八土壤水、气、热状况

1、土壤的水、气、热状况土壤的水、气、热状况第一节第一节 土壤水分土壤水分一、土壤水分的类型、性质一、土壤水分的类型、性质 土壤水分主要来源于大气降水和灌溉水，此外，土壤水分主要来源于大气降水和灌溉水，此外，地下水上升和大气中水汽的凝结也是土壤水分的来地下水上升和大气中水汽的凝结也是土壤水分的来源源。（一）（一）吸湿水吸湿水 干土从空气中吸着水汽所保持的水，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。称为吸湿水。又称为紧束缚水，属于无效水分。（二）（二）膜状水（薄膜水）膜状水（薄膜水） 指由土壤颗粒表面吸附所指由土壤颗粒表面吸附所保持的水层，其厚度可达几十或几百个以上

2、的水分子。保持的水层，其厚度可达几十或几百个以上的水分子。薄薄膜水的含量决定于土壤质地、腐殖质含量等。膜水的含量决定于土壤质地、腐殖质含量等。 膜状膜状水的最大值叫最大分子持水量。薄膜水对植物生长发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。育来说属于弱有效水分，又称为松束缚水分。（三）毛管水（三）毛管水 毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生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。毛管水的毛管引力所保持的水分，称为毛管水。毛管水又可以分为两种类型。又可以分为两种类型。 毛管悬着水毛管悬着水 土体中与地下水位无联系的土体中与地下水位无

3、联系的毛管水称毛管悬着水。毛管水称毛管悬着水。 毛管支持水（毛管上升水）毛管支持水（毛管上升水） 土体中与地土体中与地下水位有联系的毛管水称毛管支持水。毛管水下水位有联系的毛管水称毛管支持水。毛管水是土壤中最宝贵的水分。是土壤中最宝贵的水分。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（一）土水势（一）土水势 土水势是极小单位水量从一个平衡的土一土水势是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。水池时所做的功。 土水

4、势包括以下几个分势。土水势包括以下几个分势。 二、土壤水分的能量概念二、土壤水分的能量概念 渗透势渗透势s 渗透势又称溶质势，指极小单位渗透势又称溶质势，指极小单位水量从一个平衡的土一水系统可逆地移到没有溶水量从一个平衡的土一水系统可逆地移到没有溶质的，而其他条件都相同的参比状态水池时所做质的，而其他条件都相同的参比状态水池时所做的功。的功。 基质势基质势m 基质势是极小单位水量从一个基质势是极小单位水量从一个平衡的土一水系统可逆地移到没有基质的，而其平衡的土一水系统可逆地移到没有基质的，而其他条件都相同的参比状态水池所做的功。他条件都相同的参比状态水池所做的功。 气压势气压势 封闭在土壤水分

5、内的空气所产封闭在土壤水分内的空气所产生的势值。生的势值。 静水压势静水压势 土壤中的水分承受水体的压力，土壤中的水分承受水体的压力，土层深处的水分，受到的压力更大，静水压势土层深处的水分，受到的压力更大，静水压势是压力势的主体。压力势的势值为正值。是压力势的主体。压力势的势值为正值。 3压力势压力势p 压力势是极小单位的水量从压力势是极小单位的水量从一个平衡的土一水系统可逆地移到除压力不等一个平衡的土一水系统可逆地移到除压力不等于参比压力，而其他条件都相同的参比状态水于参比压力，而其他条件都相同的参比状态水池时所做的功。池时所做的功。压力势主要包括：压力势主要包括：归纳起来，总土水势指上述归

6、纳起来，总土水势指上述4 4个分势的代数个分势的代数和，即和，即=m ms sp pg g在不同情况下，在不同情况下，起支配作用的水势不同，在水分不饱和的土起支配作用的水势不同，在水分不饱和的土壤中，决定土水势的是基质势。见下图。壤中，决定土水势的是基质势。见下图。4重力势重力势g 重力势是极小单位水量从重力势是极小单位水量从一个平衡的土一水系统可逆地移到任何位置，一个平衡的土一水系统可逆地移到任何位置，而其他条件都相同的参比状态水池时所做的而其他条件都相同的参比状态水池时所做的功。功。渗透势和总水势之间的关系示意图（二）土水势的表示方法（二）土水势的表示方法 土水势多用帕（土水势多用帕（Pa

7、）表示，但常用水柱高的表示，但常用水柱高的对数值表示，称为对数值表示，称为pF值。值。pF值即能反应土壤水值即能反应土壤水吸力能量大小，又能表示出各种水分常数以及土吸力能量大小，又能表示出各种水分常数以及土壤水吸力与含水量的关系。壤水吸力与含水量的关系。 kPa与与pF值的换算关系见表值的换算关系见表81。kPa kPa 水柱高水柱高度（度（cmcm） pFpF值值 kPa kPa 水柱高度水柱高度（cmcm） pFpF值值 0.10.11 10 01520152015849158494.24.21 110101 13141314121623216234.54.510101001002 210

8、133101331000001000005 551515015012.72.7101325101325100000010000006 6101101100010003 310132501013250 10000000100000007 71013101310000100004 4pFpF值值=4.5=4.5最大吸湿量最大吸湿量pFpF值值=4.2=4.2萎蔫含水量萎蔫含水量 pFpF值值=3.8=3.8最大分子持水量最大分子持水量pFpF值值=3.0=3.0作物生长阻滞含水量作物生长阻滞含水量pFpF值值=2.7=2.7田间持水量田间持水量 pFpF值值=1.6=1.6最大毛管持水量最大毛管持

9、水量 质量含水量（重量百分数）质量含水量（重量百分数） 指土壤中水分指土壤中水分重占烘干土重的百分数。重占烘干土重的百分数。 容积百分数容积百分数 指土壤水分的容积占土壤容指土壤水分的容积占土壤容积的百分数。积的百分数。（三）土水势的测定方法（三）土水势的测定方法 土水势测定方法很多，目前常用张力计法。土水势测定方法很多，目前常用张力计法。用张力计测定水势可以确定土壤是否需要灌溉。用张力计测定水势可以确定土壤是否需要灌溉。 三、土壤含水量的表示方法三、土壤含水量的表示方法气态水运动气态水运动 土壤孔隙中水汽分子的运动称水汽运动。土壤孔隙中水汽分子的运动称水汽运动。 土壤贮水量（水层厚度）土壤贮

10、水量（水层厚度） 指一定厚度土指一定厚度土层内土壤水的总贮量。层内土壤水的总贮量。 相对含水量相对含水量 指土壤含水量占田间持水量指土壤含水量占田间持水量的百分数。的百分数。四、土壤水分运动四、土壤水分运动 重力水运动重力水运动 当降水或灌溉使土壤达到水分饱和后，多当降水或灌溉使土壤达到水分饱和后，多余的水分受重力势作用通过充气孔隙向下渗透余的水分受重力势作用通过充气孔隙向下渗透移动，称为重力水运动，也称为土壤的渗透性。移动，称为重力水运动，也称为土壤的渗透性。运动速度主要决定于土壤中充气孔隙的直径和运动速度主要决定于土壤中充气孔隙的直径和数量。一般规律是：在无团聚体的情况下，下数量。一般规律

11、是：在无团聚体的情况下，下渗速度顺序为砂土壤上黏土。渗速度顺序为砂土壤上黏土。 毛管水的运动毛管水的运动 土壤持水孔隙中的水分主要是受毛管力的土壤持水孔隙中的水分主要是受毛管力的作用而移动。毛管水移动方向是从毛管力小的地作用而移动。毛管水移动方向是从毛管力小的地方向毛管力大的地方移动。毛管水还可以上下左方向毛管力大的地方移动。毛管水还可以上下左右移动，其移动不受重力影响。毛管水的移动对右移动，其移动不受重力影响。毛管水的移动对土壤供水性有着十分重要的作用。土壤供水性有着十分重要的作用。 毛管水在剖面中向上移动的性能，称为土毛管水在剖面中向上移动的性能，称为土壤的引水性能。壤的引水性能。 土壤质

12、地土壤质地 毛管水上升高度毛管水上升高度 土壤质地土壤质地 毛管水上升高度毛管水上升高度 砂砂 土土 0.50.51.0 1.0 中壤土，中壤土，重壤土重壤土 1.21.22.0 2.0 砂壤土，砂壤土，轻壤土轻壤土 1.5 1.5 黏黏 土土 0.80.81.01.0 表表8 82 2 不同土壤质地毛管水上升高度不同土壤质地毛管水上升高度返回持水孔隙直径大小持水孔隙直径大小 土壤质地愈细，持水土壤质地愈细，持水孔隙直径愈小，毛管水上升得愈高，但上升速度孔隙直径愈小，毛管水上升得愈高，但上升速度慢。慢。 见表见表8-2。温度的变化温度的变化 毛管水上升速度随温度的升毛管水上升速度随温度的升高而

13、增加，上升高度随温度的升高而降低。因而高而增加，上升高度随温度的升高而降低。因而昼夜和季节性气温的变化会影响毛管水的上升和昼夜和季节性气温的变化会影响毛管水的上升和对地表水的补给。对地表水的补给。 毛管水上升的高度和速度受下列因子的影响。毛管水上升的高度和速度受下列因子的影响。五、土壤水分有效性五、土壤水分有效性 一般说来，凋萎系数与田间持水量之间的水一般说来，凋萎系数与田间持水量之间的水分，属于有效含水量的范围。分，属于有效含水量的范围。 地下水位的高低地下水位的高低 只有在地下水位适当（只有在地下水位适当（24m），），毛管支持水方可以上升到根系活动层，毛管支持水方可以上升到根系活动层，供

14、应根系吸水。供应根系吸水。（一）土壤水分常数（一）土壤水分常数 在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分常数。水分常数。 萎蔫含水量萎蔫含水量 萎蔫含水量又称稳定凋萎含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。植物因缺水凋萎并不能复原时的土壤含水量，称萎蔫含水量，或凋萎系数。水量，称萎蔫含水量，或凋萎系数。 田间持水量田间持水量 田间持水量指田间水饱和后，田间持水量指田间水饱和后，在防止蒸发条件下在防止蒸发条件下23天内自由水排除至可忽天内自由水排除至可忽（二）土壤有效水分的范围（二）土壤有效水分的范围 土壤有效含水范围受下列土壤

15、因素影缩响：土壤有效含水范围受下列土壤因素影缩响：略不计时的含水量。或土层中以悬着状态保持略不计时的含水量。或土层中以悬着状态保持水分的最大数量称为这层的田间持水量。以干水分的最大数量称为这层的田间持水量。以干土质量或容积的百分量表示。土质量或容积的百分量表示。 饱和含水量饱和含水量 饱和含水量是指土壤中孔隙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都充满水时的含水量。以干土质量或容积的百分量表示。分量表示。 土壤质地土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的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。表面积和孔隙系统的性质引起的。 见表见表83 土壤结构土壤结

16、构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高，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。育好的东北黑土。 有机质含量有机质含量 有机质本身的持水量很大，更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，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。可以扩大有效水范围。见表见表84土壤质地土壤质地 田间持水量 萎蔫系数有效含水范围松砂土松砂土 4.5 1.8 2.7 砂壤土砂壤土 12.0 6.6 5.4 中壤土中壤土 20.7 7.8 12.9轻黏土轻黏土 23.8 17.4 6.4

17、 返回类类 型型 持水当量持水当量 萎蔫含水量萎蔫含水量 有效含水范围有效含水范围 壤壤 土土 20.0 20.0 7.1 7.1 13.13.ll 泥泥 炭炭 166 166 82.3 82.3 83.7 83.71/21/2壤土壤土1/21/2泥炭泥炭 31 31 14.5 14.5 16.5 16.54/54/5壤土十壤土十1/51/5泥炭泥炭 21.6 21.6 8.5 8.5 13. 13.l l 返回（三）土壤水分有效程度（三）土壤水分有效程度 用能量观点确定土壤水分的有效程度，主要用能量观点确定土壤水分的有效程度，主要视其能量水平。视其能量水平。一般把土壤水势一般把土壤水势pF值

18、值4.2的土壤的土壤水分确定为土壤有效水的最低标准。水分确定为土壤有效水的最低标准。 萎蔫含水量以下的水分为无效水。萎蔫含水量以下的水分为无效水。 萎蔫含水量至生长阻滞含水量之间的水分为弱萎蔫含水量至生长阻滞含水量之间的水分为弱有效水。此时水分移动缓慢，植物吸水难以维持有效水。此时水分移动缓慢，植物吸水难以维持植物蒸腾消耗的水分，植物生长受到阻滞。植物蒸腾消耗的水分，植物生长受到阻滞。 生长阻滞含水量至田间持水量之间的水生长阻滞含水量至田间持水量之间的水分为有效水。在此范围内的水分是连续状态分为有效水。在此范围内的水分是连续状态的毛管水，可以自由移动，速度快，不断地的毛管水，可以自由移动，速度

19、快，不断地供植物吸收利用。供植物吸收利用。 田间持水量到饱和含水量之间的水分为田间持水量到饱和含水量之间的水分为多余水，运动速度快，植物利用较少。多余水，运动速度快，植物利用较少。土壤水分有效性综合示意图土壤水分有效性综合示意图六、土壤六、土壤植物植物大气连续体大气连续体 土壤一植物一大气连续体简称土壤一植物一大气连续体简称SPACSPAC体系，体系，是是SoilSoilPlantPlantAtmosphereAtmosphere Contlnuum Contlnuum的缩的缩写，是由水势引起水由土壤进入植物体，再写，是由水势引起水由土壤进入植物体，再向大气扩散的体系。向大气扩散的体系。 七、

20、土壤水分在土壤肥力中的七、土壤水分在土壤肥力中的作用作用 土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，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。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通气状况 土壤水分影响土壤的热量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微生物和活动 土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性 植被植被 蒸腾作用对土壤水分平衡关蒸腾作用对土壤水

21、分平衡关系密切，植被组成和覆盖度对土壤水分状系密切，植被组成和覆盖度对土壤水分状况都有较大影响。况都有较大影响。 气候气候 降雨量和蒸发是重要因素。降雨量和蒸发是重要因素。八、影响土壤水分状况的因素八、影响土壤水分状况的因素 土壤物理性质土壤物理性质 特别是土壤质地、结构特别是土壤质地、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。蒸发有重要影响。 地形地形 地形影响水分的再分配。地形影响水分的再分配。 水文地质水文地质 在不透水层接近地面、地下在不透水层接近地面、地下水位高的地方，或者有承压地下水来源的水位高的地方，或者有承压地下水来源的地方

22、，由于地下水通过支持毛管水上行，地方，由于地下水通过支持毛管水上行，在一定条件下可形成蒸发型。在一定条件下可形成蒸发型。 人为影响人为影响 如灌溉、排水以及耕作等土如灌溉、排水以及耕作等土壤管理措施。壤管理措施。 一、土壤空气的组成一、土壤空气的组成 土壤孔隙中的气体称为土壤空气。土壤空气土壤孔隙中的气体称为土壤空气。土壤空气和大气有很大差异。和大气有很大差异。主要差异表现在：主要差异表现在： 土壤空气中土壤空气中CO2含量高于大气，而含量高于大气，而O2含量低含量低于大气于大气。见下图。见下图。第二节第二节 土壤空气土壤空气 土壤中水汽含量一般都高于大气。土壤中水汽含量一般都高于大气。 土壤

23、空气中含有还原性气体。土壤空气中含有还原性气体。（一）（一）土壤空气的交换方式土壤空气的交换方式 土壤空气扩散土壤空气扩散 土壤中气体分子因浓土壤中气体分子因浓度梯度或分压不同而产生的移动。度梯度或分压不同而产生的移动。 溶解于水中的氧随雨水和灌溉水进入土溶解于水中的氧随雨水和灌溉水进入土壤壤 。 二、二、土壤空气交换土壤空气交换（二）土壤气体交换速率的指标（二）土壤气体交换速率的指标 土壤呼吸强度土壤呼吸强度 土壤中的氧扩散率土壤中的氧扩散率气体流动气体流动 气体流动是由于受气温、气压的变气体流动是由于受气温、气压的变化、刮风、降雨、耕作、灌溉等作用影响而引起的，化、刮风、降雨、耕作、灌溉等

24、作用影响而引起的，仅对表层仅对表层1010cmcm左右的土壤空气更新起到某些作用，因左右的土壤空气更新起到某些作用，因而它不是大气与土壤空气交换的主要方式。而它不是大气与土壤空气交换的主要方式。土壤通气性是指土壤空气能与大气进行交土壤通气性是指土壤空气能与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和流通的性换以及土体内部允许气体扩散和流通的性能。或土壤具有通透空气的性质称土壤通能。或土壤具有通透空气的性质称土壤通气性。气性。三、土壤通气性与植物生长三、土壤通气性与植物生长 土壤空气状况对植物生长的影响土壤空气状况对植物生长的影响有以下几方面。有以下几方面。 土壤空气与根系发育土壤空气与根系发育 土壤

25、空气与种子萌发土壤空气与种子萌发 土壤空气与养分状况土壤空气与养分状况 土壤空气与植物病害土壤空气与植物病害 1无机体系无机体系 氧体系氧体系 铁体系铁体系三、土壤通气性与土壤氧化还原过程三、土壤通气性与土壤氧化还原过程 ( (一一) )土壤氧化还原过程的基本概念土壤氧化还原过程的基本概念 （二）土壤氧化还原反应体系（二）土壤氧化还原反应体系 锰体系锰体系 硫体系硫体系 氢体系氢体系 其他体系其他体系2有机体系有机体系 土壤的通气状况土壤的通气状况 土壤中易分解的有机质状况土壤中易分解的有机质状况 土壤中易氧化或易还原的无机物质状况土壤中易氧化或易还原的无机物质状况 植物根系的代谢作用植物根系的代谢作用（三）影响土壤氧化还原过程的因素（三）影响土壤氧化还原过程的因素 综上所述，影响土壤中氧化还原综上所述，影响土壤中氧化还原过程的条件是经常变化的，它受土壤过程的条件是经常变化的，它受土壤水分、通气状况、温度、施肥、微生水分、通气状况、温度、施肥、微生物活动、植物生长等多种因素的影响，物活动、植物生长等多种因素的影响，特别是受农林业技术措施的影响更大。特别是受农林业技术措施的影响更大。第三节第三节 土壤热状况土壤热状况 土壤中的热状况指土体中的热量分布及土壤中的热状况指土体中的热量分布及其动态变化。其动态变化。一、土壤热平衡一、土壤热