地质地貌第十三章-土壤综述课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,地质地貌学,长安大学 地质工程系,成玉祥,chjkk2003,第十三章 土 壤,第一节 自然土壤的形成与土壤的分布规律,第二节 土壤的基本特征、机械组成和类型,第三节 水在土壤中存在的形态和土壤的水理性质,第四节 土壤对径流的影响,土壤是组成自然地理环境的要素之一，是一种,多孔隙的分散体,。它处于风化壳的最表层，处于,岩石圈、水圈、大气圈及生物圈的过渡地带,。土壤可以积蓄水分，又可以渗透水流，在水分循环中起着媒介和对降水起着,再分配,的作用，从而影响径流的形成及其过程。同时土壤抗侵蚀能力的强弱对水土流失也有很大影响。在水利、土建、交通运输工程建设中，土壤又是作为,建筑材料和承压基础,，主要是利用土体的材料力学特性和物理机械性质。,按照农学的观点，土壤是地球表面能够生长植物的疏松表层，应当具有一定的,肥力,。本次仅从地质学的观点出发，,将地表岩石风化后所堆积的松散物质统称为土壤,。,第一节 自然土壤的形成与土壤的分布规律,一、自然土壤的形成,自然土壤是指那些目前尚未被人们开发利用，在自然因素和自然过程下发育形成的土壤。,（一）自然土壤形成过程,自然土壤是在,风化作用与成土作用,的综合影响下形成的。岩石经过,风化过程,形成母质，在母质的基础上，经过生物引起的,成土过程,就形成土壤。,岩石的,风化过程,属于物质的地质大循环范畴，,成土过程,则属于物质的生物小循环范畴。这,两个过程的矛盾统一,，即是自然土壤的形成过程。,物质的地质大循环,过程又称为物质的地质淋溶过程，是指岩石风化过程中很多可溶性物质及松散的碎屑物质，由于雨水的淋溶，在漫长的地质年代经,搬运、沉积和硬结成岩作用形成沉积岩,，这些沉积岩在,地壳运动中又出露于地表,，重新继续遭受淋溶过程，形成物质的地质大循环。,岩石风化后形成的松散碎屑物质，在土壤学中称为,成土母质,。它与岩石本身比较起来，具有许多新的特性，例如对水分、热量和空气的通透和保蓄性能都加强了。同时由于地质大循环的作用，使,封闭在岩石中的矿物质养分,得以释放，为生物的生长创造了有利条件。,物质的,生物小循环,亦即,物质的生物累积过程,，是指地球上有了生物活动（特别是绿色植物的出现）时，它们以太阳能为热源，利用空气中的,CO,2,，并从土壤和母质吸收养分和水进行光合作用，合成为,不溶性的有机质,，积蓄于自己的体内，等有机体死亡后经微生物的分解再释放出来，又为新生植物体的生长提供了营养。所以生物小循环的实质就是,有机质的合成与分解,。,物质的地质大循环与生物小循环是矛盾对立统一的。,地质大循环为土壤的形成提供了成土母质,，没有地质大循环就不可能有生物小循环。但是,只有当生物小循环在土壤的形成过程中起主导作用时，才能使植物生长发育需要的养分元素累积起来，使土壤产生肥力并得以发展。,（二）影响自然土壤形成的因素,影响自然土壤形成的因素是多方面的，其中气候、母质、生物、地形等起重要作用。,（,1,）气候因素,气候因素可以直接和间接影响成土过程，其中尤以在太阳辐射下,气温的变化和降水,最为重要。它们对岩石的风化及对有机质的合成与分解，会在一定程度上要制约土壤的发展方向、发展速度及地理分布。,在,高纬度和高山地区,，岩石的风化速度慢，绿色植物所合成的有机质数量少，其分解也慢，使土壤的发育往往处于原始阶段。而在,高温多雨的热带,，化学风化过程剧烈，除石英以外的绝大多数矿物均已被分解，植物生长迅速，微生物分解也旺盛，田间土壤的形成发展也快。而在,气温低，雨量多和蒸发少,的地区，若遇排水不杨，则易形成沼泽土。,（,2,）母质因素,成土母质是构成土壤的基本材料,。,母质类型、粗细、成分,等均直接影响成土过程中,物质与能量的迁移和转化,，从而影响土壤的形成与发展。,从类型来看：残积母质是基岩直接风化而未经搬运的碎屑物质，一般分布在分水岭地带和缓坡上，其性状受基岩特性的影响较大，质地粗，土层薄，一般深度在,2030 cm,左右。,运积母质,是在,外营力搬运和沉积作用下,而形成的，主要有,坡积、洪积、冲积、风积、冰碛、冰水堆积,等类型，质地及土层厚薄各地不一。较粗的母质往往是岩石风化后的原生矿物，其透水性和透气性较好。较细的母质主要是由,次生矿物,组成，孔隙小，透水性相透气性不良。,（,3,）生物因素,生物包括,森林、灌丛、草类、微生物和土壤中的动物，,它们是土壤形成的重要因素。它们影响,土壤有机质的质和量,，也影响土壤透水、透气等物理性质。,森林植被活质的残存量,很大，但归还土壤的残落物主要是枯枝落叶、花果等，主要堆积于地表。,草本植被,活质残存量,虽较小，但却堆积在地表以下一定深度。微生物能固定空气中游离的氮元素，且能分解有机态养分与难溶性矿物质，从而为土壤创造新的物质。土壤中的动物如蚯蚓、鼠类等，它们打洞翻土增加了土壤的孔隙度等，从而又增强了土壤的透水性能。,（,4,）地形因素,不同,海拔高度、不同坡向和坡度,的成土母质和水热条件都有一定的差异，从而影响土壤营养元素的重新分配和生物活动状况。这就在一定程度上影响到土壤成土过程的方向和速度。,在,平原地区,、水热条件的分布较为均一，土壤的性质也就比较相似。在,中高山地区,，由于水热条件在垂直方向上存在着较大差异，所以土壤的类型在垂直方向上也就呈现较大差异。以江西庐山为例，土壤的颜色随海拔高度的增加而改变，自下而上由红而黄，再由黄而棕。在海拔,400 m,以下的山麓及山麓以外的丘陵和堆积阶地是红坡和黄壤；在,4001200 m,的山坡地带分布的则是黄壤和棕壤；在,1000 m,以上高度分布的却是山地棕壤、亚高山草甸。,此外，山地区域在分水岭地段分布的土壤一般土层薄，质地粗，土壤易干燥。山麓地区分布的土壤往往土层较厚，质地较细，土壤湿润。,坡向,对土壤的水热条件影响也较大，一般来说，阳坡日照长，湿度较小；阴坡日照短，土壤相对湿皮较大。,坡度,直接影响地表径流和渗透水的运动，以及二者的对比关系，从而对土壤侵蚀及土壤水分的供给产生显著影响，进而影响土壤性状。,上述几大因素，对土壤的影响绝不是孤立的，而是相互制约，密切联系的。,此外，人类活动，如农业耕作、过量砍伐森林、过度放牧、农药废水污染等，也要影响土壤的发育和性状。,时间也是影响土壤发展的因素之一，,土壤形成的母质、气候、生物和地形等因素的作用程度或强度，都随着时间的延长而加深。因此，土壤也随着时间的进展而不断地发展变化着。,二、土壤的分布规律,由于地表水分与热量的分布具有带状配置的特性，因而地表各种土壤的分布相应地具有一定的规律性，即地带性，,包括水平地带性（纬度地带性和经度地带性）与垂直地带性。,（一）土壤的纬度地带性,土壤纬度地带性是指土壤随地理纬度不同而发生变化。,其原因是由于,热量,自赤道向两极递减，从而引起天然植被自赤道向两极呈有规律的更替，进入土壤中的,有机质的组成和数量,也必须随纬度的不同而产生差异，加以岩石的,风化过程与风化类型,南北也有差异，使土壤的形成与发展自赤道向两极发生有规律的变化，,东西展布，南北渐变,，这就使土壤的分布表现出明显的纬度地带性。,这种,纬度地带性,在欧亚大陆、非洲大陆以及北美大陆的东部都有较为明显的表现。如在我国东部湿润地区，自北向南为：温带分布着,暗棕壤,，暖温带是,棕壤,，北亚热带是,黄壤,，中亚热带是,红壤和黄壤,，南亚热带是,砖红壤或红壤,，热带是,红壤,。,（二）土壤的经度地带性,土壤分布的经度地带性,是指土壤随经度不同而出现有规律的变化，即,近于南北展布，东西渐变,。这是由于各地距海洋的远近、山脉的走向、风向等差异，进而影响气候、生物等成土因素自沿海向内陆渐变，导致土壤出湿润地区到干旱地区产生差异。,例如，在东部太平洋沿岸,40N,左右的暖温带地区，自沿海到内陆的土壤更替顺序是：棕壤、褐土、灰褐土、灰钙土和荒漠土。在南北美洲，由于北美洛基山脉和南美安第斯山脉均呈南北走向延伸，加深了水热条件的东西差异，因此南北美洲西半部土壤分布的经度地带性表现得特别明显。例如北美大陆西半部由东而西的土壤类型依次为湿草原土、黑钙土、栗钙土和荒漠土。,（三）土壤的垂直地带性,前以述及，由于各地,海拔高度、坡向、坡度,不同，引起,水热状况和植被差异,，而且,岩石性质和风化类型,也不一样，从而引起土壤的类型和性质出现相应的垂直带状分布，这种现象称为,土壤的垂直地带性,。,前面所举庐山土壤即为一例。再以我国西南地区横断山脉南部为例（见图,13-1,）。土壤垂直地带性与水平地带性存在着一定的关系，大致与该地区到极地的土壤水平顺序相同。,第二节 土壤的基本特征、机械组成和类型,一、土壤的基本特征,（一）土壤矿物质,土壤由,矿物质、有机质、土壤水分和土壤空气四个部分组成,。按容积来说，适于植物生长的土壤约含,50,的孔隙（气和水），其中,25,是水分，,25,是空气；固体部分有,38,的矿物质和,12,的有机质。,土壤矿物质是土体的主要物质基础，一般占土壤固体部分总重量的,95,，尤如土壤的“骨架”，支撑着生长在土壤上的植物。许多粗细不等的土粒大都是矿物质颗粒。土壤矿物质种类很多，它们的来源、组成和性质决定于成土母质。,按照成因类型，土壤矿物质可分为两大类：,原生矿物和次生矿物,。原生矿物最常见的有,长石类、角闪石类、云母类、石英,等。次生矿物分布最广的有,高岭土、蒙脱石、伊利石,等。次生矿物颗粒很小，一般小于,0.25mm,。次生矿物常与腐殖质结合，形成,有机质,矿物质复合体,，对土壤的物理、化学性质有较大的影响。,（二）土壤有机质,土壤有机质,是土壤的重要组成部分，它和矿物质 起构成了上壤的,固相,部分。土壤有机质主要来源于,动植物残体,，其中主要来自,高等绿色植物,，因为只有高等绿色植物才能大量制造有机质，而土壤中的,动物和绝大部分微生物,的作用主要是,改造有机质,。,动植物的残体进入土壤后、在腐烂过程中受到微生物的作用，处于不同的分解阶段，因而有机质可以分为以下几种类型：,新鲜有机质,，即未被分解的动植物残体；,半分解有机质,，即有机质残体经微生物作用形成的黑褐色物质，它几乎分辨不出残体原来的组织结构；,腐殖质，,黑色或黑褐色的胶质物体，它与矿物质颗粒紧密结合，是土壤有机质中的主要类型；,简单的有机化合物,，如糖类、氨基酸、脂肪酸等，由有机残体带来和有机物分解产生的，在土壤中数量很少。,（三）土壤的孔隙度和孔隙类型,土粒或土壤结构体之间的间隙称为,土壤孔隙,。它的形状和大小是非常不规则的，它是,水分、空气的通道和贮存所在,，所以土壤孔隙的数量和类型在生产上和水文、水利工程有很大意义。,土壤孔隙度是指土壤孔隙占土壤总体积的百分比,。土壤孔隙度大约为,30,60,，主要取决于,土壤质地,、,土壤腐殖质的,含量及,土壤结构,方面的特征。如腐殖质含量高，结构良好的土壤孔隙度就偏大。砂质土的孔隙度约为,30,35,，壤质土为,40,45,，粘质土可超过,50,。,通常土壤孔隙度随其深度的增加而减小,。,土壤孔隙的孔径大小不同，其作用也不相同，孔径大于,0.001mm,时，仅能被薄膜水充填，称为,无效孔隙,；孔径为,0.0010.1mm,时，具有显著的毛管力，称为,毛管孔隙,，它能吸持水分，但通气性能较差；孔径大于,0.1mm,时，称为,空气孔隙,，它不能保持水分，而有利于空气和水分的流动。,（四）土壤的结构,土壤结构是指土壤颗粒在土壤胶体的粘结作用下，聚结在一起成为较大的团聚体，它的大小和形状均不相同。,土壤结构的类型主要有,团粒结构,、,块状结构,、,核状,、,柱状,和,片状结构,等。,其中三轴等长近似于圆形的，称为团粒结构。,具有团粒结构的土壤，在,团聚体,之间是大的非毛管孔隙，而在团聚体内部充满了毛管孔隙，所以降雨、冰雪融水以及灌溉水容易通过大孔隙渗入土壤，当流经大孔隙时，又能很快被团聚体内部的毛管孔隙吸进去，并保存在其中,，可见团粒结构的土壤保水性和透水性都比较好,。具有团粒结构的土壤，因蒸发而损失的水分也较少，这是因为土壤中水分是借着团粒间接触连通而自下向上移动。随着上层土壤变干的同时，团粒的体积缩小，连通被破坏，从而减少了水分的蒸发，有利于水分的保存。,非团粒结构的土壤透水性和保水性是,矛盾的,，透水性好的保水性就差，而保水性好的透水性就很差。例如,砂质和砾质土,中，没有明显的结构，以大孔隙为主，大气降水进入土壤后，在重力作用下，水分很快向下渗透，导致土壤不能保持水分。,粘质或粉砂质土壤,以毛管孔隙为主，地表水只能借助毛管作用向土壤中缓慢渗透，以致地表水来不及下渗而流失了。据一些实验资料，在夏季透入土壤中的水分大约不及降水的,30,。,（五）土壤剖面,土壤剖面是指从地表到母质的垂直断面,，其形态是长期以来土壤形成过程的产物。其中的层次称为,发生层,。不同土壤类型具有不同形态的土壤剖面。,表土层（,A,）,也称为腐殖质一淋溶层，是熟化土壤的耕作层；,心土层,(B,）,也称为淀积层，是受表土淋溶下来的物质形成的，质地偏粘，具有块状或棱状结构；,底土层（,C,）,也称为母质层，由末受成土作用或影响甚微的风化残积物或堆积物组成，是土壤的基础。,二、土壤的机械组成,风化作用的结果首先使岩石变成大小不等的矿物质颗粒（一般称为土粒），它的直径可以从几个毫米到几个微米。这种大小不同的土壤矿物质颗粒其性质和成分都不一样，所以有着不同的理化特性。,为了认识和研究的方便起见，常按一定的粒径大小范围，将土粒分为若干组。,所谓,土壤机械组成就是指土壤内所含矿物质颗粒大小及其组合的百分比,，亦即通常,指的土壤砂粘程度，一般又称为土壤质地。,土壤的机械组成不同，其孔隙度、水分、空气、热量状况等有显著差异，并影响到一系列理化、生物和生产特性。所以土壤的机械组成与土壤的肥力，特别是与水利工程措施有着密切的关系。我国土壤分级标准见表,13-1,。,三、土壤的类型,出发点不同，土壤分类的原则、命名迥异。这里我们从工程的角度和土壤对水分循环的影响出发，因土粒具有一定的稳定性，所以工程上根据土粒的直径不同，将土壤分为：,砾石土、砂土、粉土、粘土、亚砂土和亚粘土,等。,（一）砾石土,砾石土的粒径大于,2mm,，它是岩石经风化后所残留下来的碎屑沉积物，形状不定，但具有一定的磨圆度，成分主要是,原生矿物,。其特点是,颗粒粗大，粒间孔隙很大，完全没有毛管作用，排水快，蓄水很难,。它主要是由河流与湖岸流搬运沉积而形成的。,（二）砂土,粒径以,20.05mm,为主，是岩石风化后的碎屑物质经河湖、海浪等搬运沉积而来，形状近于圆形，棱角已被风化，主要成分为石英。其特点是,颗粒粗大，孔隙度大，排水易而蓄水难，易遭受干旱,。砂土广泛分布于河岸、海滩、湖滩与沙漠地区。,（三）粉土,粒径为,0.050.005mm,，它的主要成分是,SiO,2,，也有很大一部分是原生矿物风化后的细小碎屑物质。其特点是,具有粘性和可塑性，潮湿时呈复粒,，,干旱时表面很硬,，,水多时容易分散呈泥泞状态发生流动，容易引起严重冲刷,。这种土排水难，我国北方黄土即属此类。,（四）粘土,粒径小于,0.005mm,，具有多种颜色，如白、黄、黑、红、褐等。这种土壤颗粒细小，但很少里单粒存在，多呈复粒，孔隙细小且多，具有明显的毛细性，能保持水分，吸水时易变软，体积膨胀，有很大的粘性与塑性。,（五）亚砂土与亚粘土,亚砂土粒径小于砂土，故又称为,砂壤土,。亚粘土粒径很小，故又称为,壤土,，性质接近粘土，塑性小，具有粘性。这两种土壤都是过渡型的土壤。,土壤分类的方法可用比重计法，首先测定各种粒径组成，再查表得名，也可用箩筛法，即用不同孔径的箩筛进行筛选，再据其粒级组成定名。还可直接用手测得。手测法在野外工作中因其简便而常用，这里作一简要介绍。,手测法的原理是根据各级颗粒具有不同的,可塑性和粘性,，估测土壤质地类型。,砂粒粗糙，无粘性和可塑性；,粉粒光滑如粉，粘性与可塑性微弱；,粘粒细腻，具有较强的粘性和可塑性。,不同质地的土壤，各级颗粒的含量不同，表现出粗细程度与粘性和可塑性的差异。,操作步骤是置少量（约,2g,）土样于手中，加水湿润，同时充分搓揉，使土壤吸水均匀，再凭手捏时的感觉和用肉眼或放大镜观察，最后定名。,如砂土,干燥时散碎，极粗糙，湿润时手捏不成细条，亦不成球，搓时土粒自散于手中；,粘土,很紧密不易敲碎，细而均一的粉末有滑感，湿润时手捏能成,12mm,的土条，弯成的圆圈压扁时无裂纹，足见可塑性、胶性均强；,砂壤土疏松，,砂粘占优势，有少许粉粒，湿润时手捏能成球，但不能成条。,第三节 水在土壤中存在的形态和土壤的水理性质,一、水在土壤中存在的形态,在,重力、分子引力、表面张力、渗透压力,等作用下，土壤水分具有不同的运动特性。按照土壤水分运动特性的不同，可将土壤中的水分分为,汽态水、吸着水、薄膜水、毛管水和重力水,等类型，现分述如下：,1,汽态水,汽态水以水汽的形式存在于土壤空气之中。它来自其他形态水的蒸发，或者随大气进入土壤的孔隙。在适当的条件下，汽态水可以变成液态水。就质量而言，汽态水通常都不超过土壤质量的,0.001%,，但它却是土壤中可以自由移动的水分。,汽态水在土壤中运动的方式有两种：自绝对水汽压较高的地方主动向水汽压较低的地方以汽态运动；随着气流被动地运动。,2,吸着水,吸着水是土壤颗粒在,分子引力和静电引力,的作用下，吸附空气中的水汽于土壤颗粒表面而形成的，一般,以占干土重的百分数表示,。,由于吸着水是被干燥土粒表面分子引力强烈吸引而成的水分，其吸力内层可达,110,9,Pa,，外层也有,31.4l07510,5,Pa,，因此它是不能自由移动的水分，只有受热后温度在,105110,时，转为汽态水才能移动。,吸着水的分子排列极为紧密，,无溶解力，不导电，冰点低达,-,78,，植物无法吸收,。但是它能增加土壤的含水量，增加土壤的湿度，这就比干燥好。,3,薄膜水,薄膜水是在土粒与液态水接触的情况下，,被吸引在吸着,水,上的水分,，水在土粒表面形成,薄膜,状。,薄膜水所受的吸力较吸着水为小，其吸力在,31.4l,6.3310,5,Pa,范围内。近土粒内层吸力较大，外层较小。,它运动的特点是,不受重力影响，不向下渗透,，仅以,湿润,的方式从一个土粒水膜较厚处，向另一个土粒水膜较薄处移动。移动的速度缓慢，一般不超过,0.20.4mm/h,。,这种水能被植物根系所吸收，但只有在与根毛相接触的地方及其周围很小的范围内，,才能对植物发挥有效的作用。这个水量显然非常有限。,4,毛管水,毛管水是由于,毛管力的作用,而保持在土粒间毛细管中的水分。,土壤中的毛管水可以向任何方向运动，但主要是,由下向上和由上向下,运动的。前一种称为,毛管上升水,，后一种称为,毛管悬着水,。,毛管上升水就是土壤下层的地下水，在毛管力的作用下，沿着毛管孔隙上升的水分。土壤中毛管上升水达到最大量时的土壤含水量的百分数，称为,毛管持水量或最大毛管水量,。,毛管悬着水与潜水面没有直接的联系，而是在,降水或灌溉之后,，渗入土壤中，被毛管孔隙所保持的水分。毛管悬着水达到最大值时的土壤含水量的百分数，称为,田间持水量或最小持水量,。,毛管水,能够较长久地存在于土壤中，被植物根系吸收，促进植物生长发育，因此毛管水是土壤中最宝贵的水分。,但另一方面，当地下水转变时，毛管水则促使,土壤沼泽化,；当毛管水蒸发到大气中时，则降低了地下水位，成为,排水强烈的因素,；在矿质化地下水的条件下，毛管水上升将导致土壤的,盐,渍,化,。,5,重力水,在水分饱和的土壤中，超过了毛管力的影响，由于重力的作用，自,上而下渗漏出来的水分叫做,重力水,。,土壤中的重力水只有在其通过土层所必须的那一短暂时间内才存在，实际上重力水,不是土壤水分,。因为它与土壤无直接连接关系。它虽然可以被植物吸收，但自由重力水很快就被排走，因而它不是供给植物需要的理想水分。,土壤能否产生重力水与土壤的透水性有关。土壤的透水性不但决定于土壤的,总孔隙度的大小,，更重要的是决定于,孔隙的大小,，孔隙越大，透水性也越大。,重力水是重要的水资源，,是我们常见的地下水，井和泉中流出的地下水都是重力水。上述土壤中各种水的形态见图,133,。,最后我们将上述土壤中的各种水归纳起来，由上到下按顺序作一土壤垂直剖面，便可以清楚地看到：近地表部分由于土壤空隙中除含有水分外，还包含有与空气相通的气体，并未完全被水所饱和，因此称为,包气带,。,包气带的上部土壤水的存在形式主要有,汽态水、吸着水和薄膜水,。,包气带下部便是,毛管水,带，其下即为,重力水,，可称为,饱水带,，因为在这一带土壤的所有空隙都充满了水分，见图,134,。,但是，从水文上考虑下渗问题的角度来看，研究包气带水比研究其他水分更为重要。因为流域表面的降水到达地面后，首先补充土壤上层所缺的水分，之后才向下渗透，变为,地下潜流,。,而其下渗强度（又称为下渗率，即单位时间内下渗的水量），特别是最大下渗强度（又称为下渗容量）对于流域产流与否和产流形式都有密切关系。,二、土壤的水理性质,地下水部分储存于土壤的孔隙中，使土壤具有一定的水文特征。土壤与水结合时所表现出来的物理性质称为,土壤的水理性质,。它包括土壤的,容水性、持水性、给水性、透水性和毛细性,。这些性质对径流的形成与过程有着一定的影响。,1,容水性,土壤能容纳一定水量的性能称为,土壤的容水性,，通常以容水度来衡量。,所谓容水度（,C,），即是土壤中所容纳的水的体积（,V,w,），与土壤总体积（,V,）,以百分数或小数表示。即：,2,持水性,土壤在重力作用下，依靠分子力和毛细力，能在其孔隙中保持一定水量的性能称为,土壤的持水性,，其强弱主要决定于,土壤颗粒,表面吸附水,的能力,。,持水性在数量上用,持水度,来表示。它是指在重力影响下，土壤孔隙中所能保持的水的体积与土壤总体积的百分比。也可,以土壤空隙中所保持水的质量与烘干土质量的百分比表示,。根据保持水分的形式不同，还可区分为分子持水度（即土壤所能保持的最大薄膜水量与土壤总体积之比）和毛细持水度。土壤（松散岩石）的持水度见表,132,3,给水性,饱和土壤在重力作用下，能自由排出一定水量的性能称为,土壤的给水性,。它与土壤孔隙的多少、大小以及连通程度有关。在数量上，给水性用,给水度（,）,来表示，它是指饱水土壤能自由流出来的水的体积，与该出水土壤总体积的百分比。给水度的最大值等于容水度减去分子持水度。,土壤的,给水性与持水性,强弱有直接的关系，即持水性越强，给水性就往往越弱。一般砾石土、砂土的给水度很大，接近于容水度，而粘土的给水度很小，甚至接近于零。,4,透水性,土壤允许水从孔隙中通过的性能称为,土壤的透水性。,土壤的透水能力主要取决于空隙的,大小,和,连通,状况，并与空隙的,密度,和,形状,有关，但主要决定于,空隙的大小,。,因为空隙越大，所受阻力越小，水就越容易透过；如果空隙虽多，但空隙细小，所受阻力大，水反而很难透过（例如黏土就是这样）。,一般衡量土壤透水性的指标是,透水系数,。它是土壤的主要水文地质参数，透水系数越大，土壤透水性越强，单位以,m/s,或,m/a,表示。根据透水性的强弱，土壤可分为,透水的、半透水的与不透水,的三种。各类土壤的渗透系数见表,133,。,5,毛细性,借助于毛细力作用，而保持在土壤毛细孔隙中的水分、能产生垂直向上运动的性能称为土壤的毛细性,。根据试验资料表明：土壤的毛细性与毛管的,孔径大小,有关，土壤的毛管孔隙越小，上升高度越大，上升速度则越小；反之则情况相反。,当孔径小于,8mm,时，开始产生毛细作用，由,8mm,向,0.1mm,过渡时，逐渐显示出来，至,0.10.01mm,范围内时，毛细现象最为显著，而小于,0.001mm,时，则被薄膜水充填，毛细性则随之消失。各类土壤的最大毛细管上升高度见表,134,。总之，在一定范围内，土壤颗粒粗，上升高度低，颗粒细，上升高度高。,第四节 土壤对径流的影响,自然界的土壤可以积蓄水分，渗透水分，在水分循环中起着媒介作用，或者说起再分配的作用，对一条河流的产流和汇流有着重要的影响。这些都跟土壤的类型、土层的厚薄等因素有关。,一、土壤对产流的影响,流域土壤主要是通过,下渗而影响径流,。大气降水后，消耗于植物,截留、下渗、填洼、蒸发,，而且大部分是消耗于,下渗,。同样的降水强度，下渗量和土壤的前期含水量密切相关。,一次降水后，产流与不产流，径流的大小，都决定于,土壤的前期含水量,。土壤干燥，吸收的水分多，不易产流或径流量较少。例如在干旱地区，土壤经常较干燥，地下水埋深大，往往一次降水只能湿润表土，下渗水分很难达到地下水面，很难形成地表径流。显然降水强度不大，且小于渗透速度，不会产生地表径流。,只有当降水强度大，且超过下渗速度，才能产生一定的地表径流,。这种产流在水文学上叫做,超深产流,。,与此相反，若雨前土壤湿润，则土壤吸收的水分少，下渗量小，容易产生地表径流，或者径流量较大。例如在湿润地区，土壤经常较湿润，尤其是深层土壤始终保持湿润的状态，仅表层受大气的影响变得比较干燥，地下水位总的说来比较高。在此情况下，,一次降水后，表层土壤很快湿润，达到饱和,，,这时入渗水流很快以重力水的形式渗透成地下径流，同时产生地表径流,。这种产流形式在水文学上,叫做蓄满产流,。,对于同样的降水强度，而土壤的前期含水量不同，汇流的速度也不一样。例如同样的河谷形态，同样的水系形式，同样的降水强度，干燥地区汇流速度慢，而湿润地区汇流速度则快得多。,四川省农业科学院资阳水土保持试验站曾在该站布设了,7,种土壤试验小区，坡度均为,7,度，用人工模拟降雨装置进行了,土壤抗侵蚀能力,的研究，雨强均定为,130 mm/h,。每次降水前都用烘干法测定土壤水分。在模拟降雨过程开始后，记录产流时间，整个降雨历时,1h,。降雨过程中，每隔,3min,，测定一次径流、泥沙样，以了解径流和泥沙随时间的变化过程。,从对,7,种土壤径流量的测试结果看，,降雨开始前几分钟没有产生径流,，当到达,一定时间,后，径流开始产生，并且,单位时间的径流量逐步增加,。一定时间后（大约,15min,），单位时间的径流量处于较平稳状态,。,试验研究还表明，土壤含水量与开始产流时间的拟合曲线相关性较好，,随着土壤含水量的减少，开始产流的时间滞后,。当土壤含水量在,10.5%,时，开始产流时间为雨后,22.5min,；当土壤含水量为,13.9,时，开始产流时间为雨后,1.6mm,。这一试验的结果为我们前段的论述提供了又一佐证。,二、土壤对径流的调节,土壤的机械组成和土层的厚薄等，都明显地影响着流域的,下渗过程,、,下渗强度,及,下渗水,的出路,。若土层深厚，质地疏松粗糙，因透水性能强，一部分下渗水再以地下水缓慢补给河流。这样就能削减洪峰流量，而增加枯水期流量，从而调节了河流的水量，可以缓解洪涝和旱灾。,反之，若流域土层薄，质地细小紧密，透水性能差，一次降水后下渗水分少，水量很快进入河床，则洪峰来得快，消退也快。若河流沿岸土壤质地疏松，雨洪期土壤对河川径流具有调节功能。,再如，,寒冷地区的森林土壤,一般较农田土壤冻结得较浅，春季森林内积雪消融较慢，林内融雪径流较田野迟,1015d,，而且大部分融雪水缓慢地渗透到土壤中，成为壤中流。而春洪时期，森林河川水位升降平缓，春洪不剧烈，春季的融雪水能够均匀地流入河道，样起了调节作用。,不同质地的土壤对径流的影响是不同的。以森林土壤为例，如果以壤质土壤的地表径流为,100,，则沙壤土为,25,30,，而沙土只有,10,15,。土壤中水分循环见图,13-5,三、土壤对河流含沙量的影响,一条河流的含沙量同该流域的,降水强度、地质、地貌、土壤、植被、河流输沙能力、人为活动,等多种因素有关，其中土壤是影响河流含沙量的重要因素之一。,土壤被,流水侵蚀,是河流泥沙的主要来源。被侵蚀的土壤一部分在低洼地区和坡麓沉积下来，另一部分随水进入河流，成为流水所含的泥沙。以水为动力的土壤水蚀现象（即水土流失），在我国暴雨集中的黄土高原和雨量充沛的南方丘陵地区员为严重。其发展过程一般是由,面蚀发展成为沟蚀，,最后导致土地的完全破坏。,面蚀是指被,雨水分散的土粒从地表随薄层水流均匀地流失,，主要发生在斜坡顶部。,面蚀过程中，由于土粒呈分散状态而被流失，虽然不易觉察，但流失量却很大，侵蚀模数年可达,1.51222t/hm,2,。,沟蚀是,指地表径流在汇集过程中，使地表形成沟槽，它不仅冲走分散悬浮于水中的细颗粒，同时也冲走粗土粒和小土块。此外以水和重力形成的崩塌、滑坡以及泥石流等物质也是河流重要的沙源。,影响土壤侵蚀的主要因素有,雨强,、,地形,、,植被,等以及,土壤本身的抗侵蚀能力,的大小。所谓,土壤抗侵蚀能力是指土壤抵抗径流机械破坏和推移的能力。,它与土壤的,膨胀系数,和,土壤的硬度,关系密切。通常膨胀系数越大，土壤在水中崩解越快，抗侵蚀能力越差。同时土壤硬度越小，抗侵蚀能力也越小。,其次土壤利用情况不同，抗侵蚀能力也有显著差别，其中以,林地最强，草地次之，农地最弱,。总之抗侵蚀能力越强，侵蚀量越小，河流含沙量也越小，反之则大。我国北方黄土区土壤抗侵蚀能力特别小，加之植被差、多暴雨，故河流含沙量特大。,上述四川省农科院土肥所的试验研究还表明，,坡而径流量是影响产沙量的一个非常重要的因素,，对于一个特定的坡面来讲，径流量与产沙量之间往往能建立非常好的相关关系。,同时侵蚀产沙量的多少主要取决于土壤的本身性质,。在岩溶地区，通常土层极薄，甚至基岩裸露，加之石灰岩可以溶解于水，河流搬运以溶运为主，故岩溶地区河流含沙量小。,思考与复习题,1,、土壤是怎样形成的,?,2,、影响土壤形成有哪些因素,?,3,、土壤分布有什么特点,?,4,、土壤的基本特征是什么,?,5,、土壤分几种类型,?,各有什么特点,6,、水在土壤中存在形式如何,?,7,、土壤的水理性质有哪几种,?,8,、土壤对河流含沙量有何影响,?,