第一章 土壤组成

1、第一章 土壤基本物质组成 （Soil physical composing） Soil mineral matter (38%,v/v) (95%,w/w) Soil organic matter (12%,v/v) (5%,w/w) Soil Atmosphere (15-35%,v/v) Soil water (solution) (15-35%,v/v) Basic physical composing of soil 土土 壤壤 固固 相相 土土 壤壤 孔孔 隙隙 1-1 土壤矿物质土壤矿物质 1-1 Soil mineral Mineral an element or combina

2、tion of elements that form natural, inorganic compounds of specific formulation and often crystalline structure. 矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下形矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下形 成的自然产物，是岩石的组成单位成的自然产物，是岩石的组成单位 。 矿物都具有一定的化学成分和物理性质，并以矿物都具有一定的化学成分和物理性质，并以 各种形态（固、液、气）存在于自然界中。各种形态（固、液、气）存在于自然界中。 矿物可以是单一元素所组成的，也可以是几种矿物可以是单一元素所组成的

3、，也可以是几种 元素组成的化合物。元素组成的化合物。 自然界的矿物绝大多数是固态，少数为液态或自然界的矿物绝大多数是固态，少数为液态或 胶体状态。胶体状态。 一、土壤矿物质的组成一、土壤矿物质的组成 （一）土壤矿物组成（一）土壤矿物组成 土壤矿物：土壤矿物：由土壤中所有由土壤中所有无机物质无机物质的总和，是土壤的的总和，是土壤的 主要组成物质，构成主要组成物质，构成“土壤骨骼土壤骨骼”，是土壤具有各，是土壤具有各 种物理、化学、生物学性质的物质基础。种物理、化学、生物学性质的物质基础。 次生矿物次生矿物 Secondary minerals 原生矿物原生矿物 Primary minerals

4、土土 壤壤 矿矿 物物 磷化物类磷化物类(phosphides) ) 氧化物类氧化物类(oxides) 硫化物类硫化物类(sulfides) 硅酸盐类硅酸盐类(silicates) 原原 生生 矿矿 物物 原生矿物：原生矿物：由地壳深处熔融状态的由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝岩浆冷凝固固 结而形成的矿物。如石英、长石、云母、辉石、结而形成的矿物。如石英、长石、云母、辉石、 角闪石等。角闪石等。 Primary minerals：formed from molten (igneous) materials. 石英石英 (quartz)(quartz)，SiOSiO2 2 石英晶簇石英晶簇 (qua

5、rtz druse(quartz druse ) ) 正长石正长石 (orthoclase)(orthoclase) KAlSiKAlSi3 3O O8 8 斜长石斜长石( (plagioclaseplagioclase) ) Na(AlSiNa(AlSi3 3O O8 8) )Ca(AlCa(Al2 2SiSi2 2O O8 8) ) 白云母白云母 (muscovite)(muscovite) KHKH2 2AlAl3 3SiSi3 3O O12 12 黑云母黑云母 (biotite)(biotite) 辉石辉石 (augite)(augite) Ca(Mg, Fe)SiCa(Mg, Fe)

6、Si2 2O O6 6 角闪石角闪石 (hornblende) (hornblende) Ca(Mg,Fe)Ca(Mg,Fe)3 3SiSi4 4O O12 12 方解石方解石 (calcite) CaCO3 磷灰石磷灰石 (apatite) Ca5(PO4)3(F,Cl) 赤铁矿赤铁矿 (hematite) Fe2O3 黄铁矿黄铁矿 (hematite) FeS2 2. 次生矿物：次生矿物：原生矿物经物理、化学风化作用，原生矿物经物理、化学风化作用， 组成和性质发生化学变化，形成的新矿物。如组成和性质发生化学变化，形成的新矿物。如蒙脱蒙脱 石、高岭石、伊利石石、高岭石、伊利石等。等。 Sec

7、ondary minerals：minerals formed from weathering or soil-forming processes from primary minerals. 次生硅铝酸盐次生硅铝酸盐 类类 氧化物类氧化物类 简单盐类简单盐类 次次 生生 矿矿 物物 粘土矿物粘土矿物 蒙脱石（蒙脱石（montmorillonite）伊利石（伊利石（illite） 高岭石（高岭石（kaolinite） 方解石（方解石（calcite） 四大元素：四大元素：氧氧(O)、硅、硅(Si)、铝、铝(Al)、铁、铁(Fe) 占总质量的占总质量的88.7以上以上 （二）土壤矿物质的化学组成

8、（二）土壤矿物质的化学组成 2.三大化合物：三大化合物：二氧化硅二氧化硅(SiO2) 三氧化二铝三氧化二铝(Al2O3) 三氧化二铁三氧化二铁(Fe2O3) 占总质量的占总质量的75以上以上 土壤矿物质的化学组成 矿物矿物SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OP2O3 石英石英100 正长石正长石626618200391594 斜长石斜长石617019260904611 白云母白云母44463437020381102 黑云母黑云母333613303110222069 辉石辉石4555310061626620 二、土壤质地（土壤机械组成）二、土壤质地（土壤机械组成） 土壤质地：土

9、壤质地：土壤中各粒级土粒的比例组合土壤中各粒级土粒的比例组合 Soil texture： the proportions of sands, silts, and clays in a soil Soil texture is an important variable in controlling porosity, permeability, water storage capacity, aeration, root penetration, and other functional characteristics. 1.概念概念 按照土粒的大小，将其分为若干按照土粒的大小，将其分为若干

10、组组称为土壤称为土壤 粒级，一般分为粒级，一般分为石砾石砾、砂粒砂粒、粉砂粒粉砂粒和和粘粒粘粒 Soil particle fraction： group partition of soil particle according to its diameter （一）土壤粒级（一）土壤粒级（soil particle fraction） 石石 砾（砾（gravelgravel） 砂砂 粒（粒（sandsand） 粘粘 粒（粒（clayclay） 粉砂粒（粉砂粒（siltsilt） 土壤团聚体土壤团聚体 土壤分散为单粒土壤分散为单粒 土壤粒级划分土壤粒级划分 石砾石砾 1mm 砂粒砂粒 1-0.

11、05mm 粉砂粒粉砂粒 0.05-0.002mm 粘粒粘粒 2.0 2.00.02 2.00.2 0.20.02 0.020.002 0.002 (2)(2)卡庆斯基制卡庆斯基制 前苏联的分类标准。将大于前苏联的分类标准。将大于1mm的划的划 为石砾；为石砾；1mm0.01mm的称为的称为物理性砂粒物理性砂粒，3 31 10.01 10.5 0.50.25 0.250.05 0.050.01 0.01 0.010.005 0.0050.001 0.0010.0005 0.00050.0001 3 31 10.05 10.25 0.250.05 0.050.002 0.050.01 0.010.

12、005 0.0050.002 0.002 0.0020.001 0.001 3.各粒级的组成各粒级的组成 (1)(1)矿物组成矿物组成 砂粒和粉粒以原生矿物为主，粘砂粒和粉粒以原生矿物为主，粘 粒以次生硅酸盐矿物为主粒以次生硅酸盐矿物为主 (2)(2)化学组成化学组成 砂粒和粉粒中二氧化硅（砂粒和粉粒中二氧化硅（SiO2） 含量高，粘粒中含量高，粘粒中Al2O3、Fe2O3含量较高含量较高 1.土壤质地分类土壤质地分类 按照各土粒含量的百分按照各土粒含量的百分组合组合，一般将土壤分，一般将土壤分 为为砂土砂土、壤土壤土、粘土粘土三大类三大类 （二）土壤质地（二）土壤质地（soil textur

13、e） 砂砂 土（土（sandysandy） 粘粘 土（土（clayclay） 壤壤 土（土（loamloam） 砂粒砂粒 1-0.05mm 粗粉砂粒粗粉砂粒 0.05-0.01mm 细粘粒细粘粒 0.001mm 粒级名称粒级名称 26%52%22%各粒级含量各粒级含量 分类标准分类标准 中国土壤质中国土壤质 地分类标准地分类标准 质地名称质地名称 ？ 粉砂土粉砂土 (1)(1)国际制国际制 分为分为砂土、壤土、粘壤土、粘土砂土、壤土、粘壤土、粘土四大类，以粘四大类，以粘 粒含量为主要标准：粒含量为主要标准：25%为粘土组。为粘土组。 粉砂粒含量粉砂粒含量45%，冠以，冠以“粉砂质粉砂质”； 砂

14、粒含量砂粒含量5585，冠以，冠以“砂质砂质”； 砂粒含量砂粒含量85%，称，称“砂土或壤砂土砂土或壤砂土” 国际制质地分类三角图国际制质地分类三角图 重粘土 粘土 壤质粘土 砂质粘土 砂质粘壤土 粘壤土 粉砂质粘壤土 粉砂质壤土砂质壤土 粉砂质粘土 壤土 砂土及 壤质砂土 砂粒砂粒0100 粉砂粒0100 粘粒粘粒0100 粉砂粒 0.020.002mm 砂粒 20.02mm 粘粒80 6075 7585 85 4050 5065 65 对于石砾（对于石砾（1mm）含量高的土壤，应将其取出）含量高的土壤，应将其取出 称重后计算比例，在原质地名称前冠以石砾含量分称重后计算比例，在原质地名称前冠

15、以石砾含量分 级。级。 石砾含量（%）石质程度 10重石质重石质 (3)(3)中国制中国制 结合国际制、卡制及我国土壤情况，粗质土以砂结合国际制、卡制及我国土壤情况，粗质土以砂 粒（粒（10.05mm）含量为依据，粘质土以粘粒）含量为依据，粘质土以粘粒 （0.001 mm）含量为依据，而壤土则综合考虑砂）含量为依据，而壤土则综合考虑砂 粒、粉砂粒与粘粒比例，共划分为粒、粉砂粒与粘粒比例，共划分为3类类12种。种。 质地质地 组组 质地名称质地名称 颗粒组成（）颗粒组成（） 砂粒砂粒 (1(10.050.05mm) ) 粗粉粒粗粉粒 (0.05(0.050.0010.001mm) ) 细粘粒细粘

16、粒 (0.001(7070 60607070 50506060 3030 壤土壤土 砂粉土砂粉土 粉土粉土 2020 2020 4040 砂壤土砂壤土 壤土壤土 2020 2020 6060 中国土壤质地分类标准中国土壤质地分类标准 （三）土壤质地与肥力的关系（三）土壤质地与肥力的关系 1. 砂土类（砂土类（sandy）：）：轻轻、薄薄、暖暖 特点特点： 俗称俗称“白土白土”、“白塘土白塘土” 通气透水性强通气透水性强 保水保肥性差保水保肥性差 养分含量低，肥效快，养分含量低，肥效快，“发小苗不发老苗发小苗不发老苗” 升温降温快，热性土升温降温快，热性土 耕性好，亦耕期长耕性好，亦耕期长 宜宜

17、：适种抗旱耐瘠作物，保证水源，及时灌溉，多适种抗旱耐瘠作物，保证水源，及时灌溉，多 施有机肥，少施勤施化肥，保证养分、水分供给。施有机肥，少施勤施化肥，保证养分、水分供给。 2. 粘土类（粘土类（clay）：）：重重、壮壮、冷冷 特点特点： 俗称俗称“红土红土”、“红泥土红泥土” 通气透水性差通气透水性差 保水保肥性强保水保肥性强 养分含量高但释放较慢，肥效时间长，养分含量高但释放较慢，肥效时间长，“发老苗不发老苗不 发小苗发小苗” 升温降温慢，冷性土升温降温慢，冷性土 耕性较差耕性较差 宜宜：适种小麦、水稻、玉米等禾本科作物，多施有机适种小麦、水稻、玉米等禾本科作物，多施有机 肥，加强水分管

18、理。肥，加强水分管理。 3. 壤土类（壤土类（loam）：）：柔柔、沃沃、温温 特点特点： 俗称俗称“两合土两合土”、“连合土连合土” 兼具砂土、粘土类的优点，消除了砂土和粘土兼具砂土、粘土类的优点，消除了砂土和粘土 的缺点，是农业生产中质地较理想的土壤的缺点，是农业生产中质地较理想的土壤 通气透水性适中，保水保肥性好，土温比较稳通气透水性适中，保水保肥性好，土温比较稳 定，定，“发小苗又发老苗发小苗又发老苗” 宜宜：适种作物种类多。适种作物种类多。 （四）不同质地土壤的利用与改良（四）不同质地土壤的利用与改良 1. 不同作物对土壤质地的要求不同作物对土壤质地的要求 不同作物因其生物学特性及耕

19、作栽培要求的不同，不同作物因其生物学特性及耕作栽培要求的不同， 对土壤条件的需求也不一样对土壤条件的需求也不一样土宜土宜 生长期短、耐旱耐瘠、块根块茎类作物，如蔬菜、生长期短、耐旱耐瘠、块根块茎类作物，如蔬菜、 高梁、花生、马铃薯、西瓜等，宜高梁、花生、马铃薯、西瓜等，宜砂质土砂质土 水稻、小麦等生育期较长的作物宜水稻、小麦等生育期较长的作物宜壤土、粘壤土壤土、粘壤土 果树宜土层深厚、排水良好的果树宜土层深厚、排水良好的砂壤中壤土砂壤中壤土 茶树宜含砾石的茶树宜含砾石的壤土、粘壤土壤土、粘壤土 2. 土壤质地改良措施土壤质地改良措施 （1）增施有机肥料）增施有机肥料 （2）客土法）客土法 （3

20、）翻淤压砂，翻砂压淤）翻淤压砂，翻砂压淤 （4）引洪放淤、引洪漫沙）引洪放淤、引洪漫沙 （5）因地制宜的耕作管理措施）因地制宜的耕作管理措施 （1）增施有机肥料）增施有机肥料 有机肥料中，含有大量有机质，有机质的粘有机肥料中，含有大量有机质，有机质的粘 结力和粘着力都比砂粒强，而比粘粒弱。施用结力和粘着力都比砂粒强，而比粘粒弱。施用 有机肥可以克服砂土过砂，粘土过粘的缺点；有机肥可以克服砂土过砂，粘土过粘的缺点； 有机质还可改善土壤结构状况，使土壤松紧程有机质还可改善土壤结构状况，使土壤松紧程 度、孔隙状况、吸收性能都得到改善，从而提度、孔隙状况、吸收性能都得到改善，从而提 高土壤的肥力。高土

21、壤的肥力。 （2）客土法）客土法 客土是改良土壤质地较有效的方法。一般要客土是改良土壤质地较有效的方法。一般要 就地取材，因地制宜。在砂地附近有粘土或胶就地取材，因地制宜。在砂地附近有粘土或胶 粘土、河沟淤泥，可采用搬粘压砂的办法；粘粘土、河沟淤泥，可采用搬粘压砂的办法；粘 土地块附近有砂土或河砂可采用搬砂压泥的办土地块附近有砂土或河砂可采用搬砂压泥的办 法，通过耕作使砂粘掺合。逐年改良达到三成法，通过耕作使砂粘掺合。逐年改良达到三成 泥七成砂或四成泥六成砂的范围内。泥七成砂或四成泥六成砂的范围内。 （4）引洪放淤、引洪漫砂）引洪放淤、引洪漫砂 在有条件的大河中下游地区，可利用河流不同在有条件

22、的大河中下游地区，可利用河流不同 季节所携带泥沙的粗细不同，分别将河水引入过季节所携带泥沙的粗细不同，分别将河水引入过 砂或过粘的土壤上，使之沉积下来，对本土进行砂或过粘的土壤上，使之沉积下来，对本土进行 改良。改良。 （3）翻淤压砂，翻砂压淤）翻淤压砂，翻砂压淤 砂土表层下不深处有淤泥层（夹粘层），或粘砂土表层下不深处有淤泥层（夹粘层），或粘 土表层下不深处有砂土层（腰砂地或隔砂地），土表层下不深处有砂土层（腰砂地或隔砂地）， 都不利作物生长。可通过将表土都不利作物生长。可通过将表土“大揭盖大揭盖”、底、底 土土“大翻身大翻身”的办法，将上下砂粘土层搅混掺和，的办法，将上下砂粘土层搅混掺和，

23、 调剂土质。调剂土质。 原生矿物原生矿物 次生矿物次生矿物 由地壳深处熔融状态的由地壳深处熔融状态的岩岩 浆冷凝浆冷凝固结而形成的矿物固结而形成的矿物 原生矿物经物理、化学风原生矿物经物理、化学风 化作用，组成和性质发生化作用，组成和性质发生 化学变化，形成的新矿物化学变化，形成的新矿物 蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石 正长石正长石 高岭石高岭石 辉辉 石石 白云母白云母 石石 英英 土壤矿物四土壤矿物四 大元素组成：大元素组成： O、Si、Al、Fe 原生矿物原生矿物 次生矿物次生矿物 轻轻、薄薄、暖暖 重重、壮壮、冷冷 柔柔、沃沃、温温 物理性砂粒物理性砂粒: 1mm-0.01mm 物理性粘粒

24、物理性粘粒: 粗蛋粗蛋 白白半纤维素、纤维素半纤维素、纤维素木质素、脂肪、蜡质木质素、脂肪、蜡质 b. 鲜的比老的易分解，细碎的比整的易分解鲜的比老的易分解，细碎的比整的易分解 c. 有机残体的碳氮比（有机残体的碳氮比（C/N）为）为25:1:130:1时最易分解时最易分解 有机质的转化是微生物参与的过程，而微生物每同化有机质的转化是微生物参与的过程，而微生物每同化1 份的氮，需要消耗份的氮，需要消耗25份左右的碳来提供物质和能量。份左右的碳来提供物质和能量。 作物秸杆作物秸杆C/N一般为一般为6080:1，故难分解，且分解时，故难分解，且分解时 与植物与植物争夺土壤速效氮争夺土壤速效氮，同时

25、过高的，同时过高的C（能量）会引起（能量）会引起 较强的较强的反硝化作用反硝化作用，造成植物缺氮现象发生。故秸秆直，造成植物缺氮现象发生。故秸秆直 接还田应补施适量接还田应补施适量氮肥氮肥，或堆沤降低，或堆沤降低C/N后施用。后施用。 一些有机物质的碳、氮含量及其一些有机物质的碳、氮含量及其C/N （2）土壤水、热状况）土壤水、热状况 温度在温度在2535、水分在田间持水量的、水分在田间持水量的60%80%、 通气良好生物残体分解速度最迅速。通气良好生物残体分解速度最迅速。 （4）土壤酸碱度）土壤酸碱度 pH410范围内易分解范围内易分解 （3）土壤通气状况）土壤通气状况 土壤通气良好时，好气

26、微生物活跃，有机质分解迅速彻底土壤通气良好时，好气微生物活跃，有机质分解迅速彻底 土壤缺氧或无氧时，嫌气微生物活跃，有机质分解慢且生土壤缺氧或无氧时，嫌气微生物活跃，有机质分解慢且生 成还原性物质（成还原性物质（CH4、H2、H2S） (三三) 土壤有机质对土壤肥力的作用土壤有机质对土壤肥力的作用 1、植物养分的重要来源、植物养分的重要来源 土壤有机质含有大量而全面的植物养分，特别是土壤有机质含有大量而全面的植物养分，特别是 氮素（氮素（N），土壤中的氮素，土壤中的氮素95以上为有机态，经微以上为有机态，经微 生物分解后，转化为植物可直接吸收利用的速效氮。生物分解后，转化为植物可直接吸收利用的

27、速效氮。 2、改善士壤的物理性质、改善士壤的物理性质 腐殖质的胶结作用促进土壤稳定性腐殖质的胶结作用促进土壤稳定性团粒结构团粒结构的形成，的形成， 降低粘土的粘结力，增强砂土的粘结力降低粘土的粘结力，增强砂土的粘结力 腐殖质颜色深，吸收太阳辐射，有机质分解时放腐殖质颜色深，吸收太阳辐射，有机质分解时放 热热提高地温提高地温 腐殖质疏松多孔可改善土壤腐殖质疏松多孔可改善土壤渗水性渗水性和蓄水能力和蓄水能力 3、提高土壤保肥性、提高土壤保肥性 腐殖质巨大的腐殖质巨大的比表面比表面、表面能以及带有的、表面能以及带有的负电荷负电荷， 可吸附保持分子态合离子态营养物质可吸附保持分子态合离子态营养物质 腐

28、殖质的两性胶体性质可增强土壤的腐殖质的两性胶体性质可增强土壤的缓冲性能缓冲性能 4、促进植物、微生物的生命活动、促进植物、微生物的生命活动 低浓度低浓度胡敏酸胡敏酸对植物生长具有刺激作用对植物生长具有刺激作用 土壤有机质能为微生物生活提供土壤有机质能为微生物生活提供能量和养分能量和养分 5、有助于消除土壤污染、有助于消除土壤污染 腐殖质的腐殖质的络合、吸附络合、吸附等作用有助于消除土壤中农药等作用有助于消除土壤中农药 残毒及重金属离子的污染残毒及重金属离子的污染 二、土壤生物二、土壤生物 （Soil organisms） 土 壤 生 物 土 壤 动 物 细 菌 放线菌 真 菌 微 生 物 原生

29、动物 藻 类 其它动物 蚯 蚓 线 虫 1-3 土壤水分土壤水分 1-31-3 soilsoil waterwater（moisturemoisture） 土壤中土壤中 的水的水 （ waterwater in in soil soil ） 自由水自由水 （free waterfree water） 束缚水束缚水 （bonding waterbonding water） 气态水气态水: :水汽，易凝结为液态水水汽，易凝结为液态水 （vaporous watervaporous water） 固态水：固态水：冰，冬季寒冷的中高纬度地区冰，冬季寒冷的中高纬度地区 （solid watersolid

30、 water） 化学束缚水化学束缚水 物理束缚水物理束缚水 化合水：化合水：H H2 2AlAl2 2SiSi2 2O O 8H8H2 2O O (water of hydration)(water of hydration) 结晶水：结晶水：CaSOCaSO4 4 2H2H2 2O O (crystalline water)(crystalline water) 吸湿水吸湿水 (hydroscopic water)(hydroscopic water) 膜状水膜状水 (membrane/film water)(membrane/film water) 毛管水毛管水 (capillary wa

31、ter)(capillary water) 重力水重力水 (gravitational water)(gravitational water) 毛管悬着水毛管悬着水 (hanging capillary water)(hanging capillary water) 毛管上升水毛管上升水 (ascending capillary water)(ascending capillary water) 物理束缚水物理束缚水 吸湿水吸湿水 (hydroscopic water)(hydroscopic water) 毛管水毛管水 (capillary water)(capillary water) 重

32、力水重力水 (gravitational water)(gravitational water) 毛管悬着水毛管悬着水 (hanging capillary water)(hanging capillary water) 毛管上升水毛管上升水 (ascending capillary water)(ascending capillary water) 膜状水膜状水 (membrane/film water)(membrane/film water) 土壤水：存在在土粒表面和土粒间空隙（土 壤孔隙）中的水，即在105110下从土壤 中驱逐出来的水分，不包括化合水和结晶水 吸湿水吸湿水：干燥土粒从

33、大气和土壤空气中吸附的气态水分干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分 Water which is absorbed from atmospheric vapor and held tightly to the soil granule. Moisture held in the soil in the zone of aeration in equilibrium with the atmospheric water vapor. Water held within 0.0002 millimeters of the surface of a soil particle. This wat

34、er is essentially non-mobile and can only be removed from the soil through heating. Water which is held so tightly to the soil, by static electricity, that it can not be taken up by the plant. 一、土壤水分类型与性质一、土壤水分类型与性质 (一一) 吸湿水吸湿水 (紧束缚水紧束缚水) (hygroscopic/hydroscopic water) A AA AA A A A 范德华力 water vapo

35、r H H H H H H H H 氢键 E E E E E E E E 库仑力 H H R R E E H H R R E E hygroscopic water layer 1.1 作用力作用力：土粒表面分子引力（范德华力、氢键）和静电引力 1.3 水吸力水吸力：3.1MPa（3.1106Pa） 1.2 特特 点点：密度大；冰点低；厚度小；不能自由移动；无效水 1.5 影响因素：影响因素：土壤空气湿度越大，土壤质地越粘，土壤有 机质含量越高，吸湿系数越大 1.4 吸湿系数（吸湿系数（hygroscopic coefficient）：）：干燥土壤从湿 度接近饱和（95%）的空气中吸收水汽而达

36、到的最大含水 量，即土壤吸湿水的最大值；水吸力3.1MPa 膜状水膜状水：吸湿水达到最大量后，靠土粒吸湿水达到最大量后，靠土粒剩余的分子引剩余的分子引 力力吸附在吸湿水外面的一层水膜。吸附在吸湿水外面的一层水膜。 Water which is absorbed by the remanant molecular attraction when the hygroscopic water reach the maximum limit. 2.1 作用力作用力：土粒表面较弱的分子引力(范德华力)、水分子内 聚力、交换性阳离子的水化作用 2.3 水吸力水吸力：3.10.63MPa 2.2 特特 点点

37、：密度较大；冰点较低；移动缓慢；部分有效 (二二) 膜状水膜状水 (松束缚水松束缚水) (soil film water (loosely bonding water ) ) 2.4 最大分子持水量最大分子持水量（maximum molecular moisture holding capacity）：土壤膜状水达到最大值的土壤含水量。 吸湿水全部膜状水；水吸力0.63MPa；吸湿水的24倍 2.5 凋萎系数（凋萎系数（wilting coefficient）：）：植物产生永久凋萎 （permanent wilting）时土壤的含水量。植物可利用的土壤水量 （有效水）的下限。 吸湿水部分膜状水

38、；水吸力1.5MPa；吸湿系数的1.52.0倍 毛管水毛管水：受毛管力的作用在土壤毛管孔隙中保持和运受毛管力的作用在土壤毛管孔隙中保持和运 动的水分。动的水分。 Water is held in, or moves through capillary interstices in soil。 3.1 作用力作用力：土壤毛管孔隙（0.060.002mm）的毛管力 ( capillarity) (三三) 毛管水毛管水 （soil capillary water） 3.2 特特 点点：自由水（保存、运动、溶解养分）； 有效水（available water） 3.3 水吸力水吸力：0.630.008

39、MPa h1 h B A O 2r 表面张力： T=OA 管壁对水的引力： FOB =2r T cos 2r T h r2 g 水柱重力：Gh r 2 g FG； cos1 r g h 2 T 0.15 h （cm） 常温下（20 ）： r 悬着毛管水 上升毛管水 束缚水 地下水 3.5 悬着毛管水（悬着毛管水（suspending capillary water）：地下水位较深时，降雨或灌溉后 靠毛管力保持在土壤上层中的水分。 旱地悬着毛管水 的最大值称为 田间持水量田间持水量， 是旱地灌溉水量的上限， 水吸力0.05MPa 3.4 上升毛管水上升毛管水(ascending capillar

40、y water)：地下水藉 毛管力支持上升并保持在上层土壤毛管中的水分。 地势低洼区；地下水位高；“回潮” 上升毛管水的最大值称为毛管持水量毛管持水量 重力水重力水：当土壤含水量超过田间持水量后，过量的水分不当土壤含水量超过田间持水量后，过量的水分不 能被毛管力所吸持，而在重力作用下沿土壤大孔隙向下移动的能被毛管力所吸持，而在重力作用下沿土壤大孔隙向下移动的 水分。水分。 Soil water in excess of capillary and hygroscopic water and moves freely under the effect of gravity. It is foun

41、d beyond 0.06 millimeters from the surface of soil particles. 4.1 作用力作用力：重力 4.2 特特 点点：自由水；多余水，水田为有效水（available water） 4.3 水吸力水吸力：0.0080MPa (四四) 重力水重力水 （soil gravitational water） 4.4 饱和含水量饱和含水量/全持水量全持水量：土壤所有孔隙中全部充满水分时 的土壤含水量。水田灌水水量的依据 吸湿水吸湿水：干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分：干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分 膜状水膜状水：吸湿水达到最大量后，

42、靠土粒剩余的分子引力：吸湿水达到最大量后，靠土粒剩余的分子引力 吸附在吸湿水外面的一层水膜。吸附在吸湿水外面的一层水膜。 毛管水毛管水：受毛管力的作用在土壤毛管孔隙中保持和运动：受毛管力的作用在土壤毛管孔隙中保持和运动 的水分。的水分。 重力水重力水：当土壤含水量超过田间持水量后，过量的水分：当土壤含水量超过田间持水量后，过量的水分 不能被毛管力所吸持，而在重力作用下沿土壤不能被毛管力所吸持，而在重力作用下沿土壤 大孔隙向下移动的水分。大孔隙向下移动的水分。 吸湿系数吸湿系数：干燥土壤从湿度接近饱和空气中吸收水汽而干燥土壤从湿度接近饱和空气中吸收水汽而 达到的最大含水量达到的最大含水量( (土

43、壤吸湿水的最大值土壤吸湿水的最大值),),水吸力水吸力3.1MPa3.1MPa 凋萎系数凋萎系数：植物产生永久凋萎时土壤的含水量。植物可植物产生永久凋萎时土壤的含水量。植物可 利用的土壤水量（有效水）的下限利用的土壤水量（有效水）的下限, ,水吸力水吸力1.5MPa1.5MPa 田间持水量田间持水量: :旱地悬着毛管水的最大值，是旱地灌溉水旱地悬着毛管水的最大值，是旱地灌溉水 量的上限，水吸力量的上限，水吸力0.05MPa0.05MPa 毛管持水量毛管持水量: :上升毛管水的最大值上升毛管水的最大值 最大分子持水量：最大分子持水量：土壤膜状水达到最大值土壤膜状水达到最大值 饱和含水量饱和含水量

44、/ /全持水量：全持水量：土壤所有孔隙中全部充满水土壤所有孔隙中全部充满水 分时的土壤含水量（重力水的最大值）。分时的土壤含水量（重力水的最大值）。 土壤含水量：土壤含水量： soil watersoil water contentcontent 土壤湿度：土壤湿度：soil humidity soil humidity 土壤含水率：土壤含水率：percentage of soil waterpercentage of soil water 一定量土壤中所含水分数量的多少。一定量土壤中所含水分数量的多少。 二、土壤含水量的表示方法二、土壤含水量的表示方法 1.土壤重量重量/质量含水量质量含水量

45、：m （mass water content of soilmass water content of soil） 土壤所含水分的重量(质量)占烘干土（在 105110条件下，烘至恒重）重的百分数。 (%)100 wS m sS WWW WW 2.土壤容积土壤容积/体积含水量体积含水量：v （volumetric water content） 土壤水分体积占土壤体积的百分数。 (%)100 w v V V / 100 / 100 ww Sd m w d s d W Wr W r r W 3.水层厚度水层厚度（water thicknesswater thickness） ：Dw 一定深度(hs

46、)一定面积土壤中所含水量相当 于相同面积水层的厚度。 与降雨量及腾发量相对应 ()() wsv Dmmh mm hs（mm）m r d 4.土壤贮水量土壤贮水量（soil water-storage capacitysoil water-storage capacity） ：Vw 一定厚度单位面积土壤中水的体积。 与灌、排水定额相对应 3 1 (/)()10000 1000 ww VmhaDmm () 10 w Dmm 5.相对含水量相对含水量（relative soil water contentrelative soil water content） ：Rw 土壤实际含水量与田间持水量（或

47、全持水量）的 百分比值。 无量纲值。 旱地土壤（dryland/upland field soil）： w )100R 自然状态土壤含水量 （ 田间持水量 w )100R 自然状态土壤含水量 （ 全持水量 水田土壤（paddy/lowland field soil）： 某一旱地土壤容重为某一旱地土壤容重为1.2g/cm3，田间，田间 持水量持水量m为为30%。为保证作物正常生。为保证作物正常生 长，需使长，需使30cm土层的相对含水量达到土层的相对含水量达到 80。灌水前取湿土。灌水前取湿土27.60g，105下下 充分烘干后称重，土样质量为充分烘干后称重，土样质量为24.00g。 灌水前适逢

48、降雨灌水前适逢降雨10.0mm，问还需灌水，问还需灌水 多少（多少（m3/ha）才能达到要求？）才能达到要求？ 需灌溉补充的水层厚度：需灌溉补充的水层厚度： hwi32.4-10.022.4（mm） 30cm土层中需增加的水层厚度：土层中需增加的水层厚度： hw（mm）=9%1.2300=32.4(mm) 需增加的土壤质量含水量需增加的土壤质量含水量: m24%-15%9% 保证植物正常生长，即相对含水量为保证植物正常生长，即相对含水量为80时的土时的土 壤质量含水量：壤质量含水量： m230%80%=24% 解解: 降雨前土壤质量含水量：降雨前土壤质量含水量： m1（27.60-24.00）

49、/24.010015% 相当的土壤贮水量：相当的土壤贮水量： Vwi22.410=224(m3/ha) 将单位数量土壤水从一个平衡系统中移到与其温度 相同的处于参照状态下的纯自由水池时所做的功。 The work that soil water can do as it moves from it present state to the reference state. Reference state: pure free water, defined to be 0. A water molecule adsorbed in soil is less free to move than o

50、ne without adhesion to a surface which is pure free water. So the soil water potential is equal to or less than 0. 三、土壤水分的能态三、土壤水分的能态 (一一)土水势土水势（ soil water potential ）:w soil water sub-potential 土水势（土水势（ w ） Soil Water Potential 压力势（压力势（p） Pressure Potential 基质势（基质势（m） Matric Potential 溶质势溶质势/渗透势渗透

51、势 （o） Solute/Osmotic Potential 重力势（重力势（g） Gravitational Potential 1. 基质势（基质势（ Matric Potential ）: m 土水系统中由于土壤固体特性所引起的一种势值。 Results from： cohesion，adhesion (adsorption) of soil particle capillary force of soil capillary interstices Results in ：a negative energy potential Affected by ：differences in a

52、dhesion and soil porosity 非饱和水土壤：非饱和水土壤： m0 低于参照面：低于参照面： g0 不饱和水土壤：不饱和水土壤： p0 pgh h is the thickness of the hydrostatic layer 4. 溶质势溶质势/渗透势（渗透势（ Solute/Osmotic Potential ）: s / o 由土壤水中溶解的溶质而引起的势值。 o0 Results from：solutes（inorganic salts and organic compounds） in soil solution The greater the concent

53、ration of solutes，the greater the osmotic potential (the more negative the potential） 一般情况下，一般情况下， o0 渗透压渗透压（osmotic pressure）： cRT 渗透势渗透势（ s） ： s = cRT SPACSPAC SPACSPAC系统中的半透膜系统中的半透膜 植物根系细胞原生质膜 (protoplasmic membrane of root cell) 水气界面（类半透膜） (interface of water and atmosphere) 土壤水在承受一定土壤吸力情况下所处的能态

54、。 只包括基质吸力和溶质吸力只包括基质吸力和溶质吸力S= SS= Sm m + S + Ss s 与基质吸力和溶质吸力分别与基质势和溶质势与基质吸力和溶质吸力分别与基质势和溶质势 数值相等，符号相反，故水吸力为正值或零数值相等，符号相反，故水吸力为正值或零 可用土壤对水分的吸力来表示（压力单位）可用土壤对水分的吸力来表示（压力单位） (二二)土壤水吸力土壤水吸力（ soil water sunction ）:S 1hPa100Pa，1kPa1000Pa， 1MPa106Pa 10bar 1bar=1020cmH2O=75.01cmHg=0.9869atm=100J/kg=105Pa 土壤水分运动方向： 土壤水吸力土壤水吸力：低低 高高 土水势土水势：高高 低低 水分含量水分含量：高高 低低（同一土壤）同一土壤） clayclaysandsand mc =20% hc= -0.3MPa S=0.3MPa ms =15% hs=-0.08