土壤水简介
3土壤水分
3、土壤毛管水capillary water
土壤含水量超过最大分子持水量后，水 分可以自由移动，靠毛管力保持在土壤 孔隙中的水分称为毛管水。 特点：（１）可以自由移动；（２）溶 解养分能力；（３）植物有效。 影响因素：质地，有机质，结构等
毛管支持水 ( 也称“毛管上升水” ) ：地下水籍 毛管力上升进入并保持在土壤中的水分。
二、土壤水分的类型和性质
吸湿水 膜状水
毛管水
1、土壤吸湿水hygroscopic water
固相土粒依其表面的分子引力和静电引 力从大气和土壤空气中吸附气态水，附 着在土粒表面成单分子或多分子层，称 土壤吸湿水。
特点：受土粒的吸力大，排列紧密，不 能自由移动，无效水（当空气相对湿度 94~98%时，达最大值称最大吸湿量）
影响因素：土粒的比表面积和大气相对 湿度、吸湿水量、粘粒、有机质等。
2、土壤膜状水soil filmy water
吸湿水达到最大后，土粒还有剩余的引力吸 附液态水，在吸湿水的外围形成一层水膜， 称为膜状水，植物有效水。 凋萎系数：当土壤水分受到的吸引力超过 1.5Mpa ，作物便无法从土壤中吸收水分而呈 现永久凋萎，此时的土壤含水量称凋萎系数。 （wilting point ）。 最大分子持水量：当膜状水达到最大厚度时 的土壤含水量。
1、土水势（soil water potential）：
指将单位水量从一个土－水系统移到温度和它 完全相同的纯水池时所做的功， Ψ w表示。土 水势主要由以下几个分势组成： 基质势：Ψ w；压力势：Ψ p； 溶质势：Ψ s ；重力势：Ψ g。 Ψ w＝Ψ m＋Ψ p＋Ψ s＋Ψ g
土壤水
土壤水形态分类土壤水土壤是一种具有复杂孔隙系统的自然体，其中的孔隙为水和空气所充满。
土壤中的水受到重力、土粒表面分子引力、水分子引力等各种力的作用，并表现出不同的物理状态。
虽然它们之间的界限很难划分，但土壤水按其存在形态仍可大致分为下列几种类型：固态水——土壤水冻结时形成的冰晶。
汽态水——存在于土壤空气中的水蒸汽。
束缚水——又分为吸湿水（紧束缚水）和膜状水（松束缚水）自由水——又分为毛管水、重力水和地下水，其中毛管水又分为悬着水和支持毛管水。
吸湿水土壤水在室内经过风干的土壤，看起来似乎是干燥了，而实际上还含有水分。
如果把这种风干的土壤样品放在烘箱里，在105℃的温度下烘烤，或者把它放在带有吸湿剂（例如磷酸酐）的干燥器中，每隔一段时间拿出来称重一次，就会发现土壤样品的重量逐次降低，直到称至恒重时，这时的土壤才算是干燥了，称为烘干土。
如果把烘干土重新放在常温、常压的大气之中，土壤的重量又逐渐增加，直到与当时空气湿度达到平衡为止，并且随着空气的高低变化而相应地作增减变动。
上述现象说明土壤有吸收水汽分子的能力。
以这种方式被吸着的水，称为吸湿水。
土壤的吸湿性是由土粒表面的分子引力、土壤胶体双电层中带电离子以及带电的固体表面静电引力与水分子作用所引起的，这种引力把偶极体水分子吸引到土粒表面上，吸附水分子过程释放能量（热能）。
因此，土壤质地愈粘，比表面积愈大时，它的吸湿能力也愈大。
图6-1表示土壤不同粒级范围内吸湿水含量与空气相对湿度的关系。
引起吸湿作用距离很短，只等于几个水分子的直径，但作用力很大，因而不仅能吸收水汽分子，并且能使水分子在土粒表面密集，吸湿水的密度可达1.7左右。
所以这种水不能被植物吸收，对于植物来讲为无效水。
重力也不能使吸湿水移动，只有在吸收能量转变为汽态的先决条件下才能运动，因此称为紧束缚水。
1、小于0.002毫米的粒级2、0.002-0.006毫米的粒级3、0.006-0.02毫米的粒级4、大于0.02毫米的粒级膜状水土粒饱吸了吸湿水之后，还有剩余的吸收力，虽然这种力量已不能够吸着动能较高的水汽分子，但是仍足以吸引一部分液态水，在土粒周围的吸湿水层外围形成薄的水膜，以这种状态存在的水称为膜状水。
土 壤 水 分
土壤水分一、土壤水的形态分类1、固态水—土壤水冻结时形成的冰晶。
2、气态水—存在于土壤空气中的水蒸气。
3、束缚水—是籍土壤吸附力保持的水分，又称为吸附水。
分为：3.1 吸湿水—干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分。
干土从空气中吸着水汽所保持的水称为吸湿水；吸湿水表现出固态水的性质，不能自由移动，植物无法利用，属于无效水分。
又称为紧束缚水。
3.2 膜状水—土壤颗粒表面上吸附的水分形成水膜，这部分水称为土壤膜状水。
膜状水具有液态水的性质，可以部分为植物吸收利用。
4、自由水—又分为：4.1 毛管水—指借助于毛管力(势)，吸持和保存土壤孔隙系统中的液态水,又分为悬着水和支持毛管水。
4.1.1 悬着水—指不受地下水源补给影响的毛管水，即当大气降水或灌溉后土壤中所吸持的液态水；旱地悬着毛管水的最大值称为田间持水量。
4.1.2 支持毛管水—指土壤中受到地下水源支持并上升到一定高度的毛管水，即地下水沿着土壤毛管系统上升并保持在土壤中的那一部分水分。
亦称为毛管上升水。
4.2 重力水—当土壤含水量超过田间持水量后，过量的水分不能被毛管力所吸持，而在重力作用下沿土壤大孔隙向下移动的水分。
4.3 地下水—土壤或母质中有不透水层存在时，向下渗漏的重力水会在其上的土壤孔隙中聚积起来，形成一定厚度的水分饱和层，其中的水可以流动，称为地下水。
二、土壤含水量的表示方法1、重量含水量—土壤水的重量占土壤干重的百分数。
干土重为105℃~110℃的烘干土重。
土壤重量含水量(%)=水的重量/土壤干重=土壤容积含水量/容重2、容积含水量—单位土壤总容积中水分所占的容积分数。
土壤容积含水量(%)=水的体积/土体体积=土壤重量含水量×容重3、土壤相对含水量—某一时刻土壤含水量占该土壤田间持水量的百分数。
三、土壤水分常数1、饱和含水量—当土壤所有的孔隙都充满水时的土壤含水量，也称全持水量。
是确定水田灌水水量的依据。
2、田间持水量—土壤中悬着毛管水达到最大量时的土壤含水量。
水 文 学 原 理(五土壤水)
第五章
土壤水
本 章 内 容
1 2 3 4
土壤的质地结构及“三相”关系
土壤水的存在形态 土壤水的能量状态
土壤水运动的控制方程
“土壤”是指地球表面风化的散碎外壳。是一种 由大小不同的固体颗粒集合而成的具有空隙或孔 隙的散粒体，属多孔介质。 “土壤水”则是指包含在土壤孔隙中的水分。地 球表面的土壤覆盖层是一个巨大的“蓄水库”， 全球蓄于土壤中的水量估计有16500km3 ，约为河 道蓄水量的8倍。 在水文循环中，土壤起着十分重要的调节和分配 水量的作用。 问题：水分是怎样被吸收到土壤中去的?进入土壤 中的水分是怎样储存、变化和运动的?
2 土壤水分特性曲线
——吸力与土壤含水量的关系，称为土壤水分特性曲线
土壤水分特性曲线
获得土壤水分特性曲线可以有两种做法：一是从干燥土壤
开始，在土壤吸收水分的过程中测定；二是从饱和土壤开 始，在土壤脱水过程中测定。
实验表明，在脱水过程中测定的土壤水分特性曲线位于上
方，在吸水过程中测定的土壤水分特性曲线位于下方，两 条曲线首尾大体重叠，但中间差别明显，犹如一个绳套。
3 非饱和水流运动的基本微分方程
V K ( )
V t
[ K ( ) ] [ K ( ) ] [ K ( ) ] t x x y y z z
只考虑垂向时：
[ K ( ) ] t z z
毛管断裂含水量： 毛管悬着水的连续状态开始断裂时的土壤含水量 田间持水量： 土壤中毛管悬着水达到最大时的土壤含水量
饱和含水量： 土壤中全部孔隙都被水充满时的土壤含水量
最大吸湿量
在水汽达到饱和的空气中，干燥土壤的吸湿水达
到最大数量时的土壤含水量称为最大吸湿量，又
土 壤 水 分
*
土壤水分
1.1 土壤水分类型
3）毛管水（有效水）
借助毛细管引力吸持和保持在毛细管孔隙中的水，易被植物吸收。 （1）毛管悬着水 指大气降水或灌溉后，吸持在毛管中的水，它和地
下水不相连接，而“悬挂”在土壤上层毛细管中。当毛管悬着水达到 最大值时的土壤含水量称为田间持水量，它是判断旱地土壤是否需要 灌水和确定灌水量的重要依据。不同土壤质地的田间持水量相对比较 稳 定 （ 表 6- 2）。 表6-2 不同质地土壤的田间持水量（%）
1）土壤水分含水量指标
（1）自然含水量（绝对含水量）
● 用土壤水分质量占烘干土壤质量的百分比表示，这是一种最常用的 表示方法。
土壤自然含水量（％）＝
湿土质量烘干土质量 烘干土质量
100
● 也可用容积含水量来表示，即土壤水分体积占土壤体积的百分比。
土壤自然含水量的体积百分率（％）＝
水的体积 土壤体积
100
土壤吸湿系数、凋萎系数、田间持水量和饱和含水量等土壤水分状况标志 值，称为土壤水分常数，它们不仅反映土壤水分的数量和能量水平，也可 反映土壤水分的吸持和运动状态及被植物利用的难易程度。
*
土壤水分
土壤水分测定仪
*
土壤水分
1.2土壤水分的有效性
●土壤水分对植物是否有效，主要取决于土壤对水分的保 持力与植物根系的吸水力。
宜旱地植物的生长发育。
（3）土壤蓄水量
水层厚度(mm)＝土层厚度(mm)×自然含水量(质量%)×土壤 密度
*
土壤水分 1.3 土壤水分含水量的表示方法 2）土壤水分能量指标 ● 土壤能量指标包括土壤水势和土壤水吸力，它们的数值和表示单位 相同，单位为气压，水势为负值，水吸力为正值。能直接表明土壤 水的能量状态和对植物的有效性，可在不同的土壤之间相互比较， 也可以在土壤—植物—大气之间统一使用。
农业概论第三章 土壤水 2016.3.29
一、土壤水分类型及其有效性 二、土壤水分含量的表示方法 三、土壤水分含量的测定
一、土壤水的类型及其有效性
固态水 气态水 冬季土壤结冰时存在 存在于土壤空气中 受土粒分子引力 液态水 受毛管力作用 受重力作用
土壤水
吸湿水
膜状水 毛管悬着水 毛管上升水 重力水 地下水
土壤水形态类型示意图
一、土壤水的类型及其有效性
隙）中，与土壤养分的淋失有关。
河流
土壤重力水特点
• 重力水对作物是有效的，但由于它渗漏很快，不
能被保持，所以对旱田作物而言是无效的。
• 重力水若长时间存留在土壤中，容易引起植物根
系呼吸困难，使土壤呈还原状态，并且产生毒害
性物质。
土壤水分常数 全容水量
• 土壤所有孔隙完全充满水时的土壤含水量，叫 全容水量。
●最大吸湿量 干土在近于水汽饱和的大气中吸附水汽，并
在土粒表面凝结成液态水的数量。
●吸湿系数大小主要与土壤的比表面积（单位质量土粒 的表面积总和）及有机质含量有关。比表面积大（颗粒细） 的土壤，含有机质丰富的土壤，吸湿系数大。
土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大。 土壤 质地 吸湿系数（%）
有 吸 湿 无 水
3.土壤毛管水
依靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水 称为毛管水。毛管水包括毛管悬着水和毛管 上升水。
毛管力计算（单位为达因/cm2）(达因:质量为1g的物 体产生1cm/s的加速度所需要的力)： • P（毛管力）=2T（表面张力）/R（毛管半径） • 土壤质地粘，毛管半径小，毛管力大。 • 当孔径<0.001mm，因孔径过小被水膜封闭，毛管 作用消失。 • 植物生长所需水分主要来自毛管水。
• 土壤质地的影响主要是由于土壤的表面积和孔隙的性质决 定的。 • 壤土>粘土>沙土
5 土壤水分
绝对水体积（方 亩） 水层厚土（H） 面积（亩） / 1 2000 H 1000 3 2 H 3
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（四） 相对含水量 (relative water content) 相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。正如空气相对湿度一样， 相对含水量说明土壤实际含水量的饱和程度（以田间持水量为标准）,在农业生 产中经常应用。用下式表示： 土壤自然含水量 土壤相对含水量（ ） % 100 田间持水量 注意：分子和分母的量纲要统一 分子和分母所表示的是同一种土壤。
Vw s s dw v Vs w b
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
三.土壤含水量的测定技术
土 壤 含 水 量 的 测 定 技 术 概 述
TDR法
（一）土壤含水量测定技术-烘干法 Methods of measurement for soil water content
由此可见：用烘干土作基数表示水分变化过程更为直观
100 w干 应用时注意：已知土壤样品含水量，由湿土折算成干土计算公式 100 m 今后凡表示土壤组成的百分数都应以烘干土中为基数！
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（二） 容积含水量 （volumetric water content） 容积含水量即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，以称为容积湿度，容积含 水量多用百分比表示，也用容积分数表示： 百分比形式可用下式表示： 水分容积 土壤容积含水量（ %） 100 土壤容积 V 其数学表达式为： w 100
土壤水在土壤生态系统中的重要作用
土壤水在土壤生态系统中的重要作用(综述)土壤水是土壤内部化学、生物和物理过程不可缺少的介质；是土壤、植物与其环境间进行各种物质交换的媒介。
土壤水分是植物吸收水分的主要来源，通过影响土壤肥力、土壤温度和通气状况，对植物的产量和品质有重要作用。
土壤水分移动过程影响生态平衡。
一土壤水的定义及其类型划分土壤水的概念土壤水的类型和性质按照土壤水的受力作用分为：土壤水的类型和性质（续）吸附水：受土壤吸附作用保持的水分。
土壤水的类型和性质（续）几个相关概念凋萎系数：当土壤水分受到的吸引力超过1.5Mpa，作物便无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎，此时的土壤含水量称凋萎系数。
田间持水量：毛管悬着水达到最大时的土壤含水量。
是农田土壤保持的最大水量，是旱地土壤灌溉的上限。
饱和持水量: 当重力水达到饱和，即土壤所有孔隙都充满水分时的含水量。
二土壤水分的状态和运动土水关系土壤孔隙中－－－全部充水－－饱和态土壤孔隙中－－－水排走－－非饱和土壤水的能量状态能量梯度：自由水>土壤水>植物细胞水低能态 水分子：高能态－－研究确定土壤水能量关系对土壤水运动和它对植物的可给性十分必要土水势：土壤在各种力（吸附力、毛管力、重力和静水压力等）的作用下，势（或自由能）的变化（主要是降低）。
土水势包括基质势、压力势、溶质势、重力势等分势。
水势的数值可以在土壤—植物—大气(SPAC)之间统一使用液态水运动饱和水运动不饱和水运动(多数田间条件下)汽态水运动水汽运动:靠扩散作用进行三土壤水对土壤基本物理性质的影响土壤是由固、液、气三相体系，固相颗粒之间的相互作用在水分参与下，产生许多独特性能：土壤膨胀性、收缩性、粘结性和适耕性等；造成土壤膨胀和收缩影响土壤粘结性土壤粘结性：由颗粒之间的引力产生，除了空气－水分界面上弯月面的表面张力外，还有由物理化学的机能产生的粘结作用。
是土壤具有稳定性的主要原因，土壤由此产生强度。
粘结作用力：水膜粘结力、颗粒间的范德华力、静电引力、OM、铁铝氧化物等。
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土壤水简介
概念：
是指土粒表面靠分子引力从空气中吸附的气态水并保持在土粒表面的水分。
包气带土壤孔隙中存在的和土壤颗粒吸附的水分。
通常有下列4种形式：①吸附在土壤颗粒表面的吸着水。
又称强结合水。
土壤颗粒对它的吸力很大，离颗粒表面很近的水分子，排列十分紧密，受到的吸引力相当于10000个大气压。
这一层水溶解盐类能力弱，—78℃时仍不冻结，具有固态水性质，不能流动，但可转化为气态水而移动。
②在吸着水外表形成的薄膜水。
又称弱结合水。
土粒对它的吸引力减弱，受吸力为31～6.25大气压，与液态水性质相似，能从薄膜较厚处向较薄处移动。
③依靠毛细管的吸引力被保持在土壤孔隙中的毛细管水。
所受的吸力为6.25～0.08大气压。
毛细管水可传递静水压力，被植物根系全部吸收。
④受重力作用而移动的重力水，具一般液态水的性质。
除上层滞水外不易保持在土壤上层。
土壤水的增长、消退和动态变化与降水、蒸发、散发和径流有密切关系。
分布：
广义的土壤水是土壤中各种形态水分的总称。
有固态水、气态水和液态水三种。
主要来源于降雨、雪、灌溉水及地下水。
液态水根据其所受的力一般分为吸湿水、毛管水和重力水，分别代表吸附力、弯月面力和重力作用下的土壤水。
苏联学者还把由土粒表面的吸着力所保持的水分为吸湿水和结合水，后者又分为紧结合水和松结合水；毛管水又分为毛管支持水、毛管悬着水以及毛管上升水；重力水分渗透自由重力水和自由重力水等。
土壤水是土壤的重要组成，是影响土壤肥力和自净能力的主要因素之一。
固态水——土壤水冻结时形成的冰晶。
汽态水——存在于土壤空气中的水蒸汽。
束缚水——又分为吸湿水（紧束缚水）和膜状水（松束缚水）。
自由水——又分为毛管水、重力水和地下水，其中毛管水又分为悬着水和支持毛管水。