第六章 土壤水

不同质地土壤的田间持水量（%）
土壤质地 沙土 沙壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 粘土
田间持水量
10~14
16~20
20~24
22~26
24~28
28~32

田间持水量的测定方法：

田间实测； 环刀取土，室内测定
4.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。

全容水量包括了吸湿水，膜状水，毛管水 和重力水 。 土壤只有在大量降雨或灌溉时才能达到全 容水量。
容积含水量：
土壤总容积中水所占的容积百分数为容积含水量
容积含水量=（土壤水容积/土壤总容积）×100
容积含水量=质量含水量× 土壤容重（密度）
相对含水量：
土壤质量含水量占田间持水量的百分数。 相对含水量=质量含水量/田间持水量×100%。

相对含水量可以指示土壤水的饱和程度， 有效性大小和水气比例。
粘壤土
9.0~12.4 13.0~16.6
3.田间持水量field

capacity
降雨或人工灌溉大量水后，在无蒸发的 条件下，土壤非毛管孔隙系统中的水已 由于重力作用而基本被排除时（通常规 定为48小时）的土壤持水量。

田间持水量包含了吸湿水，膜状水和毛管 悬着水的全部。 相当于凋萎系数的2.5倍
1 烘干法


drying method：

标准方法：使用最普遍 将田间采回的土样在105-110 ℃条件下 烘干至恒重（6- 8小时）；或用红外线 infrared烘干法，微波炉micro-wave oven烘干法，酒精燃烧法。 测定结果为土壤质量含水量。
2 电阻法resistance method
东北黑土不同土层的有效含水范围
层次深度 (cm) 0-10
40-50 200-210
田间持水 量（%） 48.0
29.5 20.3
凋萎系数 （%） 14.2
12.3 9.2
有效含水 范围（%） 33.8
17.2 11.1
四 土壤含水量的测定方法



1 2 3 4
烘干法 电阻法 中子散射法 TDR法


在北方，土壤水分状况称为墒情。 一般分为汪水，黑墒，黄墒，潮干 土和干土。
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汪水：土壤含水量在田间持水量以上。 黑墒：土壤含水量为田间持水量75%以上。 黄墒：土壤含水量为田间持水量的 50%~75%。 潮干土：土壤含水量在田间持水量的50% 以下。 干土：土壤含水量在萎蔫系数以下。

毛管悬着水soil
capillary suspending water：
指由于大气降水或灌溉后土壤所吸持的液态 水。 毛管悬着水达到最大值maximum 时的土壤含 水 量 即 为 田 间 持 水 量ity。
土粒
毛管 悬着 水示 意图

土壤供水不足，使植物产生永久萎蔫时 的土壤含水量。


由于不同植物的耐旱能力各不相同，所以 一般用盆栽向日葵作为直接测定凋萎系数 的植物。 有时用吸湿系数乘1.34间接求算
不同质地土壤的萎蔫系数(%)
土壤 质地 萎蔫 系数 粗沙土
0.96~1.11
细沙土 沙壤土 壤土
2.7~3.6 5.6~6.9


“将单位数量的水，由力场中一已知点移到 一相应点所必须作的功。”

粘土的吸 湿水大于 壤土，壤 土大于沙 土。

空气相对 湿度愈大， 吸湿水含 量愈大。
空气相对湿度

水分子呈定向紧密排列、密度 1.2~2.4g/cm3、具固体水性质，无溶解能 力、不能以液态水自由移动。
2 膜状水membrane water

土壤饱吸了吸湿水后，还吸引一部分液态 水，在土粒周围的吸湿水层外围形成很薄 的水膜water membrane。
5 地下水groundwater

若 母 质 或 土 壤 有 不 透 水 层 impervious layer存在，向下渗漏 leak的重力水，就会在不透水层上 面的土壤孔隙中聚集起来，形成一 定厚度的水分饱和层，其中的水可 以自由流动，这种形态的水称为地 下水。

地下水位：

凿井时流出的水会在井中形成自由水层， 这一水层的水平面离地表的深度称为地下 水位。

地下水位高表示离地表近；地下水位低 表示离地表远。
二 土壤含水量的表示方法
1 2 3 4 5 质量mass含水量 容积volume含水量 相对relative含水量 土壤水层厚度 绝对水体积（容量）
质量含水量：
土壤中水分的质量与烘干土质量的比值， 又称重量含水量 质量含水量(g/kg)=（土壤水质量/烘干土质量） × 1000
我国水资源的基本特点：
1.水资源空间分布特点 地区间水资源分布不均匀，水土组合极不平衡。我国 东部区为多雨带，而西部区为缺水带。 2. 时间分布特征 水资源年际间变化和年内分配不均，半干旱、半湿润 区甚至南方出现季节性缺水。 3. 水资源与耕地资源组合不协调 我国北方耕地多而水资源量小，南方地区耕地少而水 资源丰富。 我国农业水资源缺乏且用量大，但利用率低，短缺 与浪费是我国农业用水紧张的重要特征。
土壤水层厚度：
一定面积和厚度土壤中含水量相当于此面 积下水层的厚度
水层厚度（mm）=土层厚度（mm）×容积含 水量（%）
绝对水体积
一定面积和一定厚度土壤中所含水量的体 积，主要用于确定灌水量和排水量。
三 土壤水分常数及土壤有效含水范围
1.
2.
3. 4. 5.
吸湿系数hygroscopic coefficient 凋萎系数 wilting point 田间持水量field capacity 全容水量total volume moisture 有效含水范围 available water volume
第二节 土壤水的能态

一 二 三 四 五 六 七
势的概念（略） 土壤水势组成（略） 土壤总水势（略） 土壤水吸力 土壤水能态的定量表示方法（略） 土水势的测定（略） 土壤水分特征曲线
一 势的概念：

假定自由水面的势（自由能）为零，土壤水 的自由能与它的差值就是土水势。 “在标准大气压下，可逆并且等温的将无穷 小单位数量的指定高度的纯水，移至土壤中 所必须做的功work ”。

方法比较精确，但只能测定深层土壤水分， 并且在有机质含量变化大的土壤中精度会 受到影响。
4 TDR法


TDR是time-domain-reflectometry 的缩 写，中文叫时域反射仪 上个世纪80年代发展起来的，可测定土 壤的容积含水量和土壤含盐量
土壤墒情moisture content

电极放在石膏gypsum、尼龙nylon或玻 璃纤维fiberglass制成的传感器sensor 中，然后将传感器埋入土壤。传感器的 多孔体吸水达到平衡，读取电阻读数。 利用已校订的土壤含水量与所测电阻关 系，求算土壤含水量。
3 中子散射neutron scattering

将快中子源和慢中子探测器放在埋入土 壤的封闭套管中。快中子源放射出快中 子，这些中子与土壤水中的氢核碰撞 collide后，失去部分能量而变成慢中 子。通过慢中子探测器量测出慢中子数 量，并经标定公式求出土壤水含量。

P（毛管力）=2T（表面张力）/R（毛管半 径）


植物生长所需水分主要来自毛管水。 土 壤 质 地 粘 ， 毛 管 半 径 radius, semidiameter小，毛管力就大。 当孔径<0.001mm，因孔径过小被水膜封 闭，毛管作用消失。

毛管水分为两种：

毛管悬着水 支持毛管水
5 土壤有效含水范围


土壤有效含水范围指土壤所含的植物可 以利用的水量 土 壤 水 的 有 效 范 围 (A)= 田 间 持 水 量 (F)-凋萎系数(W)

一般=2.5×吸湿系数
有效含水范围与下列因素有关
•
• • •
土壤质地soil texture 土壤结构soil structure 土壤有机质soil O.M. 土壤层次soil layer

毛管水所受到的引力为8.11~633.28kPa，低 于植物根细胞的渗透压。
水 沿 着 毛 管 上 升
毛管作用力范围： 0.1-1mm 有明显的毛管作用 0.05-0.1mm
毛管作用较强
0.05-0.005mm 毛管作用最强 〈0.001mm 毛管作用消失

毛管力计算（单位为达因/cm2 ）(达因 dyne: 质量为1g的物体产生1cm/s的加速度所 需要的力)：
第一节 土壤水的类型及其有效性

一 土壤水的形态分类

根据土壤水的存在形态可将土壤水分为：



固态水solid water 气态水gaseous water 液态水

吸湿水（紧束缚水）hygroscopic water 膜状水（松束缚水）membrane water 毛管水capillary water 重力水gravitational water 地下水groundwater
1.吸湿系数hygroscopic

coefficient
烘干土从相对湿度接近饱和的空气中吸 收水汽的最大量与烘干土重的百分比。

其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。
2.凋萎系数wilting point
4 重力水gravitational water