第五章-土壤水、空气和热量..

第五章土壤水、空气和热量主要教学目标：1、了解土壤水对园林植物生长的意义；2、土壤水如何存在于土壤中。3、如何表示土壤水分含量的高低；4、如何了解能够被植物吸收利用的水量；5、怎么测定土壤的水分。6、园林土壤的通气性如何？如何影响植物的生长，如何调节城市土壤的通气性性能。主要内容第一节土壤水的类型第二节土壤水分含量的表示方法第三节土壤水分能量的分析第四节土壤水分的调节第五节土壤空气第六节土壤水分空气和热量的调节本章重点掌握土壤液态水分的类型土壤水分含量的表示方法。土壤通气性的意义本章难点土壤水分的能量分析水吸力的概念。第五章土壤水、空气和热量一、名词解释1、土壤吸湿水；2、毛管水；3、吸湿系数；4、凋萎系数；5、田间持水量；6、土壤有效含水范围；7、土壤水分特征曲线；二、简述土壤的通气性对植物生长的影响？三、土壤空气与大气在组成上有什么不同？四、土壤液态水包括哪几种类型？五、土水势包括哪些分势？第一节土壤水的类型一、土壤水概述1、土壤水的基本含义是指在一个大气压下，在105℃条件下能从土壤中分离出来的水分。与次生矿物结合的水不属于土壤水分的讨论范围。一、土壤水概述2、土壤水的物理形态气态、液态和固态。与植物关系最为密切的是液态水。3、土壤水类型的划分依据（1）根据水分受力的不同来划分的，属于土壤水分研究的形态学观点。（2）根据水在土壤中的能量大小来划分，属于土壤水分研究的能量学观点。二、土壤液态水的类型1、吸湿水（1）定义：土壤颗粒从空气中吸收的汽态水分子。（2）存在形式：凝结在土壤颗粒表面。（3）实验现象：从室外取土，在室内风干后，表面上干燥了，但把土壤放在烘箱中，重量会减轻；再放置到常温常压下，土壤重量又会增加。1、吸湿水（4）受力大小由土粒表面的分子引力的作用，这种作用力非常大，最大可达一万个大气压。（5）有效性：由于植物根系吸水时能克服的渗透压为15个大气压，所以植物不能利用此水，称之为紧束缚水。2、膜状水（1）定义：土粒在吸湿水的外面，吸引的一部分液态水，以水膜形式附着在土粒表面。（2）受力大小受土粒的吸引作用。其内层的土粒吸力为31个大气压，外层为6.25个大气压。（3）植物利用情况但移动非常缓慢（0.2—0.4mm/d），植物可利用的数量很少。其自身可从水膜较厚处向水膜较薄处移动，植物可以利用此水。3、毛管水（1）定义：由于毛管力的作用而保持在土壤中的液态水。（2）毛管力的大小Laplace公式计算：P=2T/r式中的P为毛管力，T为水的表面张力，r为毛管半径。3、毛管水(3)毛管水类型1)毛管悬着水：降水或灌溉后，由地表进入土壤被保存在土壤中的毛管水。2)毛管上升水或毛管支持水：土壤中受到地下水源支持并上升到一定高度的毛管水。3、毛管水(4)影响毛管上升水的因素：地下水水位和毛管孔隙状况毛管水上升高度用下式计算：H=75/d，d为土粒平均直径。若假设土粒的d为0.001毫米，据公式得出H为75米，但这个数据无法从实验中得到证实。但一般毛管水的上升高度不超过3—4米。4、重力水(1)定义：降水或灌溉后，不受土粒和毛管力吸持，而在重力作用下向下移动的水，称为重力水。（2）植物利用情况植物可以很容易地吸收重力水，但由于重力水很快就流失（一般两天就会从土壤中移走），因此利用率很低。5、地下水（1）定义：在土壤中或很深的母质层中，具有不透水层时，重力水就会在此层之上的土壤孔隙中聚积起来，形成水层，这就是地下水。（2）地下水位：地表到地下水面的深度。在干旱条件下，土壤水分蒸发快，如地下水位过高，出现盐渍化现象。在湿润地区，如地下水位过高，就会是土壤过湿，出现沼泽化现象。第二节土壤水分含量的表示方法一、土壤绝对含水量1、重量百分数：土壤水分重量占烘干土的百分率。意义：每百克干土中，所含的水的质量数。一、土壤绝对含水量2、土壤容积含水量（1）单位容积土壤中水所占的容积。注意：计算的基础是土壤的总容积。（2）与质量百分数的关系土壤容积含水量%=土壤重量含水量*容重（3）意义：可反映土壤孔隙的充水程度，可计算土壤的固、液、气相的三相比。土壤三相比计算如土壤含水量（重量）20%，容重为1.2。则土壤容积含水量为20%*1.2=24.0%土壤总孔隙度=1—1.2/2.65=55%空气所占体积为55%—24%=31%固相体积为100—55%=45%。一、土壤绝对含水量3、土壤蓄水量单位面积一定厚度的土体内所含的水量。土壤蓄水量（mm）=土层深度（mm）*土壤容积含水量如土层深度为1000毫米，土壤重量含水量为20%，容重为1.1，土壤蓄水量（mm）=1000（mm）*20%*1.1=220mm第二节土壤水分表示方法用水的体积来表示4、土壤蓄水量土壤蓄水量（立方米/亩）=面积（平方米）*土层深度*土壤容重*土壤重量含水量如土壤田间持水量为25%（重量），容重1.1。测得土壤自然含水量为10%，现将1亩1米深的土层内含水量提高到田间持水量水平，问应灌多少水（立方米/亩）？应灌水量（立方米/亩）=666.6*1*1.1*（25%—10%）=110立方米/亩二、水分常数：土壤水分的多少影响植物的生长。土壤水分常数是一些与植物生长、土壤的保水能力以及水分的移动特征有关的数值。1、最大吸湿水量又称吸湿系数是在相对湿度接近饱和空气时，土壤吸收水汽分子的最大量与烘干土重的百分率。有时称致死水量。2、凋萎系数又称有效水分的下限当植物产生永久凋萎时的土壤含水量。此时土壤水主要是全部的吸湿水和部分膜状水。经验公式凋萎系数=吸湿系数*（1.34～1.5）3、田间持水量又称适宜水分上限当土壤被充分饱和后，多余的重力水已经渗漏，渗透水流已降至很低甚至停止时土壤所持的含水量。此时水分类型包括吸湿水、膜状水和全部毛管悬着水。田间持水量=吸湿系数*2.54、全容水量土壤完全为水所饱和时的含水量，此时土壤水包括吸湿水、膜状水、毛管水和重力水。水分基本充满了土壤孔隙，在自然条件下，水稻土、沼泽土或降雨、灌溉量较大时可达到全容水量。5、有效水含量土壤水的有效性是指土壤水被植物吸收利用的状况。不能被植物吸收的称无效水。能被植物吸收的称有效水。凋萎系数为有效水的下限，田间含水量为土壤有效水的上限。最大有效含水量（%）=田间含水量%—凋萎系数%有效水分含量（%）=自然含水量%—凋萎系数%三、土壤水分含量的测定方法（一）、定量测定方法1、烘干法（标准法）2、中子仪法3、时域反射仪（TimeDomainReflectometryTDR）中子仪测定土壤水分（二）土壤水分的定性测定方法干：不凉手。砂土成自由单粒。壤土和粘土起灰尘，或成自由的硬块。潮：手摸有凉感。砂土略有粘结性，壤土和粘土散成软的团粒。润：手摸感觉很凉，加水不变色。砂土有粘结性，壤土和粘土有可塑性。湿（湿土）：在手上留水痕。透湿：水从土中流出来。第三节土壤水的能量分析一、土水势土壤的液相是土壤溶液，由水和溶解于水中的物质组成。不含有溶解物质的水称为“纯水”。所有与土壤液相有关的术语，，如“水”、“水分”或“液体”，都与“土壤溶液”同义。土壤溶液处于固——液与液——气界面之间。它可能以固体上的一层膜存在，当液体多时，就成为孔隙水了。一、土水势1、土水势概念：任何一个土——水平衡系统，都有与之相关的能量。单位数量的水由一个平衡系统转移到另一个系统，所做的功，就称为土水势。是表示土壤水能量状态常用的名称。土壤水的“能”，只考虑它的势能。2、土水势的分势基质势：又叫基膜势；是由土粒分子吸力和毛管力作用下所降低的势能，是最主要的土水势组成部分。渗透势：土壤水中溶质所降低的势能，在一般土壤中忽略不计。重力势：在淹水条件下，由于重力作用水向下渗漏时产生。二、土壤水吸力1、概念：土壤水承受一定吸力的情况下所处的能态。相当于基质分势和渗透分势的负值。2、表示方法：在实际应用中仍用土壤对水的吸力来表示。单位：用压力的单位，即大气压或厘米水柱高以及pF值，即用厘米水柱高的对数值来表示。3、基膜势的测定（1）张力计法。主要原理是将充满水的带有陶土滤杯（孔径在1.0—1.5um的细孔）的金属管埋入土中，水可通过细孔与土壤水接触，水分由细孔进入土壤。金属管上端连接金属表，水分由瓷杯细孔进入土壤后，管内形成负压，真空压力计上的负压读数即代表管外土壤水吸力。3、基膜势的测定（2）压力板或压力膜法在土壤水吸力低于80KPa时，可以用张力计来测定基膜势；如高于80KPa时，空气有可能从陶土杯的孔隙中透出。在水势低于80KPa时，应使用压力膜或压力板。三、土壤水分特征曲线1、概念：就是以土壤含水量为横坐标，以土壤水吸力为纵坐标绘制的相关曲线。土壤水分含量低，土壤水的能量低，水吸力大。土壤水的可移动性和对植物的有效性就弱。2、土壤水分特征曲线意义：第一，不同质地土壤达到萎蔫系数和田间持水量时，但土壤水吸力相似。达到萎蔫系数时，土壤水吸力为15atm或15bar，pF为4.2；达到田间持水量时，土壤水吸力为0.3atm或0.3bar；pF为2.8。第二，不同质地土壤含水量相同时，其吸水力相差很大。对植物的有效性不同。第四节土壤水分的调节一、影响土壤水分状况的因素1、气候：降雨量和蒸发量是两个相互矛盾的重要因素，在一定条件下，难以人为控制。2、植被：植被的蒸腾消耗土壤的水分，而植被可以通过降低地表径流来增加土壤水分。3、地形和水文条件：地形地势的高低，影响土壤的水分。在园林绿化生产中，要注意平整土地。对易遭水蚀的地方，要注意修成水平梯田。第四节土壤水分的调节4、土壤的物理性质：土壤质地、土壤结构、土壤松紧度、有机质含量都对土壤水分的入渗、流动、保持、排除以及蒸发等，产生重要的影响。在一定程度程度上，决定着土壤的水分状况。与气候因素相比，土壤物理性质是比较容易改变的而且是行之有效的。5、人为影响：主要是通过灌溉、排水等措施，调节土壤的水分含量。二、土壤水分的调节1、灌溉和排水2、耕作3、施有机肥4、地面覆盖地膜覆盖，有很高的保墒、增温效果。对裸露的地方用小石块、粗沙或草炭、枯枝落叶、作物秸杆覆盖。种植地被植物。二、土壤水分的调节5、土壤增温保墒剂：化学成分为高分子脂肪类经皂化后的产物，黑色。作用：防止地表蒸发，增加地表温度。使用方法：稀释后，直接喷洒在土壤表面。国外的“TAB”是一种高效的土壤保湿剂。遇水时，微粒体积可膨胀30多倍，能吸收超过自身重300——1000倍的水分，其中绝大部分可供植物吸收。第五节土壤空气一、土壤空气的组成近地大气组成：氧气20.94%二氧化碳0.03%；氮气78.08%其他气体0.95%相对湿度60——90%。土壤空气组成：氧气10.35——20.03%二氧化碳0.15——0.65%氮气78.8——80.2%相对湿度100%。二、土壤的通气性的生态意义对植物的直接影响：为植物的呼吸作用，提供必需的氧气。在通气良好的条件下，土壤中的根系长、颜色浅、根毛多，根的生理活动旺盛。缺氧时，根系短而粗、色暗、根毛大量减少，生理代谢受阻。当氧的浓度低于9%~10%时，根系发育就受到影响。低于5%时，大部分的植物根系就会停止发育。三、土壤通气性指标1、土壤空气容量单位土壤容积中，空气所占的容积百分数%。一般要求10——15%以上。2、土壤通气孔隙在15——20%以上。3、土壤通气量（二氧化碳测定仪）4、土壤的气体扩散系数5、土壤含氧量（氧测定仪）四、土壤通气性的改良土壤紧实现象在城市绿地中异常突出。改良措施：松土可采用人工、机械、爆破以及生物方式。施用抗紧实的物料：粗有机物料、膨化岩类。采用通气透水的铺装方式强化地下通气的措施第六节、土壤水气热的调节1、合理排灌，调控水分，调节气、热水是最为活跃的肥力因素，控制水分，对养分、通气和温热状况有重大影响。2、合理耕作，蓄水保墒，通气调温3、地面覆盖，保温保湿