第四章土壤水分空气热量

1、第一节第一节 土壤水分土壤水分 第二节第二节 土壤空气土壤空气 第三节第三节 土壤热量土壤热量 第四节第四节 土壤水、气、热的关系及其调节土壤水、气、热的关系及其调节 第四章第四章 土壤水分、空气与热量状况土壤水分、空气与热量状况 第一节第一节 土壤水分土壤水分 土壤水是重要的：土壤水是重要的： l是作物生长发育所需水分的主要来源是作物生长发育所需水分的主要来源 一般作物要获得一份产量，必须消耗一般作物要获得一份产量，必须消耗5001000份的水份的水 l是作物吸收养分的重要条件是作物吸收养分的重要条件 l参与土壤中许多物理、化学和生物学过程参与土壤中许多物理、化学和生物学过程 l自然界重要自

2、然界重要“水库水库”和水循环重要环节，环境的重要组分和水循环重要环节，环境的重要组分 （一）质量含水量（一）质量含水量 （二）容积含水量（二）容积含水量 （三）相对含水量（三）相对含水量 一般合适的相对含水量为一般合适的相对含水量为70%70%80%80%（60-100%60-100%） （四）（四）水层厚度（水深）水层厚度（水深）mmmm 土层厚度土层厚度水容水容 （五）土壤水贮量（五）土壤水贮量（方（方/ /亩或吨亩或吨/ /亩）亩） 2/3 2/3 水层厚度水层厚度 ( (六六) )墒情：墒情：干墒、黄墒、灰墒、黑墒干墒、黄墒、灰墒、黑墒 干、干、 润、润、 潮、潮、 湿湿 TDR法：

3、石膏块石膏块 中子仪中子仪 二、土壤水分类型与水分常数二、土壤水分类型与水分常数 土壤水分类型土壤水分类型 受土粒分子引力受土粒分子引力 （吸附力）（吸附力） 受毛管力作用受毛管力作用 受重力作用受重力作用 吸湿水（紧结合水）吸湿水（紧结合水） 膜状水（松结合水）膜状水（松结合水） 毛管悬着水毛管悬着水 毛管上升水毛管上升水 重力水重力水 (一一)土壤水分的类型与性质土壤水分的类型与性质 受力受力MPa-1GPaMPa-1GPa以上。以上。 0.625-3.l 0.625-3.l MpaMpa， 特点：特点： 0.08-0.625Mpa(0.1-6.25atm)0.08-0.625Mpa(0.

4、1-6.25atm)之间，之间，是最有是最有 效的水，是土壤能稳定保持的最大有效水效的水，是土壤能稳定保持的最大有效水 n所受的吸力为所受的吸力为0.1（0.3）0 bar。易发。易发 生渗漏，基本无效。生渗漏，基本无效。 n实际有效含水量实际含水量萎蔫系数最实际有效含水量实际含水量萎蔫系数最 大有效含水量田间持水量萎蔫系数大有效含水量田间持水量萎蔫系数 土壤质地土壤质地砂土砂土砂壤土砂壤土轻壤土轻壤土中壤土中壤土重壤土重壤土粘土粘土 田间持水量（）田间持水量（）121822242630 萎蔫系数（）萎蔫系数（）35691115 最大有效水含量（）最大有效水含量（） 91316151515 吸

5、湿水吸湿水 萎蔫系数萎蔫系数 膜状水膜状水 田间持水量田间持水量 毛管持水量毛管持水量 重力水重力水 无效水 有效水有效水多余水多余水 三、土壤水分能量状态三、土壤水分能量状态 冰点下降法冰点下降法 渗透压的测定可由冰点降低法间接求得。通常采用测量溶液渗透压的测定可由冰点降低法间接求得。通常采用测量溶液 冰点下降来间接测定其毫渗透压摩尔浓度。冰点下降来间接测定其毫渗透压摩尔浓度。 ： T=Km 式中，式中，K-冰点降低常数，溶剂不同，冰点降低常数，溶剂不同，K值不同，对水值不同，对水 溶剂溶剂K=1.86；m-渗透压摩尔浓度。渗透压摩尔浓度。 而渗透压符合：而渗透压符合： ： P=Km 式中，

6、式中，P为渗透压，为渗透压，K为渗透压常数，为渗透压常数，m为溶液重量为溶液重量 摩尔浓度。摩尔浓度。 由于式和式中浓度等同，故可以用冰点下降法测定由于式和式中浓度等同，故可以用冰点下降法测定 溶液的渗透压摩尔浓度。测定药物溶液的渗透压时，只要能溶液的渗透压摩尔浓度。测定药物溶液的渗透压时，只要能 测得药物溶液的冰点降低值，就可求出。测得药物溶液的冰点降低值，就可求出。 注：常用的渗透压计就是采用冰点下降的原理来设计的。注：常用的渗透压计就是采用冰点下降的原理来设计的。 对药物的对药物的注射剂注射剂、滴眼剂等，要求制成适合人体的等渗、滴眼剂等，要求制成适合人体的等渗 溶液，正常人血浆渗透压为溶

7、液，正常人血浆渗透压为749.6kPa。 土壤水分特征曲线示意图土壤水分特征曲线示意图 土壤水吸力土壤水吸力S 土壤含水率土壤含水率 Sa 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 细砂细砂 砂壤土砂壤土 壤土壤土 粘土粘土 四四 强度由大气蒸发力和土壤的导水性共同决定。强度由大气蒸发力和土壤的导水性共同决定。 “夜潮夜潮”现象现象 ：在夏、秋季节，天气晴朗时，昼在夏、秋季节，天气晴朗时，昼 夜温差较大的情况下，夜间表土温度低，含水量夜温差较大的情况下，夜间表土温度低，含水量 小，而下层土壤温度高，水汽压大，引起水汽向小

8、，而下层土壤温度高，水汽压大，引起水汽向 表土层运动，并在温度较低的地表凝结，形成凌表土层运动，并在温度较低的地表凝结，形成凌 晨的露水，使表土潮湿。在干旱地区一昼夜能增晨的露水，使表土潮湿。在干旱地区一昼夜能增 加加48水分，对缓解干旱的危害有很大的作用。水分，对缓解干旱的危害有很大的作用。 “冻后聚墒冻后聚墒”冬季土壤表层冻结，水汽压急剧冬季土壤表层冻结，水汽压急剧 下降，下层土壤水汽不断向冻层运动、冻结，使下降，下层土壤水汽不断向冻层运动、冻结，使 表层土壤含水量不断增加。通过冻后聚墒能使上表层土壤含水量不断增加。通过冻后聚墒能使上 层土壤水分增加层土壤水分增加24%，对于缓解春旱、及时

9、春，对于缓解春旱、及时春 播提供了必要条件。播提供了必要条件。 田间水分的循环田间水分的循环 不同质地土壤水入渗情况 粘土粘土壤土壤土 砂土砂土 在土壤不是很湿能进入田间时，应及时锄地松土，在土壤不是很湿能进入田间时，应及时锄地松土， 减少水分蒸发。减少水分蒸发。 一般情况下，只要土表有一般情况下，只要土表有1 12mm2mm干土层就能显著降干土层就能显著降 低蒸发强度。低蒸发强度。 降水降水 P 截流蒸发截流蒸发 In 蒸散蒸散 ET 灌溉灌溉 I 径流损失径流损失 R 土体储水变化土体储水变化W E上行水量上行水量D下渗水下渗水 六、土壤水分状况及其调节六、土壤水分状况及其调节 (一一)

10、土壤水分状况土壤水分状况 华北分四个阶段： 1、冻融期：从小雪到来年春分、冻融期：从小雪到来年春分 （前一年（前一年11月月22日到来年日到来年3月月20日）日） 2、春旱期：土壤解冻到雨季来临、春旱期：土壤解冻到雨季来临 3、收墒期：、收墒期：79月份月份 4、秋旱期：雨季结束到冻融开始、秋旱期：雨季结束到冻融开始 二十四节气歌二十四节气歌 春雨惊春清谷天，春雨惊春清谷天， 夏满芒夏二暑连，夏满芒夏二暑连， 秋处露秋寒霜降，秋处露秋寒霜降， 冬雪雪冬小大寒。冬雪雪冬小大寒。 每月两节日期定，每月两节日期定， 最多相差一两天，最多相差一两天， 上半年来六、廿一，上半年来六、廿一， 下半年来八、

11、廿三。下半年来八、廿三。 ( (二二) ) 土壤水分状况的调节土壤水分状况的调节 1. 加强农田基本建设，改良土壤质地和结构，加强农田基本建设，改良土壤质地和结构， 增强土壤水分的保蓄能力。增强土壤水分的保蓄能力。 合理轮作与耕作，深耕深耙合理轮作与耕作，深耕深耙 云云 南南 元元 阳阳 2. 增加土壤水分入渗，减少土壤水分损失。增加土壤水分入渗，减少土壤水分损失。 修筑梯田、等高种植、地面覆盖、深耕深松、秋修筑梯田、等高种植、地面覆盖、深耕深松、秋 后耕翻、初春顶凌耙地、中耕后耕翻、初春顶凌耙地、中耕 。 顶凌耙地：顶凌耙地：初春耙地，初春耙地，是我国北方农民在长期抗是我国北方农民在长期抗

12、旱斗争中积累的一条宝贵经验。旱斗争中积累的一条宝贵经验。 “顶凌耙麦田，一亩打三石。顶凌耙麦田，一亩打三石。”顶凌耙麦，不仅顶凌耙麦，不仅 可以消除麦田板结，减少水分蒸发，填补土壤可以消除麦田板结，减少水分蒸发，填补土壤 裂缝，而且可以适当清除田间的枯枝落叶和杂裂缝，而且可以适当清除田间的枯枝落叶和杂 草，减少病虫害的传播。草，减少病虫害的传播。 “夜冻昼消，耙地正好夜冻昼消，耙地正好”，指出了顶凌耙地的，指出了顶凌耙地的 时机。据试验，当地表化冻四至五厘米，地面时机。据试验，当地表化冻四至五厘米，地面 有干湿斑块，下层尚未解冻时，耙地最好。有干湿斑块，下层尚未解冻时，耙地最好。 农谚有农谚有

13、“锄头底下有水锄头底下有水” 顶凌耙麦田顶凌耙麦田 中耕中耕 3. 合理灌溉排水，及时增减土壤水分。合理灌溉排水，及时增减土壤水分。 变漫灌、畦灌、沟灌等地面灌溉方式为波涌灌、膜变漫灌、畦灌、沟灌等地面灌溉方式为波涌灌、膜 下灌等改良的灌溉方式，有条件的可采用较为先进下灌等改良的灌溉方式，有条件的可采用较为先进 的滴灌、喷灌和渗灌的滴灌、喷灌和渗灌 波涌灌：波涌灌：利用间歇阀进行大流量、间断性、 快速推进的方式向沟(畦)放水 。 滴滴 灌灌 渗灌渗灌 固定式喷灌固定式喷灌 半固定式喷灌半固定式喷灌 卷盘式喷灌卷盘式喷灌 土壤温度的重要性土壤温度的重要性 （一）土壤空气对种子萌发和根系的影响（一

14、）土壤空气对种子萌发和根系的影响 种子萌发需水分与氧气、氧气不足烂种；种子萌发需水分与氧气、氧气不足烂种； 根系生长需一定氧气，氧气含量低不长新根，根系生长需一定氧气，氧气含量低不长新根， 氧气少烂根；氧气少烂根； 不同作物缺氧的忍耐力不同，一种作物不同不同作物缺氧的忍耐力不同，一种作物不同 生长期耐缺氧能力不同，如番茄在生长早期生长期耐缺氧能力不同，如番茄在生长早期 缺氧危害最大。缺氧危害最大。 （二）土壤空气对土壤养分状况的影响（二）土壤空气对土壤养分状况的影响 氧气多少影响矿化，影响养分供给；氧气多少影响矿化，影响养分供给； 影响根对养分吸收，如玉米缺氧对养分影响根对养分吸收，如玉米缺氧

15、对养分 吸收影响吸收影响KCaMg N P； 影响养分存在形态，一般氧化态养分易影响养分存在形态，一般氧化态养分易 被作物吸收利用。被作物吸收利用。 （三）土壤空气对植物抗病性的影响（三）土壤空气对植物抗病性的影响 通气不良产生还原性气体通气不良产生还原性气体H2S、CH4、 H2、NO等会严重危害作物生长，等会严重危害作物生长，CO2 过多致使土壤酸度增高，致使霉菌发育，过多致使土壤酸度增高，致使霉菌发育， 植株生病植株生病 氧扩散率（氧扩散率（ODRODR与不同植物状况之间关系）与不同植物状况之间关系） 植植 物物土壤类型土壤类型 3 3种土壤深度内的种土壤深度内的ODRODR 生长表现生

16、长表现 10cm10cm20cm20cm30cm30cm 茎叶菜茎叶菜 莴苣莴苣 菜豆菜豆 甜菜甜菜 草莓草莓 棉花棉花 柑橘柑橘 壤土壤土 粉砂壤土粉砂壤土 壤土壤土 壤土壤土 砂壤土砂壤土 粘壤土粘壤土 砂壤土砂壤土 5353 4949 2727 5858 3636 7 7 6464 3131 2626 2727 6060 3232 9 9 4545 3838 3232 2525 1616 3434 - - 3939 生长良好生长良好 生长好生长好 植物黄化植物黄化 主根发育不良主根发育不良 植物黄化植物黄化 植物黄化植物黄化 根系生长迅速根系生长迅速 五五 土壤通气性的调节土壤通气性的调

17、节 1. 改良土壤质地与结构。改良土壤质地与结构。 2. 加强耕作管理。加强耕作管理。 对于旱地：中耕松土、深耙勤锄、破除地表板结；对于旱地：中耕松土、深耙勤锄、破除地表板结； 对于水田：干耕、晒垡、搁田、烤田等。对于水田：干耕、晒垡、搁田、烤田等。 3. 排除积水和适时合理灌溉。排除积水和适时合理灌溉。 4. 科学施肥：科学施肥：多施有机肥，有机无机配合施肥。多施有机肥，有机无机配合施肥。 土壤层土壤层 次次(cm) 深耕深耕25cm 深耕深耕50cm 总孔隙度总孔隙度(%) 空气孔隙度空气孔隙度(%) 总孔隙度总孔隙度(%) 空气孔隙度空气孔隙度(%) 010 48.3 17.3 51.9

18、 14.7 1025 49.2 13.1 50.4 20.0 2550 44.6 15.3 53.8 20.0 第三节第三节 土壤热量土壤热量 一、土壤温度的重要性一、土壤温度的重要性 1.土壤温度与种子萌发土壤温度与种子萌发 2.土壤温度与作物根系生长土壤温度与作物根系生长 3.土壤温度与作物营养生长和生殖生长土壤温度与作物营养生长和生殖生长 4.土壤温度影响养分转化与吸收土壤温度影响养分转化与吸收 二、土壤热量的平衡二、土壤热量的平衡 ： 土壤热量收入支出情况土壤热量收入支出情况 （一）土壤热量的收入：（一）土壤热量的收入： 1.主要来源于太阳辐射能；主要来源于太阳辐射能； 2.有机质分解

19、产生的生物热；有机质分解产生的生物热； 3.地热地热 （二）土壤热量的消耗（二）土壤热量的消耗 ： 1.地面反射或长波辐射地面反射或长波辐射 2.土壤水分的蒸发和植物的蒸腾土壤水分的蒸发和植物的蒸腾 土壤接受用于提高土壤温度的热量约为达到地表有效辐射土壤接受用于提高土壤温度的热量约为达到地表有效辐射 的的5-15%。 （三）影响土壤热量平衡的因素（三）影响土壤热量平衡的因素 l纬度、海拔、云厚、大气温度纬度、海拔、云厚、大气温度 l季节昼夜变化、季节昼夜变化、 l土壤起伏、土壤颜色、土壤水分土壤起伏、土壤颜色、土壤水分 三、土壤热性质三、土壤热性质 （一）土壤热容量（一）土壤热容量（c） ：表

20、示土壤吸热升温和散热降温的程度，：表示土壤吸热升温和散热降温的程度， 可分为重量热容量可分为重量热容量C，容积热容量，容积热容量Cv， 土壤热容量（土壤热容量（c）：）：指指1g或或1cm3土壤温度升高或降低土壤温度升高或降低1所需要吸收所需要吸收 或放出的热量卡数或放出的热量卡数 容积热容量容积热容量CV=重量热容量重量热容量C容重容重 C水水C矿物质矿物质C气气 因此，影响土壤热容量大小的因素主要为土壤含水量。因此，影响土壤热容量大小的因素主要为土壤含水量。 田间管理中用水调节土温的实例：田间管理中用水调节土温的实例： 麦子浇冻水：麦子浇冻水： 热天菜园浇水：热天菜园浇水： （二）土壤导热

21、性（二）土壤导热性 指土壤传导热量的性能。指土壤传导热量的性能。 导热性的大小通常是用导热率（导热性的大小通常是用导热率（K）来衡量：）来衡量： 导热率：导热率：是指相距是指相距1cm，两端温差，两端温差1时，每秒通过时，每秒通过 1cm2土壤断面的热量卡数。单位土壤断面的热量卡数。单位cal/cm.s.。 l 矿物质矿物质 水水 空气空气 l 土粒紧实、含水量大，愈易向下导热。土粒紧实、含水量大，愈易向下导热。 l 春季松土、排水；冬季压土、保水。春季松土、排水；冬季压土、保水。 （三）土壤导温性（三）土壤导温性 ：指土壤传递热量的温度变化后的性能指土壤传递热量的温度变化后的性能 用导温率（

22、用导温率（D）表示：）表示：导热率使导热率使1cm3土壤发生的温度变化土壤发生的温度变化。 导温率与导热率和热容量的关系如下：导温率与导热率和热容量的关系如下： 导温率影响因素主要也是土壤含水量，导温率开始随含水量增加而导温率影响因素主要也是土壤含水量，导温率开始随含水量增加而 上升，当土壤水量超过一定数量，导温率反而下降。上升，当土壤水量超过一定数量，导温率反而下降。 K D= Cv 土壤湿度 导温率 春天浇水？春天浇水？ 讨论： 导热率大或小的表层土壤其昼夜温差大或小？导热率大或小的表层土壤其昼夜温差大或小？ 导热率大：导热率大： 土壤昼夜温差小土壤昼夜温差小 导热率小：导热率小： 土壤昼

23、夜温差大土壤昼夜温差大 四、土壤温度的日变化和年变化四、土壤温度的日变化和年变化 （一）日变化（一）日变化 土壤温度下午土壤温度下午2时最高，日出前最低，日变幅随土层时最高，日出前最低，日变幅随土层 加深逐渐减小，山东省加深逐渐减小，山东省50cm以下基本不变。以下基本不变。 （二）年变化（二）年变化 土壤最高温在土壤最高温在7-8月，最低温在月，最低温在1-2月，年变幅随土层月，年变幅随土层 加深逐渐减小，中纬度地区加深逐渐减小，中纬度地区15-20m以下土温终年不变。以下土温终年不变。 15cm 大气大气 30cm 90cm 五、土壤温度的调节措施 （一）灌溉排水（一）灌溉排水 （二）施用有机肥料（二）施用有机肥