管运动，从毛细管粗的地方运动到毛细管细的地方。(3)毛管水，1 )，上升毛管水：与地下水相连的毛管水2 )，悬浮毛管水：与地下水不相连的毛管水，6.25-1/3气压的数量多，作物有效， 水沿毛细管上升的毛细管力范围：0.1-1mm有明显的毛细管力0.05-0.1mm的毛细管力强，0.05-0.005mm的毛细管力最强0.001mm的毛细管力消失，毛管水的上升高度与毛细管半径成反比，H=0.15/r(H，r均为cm单位粗：高小、快：高高、慢、土砂低的粉粘壤土(黄土)比粘土高，68米的海涂盐性夜潮土-粗粉壤土(粗粉砂含量高)，影响：毛细粗细、连通情况。、土粒、毛细管的上升水的对象，、时，土壤水吸引力为约1/3气压(0.05-0.35气压)。 淹水或淹水后，在允许充分渗透的同时，还能防止蒸发，保持土壤的水量。 粘土、壤土、砂由于1/3-15气压，所以保持的水分全部称为有效水，但不同等有效。 吸引力越大，越难利用，中途有转折点，供灌溉参考：约0.8气压，相当于田地保水量的约70%左右，含水量比此时大，水分容易连续地进行整体运动，成为有效水，低于该值，毛管水被捆扎水阻断，缺乏整体运动，有效-灌溉点的选择。 不被土壤吸附力和毛细管力吸附，而是受重力控制的水的一部分。 旱馀水。 四)重力水、饱和含水量：土壤大小的空隙全部充满水时的含水量，或全蓄水量。二、土壤水的有效性，例如吸湿系数、枯萎系数、田地的保水量和饱和保水量等，表示能源、数量和作物使用的有效性等。 土壤水分常数：以一定的土壤水吸引力保持的水分量，或者从一种形态转变为另一种形态时的水分量。 同样的土壤和土层变化不大，所以被称为常数。 从图中可以看出，土壤枯萎含水量和田地的保水量之间的水分对干物植物有效，也就是说，土壤的最大有效水量=田地的保水量(有效水上限)枯萎含水量(有效水下限)下的土壤有效水量=含水量枯萎含水量，1，土壤质量和土壤有效水量的关系(重量% )，2，很多田地水流在哪里？第三节土水势、土壤水自由能和标准状态水自由能的差叫土水势。 一般用希腊字符表示。 标准状态的水是指纯水，即没有溶质的自由水，即无束缚105Pa； 一定的高度和温度。 标准状态的水自由能为零，土壤水的自由能及其比较的差一般为负值。 差异大、水不活动、能量低的差异小表示土壤水和自由水接近、活跃、能量高。 一、土的水势概念、基质吸引力：- -基质势能m吸附力：电场力范德华力氢键弯月面力重力- -重力势能g渗透力(盐土，干燥条件下)- -溶质势能s静水压力(地面浸水水)- -压力势能p，土壤水的能量土壤水力学： 2222222222222222222222222222222222，基质势能m :取决于土粒吸附力和毛细管力。溶质势s :也称为渗透势，是由溶质对水的吸附而产生的。 重力势g :重力作用引起的水势。 压力势p :土壤中的水分受到土壤水体的静水压，其水势与参考标准之差称为压力势。 请注意，不同情况下，土壤整体水势的各势能组成不同。 总水势： t=MPSG，一般提到的吸引力为基质吸引力，其值等于m，但符号相反。 (2)、土壤水吸引力：指土壤受到一定吸引力时的能量状态。 仅包含基质吸引力和渗透吸引力。 定义：土壤水吸引力与土壤含水量的相关曲线，二，土壤保水曲线(土壤水分特征曲线)，影响因素的质构温度滞后现象，a， b .土壤水分特性曲线可以间接地反映土壤空隙大小的分布c .土壤水分特性曲线可以用于分析不同质量的土壤的保水性和土壤水分的有效性d .应用数学物理方法定量分析土壤中的水运动时， 水分特征曲线是必不可少的重要参数，土壤水分特征曲线的用途： *第四节土壤水运动，一、饱和水运动，q是土壤水通量：每单位面积的土壤水量Ko :饱和导水率。 h表示水流两端的水势差，以水柱的高度表示。 l距离，即水流。 H/L (水势梯度):每单位距离的水势差。 k (比例常数、导水率):单位水势梯度下的通量。 土壤中水分的运动可以用描述液体在多孔质体中运动的达西定律来表示。 饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度。 田间出现的土壤水饱和流，一个是垂直向下的饱和流，二个是水平饱和流，三个是垂直向上的饱和流，两个与非饱和水运动、饱和流相比，不饱和流有两个特征：土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度和重力势梯度，饱和条件下的土壤导水率(k )是特定的土壤非饱和导水率是土壤含水量或基质势的函数，干燥地区的意义是上升到根部扩散运动，水蒸气压大-水蒸气压小，湿-干燥土壤气水的运动表现出水蒸气扩散和水蒸气凝聚两种现象，水蒸气扩散运动的推动力是水蒸气压梯度，这是土壤水势梯度或三、水蒸气运动、一、“夜潮”现象多出现在地下水埋入深度浅的“夜潮地”。 “冻结后的土壤量主要由该土壤的含水量和冻结强度决定。 含水量高、冻结强度大时，“冻结后水分的积蓄”变得显着。 一般来说，土壤上层的涨水作用为2-4%左右。 2、“冻结后收集水分”现象*冬天表土冻结，水蒸气压降低，冻结层以下的土层的水蒸气压高，因此下层的水蒸气聚集、冻结，冻结层变厚，水分量增加，是“冻结后收集水分”现象。 (1)土壤渗透(soilwaterinfiltration)*一般指水从土表垂直进入土壤的过程，但也不排除像沟灌那样水横卧或上升的过程。 四、渗透、土壤水的再分布和土壤面蒸发、影响因素：供水速度，二是土壤的渗透能力(渗透速度infiltrationrate )、(soilwaterredistribution )，概念：土壤水渗透过程结束后，水在重力和吸引力梯度的影响下在土壤中向下移动再分布土壤水的再分布是土壤水的不饱和流。 (二)土壤水的再分布、(三)土面蒸发、SoilWaterevaporation、土面蒸发过程可分为三个阶段。 1、表土蒸发强度稳定阶段、概念：单位时间内从单位面积地面蒸发水量的土壤水蒸气进入大气的过程。 2、表土蒸发强度随含水率变化阶段，蒸发速度急剧降低，有利于保持土壤湿气，3、水蒸气扩散阶段土壤输水能力极弱，无法补充表土蒸发损失的水分，在土壤表面形成了干燥土层。此阶段，蒸发面不是在地表，而是在土壤内部，蒸发强度的大小主要由干燥土层内水蒸气扩散的能力控制，依赖于干燥土层的厚度，一般来说，其变化速度非常缓慢稳定。 土壤保护措施在蒸发的第一阶段是最有效的第二阶段。 (4)盐土的水分蒸发：夏天盐多，蒸发力弱，盐分少，盐高的地方，盐斑会扩散。 五、水分管理土壤是漏水的储池。 1 .在抑制水分侵入、防止地表流出的水田中储存水。 2、防止水分蒸发：锄地、霸盖3、灌溉：从田地到田地的保水量灌溉方法水田灌溉防漏。 4、排除多馀的水：地面排水沟地下排水降低地下水，含量：空气空隙容积， 干旱要求的10-15%以上的组成：与大气相比1 .土壤空气中的CO2含量比大气高2 .土壤空气中的O2含量比大气低3 .土壤空气中的水蒸气含量一般比大气高4 .土壤空气中含有高还原性气体(CH4等)，第5节的土壤空气、土壤空气与大气组成的比较(容积% )、土壤空气的变化规律：随着土层深度的增加，土壤空气中的CO2含量增大，O2含量减少，膜地和露天也是如此，气温和土温上升，根系呼吸加强，微生物活动加速，土壤空气中的CO2含量增加， 夏季CO2含量最高的霸膜块的CO2含量明显比不霸稻草的原露地高，但O2相反，土壤空气中的CO2和O2含量相互消长，两者的合计维持在1922%之间。 2、机理、2、土壤通气性、土壤通气性一般是指与土壤空气交换的能力，以及允许气体在土壤内部扩散和通气的能力。 1 )土壤空气与大气之间的气体整体交流。 土壤空气和大气之间的总压力梯度原因：气象因素：温度； 降雨和灌溉，挤出，进入风，机器搅拌，罩盖没有影响的大气气压变化。 2 )气体扩散是土壤通气的主要机制，取决于个别气体分压梯度。 涉及到CO2、O2等个别气体的交换。 通气性调节：孔性的改善：促进耕作、轮作、排水、团粒结构的形成。 第六节土壤的热状况，第一，土壤温度的重要性，第一，主要是太阳放射能从地球放射出太阳总放射的1/20亿。 2、生物热微生物分解有机质发热过程，在堆肥、厩肥温床发热。 二、土壤热源、太阳辐射热是主要来源，生物热和地热仅在某些特定条件下起作用。 3、地热地壳的热传导能力差。 影响地表辐射平衡的因素纬度、海拔坡地和坡度地面被复盖的情况，辐射平衡得到的热是否通过热通量传递到下层，以及上升多少(相反地冷却，冷却多少)，受到土壤的热学性质的影响。 三、土壤热学性质，(一)土壤热容量：是指单位容积或单位质量土壤温度上升或下降时吸收或释放的热量。 土壤容积热容量CV=0.46Vm 0.60Vo VwVm:矿物质容积Vo有机质容积Vw:水容积。 空气CV太小，省略。 在某些特定的土壤中，有机质的数量变化不大，其热容量主要由含水量的多寡决定。 随着水分量的增加而增加，一般潮湿的土的温度变化很慢，干燥的土的温度变化很剧烈