第六章-土壤水气热状况分析课件

第 六 章 土壤水气热状况土壤水气热状况第 六 章 1一一、土壤水的类型土壤水的类型1 1、吸吸湿湿水水 干干土土从从空空气气中中吸吸着着水水汽汽所所保保持持的的水水，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。2 2、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，保持的水层，膜状水的最大值叫最大分子持水量。薄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弱有效水分，又称为松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。束缚水分。第一节第一节 土土 壤壤 水水水汽水汽土壤膜状膜状水水一、土壤水的类型2、膜状水（薄膜水）指由土壤颗粒表面23、毛毛管管水水 毛毛管管水水是是靠靠土土壤壤中中毛毛管管孔孔隙隙所所产产生生的的毛毛管管引引力力所所保保持持的的水水分分，称称为为毛毛管管水水。毛毛管管水水是是土土壤壤中中最最宝宝贵贵的水分。的水分。毛管水又可以分为两种类型毛管水又可以分为两种类型:毛管悬着水毛管悬着水 土体中与土体中与地下水位无联系的毛管水地下水位无联系的毛管水称毛管悬着水。称毛管悬着水。毛管支持水毛管支持水（毛管上升水）（毛管上升水）土体中与地下水位有联系的土体中与地下水位有联系的毛管水称毛管支持水。毛管毛管水称毛管支持水。毛管水是土壤中最宝贵的水分。水是土壤中最宝贵的水分。3、毛管水 毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力所3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44 4、重力水、重力水又称多余水，是指土壤中充滞于充气孔隙又称多余水，是指土壤中充滞于充气孔隙中的水分。存在于土壤中的时间短，很快会因中的水分。存在于土壤中的时间短，很快会因为重力作用而渗入或流出。为重力作用而渗入或流出。4、重力水51 1 土水势的概念土水势的概念 土水势是极小单位水量从一个平衡的土一水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。池时所做的功。二、土壤水分能量二、土壤水分能量土作功水1 土水势的概念二、土壤水分能量土作功水6 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。土水势包括以下几个分势：土水势包括以下几个分势：基质势基质势m 基质势是极小单位水量从一个平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，而其他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。条件都相同的参比状态水池所做的功。渗透势s 渗透势又称溶质势，指极小单位7 气气压压势势 封封闭闭在在土土壤壤水水分分内内的的空空气气所所产产生生的势值。的势值。静静水水压压势势 土土壤壤中中的的水水分分承承受受水水体体的的压压力力，土土层层深深处处的的水水分分，受受到到的的压压力力更更大大，静静水水压压势势是压力势的主体。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。压力势压力势p 压力势是极小单位的水量从一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于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池参比压力，而其他条件都相同的参比状态水池时所做的功。压力势主要包括：时所做的功。压力势主要包括：压力势p 压力势是极小单位的水量从一8 归归纳纳起起来来，总总土土水水势势指指上上述述4 4个个分分势势的的代代数数和和，即即=m ms sp pg g在在不不同同情情况况下下，起起支支配配作作用用的的水水势势不不同同，在在水水分分不不饱饱和和的的土土壤壤中中，决决定定土土水水势势的的是是基基质质势势。见见下下图。图。重重力力势势g g 重重力力势势是是极极小小单单位位水水量量从从一一个个平平衡衡的的土土一一水水系系统统可可逆逆地地移移到到任任何何位位置置，而而其其他他条条件件都都相同的参比状态水池时所做的功。相同的参比状态水池时所做的功。归纳起来，总土水势指上述4个分势的代数和，即=m9渗透势和总水势之间的关系示意图渗透势和总水势之间的关系示意图102 2 土水势的表示方法土水势的表示方法 土土水水势势多多用用帕帕（PaPa）表表示示，但但常常用用水水柱柱高高的的对对数数值值表表示示，称称为为pFpF值值。pFpF值值即即能能反反应应土土壤壤水水吸吸力力能能量量大大小小，又又能能表表示示出出各各种种水水分分常常数数以以及及土土壤壤水水吸吸力力与与含含水水量的关系。量的关系。kPakPa与与pFpF值的换算关系见表下。值的换算关系见表下。2 土水势的表示方法11kPa 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 210133101331000001000005 551515015012.72.7101325101325100000010000006 6101101100010003 31013250101325010000000100000007 71013101310000100004 4kPakPakPakPa与与与与pFpFpFpF值的换算关系值的换算关系值的换算关系值的换算关系kPa 水柱高度（cm）pF值 kPa 水柱高度（cm）12pFpF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水量 pF值=4.5最大吸湿量133 土壤土水势的测定 土土壤壤水水势势测测定定方方法法很很多多，目目前前常常用用张张力力计计法法。用用张张力力计计测测定定水水势势可可以以确确定定土土壤壤是是否否需需要要灌灌溉溉。在在实实验验室室则则多多用压力膜法。另外，还有更先进的方法用压力膜法。另外，还有更先进的方法露点法。露点法。张力计测定土壤土水势 3 土壤土水势的测定张力计测定土壤土水势 14土壤水分压力膜装置露点水势仪露点法测定土壤土水势 系列张力计土壤水分压力膜装置露点水势仪露点法测定土壤土水势 15土壤土水分TDR监测系统土壤土水分TDR监测系统16 质量含水量（重量百分数）质量含水量（重量百分数）指土壤中水分重占烘干土指土壤中水分重占烘干土重的百分数。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积的百分数。指土壤水分的容积占土壤容积的百分数。土土壤壤贮贮水水量量（水水层层厚厚度度）指指一一定定厚厚度度土土层层内内土土壤壤水水的总贮量。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的百分数指土壤含水量占田间持水量的百分数。土壤水势与土壤水吸力土壤水势与土壤水吸力 即能量表示法。即能量表示法。含量指标和能量指标优缺点的比较？含量指标和能量指标优缺点的比较？三、土壤水分状况的表示方法三、土壤水分状况的表示方法 质量含水量（重量百分数）指土壤中水分重占烘干土重的百分17四、土壤水分有效性四、土壤水分有效性 1 土壤水分常数 在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分常数。在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分常数。吸湿系数吸湿系数 空气湿度近饱和时土壤的最大吸湿水量。空气湿度近饱和时土壤的最大吸湿水量。萎蔫系数萎蔫系数 萎蔫系数又称稳定凋萎含水量。植物因缺水凋萎萎蔫系数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，称萎蔫含水量，或凋萎系数。并不能复原时的土壤含水量，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，在防止蒸发条件田间持水量指田间水饱和后，在防止蒸发条件下下23天内自由水排除至可忽略不计时的含水量。或土层中以天内自由水排除至可忽略不计时的含水量。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。悬着状态保持水分的最大数量称为这层的田间持水量。饱和含水量饱和含水量 饱和含水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水饱和含水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量。量。四、土壤水分有效性 182 土壤有效水分的范围 一般说来，凋萎系数与田间持水量之间的水分，属一般说来，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。于有效含水量的范围。A=F W 土壤有效含水范围受下列土壤因素影响：土壤有效含水范围受下列土壤因素影响：土壤质地土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的表面积和孔隙系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。统的性质引起的。见表见表 土壤结构土壤结构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高，持水孔隙发达，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。如团聚体发育好的东北黑土。故有效水分含量高。如团聚体发育好的东北黑土。有机质含量有机质含量 有机质本身的持水量很大，更能促进良好土壤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，可以扩大有效水范围。结构的形成，所以多施有机质，可以扩大有效水范围。见表见表2 土壤有效水分的范围19土壤质地对有效水范围的影响土壤质地对有效水范围的影响 土壤质地土壤质地 田间持水量田间持水量 萎蔫系数萎蔫系数有效含水范围有效含水范围松砂土松砂土 4.5 4.5 1.8 1.8 2.7 2.7 砂壤土砂壤土 12.0 12.0 6.6 6.6 5.4 5.4 中壤土中壤土 20.7 20.7 7.8 7.8 12.912.9轻粘土轻粘土 23.8 23.8 17.4 17.4 6.46.4土壤质地对有效水范围的影响 土壤质地 田间持水量 萎蔫系数有20类类 型型 持水当量持水当量 萎蔫含水量萎蔫含水量 有效含水有效含水范围范围 壤壤 土土 20.0 20.0 7.1 7.1 13.13.l l 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 有机质对有效水范围的影响有机质对有效水范围的影响有机质对有效水范围的影响有机质对有效水范围的影响类 型 持水当量 萎蔫含水量 有效含水 壤 土 2213 3 土壤水分有效程度土壤水分有效程度 用能量观点确定土壤水分的有效程度，主要视其能量用能量观点确定土壤水分的有效程度，主要视其能量水平。一般把土壤水势水平。一般把土壤水势pFpF值值4.24.2的土壤水分确定为土壤有效的土壤水分确定为土壤有效水的最低标准。水的最低标准。萎蔫含水量至萎蔫含水量以下的水分为无效水。萎蔫含水量至萎蔫含水量以下的水分为无效水。生生长长阻阻滞滞含含水水量量之之间间的的水水分分为为弱弱有有效效水水。此此时时水水分分移移动动缓缓慢慢，植植物物吸吸水水难难以以维维持持植植物物蒸蒸腾腾消消耗耗的的水水分分，植植物物生长受到阻滞。生长受到阻滞。生长阻滞含水量至田间持水量之间的水分为有效水。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的毛管水，可以自由移动，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，不断地供植物吸收利用。速度快，不断地供植物吸收利用。田间持水量到饱和含水量之间的水分为多余水，运动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。速度快，植物利用较少。（见下图）（见下图）3 土壤水分有效程度22土壤水分有效性综合示意图土壤水分有效性综合示意图土壤水分有效性综合示意图23五、土壤水分在土壤肥力中的五、土壤水分在土壤肥力中的作用作用 土土壤壤水水分分是是土土壤壤肥肥力力的的重重要要因因素素之之一一，它它一一方方面面直直接接供供给给植植物物吸吸收收利利用用；另另一一方方面面又又影影响响土土壤壤的的其其它它性状和肥力因素。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五、土壤水分在土壤肥力中的作用24植被植被 蒸腾作用对土壤水分平衡关系密切，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。组成和覆盖度对土壤水分状况都有较大影响。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。土壤物理性质土壤物理性质 特别是土壤质地、结构和有机质含特别是土壤质地、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。量等到因素对水的渗透、流动和蒸发有重要影响。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、地下水位高的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。通过支持毛管水上行，在一定条件下可形成蒸发型。人为影响人为影响 如灌溉、排水及耕作等土壤管理措施。如灌溉、排水及耕作等土壤管理措施。六、影响土壤水分状况的因素六、影响土壤水分状况的因素植被 蒸腾作用对土壤水分平衡关系密切，植被组成和覆盖度对25一、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。主要差异表主要差异表现现在：在：土壤空气中土壤空气中COCO2 2含量高于大气，而含量高于大气，而O O2 2含量低于含量低于 大气。大气。见下图。见下图。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。土壤空气中含有还原性气体。土壤空气中含有还原性气体。第二节第二节 土壤空气土壤空气（教师指导下自学）（教师指导下自学）一、土壤空气的组成 第二节 土壤空气（教师指导下自学）26土壤剖面土壤剖面COCO2 2和和OO2 2体积含量分布示意图体积含量分布示意图土壤剖面CO2和O2体积含量分布示意图271 1 土壤空气的交换方式土壤空气的交换方式 二、土壤空气交换二、土壤空气交换 土壤空气扩散土壤空气扩散 土壤中土壤中气体分子因浓度梯度或分压气体分子因浓度梯度或分压不同而产生的移动。不同而产生的移动。溶解于水中的氧随雨水和溶解于水中的氧随雨水和灌溉水进入土壤灌溉水进入土壤 。1 土壤空气的交换方式 二、土壤空气交换 土壤空气扩散282 2 土壤气体交换速率的指标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气体流动动 气体流气体流动动是由于受气温、气是由于受气温、气压压的的变变化、化、刮刮风风、降雨、耕作、灌、降雨、耕作、灌溉溉等作用影响而引起的，等作用影响而引起的，仅对仅对表表层层1010cmcm左右的土壤空气更新起到某些作用，因而它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不是大气与土壤空气交换换的主要方式。的主要方式。2 土壤气体交换速率的指标气体流动 气体流动是由于受气29 土土壤壤通通气气性性是是指指土土壤壤空空气气能能与与大大气气进进行行交交换换以以及及土土体体内内部部允允许许气气体体扩扩散散和和流流通通的的性性能能。或或土土壤壤具具有通透空气的性质称土壤通气性。有通透空气的性质称土壤通气性。土壤空气状况对植物生长的影响有以下几方面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根系发育 土壤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三、土壤通气性与植物生长三、土壤通气性与植物生长 土壤通气性是指土壤空气能与大气进行交换以及土30第三节第三节 土壤热状况土壤热状况(教师指导下自学）教师指导下自学）土壤中的热状况指土体中的热量分布及其动态变化。第三节 土壤热状况(教师指导下自学）土壤中31一、土壤热平衡一、土壤热平衡 1 土壤热来源与土壤吸热性 土壤热来源土壤热来源太阳辐射太阳辐射有机物分解有机物分解地热传导地热传导化学反应放热化学反应放热一、土壤热平衡土壤热来源太阳辐射有机物分解地热传导化学反应放32 2 土壤热消耗和土壤散热性 土壤向大气散失热的性能称为土壤的散热性土壤向大气散失热的性能称为土壤的散热性。土土壤的吸热和散热随时都在进行，处于一种动态平衡。壤的吸热和散热随时都在进行，处于一种动态平衡。二、土壤的热学性质二、土壤的热学性质 1 土壤热容量 单位质量土壤（或容积单位质量土壤（或容积土壤）每升高土壤）每升高1温度时温度时所需要的热量，称土壤热所需要的热量，称土壤热容量。有质量热容量和容容量。有质量热容量和容积热容量两种表示方法。积热容量两种表示方法。地面辐射平衡示意图地面辐射平衡示意图 2 土壤热消耗和土壤散热性地面辐射平衡示意图33 2 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通过土壤截面的热量(卡卡/厘米厘米秒秒度度)。土壤导热率。土壤导热率反映土壤传导热量的难易。土壤各组分的导热率，反映土壤传导热量的难易。土壤各组分的导热率，见表。见表。三、影响土壤热状况的其它因素三、影响土壤热状况的其它因素 土壤干湿度土壤干湿度 植被植被 坡度和方位坡度和方位 土壤水分蒸发土壤水分蒸发 土壤各组分的导热率土壤各组分的导热率土壤各组分的导热率土壤各组分的导热率土壤组成土壤组成 矿物质矿物质 水水 分分 空空 气气 导导热热率率W（mK）1.67472 0.502416 0.020934 2 土壤导热率土壤各组分的导热率土壤组成 矿物质 水 分34 第第四四节节 土土壤壤水水气气热热的的相相互互关关系系及其调节及其调节(教师指导下自学）教师指导下自学）一、土壤水、气、热的相互关系一、土壤水、气、热的相互关系 二、土壤水气热的调节二、土壤水气热的调节 耕作和施肥耕作和施肥 地面覆盖地面覆盖 灌溉和排水灌溉和排水 应用土面增温剂应用土面增温剂 第四节 土壤水气热的相互关系及其调节(教师指35本章关键词本章关键词l土壤水土壤水 soil waterl土壤湿度土壤湿度 soil moisture l含水量含水量 soil moisture content l土壤水分状况土壤水分状况 soil water regimesoil water regimel毛细作用毛细作用 capillary l土水势土水势 soil water potentialsoil water potentiall土壤通气性土壤通气性 soil aerationl土壤空气土壤空气 soil air soil air l土壤通透性土壤通透性soil permeabilitysoil permeabilityl土壤温度状况土壤温度状况 soil temperature regime本章关键词土壤水 soil water36THE ENDTHE END37