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1、土壤水、空气和热状况,第二章,土壤组成、形成和分类,一,土壤水分,?,土壤水分的来源,?,土壤水的类型划分,?,土壤水分含量的表示方法,?,土壤水分含量的测定,?,土壤水分的能量概念,?,影响土壤水分状况的因素,?,土壤水分在土壤肥力中的,作用,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,是土壤水分的来源。,1,土壤水分的来源,2,土壤水的类型划分,?,对水的研究方法有,2,种：,数量法和能量法,?,数量法是按照土壤水受不同力的作用而研,究水分的形态、数量、变化和有效性。,?,能量法主要从土壤水受各种力作用后自由,能的变化，去研究土壤水的能态和运动、,变化规律。
2、,土壤水分类型,（数量法）,?,（,1,）吸附水,：受土壤吸附力作用保持（包括,吸湿水和膜状水）,?,（,2,）毛管水,：受毛管力（毛管内气、水界面,上产生的弯月面力）作用保持,?,（,3,）重力水,：受重力支配，容易进一步向土,壤剖面深层运动,吸附水（束缚水），包括吸湿水和膜状水：,吸湿水,：干土从空气中吸着水汽所保持的水。又称为紧束缚,水，属于无效水分，土壤吸附气态水分子的最大含量称为吸,湿系数,膜状水,：由土壤颗粒表面吸附所保持的,水层,，其厚度可达几,十或几百个以上的水分子。膜状水的含量决定于土壤质地、,腐殖质含量等。,膜状水的最大值叫,最大分子持水量,。薄膜,水对植物生长发育来说属于
3、弱有效水分（土粒吸力小于,15atm,的那部分水，属有效水，可被植物利用，而吸力大于,15atm,的那部分水，作物不能利用，为无效水）又称为松束,缚水分。,毛管水,：,超过最大分子持水量的水分，不受吸附,力的作用；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。毛管水又可以分为,两种类型。,?,毛管悬着水,土体中与地下水位无联系的毛,管水称毛管悬着水。土壤毛管悬着水达到最多,时的含水量称,田间持水量,?,毛管支持水（毛管上升水）,土体中与地,下水位有联系的毛管水称毛管支持水。,不同土壤质地毛管水上升高度,土壤质地,高度（米）,砂土,0.5-1.0,砂壤土、轻壤土,1.5,粉砂质壤
4、土,2.0-3.0,中壤土、重壤土,1.2-2.0,轻粘土,0.8-1.0,?,毛管上升水的最大量称为,毛管持水量,，是,吸湿水、膜状水和毛管上升水之和。,?,当土壤被重力水所饱和，即土壤大小孔隙,全部被水分充满时的土壤含水量称为饱和,持水量，或称全蓄水量或,最大持水量,萎蔫系数,?,当作物呈现永久萎蔫时的土壤含水量，称萎,蔫系数。,?,一般把田间持水量视为土壤有效水的上限。,所以田间持水量与萎蔫系数之间的差值即土,壤有效水最大含量。,土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图,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,自地下水面向上,供水的毛管水的网,充水的粗毛管供水,土壤
5、水分、水分常数和有效性的关系,105,烘,干,重,吸,湿,系,数,萎,蔫,系,数,最,大,分,子,持,水,量,田,间,持,水,量,毛,管,持,水,量,饱,和,持,水,量,吸湿水,膜状水,毛管悬着,水,毛管上升水,重力水,无效水,有效水,多余水,（指旱,地）,3,土壤水分含量的表示方法,?,质量含水量,?,容积含水量,?,相对含水量,?,土壤水贮量,?,质量含水量,(,?,m,),：土壤中水分的质量与干土质,量的比值，在同一地区因重力加速度相同，又,称为重量含水量，质量含水量可用小数形式，,也可用百分数形式。,?,土壤质量含水量（,%,）,=,?,数学公式,?,m,=,100,?,干土质量,土壤
6、水质量,100,2,2,1,?,?,W,W,W,?,?,m,为土壤质量含水量（,%,），,W,1,为湿土质量、,W,2,为干,土质量，,W,1,-W,2,为土壤水质量,?,定义中的干土，一般指在,105,摄氏度条件下烘干的土,壤，而另一种意义上的干土是含有吸湿水的土，通常,叫“风干土”，风干土的含水量一般不恒定，故一般,不以此作为计算,?,m,的基础,?,容积含水量,?,v,：,即单位土壤总容积中水分所占,的容积分数，又称容积湿度、土壤水的容积,分数，可用小数和分数表示,?,土壤容积含水量（,%,）,=,?,注意,?,v,计算的基础是土壤的总容积。由于水的,密度可近似等于,1g/cm,3,，可
7、以推知,?,v,与,?,m,的,换算公式,?,v,=,?,m,?,（,为土壤容量）,?,一般而言，质量含水量多用于需计算干土重,的工作中，因多数情况下，容积含水量被广,泛使用,100,?,土壤总容积,土壤水容积,?,相对含水量,：指土壤含水量占田间持水量的,百分数。,?,土壤相对含水量,=,?,土壤水贮量,：一定面积和厚度土壤中含水的,绝对数量,100,?,田间持水量,土壤含水量,4,土壤水分含量的测定,?,烘干法,：经典烘干法，先在田间选择代表性取样点，,按所需深度分层取土样，将土样放入铝盒并立即盖好,盖（防止水分蒸发影响测定效果），称重（即湿土加,空铝盒重，记为,W,1,），然后打开盖，置
8、于烘箱，在,105110,o,C,条件下，烘干至恒重（,6-8,小时），再称重,（即干土加盒重，记为,W,2,）。则该土壤质量含水量,可以由下式求出，设空铝盒重为,W,3,：,?,?,m,=,?,快速烘干法：包括红外线烘干法，微波炉烘干法等等,100,3,2,2,1,?,?,?,W,W,W,W,?,中子法,?,TDR,法（时域反射仪）,中子法,?,把一个快速中子源和慢中,子探测器置于套管中，埋,入土内。其中的中子源,（如镭、镅、铍）以很高,速度放射出中子，当这些,快中子与水中的氢原子碰,撞时，就会改变运动的方,向，并失去一部分能量而,变成慢中子。土壤水越多，,氢越多，产生的慢中子也,就越多，慢
9、中子被探测器,和一个定器量出，经过校,正，得土壤水的含量,TDR,法,(,时域反射仪,),（,Time-,Domain-Reflectometry),?,将长度为,L,的波导棒插入,土壤介质中，电磁脉冲,信号从波导棒的始端传,播到终端，由于波导棒,终端处于开路状态，脉,冲信号受反射又沿波导,棒返回到始端。考察脉,冲输入到反射返回的时,间以及反射时的脉冲幅,度的衰减，计算土壤水,盐含量,农田土壤水的动态模型及应用,李保国,土水势,为了可逆地等温地在标准大气压下从在指,定的高度的纯水水体中移动无穷小量的水到土壤,水分中去，每单位数量的纯水所需作功的数量,土水势包括以下几个分势,5,土壤水分的能量概
10、念,1,、基质势,m,由土壤吸附力和毛管力的制约的土水势。,2,、渗透势,s,渗透势又称溶质势，由土壤水中溶解的溶质,而引起的土水势的变化。,3,、压力势,p,：指土壤水饱和的情况下，由于受压力而产生土,水势的变化,4,、重力势,g,：由于重力作用引起的土水势的变化,归纳起来，总土水势指上述,4,个分势的代数,和，即=,m,s,p,g,在不同情况下,，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。,土水势的表示方法,土水势多用帕（,Pa,）表示，但常用水柱高的,对数值表示，称为,pF,值。,pF,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,壤水吸力与含水
11、量的关系。,?,植被：蒸腾作用对土壤水分平衡关系密切，植,被组成和覆盖度对土壤水分状况都有较大影响。,?,气候：降雨量和蒸发是重要因素。,?,土壤物理性质：特别是土壤质地、结构和有机,质含量等到因素对水的渗透、流动和蒸发有重要影,响。,6,影响土壤水分状况的因素,?,地形：地形影响水分的再分配。,?,水文地质：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,?,人为影响：如灌溉、排水以及耕作等土壤管理措,施。,7,土壤水分在土壤肥力中的,作用,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
12、,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通气状况,?,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,?,土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性,二,土壤空气,?,土壤空气的组成,?,土壤空气的特点,?,土壤通气性与植物生长,1,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,和大气有很大差异。,土壤空气中,CO,2,含量高于大气，而,O,2,含量低,于大气。,土壤空气的组成,气体成分,O,2,CO,2,N,2,近地面大气,20.94,0.03,78.05,土壤空气,18.00-20.03,0.15-0.65,78.8-80.24
13、,2,土壤空气的特点,?,土壤空气中的,CO,2,含量比大气多,?,土壤空气中的,O,2,含量比大气少,?,土壤空气中的水气含量比大气多,?,土壤空气中有时含有少量还原性气体如甲烷,?,土壤空气成分随时间和空间而变化,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,能。或土壤具有通透空气的性质称土壤通,气性。,3,土壤通气性与植物生长,土壤空气状况对植物生长的影响有以下几方面,?,土壤空气与根系发育,?,土壤空气与种子萌发,?,土壤空气与养分状况,?,土壤空气与植物病害,三,土壤热状况,土壤中的热状况指土体中的热量分布及,其动态变化。,土壤热来源,土壤热主要来源于太
14、阳的辐射热，其次是有,机质被微生物分解产生的热、土壤中化学反应释,放的热以及地心向地表传导的热。,地面辐射平衡示意图,土壤热量平衡,土壤热性质,?,土壤热容量,是指单位质量（重量）或容积的土壤每升,高（或降低）,1,o,C,所需要（或放出）的热量。即形成,了质量（重量）热容量和容积热容量。,?,土壤吸收一定热量后，一部分用于它本身升温，一部,分传递给其邻近土层。土壤对所吸收的热量传导到邻,近土层的性质，称为,导热性,。大小用导热率表示。,?,土壤导热率,：导热率又称导热系数，是单位温度梯度,下单位时间通过土壤截面的热量,(,卡,/,厘米,秒,度,),。,土,壤导热率反映土壤传导热量的难易。,?,土壤的热扩散率,土壤各组成成分的导热率,谢谢大家,
