第四章 土壤物理性质

1、第四章 土壤物理性质,第一节 土壤孔性,土壤液、气共同存在于土壤孔隙中。,一、土壤密度(soil density),1. 概念 单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质量。(g/cm3),2. 影响土壤密度的因素 矿物组成、有机质含量、土壤质地。,土壤密度一般取平均值2.65g/cm3。,表31土壤中常见组分的密度,表32某森林土壤表层各级土粒密度,土壤 学,3. 土壤比重 (soil specific gravity) 土壤密度与4时纯水密度之比，一般取2.65。 二、土壤容重(bulk density of soil) 1. 概念: 单位体积自然状态土壤体（原状土）（含粒间孔隙）的重量（干重

2、）。（g/cm3） 2. 土壤容重(soil bulk density)作用 (1)计算土壤孔隙度(soil porosity) 孔隙度（1容重/密度）100%,(2)计算工程土方量 土壤重量=土壤体积土壤容重,（3）估算各种土壤成分储量 设耕层厚度0.2m，容重1.3t/m3， 有机质含量15g/kg=0.015t/t， 全氮量0.75g/kg=0.00075t/t。 1hm2（104m2）0.2m土层计： 土壤=100000.21.3=2600t 有机质储量=26000.015=39.0t 全氮储量=26000.00075=1.95t,（4）计算土壤储水量及灌水（或排水）定额 设土层厚度1

3、m，土壤含水量25%，容重为1.3 t/m3。 1hm2的1m土层储水量=10000m21m1.3t/m325% =3250m3/hm2= 325mm （5）判断土壤肥力,3. 影响土壤容重的因素 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。,三、土壤孔性 （一）概念 土壤总孔度、大小孔隙分配、孔隙在土体中分布。 （二）孔隙度(soil porosity) 土壤全部孔隙容积(pore volume)占土体容积的百分率。 水和空气共存并充满于土壤孔隙中。,2. 土壤三相组成及孔度计算 总孔度(total porosity) (1容重/密度) 100% 固相(solid pha

4、se)(容重/密度) 100% 液相(liquid phase)(水分重量百分率容重) 100% 气相(gas phase)(总孔度液相) 100% 土壤三相比固相:液相:气相 3. 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： 0.50.250.30.150.25 ,（三）孔隙的分级,1. 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）。T为水吸力，可理解为土壤对水的吸力，单为厘米或百帕（hpa）。,2. 孔度分级 （1）非活性孔隙(inactive pore),又称无效孔隙，孔径0.002mm（0.00

5、02mm）。,水分水吸力T=3/0.002=1500百帕，土壤对水的吸力很强，水分对植物基本无效。 （2） 毛管孔隙 (capillary pore) 孔径0.02（0.06）0.002（0.0002）mm。 水分水吸力在T=3/0.06=50百帕至T=3/0.002=1500百帕之间，对植物是有效的，而且植物的根系和微生物都可在其中生长和活动。,（3） 通气孔隙(aeration pore) 孔径0.02（0.06）mm，透水通气，通常有空气存在其中，同时植物根毛、根系和微生物均可在通气孔隙中活动。,3.影响土壤孔隙状况的因素,（1）土粒排列状况,（2）土壤质地 粘土壤土砂土,（3）土壤结构

6、,（4）土壤有机质含量 （5）耕作管理 （6）土层状况,第二节土壤结构 一、土壤结构体概念 1. 土壤结构性(soil structurality) 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。 2. 土壤结构体(soil configuration) 土粒在胶结物(有机质、碳酸钙、氧化铁)的作用下，相互团聚在一起形成大小、形状、性质不同的土团。,二、土壤结构体类型 1. 块状结构(cloddy structure) 形状：立方体型，纵轴和横轴大体相等，边面不明显，内部紧实。,产生条件：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。 大小划分：大

7、块状结构,直径10cm;小块状结构直径510cm。 2.团块状(crumby structure) 形状：与块状相似，较块状结构小，略呈圆形，表面不平。 大小划分：大团块结构，直径53cm；团块状结构，直径31cm；小团块状结构，直径1cm。,3. 核状结构(nutty structure) 形状：立方体型，边面明显的多棱角碎块，内部紧实，泡水后不易散碎。 产生条件：在粘重的心土层或由氢氧化铁胶结土粒后形成核状结构。 大小划分：大核状，直径1cm；核状，直径710mm；小核状，57mm。,4. 柱状(columnar structure) 形状：侧面，横断面形状不规则。,产生条件：柱状结构是碱

8、化土壤的标志特征，常在干旱半干旱地带的底土出现。 大小划分：大柱状结构，5cm；柱状结构， 35cm；小柱状结构，5cm；棱柱状结构，35cm；小棱柱状结构， 3cm。,6. 片状、板状结构(platy structure) 形状：横轴远大于纵轴，呈扁平状结构体。 产生条件：雨后土壤表面结壳或老耕作土壤犁底层。 大小划分：3mm者为板状，3mm者为片状。 7. 团粒结构(granular structure) 形状：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。 大小划分：一般为0.2510mm，0.25mm者称微团粒(microaggregate)，水稻土中多为微

9、团粒结构。,三、土壤结构体的稳定性,1.概念 2.种类 （1）水稳定性 （2）机械稳定性 （3）生物稳定性,四、土壤结构体的形成 第一阶段是土粒在自身的粘结、凝聚或和外物胶结作用下粘聚形成次生复粒(微团聚体)或致密土体； 第二阶段是团聚体进一步粘结形成结构体或致密土体。 1. 土粒粘聚(soil particle coagulation) （1）阳离子凝聚(soil cation coagulation) 土壤胶粒(soil colloid)通常带有负电荷，带负电荷的土壤胶粒在阳离子作用下，发生相互凝聚。,a、高价离子凝聚能力大于低价离子。 b、水化半径大的离子凝聚能力弱，反之则较强。 常见阳

10、离子凝聚能力： Fe3+Al3+Ca2+Mg2+H+NH4+ K+Na+,农业生产中，常施用石灰(酸性土)或石膏(碱性土)，利用Ca2+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。 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，促进土壤胶粒凝聚。,（2）水膜(water film)的粘结作用 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，把相邻的土粒团聚在一起，形成土团。 （3）胶结作用(cementation) a、简单的无机胶体(simple soil mineral colloid),土壤中Fe2O3xH20、Al2O3y H

11、20、SiO2z H20等，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，对协调水肥的能力极差。,b、粘粒 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。 c、有机质 土壤中的腐殖质、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。 2. 土壤结构的成型 （1）干湿交替作用,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。,a、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。 b、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。 土块越干，骤然灌水湿润，这种作用愈

12、明显，有如“爆破”一样。促使土体破碎形成结构。 （2）冻融交替作用 水分结冰时体积膨胀增大约9%，对周围的土体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(biological effect) a、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，对土壤结构形成均有一定作用。 (4)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、空气走廊的作用，协调水气状况能力强，因而是理想

13、的结构体。 1. 小水库 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。 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。,五、团粒结构在土壤肥力上的意义,3. 空气走廊 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。,2. 小肥料库,六、土壤良好结构体的培育 1. 大量施用有机肥 2. 实行合理耕作 3. 实行合理轮作 4. 施用石膏或石灰 5. 施用土壤结构改良剂,第三节 土壤力学性质

14、与土壤耕性,一、土壤力学性质,1. 土壤粘结性 （1）概念 土粒通过各种引力而粘结起来，就是粘结性。 （2）粘结力 范德华力、库伦力、水膜的表面张力、氢键、化学键 （3）粘结性的影响因素 土壤比面及其影响因素 土壤含水量,2.土壤粘着性 （1）概念 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。 （2）影响因素 土壤活性表面 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量为大。 土壤粘着性也是在一定含水量范围内表现。,3.土壤塑性 （1）概念 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。,土壤塑性是片状

15、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。 下塑限：土壤呈现塑性的最小含水量，又称塑限。 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。,（2）影响因素 粘粒含量（土壤质地） 质地愈粘重的土壤，塑性愈强。,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。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,钙或钠饱和的粘粒矿物的塑限(含水量%),有机质 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 （1）概念 土壤干时收缩，湿

16、时膨胀的特性。,（2）影响因素 阳离子 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Na+被Ca2+置换则膨胀性变弱。各种阳离子对膨胀的作用次序如下：,土壤质地 土壤质地愈粘重，即粘粒含量愈高，尤其是扩展型粘粒矿物（蒙脱石、蛭石等）含量愈高，则胀缩性愈强。 5.土壤耕作阻力 （1）抗楔入性 （2）位移阻力,二、土壤耕性,1.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。,（2）影响因素：土壤力学性质,2. 土壤宜耕期,适宜耕作的土壤含水量范围。,3.土壤免耕法介绍,重庆綦江三江镇两路村村民戴延坤看到自家的2亩多稻谷颗粒无收，伤心落泪。,四川省遂宁市大英县蓬莱镇

17、红花坝村，村民无奈地看着因干旱枯死的玉米地。,第四节 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,1. 重量百分数(weight percent)(水w %) Mw 水w %= 100 Ms 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。 2. 容积百分数(bulk volume percent)(水v%) 水v%=水w%土壤容重,3. 水层厚度（水mm） 即在一定厚度的土层中，水分的厚度毫米数。 水 mm=水v% 土层厚度 优点: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。 例： 容重为1.2g/cm3的土壤，初始

18、含水量为10%，田间持水量为30%，降雨10mm，若全部入渗，可使多深土层达田间持水量？ 解：先将土壤含水量水w%换算为水v% 初始含水量 水v%=10%1.2=12%,田间持水量 水v%=30%1.2=36% 因水mm= 水v% 土层厚度 土层厚度=水mm/水v%=10/(0.36-0.12) =41.7（mm） 4. 水贮量(方/亩) 1亩地土壤水贮量(方/亩)的计算公式为： 方/亩 =2/3水mm 方/亩=水mm1/100010000/15=2/3水mm 作用：与灌溉水量的表示方法一致，便于计算库容 和灌水量。,例：一容重为1g/cm3的土壤，初始含水量为12%，田间持水量为30%，要使

19、30cm土层含水量达田间持水量的80%，需灌水多少（方/亩）？,解：田间持水量的80%为：30%80%=24% 30cm土层含水达田间持水量80%时 水mm=(0.24-0.12)1300=36(mm) 2/336=24(方/亩),5. 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。 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。 通常相对含水量的60%至80%，是适宜一般农作物以及微生物活动的水分条件。,（二）水分含量的测定 1. 经典烘干法,在105110条件下，烘至恒重，为烘干土重，以此为基础计算水分重(蒸发损失量)

20、的百分比(%)。 改进快速法红外线烘干法、微波炉烘干法、 酒精烘干法、酒精烧失法等。,风干土 烘干土 水分= 100% 烘干土,2.中子法 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H2O的测定结果。,3、TDR法（时域反射仪法）,二、土壤水的类型 （一）土壤水的类型划分 1. 吸湿水(hydroscopic water) 土粒通过吸附力吸附空气中水汽分子所保持的水分。 吸附力很强，可达31至10000atm，因而水的密度增大，可达1.5g/cm3，无溶解能力，不移动，通常在105110条件下烘干除去。对植物无效。,膜 状 水 示 意 图,2. 膜状水 (

21、membraneous water) 土粒吸附力所保持的液态水，在土粒周围形成连续水膜。,保持的力较吸湿水低，6.2531atm，密度较吸湿水小，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0.20.4mm/hr。膜状水对植物有效性低，仅部分有效。 3. 毛管水 (capillary water) 存在于毛管孔隙(capillary pore)中为弯月面力所保持的水分。,水沿 着毛 管上 升,毛管作用力范围： 0.11mm 有明显的毛管作用 0.050.1mm 毛管作用较强 0.050.005mm 毛管作用最强 0.001mm 毛管作用消失,土 粒,毛管 上升 水示 意图,地下

22、水位,(1) 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。,土 粒,毛管 悬着 水示 意图,(2) 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的水分，好象悬在土壤中一样。,4. 重力水 (gravitational water) 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。,（二）土壤水分常数(soil moisture constant) 土壤中某种水分类型的最大含量，随土壤性质而定，是一个比较固定的数值，故称水分常数。,1. 吸湿系数

23、(hygroscopic coefficient) 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，测定吸湿系数是在空气相对湿度98%(或99%)条件下，让土壤充分吸湿(通常为一周时间)，达到稳定后在105110条件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 紫色土 黄 壤 潮 土 砂 土 质 地 粘 土 重 壤 中 壤 砂壤 吸湿系数（%） 7.53 4.11 2.52 0.8,2. 凋萎系数 (wilting coefficient) 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1.52.0倍来衡量。质地愈粘重，凋萎系数愈

24、大。 （非活性孔度凋萎系数容重）,3. 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，既节约用水，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。,土壤 学,4. 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。毛管持水量是计算土壤毛管孔隙度的依据。 （毛管孔度毛管持水量 容重） （通气孔度总孔度非活性孔度毛管孔度）,5. 饱和持水量(saturated wate

25、r content) 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,（一）土壤水势 1.概念 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。,2. 土水势分势 （1）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。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。,（2）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，其中有溶质，而水分子

26、是极性分子，与溶质之间可产生静电吸附，产生溶质势。,（3）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之上，则重力势为正，反之，重力势为负。,（4）压力势 (pressure potential)p 标准状态水的压力为1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1个大气压。 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。若存在上述状况则p为正值。,土水势t=m+s+g+p,3.水分能量的表示方法 土水势或水吸力的表示方法，以使用水柱高度的厘米数来表示最简便，最易理解 。 现在国际计量统一

27、使用的单位为帕(Pa)，与厘米的换算关系为：1 Pa=10-2cm 1cm水=102帕=1hPa pF：水柱高度厘米数的对数。,表33 各种方法的换算关系,（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。 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。 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（S），分别称为基质吸力和溶质吸力。 在土壤水分的保持和运动中，不考虑s，故一般所说的水吸力是指基质吸力，其值与m相等，符号相反。溶质吸力只在根系吸水(有半透膜存在)时才表现出来。,（三）土水势（吸力）的测定 张力计法、

28、压力膜法、冰点下降法和水气压法等。 张力计(tensiometer)，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。,（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 (soil water characteristic curve) 土壤水分特征曲线是土壤水的能量指标（水吸力）与数量指标（含水量）的关系曲线。,（1）土壤水分特征曲线的影响因素 土壤质地 假定土壤水吸力为300cm（水柱高），各种质地的对应土壤的含水量（容积%）约为：细砂土 8%，砂壤土15%，壤土34%，粘土42% 。,soil water characteristic curve,土壤结构和紧实度（

29、容重） 在同一吸力值下，容重愈大的土壤，含水量愈高。 温度 影响水的粘滞性和表面张力。土温升高，水的基质势增大，有效性提高。 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。砂质土的滞后现象比粘质土更明显。,Water sorption curve,soil water hysteresis,（2）土壤水分特征曲线的应用 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（V，%）的计算 D=3/T 计算水

30、容量（又称比水容） 指水吸力变化1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（d/ds），可作为土壤供水能力的指标。,2.土壤水的有效性(availability) 土壤水的有效性(availability)是指土壤水能否被植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,能被植物吸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。,表3-4 土壤质地与有效水最大含量的关系,土壤含水量(soil water content),(hygroscopic coefficient),(wilting coefficient),(field ca

31、pacity),(saturated water content),四、土壤液态水运动,第一阶段：不饱和流动 第二阶段：饱和流动 水分在土壤中的运动可用达西定律(Darcys law)表示： q=-kdh/dx q 水通量：单位时间通过单位断面水的容积 dh/dx 水压梯度 k 导水率，即单位压力梯度下水的流量； 负号表示水流方向。,（一）土壤水的饱和流动 1. 垂直向下的饱和流 发生在雨后或稻田灌水以后。,2. 水平饱和流 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。,3.垂直向上的饱和流。 发生在地下水位较高的地区；因不合理灌溉抬高地下水位，引起垂直向

32、上的饱和流，是造成土壤返盐的重要原因。,k是单位水压梯度下的流量。k主要受孔径大小的影响。 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k值过小，造成透水通气差，还原有害物质易在土壤中积累，造成地表径流。若k值过大则造成漏水漏肥现象。,（二）土壤水的不饱和流动 特点 （1） 推动力（h）包括基模势和重力势； （2）k值不是一个常数（非饱和导水率），是一个受含水量影响的变量。,含水量高，水势高则k值大，含水量低，水势低则k值小。 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k值随着含水量降低后急剧下降。,（3）流动方向 由水膜厚的

33、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；由温度高处向温度低处移动。,五、水向土壤中入渗和土壤水的再分布 1.入渗 2.土壤水的再分布,六、土壤气态水运动 （一）水汽运动 1. 水汽运动的方式 土壤中水汽运动的主要方式是扩散，即由水汽压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。,2. 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，它受土水势和温度两个因素的影响，而又以温度的影响为主。 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； 夜晚则由温度较高的底层向表层移动，有利于土壤回润。,（二）土壤水的蒸发 1.

34、土面蒸发的条件 （1）有足够热量达到地面 满足水的汽化热； （2）水汽从地面移走； （3）土壤水传导至地面。 2. 土面蒸发的三个阶段 （1）大气蒸发力控制（蒸发率不变）阶段 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。,土面蒸发阶段,（2）土壤导水率控制阶段 控制因素是土壤导水率，发生的条件是土壤水分流向土表的流量小于大气蒸发力。随着蒸发失水使土壤含水量减小，导水率越来越低，蒸发量也随之降低。,土面蒸发阶段,（3）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，再散发到大气中，

35、这一阶段蒸发量减小。,七、田间土壤水分平衡和管理 （一）土壤水分平衡,土壤-植物-大气连续体 （SPAC）,（二）土壤水分管理 1.农田基本建设 2.灌溉和排水 3.耕作 4.覆盖,第五节 土壤空气,一、土壤空气含量与组成 1.土壤空气组成,表34土壤空气与大气组成差异,（1）土壤空气中的CO2含量高于大气； （2）土壤空气中的O2含量低于大气；,（3）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 。 2.土壤空气含量 土壤空气含量=总孔度水分容积百分率 土壤水分、土壤生物活动、土壤深度、土壤温度、pH值、季节变化及栽培措施等都会影响土壤空气变化。 随着土壤深度增加，

36、土壤空气中CO2含量增加，O2含量减少，其含量相互消长。,表35 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 （一）气体扩散 动力：气体分压差 （二）整体交换 （三）土壤通气性指标,1.土壤孔隙度 总孔隙度5055%或60%，其中通气孔度要求810%，最好1520%。这样可以使土壤有一定保水能力又可透水通气。,2.土壤呼吸强度 (intensity of soil respiration) 单位时间通过单位断面(或单位土重)的CO2数量。 土壤呼吸强度不仅可作为土壤通气指标，而且是反映土壤肥力状况的一个综合指标。 3.土壤透水性(water permeability) 水

37、田土壤适当的透水性可反映土壤透水通气状况。 4.土壤氧化还原电位(redox potential),三、土壤通气性对植物生长的影响及其调节 （一）土壤通气性对植物生长的影响 1.土壤空气与根系 （1）若土壤空气中O2的含量小于9或10，根系发育就会受到影响，O2含量低至5以下时，绝大多数作物根系停止发育。 （2）当CO2含量大于1时，根系发育缓慢，至520，则为致死的含量。 （3）H2S使水稻产生黑根，导致吸收水肥能力减弱，甚至死亡。,2.土壤空气与种子萌发 种子萌发，所需氧气主要由土壤空气提供，缺氧时，葡萄糖酒精发酵，产生酒精，使种子受害。,3.土壤空气与微生物活动 （1）土壤空气影响微生物

38、活动，从而影响有机质转化。通气良好利于有机质矿质化。,（2）根系吸收养分，也需要通气良好条件下的呼吸作用提供能量。,4.土壤空气状况与作物抗病性 （1）植物感病后，呼吸作用加强，以保持细胞内较高的氧水平，对病菌分泌的酶和毒素有破坏作用； （2）呼吸提供能量和中间产物，利于植物形成某些隔离区阻止病斑扩大； （3）伤口呼吸显著增强，利于伤口愈合，减少病菌侵染。,（二）土壤通气性的调节 1.排水 2.改善土壤结构 3.水旱轮作,第六节 土壤热量状况 一、土壤热量来源 1.太阳辐射能(solar radiant energy)：是土壤最基本的热量来源 2.生物热(biotherm)：微生物分解有机质所

39、释放的热量 3.地热(terrestrial heat)：对土壤温度的影响极小 二、土壤热量平衡,三、 土壤热性质 （一）土壤热容量(soil thermal capacity) 重量热容量(ponderance thermal capacity)（Cp）：指单位重量土壤温度升高1度所需的热量（卡/克.度）。 容积热容量(volume thermal capacity)（Cv）：指单位容积的土壤温度升高1度所需的热量(卡/立方厘米.度)。 Cv=Cp土壤容重 Cv = mCvVm + oCvVo wCvVw+aCvVa,36 土壤不同组分的热容量,影响土壤热容量的组分中，土壤水起了决定性作用。

40、,（二）土壤导热率 土壤导热率 ： 单位厚度（1cm）土层，温差1，每秒经单位断面（1cm2）通过的热量卡数。,表3-7 土壤不同组成分的导热率（J/cms）,水的导热率远大于空气导热率，当土壤含水量低时，由于空气导热率很小，因此土壤导热率小，特别是疏松孔隙多因而空气多的土壤，导热率小。若含水量低但土壤紧实，热量可通过土粒(矿物质)传导，导热率则较大。 （三）土壤热扩散率 热扩散率（D）：单位温度梯度下在垂直方向上单位时间流入单位面积土壤的热量使单位体积土壤温度所发生的变化。, D= Cv,含水量对不同质地土壤热扩散率的影响（括号内数字为孔隙度）,四、土壤温度的变化规律,（一）土壤温度年变化(annual variation) 升温阶段，一般为1月至7月，7月达最高； 降温阶段，一般是为7月至次年1月，1月达最低