土 壤 水 分
农田土壤水分状况PPT演示课件
it i1t
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入渗试验——例
t(min) i(mm/min)
1
7.4
2 5.81
3 5.04
4 4.56
5
4.2
10 3.3
15 2.87
20 2.59
30 2.25
50 1.88
100 1.48
200 1.16
lgt lgi 0.0 0.87 0.3 0.76 0.48 0.70 0.60 0.66 0.70 0.62 1.00 0.52 1.18 0.46 1.30 0.41 1.48 0.35 1.70 0.27 2.00 0.17 2.30 0.06
lgi
1
0.8
y = -0.351x +
0.8668
0.6
0.4
0.2
0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 lgt
设：y kx b
k 0.351
lg i1 b 0.8668
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考斯加可夫经验公式应用——例
积水或径流
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五、SPAC系统的概念
1. 定义：在水势梯度作用下，土壤水分被作物吸收、 传输，并转化成水汽从叶面扩散进入大气的连续 过程，这样一个过程形成了一个统一的,动态的 系统,即土壤-作物-大气连续体（Soil-PlantAtmosphere Continuum)。
i（f 单位：mm/h）
入渗总量：
1
I St 2 i f t
（单位：mm）
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入渗条件下的土壤水分运动
i f ——稳定入渗率，相当于渗透系数
s ——吸水率，与土壤含水率有关, 系。
5、土壤水分入渗规律（图）：
土壤水
第五章土壤水根据土壤水分所受的力作用把土壤水分类型分为如下几类：1吸附水，受土壤吸附力作用保持，可分为吸湿水和膜状水2毛管水，受毛管力的作用而保持3重力水，受重力支配，容易进一步向土壤剖面深层运动毛管悬着水：在地下水较深的情况下，降水或灌溉水等地面水进入土壤，借助毛管力保持在上层土壤的毛管孔隙中的水分，它与来自地下水上升的毛管水并不相连，好像悬挂在上层土壤中的一样毛管上升水：借助毛管力由地下水上升进入土壤中的水称为毛管上升水，从地下水面到毛管上升水所能到达的相对高度叫毛管水上升高度田间持水量：土壤毛管悬着水达到最多时的含水量。
在数量上包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水临界深度：指含盐地下水能够上升到达根系活动层并开始危害作物时的埋藏深度土壤水的有效性：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。
其中因其吸收难易程度不同又可分为速效水和迟效水。
萎蔫系数：当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土壤含水量，它因土壤质地、作物和气候等不同而不同土壤有效水最大含量：通常把土壤萎蔫系数看作土壤有效水的下限，土壤持水量视为土壤有效水的上限。
质量含水量：土壤中水分质量与干土质量的比值容积含水量：单位土壤总容积中水分所占的容积百分数Θv=Θm·ρ相对含水量：指土壤含水量占田间持水量的百分数土壤贮水量：一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量水深Dw：指在一定厚度以i的那个面积土壤中所含水量相当于相同面积水层的厚度Dw=Θv·h绝对水体积：一定面积一定厚度土壤中所含水量的体积，由D w·指定面积土壤水分含量测定1烘干法2中子法3TDR法土壤水的能态土水势：把单位数量纯水可逆地等温地以无穷小量从标准大气压规定水平的水池中移至土壤中某一点所需做功的数量。
土壤水总是从水势高处流向水势低处。
土水势各分势1基质势：由吸附力和毛管力所制约的土水势。
土壤含水量越低，基质势也越低。
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。
土壤水分的测定方法
土壤水分的测定土壤水分含量的多少，直接影响土壤的固、液、气三相比例，以及土壤的适耕性和作物的生长发育。
在栽培作物时，需经常了解田间含水量等土壤水分状况，以便适时灌排，利于耕作，保证作物生长对水分的需求，达到高产丰收。
土壤水分大致分为化学结合水、吸湿水和自由水三类。
自由水是可供植物自由利用的有效水和多余水，可以通过土壤在空气中自燃风干的方法从土壤中释放出来；吸湿水是土壤颗粒表面被分子张力所吸附的单分子水层，只有在105-110℃下才能摆脱土壤颗粒表面分子力的吸附，以气态的形式释放出来，由于土粒对水汽分子的这种吸附力高达成千上万个大气压，所以这层水分子是定向排列，而且排列紧密，水分不能自由移动，也没有溶解能力，属于无效水；而化学结合水因为参与了粘土矿物晶格的组成，所以是以OH-的形式存在的，要在600--700℃时才能脱离土粒的作用而释放出来。
1、新鲜土样水分的测定土壤水分的测定方法很多，实验室一般采用酒精烘烤法、酒精烧失法和烘干法。
(一)烘干法实验原理：烘干法是测定土壤含水量的常用方法，测定本身的误差取决于天平的精确度和取样的代表性。
同时烘干过程中温度与烘干时间的控制也是影响测定结果准确度的重要因素，样品要求在105℃烘干6-8小时，以确保将土壤样品中的自由水和吸湿水驱走，而化学结合水不至于排出，有机质也只有微量的氧化分解挥发损失。
对于腐殖质含量较高的土壤（＞8%）、泥炭土及盐土，温度不应超过105℃，含有石膏的土壤只能加热到80℃，以免造成样品中结晶水的损失。
操作步骤：准备工作：在室内将铝盒编号并称重，重量记为W 1取样：在田间用土钻钻取有代表性的土样，取土钻中段土壤样品约20克，迅速装入以编号的铝盒内，称量铝盒与新鲜土壤样品的重量，记为W 2，带回室内。
烘干：打开铝盒盖子（盖子放在铝盒旁边），放在105℃的恒温烘箱内烘干6小时，盖好盖子，将铝盒置于干燥器内冷却30分钟，称重。
恒重：打开铝盒盖子，放在105℃的恒温烘箱内再次烘干3-5小时，盖好盖子，将铝盒置于干燥器内冷却30分钟，称重。
(三)土壤水分含量及其有效性
土壤耕性是土壤在耕作时所表现的综合性状，如 耕作的难易、耕作质量的好坏、宜耕期的长短。
土壤粘结性：土粒与土粒之间由于分子引
力而相互粘结在一起的性质。
土壤粘着性：土壤在一定含水量范围内， 土粒粘附在外物上的性质。
塑性：土壤在外力作用下变形，当外力撤 销后仍能保持这种变形的特性。
计算土壤蓄水量
单位面积一定厚度的土体内所含的水量。
⑴土壤蓄水量（mm）=土层深度（mm）*土壤容积含水
量
⑵土壤蓄水量（立方米/亩）=面积（平方米）*土层 深度*土壤容积含水量
2、土壤水的有效性
▲
吸湿系数：干燥土壤吸附气态水分子的最大含
量
萎蔫系数：植物因根系无法吸水而发生永久萎
蔫时的土壤含水量（土壤有效水的下限） 田间持水量：土壤毛管悬着水达到最多时的含 水量（土壤有效水的上限）
五、土壤空气
（一）土壤空气的数量及其影响因素
来源：大气的渗透及土壤内部生物化学过 程产生的气体；
土壤空气的数量取决于土壤孔隙状况及含 水量
在土壤总孔隙度不变的情况下，土壤的空 气数量与土壤水分含量是相互消长关系 轻质土壤的大孔隙较多，具有较大的容气 能力和较强的通气性；粘质土壤大孔隙少， 相应地降低了容气能力和通气性
(1)随粒径由大到小，SiO2含量由多到少； (2)R2O3( 即 Fe2O3 与 Al2O3 的总称 ) 与 SiO2 相反， 随粒径由大到小，R2O3含量由少到多； (3)CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小，含 量增加。
(4)土粒由大到小，保水能力增加，但通透性 降低。随着土粒由大到小,土壤湿胀性和可塑 性增加，对耕作带来不利影响。
土壤水分的类型与性质
第一节 土
壤水分
土壤中的水分主要来自 于降水、灌溉和地下水的补充。 “有收无收在于水”，任何作 物在其生长发育期间，都要求 土壤持续不断地供给一定数量 的水分，以满足生命活动的需 要。 通过生产措施调节土壤水 分的含量，以满足植物生长发 育之需，对高产、优质、高效 农业的建设十分重要。
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水层厚度、土壤蓄水量
水层厚度（mm） = 土壤质量含水率%×容 重×土层厚度（mm） =容积含水量× 土壤蓄水量（m3/亩）=水 层 厚 度 (mm ） ×1/1000×667 = 2/3水层厚度(mm)
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四、土壤水分的运动方式和特点
汽态水运动 毛管水运动 重力水(饱和水)运动
（一）汽态水的运动
土壤水分常数与有效性
7
土壤水分的有效性及其划分
土壤中水分能否被作物吸收利用的程度称为水分的有 效性。 能被作物吸收利用的水分称为有效水。不能被作物吸 收利用的水分叫无效水。 土壤水分的有效性主要依据水分被土粒与植物根系吸 持力的相对大小来划分。 由于一般植物根系吸水力平均为15×105 Pa，如果土 壤对水分的吸持力大于植物的吸力时，为无效水，反 之为有效水。因此： 萎蔫系数以下的水分属于无效水； 萎蔫系数至田间持水量之间的水分为有效水； 超过田间持水量的水分为多余水 。 8
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汽态水运动之大气蒸发力控制阶段
大气蒸发力控制阶段 开始于降水或灌溉之后，由 于土壤中水分充足，水分的 损失量主要取决于大气的蒸 发能力，即与空气湿度、温 度及风速等有关。 特点是单位时间蒸发损失掉 水分的数量不变。失水快， 失水量多，持续时间短，应 及时用中耕或覆盖的方法进 行保墒。
第三章_土壤水分
一定量土壤中所含水分数量的多少。
土壤水分含量的表示方法
1.土壤重量/质量含水量：θm
（mass water content of soil） 土壤所含水分的重量占烘干土重的百分数。
Ww W - WS θm (%) = = *100 Ws WS
2.容积/体积含水量（volumetric water content）：θv
毛管上升水 (ascending capillary water) 毛管悬着水 (hanging capillary water)
土壤水
（soil water） （bonding water）
（free water）
(capillary water) 重力水
(gravitational water)
土壤吸湿水的最大值；水吸力3.1MPa 吸湿水
土壤颗粒 吸湿系数
1.2 凋萎系数（wilting coefficient）：植物产生 永久凋萎时土壤的含水量。植物可利用的土壤水量 （有效水）的下限。
吸湿水＋部分膜状水；水吸力 1.5MPa ；吸湿系数的 1.5～2.0倍
膜状水 （部分） Soil particle 吸湿系数 凋萎系数 吸湿水
毛管断裂含水量
田间持水量
毛管持水量
重力水 多余水
吸湿系数
土壤 水分 形态 土壤 水分 有效 性
化学束 吸湿水 缚水 无效水
凋萎系数
土壤 土 水分 粒 常数
膜状水
悬着毛管水 上升毛管水
有效水下限
旱地灌溉下限
难有效水
易有效水
旱地有效 水上限
饱和含水量
2.2 影响土壤有效水量的因素：
(1)土壤有机质含量越高，有效水量越大； (2)土壤结构、土壤松紧度 (3)土壤质地 (决定因素)
土壤水分含量的表示方法
土壤水分含量的表示方法土壤含水量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：土壤水分的重量占烘干土的百分率。
2、体积百分数：土壤容积含水量%=土壤重量含水量*容重意义：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。
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%。
3、土壤蓄水量（立方米/亩）=每亩面积（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%，现将没亩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4、水层厚度：单位面积上一定土层厚度内含有的水层厚度，可与雨量相比。
水层厚度(mm)=土层厚度（h）*土壤容重（d）*重量百分数%*105、水体积：水层厚度乘以面积。
二、土壤相对含量土壤水分含量占饱和含水量的百分比或占田间持水量的百分比。
三、水分常数：土壤含水量根据受土壤各种力的作用达到某种程度的水量，对于同一土壤来说，此时的含水量基本不变，称为土壤水分常数，又叫水分特征值，它是一些与植物吸收水分有关系的数值。
1、吸湿系数（最大吸湿水量）土壤含水量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。
2、凋萎系数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*2.5测定方法（野外）：在野外地里灌水后，铺上枯枝落叶防止蒸发，两天后，重力水下渗，这时所测得的土壤含水量就是田间持水量。
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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。
是土壤不受地下水影响所能保持水量的最大值。
是旱地土壤有效水的上限，确定灌水定额的依据。
田间持水量的大小，主要受质地、有机质含
量、结构、松紧状况等的影响。
一般为饱和含水率的50%左右。
3、毛管持水量—土壤所有毛管孔隙中都充满水分时的土壤含水量。
4、毛管断裂含水量－土壤中的悬着毛管水因作物吸收和土表蒸发而发生断裂时的土壤含水量。
亦称为作物生长阻滞含水量。
此时土壤含水量处于对植物“供不应求”的状态，是确定旱地土壤是否灌水的下限。
一般为田间持水量的65%。
5、最大分子持水量—当膜状水达最大量时的土壤含水量。
吸湿水的2～4倍。
6、凋萎系数—当土壤含水量减少到土粒对水分子的引力等于或大于15×105Pa（15巴）时，植物会因无力吸水而发生永久性凋萎，此时的土壤含水量称为永久萎焉点或凋萎系数。
为土壤有效水的下限。
凋萎系数=吸湿系数×1.5（经验公式）
7、吸湿系数—当干土从饱和水蒸气中吸收的水达最大量时的土壤含水量。
不同土壤吸湿系数不一样：一般粘土>壤土>砂土；另外吸湿系数大小还与测定时温度有关，温度高，吸湿系数小。
8、有效水含量—指田间持水量至凋萎系数间的含水量，即田间持水量减去凋萎系数之差。
四、土壤中的水汽凝结现象
当水汽由暖处向冷处扩散遇冷时便可凝结成液态水，这就是水汽凝结。
水汽凝结有两种现象值得注意，一是“夜潮”现象，二是“冻后聚墒”现象。
1、“夜潮”现象：多出现于地下水埋深度较浅的“夜潮地”。
白天土壤表层被晒干，夜间降温，底土土温高于表土，水汽由底土向表土
移动，遇冷凝结，使表土潮湿。
2、“冻后聚墒”现象：冬季表土冻结，水汽压降低，而冻层以下土层的水汽压较高，下层水汽不断向冻层聚集、冻结，使冻层不断加厚，含水量增加。
“冻后聚墒”的多少，主要决定于该土壤的含水量和冻结的强度。
含水量高冻结强度大，“冻后聚墒”就比较明显。
一般对土壤上层增水作用为2－4％左右。
五、土壤水分保蓄和调节
1、改良土壤，增强蓄水能力。
质地适中，结构好，容重适中。
2、减少地面蒸发。
覆盖，及时锄地，蒸发抑制剂。
3、减少地面径流。
水土保持农业、工程、林草措施。
4、减少水分渗漏。
合理规划农田基本建设，合理灌排。
5、创造良好的土层构造。
长期合理耕作。
六、土壤水分、容重、孔隙计算题
野外利用体积为100cm3的环刀采回一土壤样品，称其湿重为255g，让其浸入水中充分吸水后称重为280g，让其排出重力水后称重为265g，在1500kPa时重250g，烘干后重230g，环刀重100g，求该土壤的饱和含水量、毛管含水量、自然含水量、凋萎系数；总孔隙度、通气孔隙度、毛管孔隙度，非活性孔度；容重。
饱和含水量%=（280－230 ）/ (230－100)×100 = 38.46
毛管含水量% =（265－230 ）/ (230－100)×100 = 26.92
凋萎系数% =（250－230 ）/ (230－100)×100 = 15.38
自然含水量% =（255－230 ）/ (230－100)×100 = 19.23
容重Db =（230－100）/ 100 = 1.3 g cm-3
总孔隙度% = (1－1.3/2.6) = 50
非活性孔度% =（（250－230）/1）/100 ×100 = 20
通气孔隙度% =（280－265）/100 ×100 = 15
毛管孔隙度% = 50% －15% = 35
七、干旱
当根系吸水层的土壤含水率下降到凋萎系数以下时，土壤水分不能为作物利用。
因此，由于根系吸水不足以致破坏了植物体水分平衡和协调的现象，即谓之干旱。
由于产生干旱的原因不同，可分大气干旱和土壤干旱两种情况。
1、大气干旱－在农田水分尚不妨碍植物根系的吸收，但由于大气的温度过高和相对湿度过低，阳光过强，或遇到干热风造成植物蒸腾耗水过大，都会使根系吸水速度不能满足蒸发需要，这种情况谓之大气干旱。
2、土壤干旱－土壤含水率过低，植物根系从土壤中所能吸取的水量很少，无法补偿叶面蒸发的消耗，则形成所谓土壤干旱的情况。
防止土壤干旱，最低的要求就是使土壤水的渗透压力不小于根毛细胞液的渗透压力，凋萎系数便是这样的土壤含水率临界值。
注意：
kpa千帕（1500Kpa=150吨/平方米）
mpa兆帕
土壤质地与有效水最大含量的关系
不同质地土壤的几种水分常数。