环境土壤学第四章XXXX

第四章土壤水Soilwater教材：第四章一、二节第七章4.1Introduction土壤水分概述4.2Basicpropertiesofsoilwater土壤水分基本性质4.3Soilwaterpotential土水势4.4Soilwatermovement土壤水的运动与循环Contents土壤的最重要组成部分之一；土壤形成过程中起着极其重要的作用，很大程度上参与了土壤内进行的许多物质转化过程：矿物质风化、有机化合物的合成和分解等；作物吸水的最主要来源；自然界水循环的重要环节；非纯水，而是稀薄的溶液，溶有各种溶质，还有胶体颗粒悬浮或分散其中。土壤水4.1土壤水分概述IntroductionPrincipalsourcesofsoilwaterPrecipitation——Rain,snow,hail(雹）;fog,mist(霜)Groundwater——lateralmovementfromupslope,upwardmovementfromtheunderlyingrockstrata.precipitationSurfacedevoidofvegetationReachdirectlyVegetatedsurfaceinterceptedcanopyCanopythroughfallandstemflowatmosphereevaporationinfiltrationRunoffSoilwaterDrainageandlostEvapotraspirationThecompositionofsoilwaterSoilwatercontainsanumberofdissolvedsolidandgaseousconstituents,manyofwhichexistinmobileionicform,andavarietyofsuspendedsolidcomponents.BasecationsH+IronandaluminiumSolubleanionsDissolvedorganiccarbon(DOC)Pollutants(heavymetalsetal.)SuspendedconstitutionsBasecationsCa2+Mg2+K+Na+NH4+PrecipitationMineralweatheringOrganicmatterdecompositionLimeandfertilizersourcesH+——ameasureofacidity(pH)CO2Atmosphere——dissolvedinprecipitationSoilair——producedinsoilrespirationH2O+CO2H2CO3H++HCO3-Unpollutedrainwater:pH5.6Soilwater:pH5.0IndustrialandurbanemissionOrganicacidsderivedfromdecayingorganicmaterialReleasedbyplantsinexchangefornutrientbasecationsIronandaluminiumMajorsourcesmineralweatheringacidrainMajorformFe2+,Al3+ionssolubleorganic-metalliccomplexesSolubleanionsNO3-,PO43-Cl-,SO42-HCO3-MineralisationprocessesFertilizersAtmospheresourcesMineralweatheringSuspendedconstitutionsSmallparticlesofmineralandorganicmaterialOftenresultindiscoloration(变污)andincreasedturbidity(混浊度)ofsoilwater.Dissolvedorganiccarbon(DOC)Pollutants(heavymetalsetal.)土壤水分研究方法能量法数量法从土壤水分受各种力作用后自由能的变化研究水分的能态和运动、变化规律。按照土壤水分受不同里的作用而研究水分的形态、数量、变化和有效性。统一标准和尺度土壤—植物—大气连续体（SPAC)通用简单、实用Buckingham19074.2Basicpropertiesofsoilwater土壤水分基本性质4.2.1Thetypesofsoilwater土壤水分形态4.2.2Thecontentofsoilwater土壤水分含量4.2.3Determiningofsoilwatercontent土壤水分含量的测定土壤水的类型吸湿水(紧束缚水)吸附水(束缚水)毛管水重力水膜状水(松束缚水)受土壤吸附力作用而保持受毛管力作用而保持，存在于毛管孔隙中。受重力作用，主要存在于土壤通气孔隙中。4.2.1Thetypesofsoilwater土壤水分形态定义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，达31～10000个大气压，使ρ水增大，可达1.5g/cm3；无溶解能力，不移动，对植物无效。通常在105～110℃条件下烘干除去。特点土壤吸湿水含量受土壤质地和空气湿度的影响。粘质土吸附力强，吸湿水含量高，砂质土则吸湿水含量低；空气相对湿度高，吸湿水含量高，反之则吸湿水含量低。风干土重烘干土重=——————1+吸湿水%风干土烘干土吸湿水有无吸湿水特点：保持力较吸湿水低，6.25～31大气压，密度较吸湿水小，无溶解性；移动缓慢，由水膜厚往水膜薄的地方移动。对植物有效性低，仅部分有效。定义：土粒吸附力所保持的液态水，在土粒周围形成连续水膜。膜状水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。土壤水分常数Soilwatercoefficient吸湿系数(最大吸湿量maximumadsorbedwatercontent)凋萎系数(wiltingcoefficient)植物永久凋萎时的土壤含水量。田间持水量(fieldmoisturecapacity)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。饱和含水量土壤孔隙全部充满水时的含水量。土壤水分有效性Soilwateravailability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。土壤质地砂土砂壤土轻壤土中壤土重壤土粘土田间持水量(%)121822242630凋萎系数(%)35691115有效水最大含量(%)91316151515土壤质地与有效水最大含量的关系土壤水分形态土壤水分有效性水分与土粒的能量关系×105Pa1013231.415.26.330.4~0.80.05~0.50.0010.08105烘干重吸湿系数凋萎系数最大分子持水量毛管联系破裂含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重力水毛管上升水无效水有效水多余水土壤水分常数质量含水量容积含水量相对含水量土壤储水量4.2.2Thecontentofsoilwater土壤水分含量质量含水量(θm,w%)计算土壤含水量时，以干土重为基础，才能反映土壤的水分状况。土壤水分质量(Ww)w%=×100干土质量(Ws)又称重量含水量，土壤中水分的质量与干土质量的比值。容积含水量(θv,v%)土壤所含水分的容积总量占土壤总容积的百分数。土壤水容积(Vw)v%=×100土壤总容积(Vs)水v%=水w%×土壤容重相对含水量Relativewatercontent（%）土壤自然含水量占某种水分常数（一般以田间持水量为基数）的百分数。土壤含水量土壤相对含水量=×100%田间持水量通常相对含水量为60%至80%，是适宜一般农作物以及微生物活动的水分条件。土壤储水量Soilwaterstoragecapacity一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。储水量深度（mm）一定厚度一定面积土壤中所含水量相当于相同面积水层的厚度。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。Dw(mm)=v%×土层厚度优点:与灌溉水量表示方法一致，便于计算库容和灌水量。V(m3/ha)=Dw(mm)×1/1000×10000=10Dw储水量容积(m3/ha)一定面积一定厚度土壤中所含水量的体积。储水量深度（mm）例：容重为1.2g/cm3的土壤，初始含水量为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w%换算为v%初始含水量v%=10%×1.2=12%田间持水量v%=30%×1.2=36%因Dv=v%×土层厚度土层厚度=Dv/v%=10/(0.36-0.12)=41.7（mm）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30cm土层含水量达田间持水量的80%，需灌水多少？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:Dv=(0.24-0.12)×1×300=36(mm)V(m3/ha)=10Dv=10×36=360(m3/ha)储水量容积(m3/ha)烘干法中子仪法TDR（时域反射仪）法电阻法4.2.3Determiningofsoilwatercontent土壤水分含量的测定在105～110℃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）的百分比(%)。—红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精烘干法、酒精烧失法等。烘干法快速烘干法经典烘干法此法费事，不便定位测定。中子仪法TDR法——中子水分测定仪包括一个快速中子源和一个慢中子探测器。简便、较精确。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。——时域反射仪法(Time-Domain-Reflectometry),类似一个短波雷达系统，可直接、快速、方便、可靠地监测土壤水盐状况。测定结果几乎与土壤类型、密度、温度等无关，独立性很强。电磁脉冲介电常数（土壤水80、固相3~4、气相1）4.3Soilwaterpotential土水势4.3.1Soilwaterpotentialandsub-potential土水势及其分势4.3.2Determiningofsoilwaterpotential土水势的测定4.3.3Soilwatercharacteristicscurve土壤水分特征曲线Soilwaterpotential土水势4.3.1Soilwaterpotentialandsub-potential土水势及其分势把单位数量纯水可逆地等温地以无穷小量从标准大气压下规定水平的水池中移至土壤中某一点而成为土壤水所需做功的数量。Soilwaterpotential土水势土壤水的自由能与标准状态水自由能的差值。标准状态水——与土壤水等温、等压、等高的纯净自由水。假定其自由能为零，作为参比标准，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。水流动方向：土水势高（负值小）→低（负值大）4.3.1Soilwaterpotentialandsub-potential土水势及其分势Sub-potential分势由于引起土壤水势变化的原因或动力不同，土壤水势(Ψt)分为：基质势(Ψm)压力势(Ψp)溶质势(Ψs)重力势(Ψg)土壤总水势是各分势之和:Ψt=Ψm+Ψs+Ψg+ΨpMatricpotential基质势Ψm也称基模势，是由土粒吸附力和毛管力所产生的。一般为负值；土壤水完全饱和情况下为最大值——零。土壤水不饱和情况下，非盐碱化土壤的土水势以Ψm为主。Solutepotential溶质势Ψs也称渗透势，由土壤水中溶解的