土壤学第八章

1、第三章第三章 土壤物理性质土壤物理性质第一节第一节 土壤孔性土壤孔性 土壤液、气共同存在于土壤孔隙中。土壤液、气共同存在于土壤孔隙中。 一、土壤密度一、土壤密度(soil density) 1. 概念概念 单位容积固体土粒单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙不包括粒间孔隙)的质的质量。量。(g/cm(g/cm3 3) ) 2. 影响土壤密度的因素影响土壤密度的因素 矿物组成、有机质含量、土壤质地。矿物组成、有机质含量、土壤质地。土壤密度一般取平均值土壤密度一般取平均值2.65g/cm3。组分组分密度密度(g/cm3)组分组分密度密度(g/cm3)石英石英2.602.68赤铁矿赤铁矿4.905.30

2、正长石正长石2.542.57磁铁矿磁铁矿5.035.18斜长石斜长石2.622.76三水铝石三水铝石2.302.40白云母白云母2.772.88高岭石高岭石2.612.68黑云母黑云母2.703.10蒙脱石蒙脱石2.532.74角闪石角闪石2.853.57伊利石伊利石2.602.90辉石辉石3.153.90腐殖质腐殖质1.401.80纤铁矿纤铁矿3.604.10表表31土壤中常见组分的密度土壤中常见组分的密度表表32某森林土壤表层各级土粒密度某森林土壤表层各级土粒密度粒径粒径(mm)全土样全土样0.100.050.050.010.010.0050.0050.0010.001腐殖质腐殖质(g/k

3、g)29.504.314.853.764.2密度密度(g/cm3)2.622.662.662.622.592.59土壤土壤 学学 3. 土壤比重土壤比重 (soil specific gravity) 土壤密度与土壤密度与4时纯水密度之比，一般取时纯水密度之比，一般取2.65。二、土壤容重二、土壤容重(bulk density of soil) 1. 概念概念: 单位体积自然状态土壤体（原状土）单位体积自然状态土壤体（原状土）（含粒含粒间孔隙间孔隙）的重量（干重）。（的重量（干重）。（g/cm3） 2. 土壤容重土壤容重(soil bulk density)作用作用 (1) (1)计算土壤孔隙

4、度计算土壤孔隙度(soil porosity) 孔隙度（孔隙度（1容重容重/密度）密度）100%(2)(2)计算工程土方量计算工程土方量 土壤重量土壤重量= =土壤体积土壤体积土壤容重土壤容重 （3 3）估算各种土壤成分储量估算各种土壤成分储量 设耕层厚度设耕层厚度0.2m0.2m，容重，容重1.3t/m1.3t/m3 3， 有机质含量有机质含量15g/kg=0.015t/t15g/kg=0.015t/t， 全氮量全氮量0.75g/kg=0.00075t/t0.75g/kg=0.00075t/t。 1hm1hm2 2（10104 4m m2 2）0.2m0.2m土层计：土层计： 土壤土壤=10

5、000=100000.20.21.3=2600t1.3=2600t 有机质储量有机质储量=2600=26000.015=39.0t0.015=39.0t 全氮储量全氮储量=2600=26000.00075=1.95t0.00075=1.95t（4 4）计算土壤储水量及灌水（或排水）定额计算土壤储水量及灌水（或排水）定额 设土层厚度设土层厚度1m1m，土壤含水量，土壤含水量25%25%，容重为，容重为1.3 t/m1.3 t/m3 3。 1hm1hm2 2的的1m1m土层储水量土层储水量=10000m=10000m2 21m1m1.3t/m1.3t/m3 325%25% =3250m =3250

6、m3 3/hm/hm2 2= 325mm = 325mm （5 5）判断土壤肥力）判断土壤肥力3. 影响土壤容重的因素影响土壤容重的因素质地、结构、有机质含量、紧实度等。质地、结构、有机质含量、紧实度等。主要通过影响孔隙而影响容重。主要通过影响孔隙而影响容重。三、土壤孔性三、土壤孔性（一）概念（一）概念土壤总孔度、大小孔隙分配、孔隙在土体中分布。土壤总孔度、大小孔隙分配、孔隙在土体中分布。（二）孔隙度（二）孔隙度(soil porosity) 土壤土壤全部全部孔隙容积孔隙容积(pore volume)占土体容积的百占土体容积的百分率。分率。 水和空气共存并充满于土壤孔隙中。水和空气共存并充满于

7、土壤孔隙中。2. 土壤三相组成及孔度计算土壤三相组成及孔度计算 总孔度总孔度(total porosity) (1容重容重/密度密度) 100% 固相固相(solid phase)(容重容重/密度密度) 100% 液相液相(liquid phase)(水分重量百分率水分重量百分率容重容重) 100% 气相气相(gas phase)(总孔度液相总孔度液相) 100% 土壤三相比固相土壤三相比固相:液相液相:气相气相3. 土壤三相组成的适宜范围土壤三相组成的适宜范围(comfort zone) 多数旱地作物适宜的土壤固、液、气三相比为：多数旱地作物适宜的土壤固、液、气三相比为： 0.500.250

8、.250.300.150.300.150.250.25 （三）孔隙的分级（三）孔隙的分级1. 当量孔径当量孔径 与土壤水吸力相当的孔隙直径称为当量孔径。与土壤水吸力相当的孔隙直径称为当量孔径。T=3/D D为孔隙直径（毫米）。为孔隙直径（毫米）。T为水吸力，可理解为为水吸力，可理解为土壤对水的吸力，单为厘米或百帕（土壤对水的吸力，单为厘米或百帕（hpa）。）。 2. 孔度分级孔度分级 （1）非活性孔隙）非活性孔隙(inactive pore)又称无效孔隙，孔径又称无效孔隙，孔径0.002mm（壤土壤土砂土砂土（3）土壤结构）土壤结构（4）土壤有机质含量）土壤有机质含量（5）耕作管理）耕作管理（

9、6）土层状况）土层状况 有机质含量、耕作扰动及根系穿透有机质含量、耕作扰动及根系穿透 第二节土壤结构第二节土壤结构 一、土壤结构体概念一、土壤结构体概念 1. 土壤结构性土壤结构性(soil structurality) 土壤中单粒、复粒的数量、大小、形状、性质土壤中单粒、复粒的数量、大小、形状、性质及其相互排列和相应的孔隙状况等综合特性。及其相互排列和相应的孔隙状况等综合特性。 2. 土壤结构体土壤结构体(soil configuration) 土粒在胶结物土粒在胶结物(有机质、碳酸钙、氧化铁有机质、碳酸钙、氧化铁)的作的作用下，相互团聚在一起形成大小、形状、性质不同用下，相互团聚在一起形成

10、大小、形状、性质不同的土团。的土团。 二、土壤结构体类型二、土壤结构体类型 1. 块状结构块状结构(cloddy structure) 形状：形状：立方体型，纵轴和横轴大体相等，边面立方体型，纵轴和横轴大体相等，边面不明显，内部紧实。不明显，内部紧实。 产生条件：产生条件：熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质而粘重的底土多为块状结构。而粘重的底土多为块状结构。 大小划分：大小划分：大块状结构大块状结构,直径直径10cm;小块状结构直小块状结构直径径510cm。 2.团块状团块状(crumby structure) 形状：形状：与块状相似，较块状结构小，略呈圆形，表与

11、块状相似，较块状结构小，略呈圆形，表面不平。面不平。 大小划分：大小划分：大团块结构，直径大团块结构，直径53cm；团块状结构，团块状结构，直径直径31cm；小团块状结构，直径小团块状结构，直径1cm；核状，直径核状，直径710mm；小核状，小核状，57mm。 4. 柱状柱状(columnar structure) 形状：形状：侧面，横断面形状不规则。侧面，横断面形状不规则。 产生条件：产生条件：柱状结构是碱化土壤的标志特征，柱状结构是碱化土壤的标志特征，常在干旱半干旱地带的底土出现。常在干旱半干旱地带的底土出现。 大小划分：大小划分：大柱状结构，大柱状结构，5cm；柱状结构，柱状结构， 35

12、cm；小柱状结构，小柱状结构，5cm；棱柱状结构，棱柱状结构，35cm；小棱柱状结构，小棱柱状结构，3mm者为板状，者为板状，3mm者为片状。者为片状。 7. 团粒结构团粒结构(granular structure) 形状：形状：近似于球形，疏松多孔的小土团称团粒近似于球形，疏松多孔的小土团称团粒结构，是含有机质丰富肥沃土壤的标志特征。结构，是含有机质丰富肥沃土壤的标志特征。 大小划分：大小划分：一般为一般为0.2510mm，Al3+Ca2+Mg2+H+NH4+ K+Na+ 农业生产中，常施用石灰农业生产中，常施用石灰(酸性土酸性土)或石膏或石膏(碱性碱性土土)，利用，利用Ca2+的作用促进土

13、粒凝聚。的作用促进土粒凝聚。 增加介质中电解质浓度也可促进胶粒凝聚。增加介质中电解质浓度也可促进胶粒凝聚。 农业生产中，常采用排水晒田、晒垄、冻垄等农业生产中，常采用排水晒田、晒垄、冻垄等措施，提高土壤溶液电解质的浓度，促进土壤胶粒措施，提高土壤溶液电解质的浓度，促进土壤胶粒凝聚。凝聚。 （2）水膜）水膜(water film)的粘结作用的粘结作用 土粒在水膜的作用下，在土粒接触处形成弯土粒在水膜的作用下，在土粒接触处形成弯月面，由于弯月面内侧的负压，把相邻的土粒团月面，由于弯月面内侧的负压，把相邻的土粒团聚在一起，形成土团。聚在一起，形成土团。 （3）胶结作用）胶结作用(cementatio

14、n) a、简单的无机胶体简单的无机胶体(simple soil mineral colloid) 土壤中土壤中Fe2O3xH20、Al2O3y H20、SiO2z H20等，等，常以胶膜形态包被在一起，形成的结构体。常以胶膜形态包被在一起，形成的结构体。 往往是致密紧实的结构体，如核状结构，对协往往是致密紧实的结构体，如核状结构，对协调水肥的能力极差。调水肥的能力极差。b、粘粒粘粒 粘粒具有巨大的表面积，粘结力很强，并可粘粒具有巨大的表面积，粘结力很强，并可通过带正电和带负电边面的静电引力使其团聚。通过带正电和带负电边面的静电引力使其团聚。 c、有机质有机质 土壤中的土壤中的腐殖质腐殖质、多醣

15、类、蛋白质、木质素、多醣类、蛋白质、木质素以及许多微生物的分泌物和菌丝均有团聚作用。以及许多微生物的分泌物和菌丝均有团聚作用。2. 土壤结构的成型土壤结构的成型 （1）干湿交替作用）干湿交替作用 蒙脱石类的膨胀收缩性强，而水云母类和高蒙脱石类的膨胀收缩性强，而水云母类和高岭石类的膨胀收缩性则较弱。岭石类的膨胀收缩性则较弱。 a、当干湿交替时，由于胀缩性的差异使土体产当干湿交替时，由于胀缩性的差异使土体产生不等的变形而依脆弱线开裂成小块。生不等的变形而依脆弱线开裂成小块。 b、当土体吸水时，由于孔隙中闭蓄的空气所产当土体吸水时，由于孔隙中闭蓄的空气所产生的压力，使土体破碎。生的压力，使土体破碎。

16、 土块越干，骤然灌水湿润，这种作用愈明显，土块越干，骤然灌水湿润，这种作用愈明显，有如有如“爆破爆破”一样。促使土体破碎形成结构。一样。促使土体破碎形成结构。 （2）冻融交替作用）冻融交替作用 水分结冰时体积膨胀增大约水分结冰时体积膨胀增大约9%，对周围的土体，对周围的土体产生压力而使土壤崩裂。产生压力而使土壤崩裂。 孔径愈小，其中水分冰点愈低。造成膨压的差异孔径愈小，其中水分冰点愈低。造成膨压的差异使土体产生裂痕，一旦融化，土壤就会沿裂痕酥散。使土体产生裂痕，一旦融化，土壤就会沿裂痕酥散。 (3)生物作用生物作用(biological effect) a、植物根系的穿插挤压，可使土体破碎形成

17、结构。植物根系的穿插挤压，可使土体破碎形成结构。 b、土壤中的蚯蚓、昆虫、蚁类等，对土壤结构形成土壤中的蚯蚓、昆虫、蚁类等，对土壤结构形成均有一定作用。均有一定作用。 (4)土壤耕作土壤耕作(soil tillage) 通过合理耕作，在机械压力作用下，土体破碎形通过合理耕作，在机械压力作用下，土体破碎形成结构。同时耕作使土肥相融、促进良好结构的形成。成结构。同时耕作使土肥相融、促进良好结构的形成。 团粒结构具有小水库、小肥料库、空气走廊的作团粒结构具有小水库、小肥料库、空气走廊的作用，协调水气状况能力强，因而是理想的结构体。用，协调水气状况能力强，因而是理想的结构体。 1. 小水库小水库 团粒

18、结构透水性好，可接纳大量降水和灌溉水，团粒结构透水性好，可接纳大量降水和灌溉水，而团粒内部保水性强，天旱时还可防止水分蒸发。而团粒内部保水性强，天旱时还可防止水分蒸发。 天旱时表层蒸发失水后，土体收缩切断与下层毛天旱时表层蒸发失水后，土体收缩切断与下层毛管连通性，水分不会由大孔隙流向小孔隙而蒸发损失。管连通性，水分不会由大孔隙流向小孔隙而蒸发损失。五、团粒结构在土壤肥力上的意义五、团粒结构在土壤肥力上的意义3. 空气走廊空气走廊 由于团粒之间的孔隙较大，有利于空气流通。由于团粒之间的孔隙较大，有利于空气流通。 具有团粒结构的土壤，通常有机质含量丰富。团具有团粒结构的土壤，通常有机质含量丰富。团

19、粒结构表面为好气作用，有利于有机质的矿质化，释粒结构表面为好气作用，有利于有机质的矿质化，释放养分。团粒内部则有利于腐殖化，保存养分。放养分。团粒内部则有利于腐殖化，保存养分。2. 小肥料库小肥料库六、土壤良好结构体的培育六、土壤良好结构体的培育1. 大量施用有机肥大量施用有机肥2. 实行合理耕作实行合理耕作3. 实行合理轮作实行合理轮作4. 施用石膏或石灰施用石膏或石灰5. 施用土壤结构改良剂施用土壤结构改良剂第三节第三节 土壤力学性质与土壤耕性土壤力学性质与土壤耕性一、土壤力学性质一、土壤力学性质 1. 土壤粘结性土壤粘结性（1 1）概念）概念 土粒通过各种引力而粘结起来，就是粘结性。土粒

20、通过各种引力而粘结起来，就是粘结性。（2 2）粘结力粘结力 范德华力、库伦力、水膜的表面张力、氢键、化学键范德华力、库伦力、水膜的表面张力、氢键、化学键（3 3）粘结性的影响因素）粘结性的影响因素 土壤比面及其影响因素土壤比面及其影响因素 土壤含水量土壤含水量2.土壤粘着性土壤粘着性 （1）概念）概念 土壤粘着性是土粒粘附在外物（农具）上的性质。土壤粘着性是土粒粘附在外物（农具）上的性质。 粘着性实际上是指土粒水外物相互吸引的性能。粘着性实际上是指土粒水外物相互吸引的性能。（2）影响因素）影响因素 土壤活性表面土壤活性表面 土壤含水量土壤含水量 开始出现粘着性的含水量要比开始出现粘结性的含水开

21、始出现粘着性的含水量要比开始出现粘结性的含水量为大。量为大。 土壤粘着性也是在一定含水量范围内表现。土壤粘着性也是在一定含水量范围内表现。 3.3.土壤塑性土壤塑性 （1 1）概念概念 塑性：指土壤在外力的作用下变形，当外力撤消后塑性：指土壤在外力的作用下变形，当外力撤消后仍能保持这种变形的特性，也称可塑性。仍能保持这种变形的特性，也称可塑性。 土壤塑性是片状粘粒及其水膜造成的。土壤塑性是片状粘粒及其水膜造成的。 上塑限：土壤呈现塑性的最大含水量，又称流限。上塑限：土壤呈现塑性的最大含水量，又称流限。 下塑限：土壤呈现塑性的最小含水量，又称塑限。下塑限：土壤呈现塑性的最小含水量，又称塑限。 塑

22、性值：上塑限和下塑限的差值，又称塑性指数。塑性值：上塑限和下塑限的差值，又称塑性指数。 塑性值愈大表示土壤塑性愈强。上塑限、下塑限和塑性值愈大表示土壤塑性愈强。上塑限、下塑限和塑性值均以含水量表示之，它们的数值随着粘粒含量塑性值均以含水量表示之，它们的数值随着粘粒含量的增加而增大。的增加而增大。（2 2）影响因素影响因素 粘粒含量（土壤质地）粘粒含量（土壤质地） 质地愈粘重的土壤，质地愈粘重的土壤，塑性塑性愈强。愈强。下塑限下塑限上塑限上塑限塑性值塑性值粘粘 土土粘壤土粘壤土壤壤 土土砂壤土砂壤土砂砂 土土23233030161622221010151510100 04141505028284

23、0401717272716160 018182020121217177 71212770 0 交换性阳离子交换性阳离子 交换性阳离子对粘粒矿物的塑性强弱的影响很大。交换性阳离子对粘粒矿物的塑性强弱的影响很大。钠离子使蒙脱石的上下塑限和塑性值大大增加，而对高钠离子使蒙脱石的上下塑限和塑性值大大增加，而对高岭石的影响较小岭石的影响较小 钙或钠饱和的粘粒矿物的塑限钙或钠饱和的粘粒矿物的塑限(含水量含水量%) 钙钙 饱饱 和和钠钠 饱饱 和和下塑限下塑限上塑限上塑限下塑限下塑限上塑限上塑限蒙脱石蒙脱石高岭石高岭石636336361771777373979726267007005252 有机质有机质 有

24、机质能提高土壤上、下塑限，但几乎不改变其塑性值。有机质能提高土壤上、下塑限，但几乎不改变其塑性值。 4.土壤胀缩性土壤胀缩性（1）概念）概念 土壤干时收缩，湿时膨胀的特性。土壤干时收缩，湿时膨胀的特性。 （2）影响因素）影响因素 阳离子阳离子 当土壤胶体被强烈解离的阳离子（如钠）饱和时，膨当土壤胶体被强烈解离的阳离子（如钠）饱和时，膨胀性最强，如交换性胀性最强，如交换性Na+被被Ca2+置换则膨胀性变弱。各种置换则膨胀性变弱。各种阳离子对膨胀的作用次序如下：阳离子对膨胀的作用次序如下：HMgCaKNa22、土壤质地土壤质地 土壤质地愈粘重，即粘粒含量愈高，尤其是扩展土壤质地愈粘重，即粘粒含量愈

25、高，尤其是扩展型粘粒矿物（蒙脱石、蛭石等）含量愈高，则胀缩型粘粒矿物（蒙脱石、蛭石等）含量愈高，则胀缩性愈强。性愈强。5.土壤耕作阻力土壤耕作阻力（1）抗楔入性）抗楔入性（2）位移阻力）位移阻力二、土壤耕性二、土壤耕性1.概念及影响因素概念及影响因素（1）概念：由耕作所表现出来的土壤物理性质。）概念：由耕作所表现出来的土壤物理性质。（2）影响因素：土壤力学性质）影响因素：土壤力学性质2. 土壤宜耕期土壤宜耕期适宜耕作的土壤含水量范围。适宜耕作的土壤含水量范围。3.土壤免耕法介绍土壤免耕法介绍重庆綦江三江镇两路村村民重庆綦江三江镇两路村村民戴延坤看到自家的戴延坤看到自家的2亩多稻谷亩多稻谷颗粒无

26、收，伤心落泪。颗粒无收，伤心落泪。 四川省遂宁市大英县蓬莱镇四川省遂宁市大英县蓬莱镇红花坝村，村民无奈地看着红花坝村，村民无奈地看着因干旱枯死的玉米地。因干旱枯死的玉米地。 第四节第四节 土壤水分土壤水分一、土壤含水量的表示方法和测定方法一、土壤含水量的表示方法和测定方法（一）（一）土壤含水量的表示方法土壤含水量的表示方法1. 重量百分数重量百分数(weight percent)(水水w %) Mw 水水w %= 100 Ms 计算土壤含水量时，是以干土重为计算基础，这计算土壤含水量时，是以干土重为计算基础，这样才能反映土壤的水分状况。样才能反映土壤的水分状况。 2. 容积百分数容积百分数(b

27、ulk volume percent)(水水v%) 水水v%=水水w%土壤容重土壤容重 3. 水层厚度（水水层厚度（水mm） 即在一定厚度的土层中，水分的厚度毫米数。即在一定厚度的土层中，水分的厚度毫米数。 水水 mm=水水v% 土层厚度土层厚度 优点优点:与气象资料和作物耗水量所用的水分表示方法与气象资料和作物耗水量所用的水分表示方法一致，便于互相比较和互相换算。一致，便于互相比较和互相换算。 例：例： 容重为容重为1.2g/cm3的土壤，初始含水量为的土壤，初始含水量为10%，田间持水量为田间持水量为30%，降雨，降雨10mm，若全部入渗，可使多若全部入渗，可使多深土层达田间持水量？深土层

28、达田间持水量？ 解：先将土壤含水量水解：先将土壤含水量水w%换算为水换算为水v% 初始含水量初始含水量 水水v%=10%1.2=12% 田间持水量田间持水量 水水v%=30%1.2=36% 因水因水mm= 水水v% 土层厚度土层厚度 土层厚度土层厚度=水水mm/水水v%=10/(0.36-0.12) =41.7（mm） 4. 水贮量水贮量(方方/亩亩) 1亩地土壤水贮量亩地土壤水贮量(方方/亩亩)的计算公式为：的计算公式为： 方方/亩亩 =2/3水水mm 方方/亩亩=水水mm1/100010000/15=2/3水水mm 作用作用：与灌溉水量的表示方法一致，便于计算库容与灌溉水量的表示方法一致，

29、便于计算库容 和灌水量。和灌水量。 例：例：一容重为一容重为1g/cm3的土壤，初始含水量为的土壤，初始含水量为12%，田，田间持水量为间持水量为30%，要使，要使30cm土层含水量达田间持水量的土层含水量达田间持水量的80%，需灌水多少（方，需灌水多少（方/亩）？亩）？ 解：田间持水量的解：田间持水量的80%为：为：30%80%=24% 30cm土层含水达田间持水量土层含水达田间持水量80%时时 水水mm=(0.24-0.12)1300=36(mm) 2/336=24(方方/亩亩) 5. 相对含水量相对含水量(relative moisture) 指土壤自然含水量占某种水分常数的百分数。指土

30、壤自然含水量占某种水分常数的百分数。 一般是以田间持水量为基数，土壤自然含水量占一般是以田间持水量为基数，土壤自然含水量占田间持水量的百分数为相对含水量。田间持水量的百分数为相对含水量。 通常相对含水量的通常相对含水量的60%至至80%，是适宜一般农作，是适宜一般农作物以及微生物活动的水分条件。物以及微生物活动的水分条件。（二）水分含量的测定（二）水分含量的测定 1. 经典烘干法经典烘干法 在在105110条件下，烘至恒重，为烘干土重，以条件下，烘至恒重，为烘干土重，以此为此为基础计算水分重基础计算水分重(蒸发损失量蒸发损失量)的百分比的百分比(%)。 改进快速法改进快速法红外线烘干法、微波炉

31、烘干法、红外线烘干法、微波炉烘干法、 酒精烘干法、酒精烧失法等。酒精烘干法、酒精烧失法等。 风干土风干土 烘干土烘干土 水分水分= 100% 烘干土烘干土2 2. .中子法中子法 简便、较精确。但只能用于较深土层水分测定，不能简便、较精确。但只能用于较深土层水分测定，不能用于土表薄层土。有机质中的氢会影响用于土表薄层土。有机质中的氢会影响H H2 2O O的测定结果。的测定结果。3 3、TDRTDR法（时域反射仪法）法（时域反射仪法）二、土壤水的类型二、土壤水的类型（一）土壤水的类型划分（一）土壤水的类型划分1. 吸湿水吸湿水(hydroscopic water) 土粒通过吸附力吸附空气中土粒

32、通过吸附力吸附空气中水汽分子水汽分子所保持的水分。所保持的水分。 吸附力很强，可达吸附力很强，可达31至至10000atm，因而水的密度增，因而水的密度增大，可达大，可达1.5g/cm3，无溶解能力，不移动，通常在，无溶解能力，不移动，通常在105110条件下烘干除去。对植物无效。条件下烘干除去。对植物无效。膜膜状状水水示示意意图图2 2. . 膜状水膜状水 ( (membraneous water)membraneous water) 土粒吸附力所保持的液态水，在土粒周围形成连土粒吸附力所保持的液态水，在土粒周围形成连续水膜。续水膜。 保持的力较吸湿水低，保持的力较吸湿水低，6.2531at

33、m，密度较吸，密度较吸湿水小，无溶解性；移动缓慢，由水膜厚的地方往湿水小，无溶解性；移动缓慢，由水膜厚的地方往水膜薄的地方移动，速度仅水膜薄的地方移动，速度仅0.20.4mm/hr。膜状水。膜状水对植物有效性低，仅部分有效。对植物有效性低，仅部分有效。 3. 毛管水毛管水 (capillary water) 存在于毛管孔隙存在于毛管孔隙(capillary pore)中为弯月面力所中为弯月面力所保持的水分。保持的水分。 水水沿沿着着毛毛管管上上升升毛管作用力范围：毛管作用力范围： 0.11mm有明显的毛管作用有明显的毛管作用0.050.1mm 毛管作用较强毛管作用较强 0.050.005mm

34、毛管作用最强毛管作用最强0.001mm 毛管作用消失毛管作用消失土土 粒粒毛管毛管上升上升水示水示意图意图地下水位地下水位(1) 毛管上升水毛管上升水(capillary supporting water) 与地下水有联系，随毛管上升保持在土壤中的水分。与地下水有联系，随毛管上升保持在土壤中的水分。土土 粒粒毛管毛管悬着悬着水示水示意图意图(2) 毛管悬着水毛管悬着水(capillary suspending water) 与地下水无联系，由毛管力保持在土壤毛管孔隙中与地下水无联系，由毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水分，好象悬在土壤中一样。的水分，好象悬在土壤中一样。 4. 重力水重力水 (gr

35、avitational water) 受重力作用可以从土壤中排出的水分，主要存在受重力作用可以从土壤中排出的水分，主要存在于土壤通气孔隙中。于土壤通气孔隙中。 （二）土壤水分常数（二）土壤水分常数(soil moisture constant) 土壤中某种水分类型的最大含量，随土壤性质而土壤中某种水分类型的最大含量，随土壤性质而定，是一个比较固定的数值，故称水分常数定，是一个比较固定的数值，故称水分常数。 1. 吸湿系数吸湿系数 (hygroscopic coefficient) 吸湿水的最大含量，也称最大吸湿量。吸湿水的最大含量，也称最大吸湿量。 吸湿水的含量受空气相对湿度影响，测定吸湿系数

36、吸湿水的含量受空气相对湿度影响，测定吸湿系数是在空气相对湿度是在空气相对湿度98%(或或99%)条件下，让土壤充分吸条件下，让土壤充分吸湿湿(通常为一周时间通常为一周时间)，达到稳定后在，达到稳定后在105110条件条件下烘干测定得到吸湿系数。下烘干测定得到吸湿系数。 土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大。土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大。 土土 壤壤 紫色土紫色土 黄黄 壤壤 潮潮 土土 砂砂 土土 质质 地地 粘粘 土土 重重 壤壤 中中 壤壤 砂壤砂壤 吸湿系数（吸湿系数（%） 7.53 4.11 2.52 0.8 2. 凋萎系数凋萎系数 (wilting coefficient) 植物永久凋萎时的

37、土壤最大含水量。植物永久凋萎时的土壤最大含水量。 土壤凋萎系数的大小，通常用吸湿系数的土壤凋萎系数的大小，通常用吸湿系数的1.52.0倍来衡量。质地愈粘重，凋萎系数愈大。倍来衡量。质地愈粘重，凋萎系数愈大。 （非活性孔度凋萎系数容重）（非活性孔度凋萎系数容重） 3. 田间持水量田间持水量(field capacity) 毛管悬着水达最大量时的土壤含水量。它是反映毛管悬着水达最大量时的土壤含水量。它是反映土壤保水能力大小的一个指标。土壤保水能力大小的一个指标。 计算土壤灌溉水量时以田间持水量为指标，既节计算土壤灌溉水量时以田间持水量为指标，既节约用水，又避免超过田间持水量的水分作为重力水下约用水

38、，又避免超过田间持水量的水分作为重力水下渗后抬高地下水位。渗后抬高地下水位。 土壤土壤 学学4. 毛管持水量毛管持水量(capillary capacity) 毛管上升水达最大量时的土壤含水量。毛管上升水达最大量时的土壤含水量。 毛管上升水与地下水有联系，受地下水压的影响，毛管上升水与地下水有联系，受地下水压的影响，因此毛管持水量通常大于田间持水量。毛管持水量是因此毛管持水量通常大于田间持水量。毛管持水量是计算土壤毛管孔隙度的依据。计算土壤毛管孔隙度的依据。 （毛管孔度毛管持水量（毛管孔度毛管持水量 容重）容重）（通气孔度总孔度非活性孔度毛管孔度）（通气孔度总孔度非活性孔度毛管孔度）5. 饱和

39、持水量饱和持水量(saturated water content) 土壤孔隙全部充满水时的含水量称为饱和持水量。土壤孔隙全部充满水时的含水量称为饱和持水量。三、土壤水的能量状态三、土壤水的能量状态（一）土壤水势（一）土壤水势1.概念概念 土壤水的自由能与标准状态水自由能的差值。土壤水的自由能与标准状态水自由能的差值。 以标准状态水的自由能为零，土壤水自由能与其比以标准状态水的自由能为零，土壤水自由能与其比较差值一般为负值。差值大，表明水不活跃，能量低；较差值一般为负值。差值大，表明水不活跃，能量低；差值小，表明土壤水与自由水接近，活跃，能量高。差值小，表明土壤水与自由水接近，活跃，能量高。2.

40、 土水势分势土水势分势 （1）基模势基模势 (matric potential)m 也称基质势，是由土粒吸附力和毛管力所产生的。也称基质势，是由土粒吸附力和毛管力所产生的。在土壤水不饱和的情况下，非盐碱化土壤的土水势以基在土壤水不饱和的情况下，非盐碱化土壤的土水势以基模势为主。模势为主。（2）溶质势（渗透势）溶质势（渗透势）(osmotic potential) s 由溶质对水的吸附所产生。土壤水不是纯水，由溶质对水的吸附所产生。土壤水不是纯水，其中有溶质，而水分子是极性分子，与溶质之间可其中有溶质，而水分子是极性分子，与溶质之间可产生静电吸附，产生溶质势。产生静电吸附，产生溶质势。（3）重力

41、势重力势 (gravitational potential)g 由重力作用产生的水势。如果土壤水在参照面由重力作用产生的水势。如果土壤水在参照面之上，则重力势为正，反之，重力势为负。之上，则重力势为正，反之，重力势为负。（4）压力势压力势 (pressure potential)p 标准状态水的压力为标准状态水的压力为1个大气压，但在土壤个大气压，但在土壤中的水所受到的压力，在局部地方就不一定为中的水所受到的压力，在局部地方就不一定为1个大气压。个大气压。 如果土壤中有水柱或水层，就有一定的静水如果土壤中有水柱或水层，就有一定的静水压；悬浮于水中的物质也会产生一定的荷载压。压；悬浮于水中的物质

42、也会产生一定的荷载压。若存在上述状况则若存在上述状况则p为正值。为正值。土水势土水势t=m+s+g+p 3.水分能量的表示方法水分能量的表示方法 土水势或水吸力的表示方法，以使用水柱高度土水势或水吸力的表示方法，以使用水柱高度的厘米数来表示最简便，最易理解的厘米数来表示最简便，最易理解 。 现在国际计量统一使用的单位为帕现在国际计量统一使用的单位为帕(Pa)，与厘与厘米的换算关系为：米的换算关系为：1 Pa=10-2cm 1cm水水=102帕帕=1hPa pF：水柱高度厘米数的对数。水柱高度厘米数的对数。kPa kPa 水柱高度水柱高度（cmcm） pFpF值值 kPa kPa 水柱高度水柱高

43、度（cmcm） pFpF值值 0.10.11 10 01520152015849158494.24.21 110101 13141314121623216234.54.510101001002 210133101331000001000005 551515015012.72.7101325101325100000010000006 6101101100010003 31013250101325010000000100000007 71013101310000100004 4（二）土壤水吸力（二）土壤水吸力(soil moisture suction) 土壤水承受一定吸附力情况下的能态土壤水承受

44、一定吸附力情况下的能态。 水吸力只相当于土水势的基膜势和溶质势，数水吸力只相当于土水势的基膜势和溶质势，数值相等，符号相反。值相等，符号相反。 基膜势和溶质势一般为负值，使用不方便，故基膜势和溶质势一般为负值，使用不方便，故将其取为正数，定义为吸力（将其取为正数，定义为吸力（S），），分别称为基质吸分别称为基质吸力和溶质吸力。力和溶质吸力。 在土壤水分的保持和运动中，不考虑在土壤水分的保持和运动中，不考虑s，故一故一般所说的水吸力是指基质吸力，其值与般所说的水吸力是指基质吸力，其值与m相等，符相等，符号相反。溶质吸力只在根系吸水号相反。溶质吸力只在根系吸水( (有半透膜存在有半透膜存在) )时

45、时才表现出来。才表现出来。（三）土水势（吸力）的测定（三）土水势（吸力）的测定 张力计法、压力膜法、冰点下降法和水气压法等。张力计法、压力膜法、冰点下降法和水气压法等。 张力计张力计(tensiometer)，又名负压计或湿度计，测定，又名负压计或湿度计，测定水不饱和土壤的基质势或基质吸力。水不饱和土壤的基质势或基质吸力。（四）、土壤水分特征曲线与土壤水分有效性（四）、土壤水分特征曲线与土壤水分有效性1.土壤水分特征曲线土壤水分特征曲线 (soil water characteristic curve) 土壤水分特征曲线是土壤水的能量指标（水吸力）土壤水分特征曲线是土壤水的能量指标（水吸力）与

46、数量指标（含水量）的关系曲线。与数量指标（含水量）的关系曲线。（1 1）土壤水分特征曲线的影）土壤水分特征曲线的影响因素响因素 土壤质地土壤质地 假定土壤水吸力为假定土壤水吸力为300cm（水柱高），各种质地的对应水柱高），各种质地的对应土壤的含水量（容积土壤的含水量（容积%）约为）约为：细砂土：细砂土 8%，砂壤土，砂壤土15%，壤土壤土34%，粘土，粘土42% 。soil water characteristic curve土壤结构和紧实度土壤结构和紧实度 在同一吸力值下，容重愈大的土壤，含水量愈高。在同一吸力值下，容重愈大的土壤，含水量愈高。温度温度 影响水的粘滞性和表面张力。土温升高，

47、水的基质影响水的粘滞性和表面张力。土温升高，水的基质势增大，有势增大，有效性提高。效性提高。水分滞后现象水分滞后现象 土壤吸湿过程中，水吸力随含水量增加而降低的速土壤吸湿过程中，水吸力随含水量增加而降低的速度较快。土壤脱湿过程中，水吸力随含水量减少而增大度较快。土壤脱湿过程中，水吸力随含水量减少而增大的速度较慢。同一土壤的两种水分特征曲线不重合。砂的速度较慢。同一土壤的两种水分特征曲线不重合。砂质土的滞后现象比粘质土更明显。质土的滞后现象比粘质土更明显。Water sorption curvesoil water hysteresis（2）土壤水分特征曲线的应用）土壤水分特征曲线的应用 用于土

48、壤水吸力与含水量之间的换算用于土壤水吸力与含水量之间的换算 不同土壤的水吸力相同，水分有效性相同，但含水不同土壤的水吸力相同，水分有效性相同，但含水量不同，因而有效水的数量不同。量不同，因而有效水的数量不同。用于各级孔径、孔隙及其容积（用于各级孔径、孔隙及其容积（V，%）的计算的计算 D=3/TD=3/T计算水容量（又称计算水容量（又称比水容比水容） 指水吸力变化指水吸力变化1个单位土壤吸入或释出的水量个单位土壤吸入或释出的水量(ml/bar g)，即水分特征曲线的斜率（即水分特征曲线的斜率（d/ds），），可作可作为土壤供水能力的指标。为土壤供水能力的指标。2.2.土壤水的有效性土壤水的有效

49、性(availability) 土壤水的有效性土壤水的有效性(availability)是指土壤水能否被植是指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。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不能被植物吸收利用的水称为无效水,能被植物吸能被植物吸收利用的水称为有效水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。最大有效水含量是凋萎系数至田间持水量的水分。表表3-4 土壤质地与有效水最大含量的关系土壤质地与有效水最大含量的关系土壤含水量土壤含水量(soil water content)(hygroscopic coefficient)(wilting coef

50、ficient) (field capacity)(saturated water content)四、土壤液态水运动四、土壤液态水运动 第一阶段：不饱和流动第一阶段：不饱和流动 第二阶段：饱和流动第二阶段：饱和流动 水分在土壤中的运动可用达西定律水分在土壤中的运动可用达西定律(Darcys law)表示：表示： q=-kdh/dx q 水通量水通量：单位时间通过单位断面水的容积单位时间通过单位断面水的容积 dh/dx 水压梯度水压梯度 k 导水率，即单位压力梯度下水的流量；导水率，即单位压力梯度下水的流量； 负号表示水流方向。负号表示水流方向。 （一）土壤水的饱和流动（一）土壤水的饱和流动1

51、. 垂直向下的饱和流垂直向下的饱和流 发生在雨后或稻田灌水以后。发生在雨后或稻田灌水以后。2. 水平饱和流水平饱和流发生在灌溉渠道两侧的侧渗；水库的侧渗；不透发生在灌溉渠道两侧的侧渗；水库的侧渗；不透水层上的水分沿倾斜面的流动等水平饱和流。水层上的水分沿倾斜面的流动等水平饱和流。3.垂直向上的饱和流。垂直向上的饱和流。 发生在地下水位较高的地区；因不合理灌溉抬高发生在地下水位较高的地区；因不合理灌溉抬高地下水位，引起垂直向上的饱和流，是造成土壤返盐地下水位，引起垂直向上的饱和流，是造成土壤返盐的重要原因。的重要原因。 k是单位水压梯度下的流量。是单位水压梯度下的流量。k主要受孔径大小的主要受孔

52、径大小的影响。影响。 影响孔径大小的因素：质地、结构、阳离子种类。影响孔径大小的因素：质地、结构、阳离子种类。 生产中要求土壤保持适当饱和导水率。若生产中要求土壤保持适当饱和导水率。若k值过小，值过小，造成透水通气差，还原有害物质易在土壤中积累，造成造成透水通气差，还原有害物质易在土壤中积累，造成地表径流。若地表径流。若k值过大则造成漏水漏肥现象。值过大则造成漏水漏肥现象。（二）土壤水的不饱和流动（二）土壤水的不饱和流动 特点特点 （1） 推动力（推动力（h）包括基模势和重力势；包括基模势和重力势； （2）k值不是一个常数值不是一个常数（非饱和导水率非饱和导水率），是，是一个受含水量影响的变量

53、。一个受含水量影响的变量。 含水量高，水势高则含水量高，水势高则k值大，含水量低，水势值大，含水量低，水势低则低则k值小。值小。 若水分是连续的，则随着土壤含水量减少，若水分是连续的，则随着土壤含水量减少，k值逐渐降低；若水分是不连续的，则值逐渐降低；若水分是不连续的，则k值随着含水值随着含水量降低后急剧下降。量降低后急剧下降。 （3）流动方向）流动方向 由水膜厚的地方向水膜薄的地方移动；由曲率由水膜厚的地方向水膜薄的地方移动；由曲率半径大的孔隙向曲率半径小的孔隙移动；由温度高半径大的孔隙向曲率半径小的孔隙移动；由温度高处向温度低处移动。处向温度低处移动。五、水向土壤中入渗和土壤水的再分布五、

54、水向土壤中入渗和土壤水的再分布1.入渗入渗2.土壤水的再分布土壤水的再分布六、土壤气态水运动六、土壤气态水运动（一）水汽运动（一）水汽运动 1. 水汽运动的方式水汽运动的方式 土壤中水汽运动的主要方式是扩散土壤中水汽运动的主要方式是扩散，即由水汽压即由水汽压高的地方向水汽压低的地方扩散移动。高的地方向水汽压低的地方扩散移动。 土壤水汽的扩散系数低于大气。土壤水汽的扩散系数低于大气。 2. 影响水汽压梯度的因素影响水汽压梯度的因素 水汽压梯度是水汽运动的主要推动力，它受土水水汽压梯度是水汽运动的主要推动力，它受土水势和温度两个因素的影响，而又以温度的影响为主。势和温度两个因素的影响，而又以温度的

55、影响为主。 温度引起的水汽压变化，使白天水汽由温度较高温度引起的水汽压变化，使白天水汽由温度较高的表层向底层移动，有利于防止蒸发；的表层向底层移动，有利于防止蒸发； 夜晚则由温度较高的底层向表层移动，有利于土夜晚则由温度较高的底层向表层移动，有利于土壤回润。壤回润。（二）土壤水的蒸发（二）土壤水的蒸发 1. 土面蒸发的条件土面蒸发的条件 （1）有足够热量达到地面）有足够热量达到地面满足水的汽化热；满足水的汽化热； （2）水汽从地面移走；）水汽从地面移走； （3）土壤水传导至地面。）土壤水传导至地面。 2. 土面蒸发的三个阶段土面蒸发的三个阶段 （1）大气蒸发力控制）大气蒸发力控制（蒸发率不变蒸

56、发率不变）阶段阶段 这一阶段控制土面蒸发的因素是大气蒸发力，这一阶段控制土面蒸发的因素是大气蒸发力，包括太阳辐射、温度、空气湿度、风力等。包括太阳辐射、温度、空气湿度、风力等。 土面蒸发阶段（2）土壤导水率控制阶段）土壤导水率控制阶段 控制因素是土壤导水控制因素是土壤导水率，发生的条件是土壤水率，发生的条件是土壤水分流向土表的流量小于大分流向土表的流量小于大气蒸发力。随着蒸发失水气蒸发力。随着蒸发失水使土壤含水量减小，导水使土壤含水量减小，导水率越来越低，蒸发量也随率越来越低，蒸发量也随之降低。之降低。土面蒸发阶段 （3）扩散控制阶段）扩散控制阶段 通过以上两个阶段土壤蒸发失水，土壤表层变通过

57、以上两个阶段土壤蒸发失水，土壤表层变干，导水率几乎降为零，水分不能以液态运行到地干，导水率几乎降为零，水分不能以液态运行到地表，而是在干土层下先汽化为水汽，再散发到大气表，而是在干土层下先汽化为水汽，再散发到大气中，这一阶段蒸发量减小。中，这一阶段蒸发量减小。七、田间土壤水分平衡和管理七、田间土壤水分平衡和管理（一）土壤水分平衡（一）土壤水分平衡土壤土壤-植物植物-大气连续体大气连续体（SPAC）（二）土壤水分管理（二）土壤水分管理1.农田基本建设农田基本建设2.灌溉和排水灌溉和排水3.耕作耕作4.覆盖覆盖第五节第五节 土壤空气土壤空气一、土壤空气含量与组成一、土壤空气含量与组成1.土壤空气组

58、成土壤空气组成气体气体O2(%)CO2(%)N2 (%)其它气体其它气体(%)近地表大气近地表大气20.940.0378.050.98土壤空气土壤空气18.0020.030.150.6578.880.240.98表表34土壤空气与大气组成差异土壤空气与大气组成差异（1）土壤空气中的）土壤空气中的CO2含量高于大气；含量高于大气；（2）土壤空气中的）土壤空气中的O2含量低于大气；含量低于大气； （3）土壤空气中水汽含量一般高于大气；）土壤空气中水汽含量一般高于大气； （4）土壤空气中含有较多的还原性气体）土壤空气中含有较多的还原性气体 。 2.土壤空气含量土壤空气含量 土壤空气含量土壤空气含量=

59、总孔度水分容积百分率总孔度水分容积百分率 土壤水分、土壤生物活动、土壤深度、土壤温土壤水分、土壤生物活动、土壤深度、土壤温度、度、pH值、季节变化及栽培措施等都会影响土壤空值、季节变化及栽培措施等都会影响土壤空气变化。气变化。 随着土壤深度增加，土壤空气中随着土壤深度增加，土壤空气中CO2含量增加，含量增加，O2含量减少，其含量相互消长。含量减少，其含量相互消长。 CO2O2CO2O2CO2O2CO2O200.920.060.0650.1620.501.0120.440.0720.650.2120.65100.4220.401.0620.280.1020.510.2820.67150.2520

60、.490.8719.950.1320.860.3920.51200.4820.481.3520.060.1520.120.4120.63300.5719.871.1620.010.3120.181.1620.36500.9219.931.5219.700.4020.201.2819.87平均0.6220.121.2719.950.2720.240.8520.02覆 膜露 地05-0107-2905-0107-29表表35 覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量覆膜和裸露棉田在不同生长期内土壤空气含量 （%）二、土壤通气性二、土壤通气性（一）气体扩散（一）气体扩散 动力：气体分压差动力：气体分