2013 第四章3 土壤水

是土壤有效水的下限。
主要受质地、有机质含量的影响。 华中农业大学
二、土壤含水量的表示方法和测定方法
3、田间持水量、萎蔫系数与相对含水量
相对含水量***（relative water content）是指土壤含水量占
田间持水量的百分数。
它可以说明土壤水的含
通 常 相 对 含 水 量 为 60%
的改变。通常为负值，土壤含水量越高，基质势也
越高，但其绝对值越小，当土壤饱和时土壤的基质
势最大，等于0。
华中农业大学
三、土壤水的能量状态
（2）溶质势（Solute potential, S ≤0 ）
指土壤水溶解的溶质引起的土壤水的自由能的改变， 溶质对水产生吸持作用，限制水分运动，一般为负值。
土壤溶质浓度越高，溶质势越低。
第四章
土壤肥力
华中农业大学
第二节 土壤水分
一． 土壤水分存在形态 二． 土壤水分的有效性（重点） 三． 土壤含水量的表示方法和测定方法（重点 难点） 四． 土壤水的能量状态（重点 难点） 五． 土壤水分运动（重点 难点） 六． 土壤水的田间循环过程 七． 土壤水分保蓄和调节
华中农业大学
第二节 土壤水分
θv =（土壤水体积/土壤总容积）*100%
容积含水量=质量含水量*容重
华中农业大学
二、土壤含水量的表示方法和测定方法
Soil water storage capacity 土壤储水量 water depth 水深（Unit: mm） Dw (mm)= v% × 土层厚度
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 。
2013年湖南大旱
华中农业大学
土壤水的定义
土壤水实际上是指在105~110℃温度下从土壤中驱逐 出来的水。是指由地面向下至地下水面（潜水面）以 上的土壤层次中的水分，亦称为土壤中的非饱和带水 分。
华中农业大学
一、土壤水分存在形态
水在土壤中受到的作用力
1、重力 2、吸附力（adsorption）：主要是指土粒表面分子和
一、土壤水分存在形态
2、毛管水
毛管上升水：由于地下水的上升作用 而保持在毛管中的水分。
土粒
华中农业大学
毛管 上升 水示 意图
地下水位
一、土壤水分存在形态
2、毛管水
毛管悬着水：由于降雨或灌水使土壤 毛管填充的水分，与地下水没有联系
华中农业大学
一、土壤水分存在形态
3、重力水：存在于土壤大孔隙（通气孔隙）中，受 重力作用支配，易进一步向土壤剖面深层运动的水分
受土壤吸附力作用而保持
膜状水(松束缚水)
毛管水
受毛管力作用而保持
重力水
受重力作用
华中农业大学
一、土壤水分存在形态
吸湿水：土粒通过吸附力吸附空气中水汽分子所保持的水分。 特点
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，通常在105～110℃条件下烘干除去。
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)和重力势 (Ψg)等。 土壤水势是各分势之和:
Ψt=Ψm+Ψs+Ψg+Ψp
华中农业大学
三、土壤水的能量状态
（1）基质势（m≤0）
基质势（ matrix potential）是指由于土壤基质( 土壤颗粒)的吸附力和毛管力所导致的土壤水自由能
毛 管 持 水 量
饱 和 持 水 量
土壤水分形态
吸湿水
膜状水
毛管悬着水
毛管上升水
重力水
土壤水分有效性
无效水
有效水
多余水
华中农业大学
四、土壤水分的有效性
– 砂土、粘土有效水少，壤土有效水多
华中农业大学
五、土壤水分运动
饱和流 液态水流动
土壤孔隙全部充满水；主要是重力水运动
土 壤 水 运 动
推动力：土层之间的水势梯度 流动方向：高水势到低水势
华中农业大学
重力势的计算
gA=15cm gB= -10cm
华中农业大学
gA=5cm gB= -20cm
三、土壤水的能量状态
土壤水势的组成
分势名称
基质势 溶质势 重力势 压力势
决定分势的因素
土粒的吸附力和毛管力 土壤溶液中的溶质 位置高程 静水压力
参照状态
自由水 纯水 参照点
大小
≤0 ≤0
Soil water suction (S)
华中农业大学
Soil water content (θv)
四、土壤水分的有效性
土壤水的有效性是指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。
溶质势只有对半透膜的水分运动起作用，对水在土 体内的运动没有影响。
华中农业大学
华中农业大学
三、土壤水的能量状态
（3）压力势（p ≥0 ）
压力势（pressure potential）是指土壤水受到上 面水层的静水压力而产生的自由能变化。 只有当土壤水分饱和时才有压力势。饱和土层越 深，压力势越高。在不饱和土壤中压力势为0。 故
水分子之间的分子引力，又称为范德华力或分子间力。
3、毛管力（capillarity）：实质上是毛管内固、气、
水界面上产生的负压力，也叫弯月面力。毛管力的大小
与毛管孔径成反比。
H=3/d
H：毛管力（hPa）；d：毛管孔径（mm）
华中农业大学
一、土壤水分存在形态
吸湿水(紧束缚水) 吸附水(束缚水)
土 壤 水 的 类 型
非饱和流
部分土壤孔隙充水；主要是毛管水和膜 状水运动
气态水运动
推动力：水汽压梯度、温度梯度 流动方向：高水汽压到低水汽压 温度高处到温度低处
水汽扩散 水汽凝结
华中农业大学
1、饱和土壤中的水流
Water flow in saturated soils
+， 0 ， ≥0 自由水面
华中农业大学
三、土壤水的能量状态
（5）总土水势（t）
t= m+ s+ p+ g
水分饱和时
t= p+ g
水分不饱和时
土壤水从总水 势高的地方流 向总水势低的 地方.
t= m+ g
华中农业大学
三、土壤水的能量状态
绝对正值
2、土壤水吸力(Suction)：土壤水承受一定吸力情况 下的能态。
华中农业大学
四、土壤水分的有效性
水分与土粒 的能量关系 ×105Pa 105 烘 干 重 吸 湿 系 数 凋 萎 系 数 最 大 分 子 持 水 量 10132 31.4 15.2 6.33 0.4~0.8 0.05~0.5 毛 管 联 系 破 裂 含 水 量 0.08 0.001
田 间 持 水 量
移动缓慢，由水膜厚往水膜薄的地方移动，速度仅0.2～ 0.4mm/hr。 对植物有效性低，仅部分有效。
华中农业大学
一、土壤水分存在形态
毛管水***：依靠毛细管引力保持在 土壤毛管孔隙的水，具有自由水的特 性。分毛管上升水和毛管悬着水。
特点：
受毛管力作用。 液态，能溶解多种溶质，可自由 移动，速度较快 植物利用的理想水分（有效水）。 华中农业大学
p≥0。
华中农业大学
三、土壤水的能量状态
（4）重力势（g）
重力势（gravitational potential） 是指由重力作
用而引起的土水势变化。 任何时候重力势都存在。
高于参比面时为正，反之为负，参比面处重力势为0.
重力势的大小与土壤本身无关，任何时候重力势都 存在。 大小取决于研究点的相对高度，参照点以上为正， 反之为负，参比面处重力势为0.
至 80% ， 是 适 宜 一 般 农 作物以及微生物活动的 水分条件 。 华中农业大学
量、有效性和水、气的 比例等，是农业生产上
常用的土壤含水量的表
示方法。
土壤水分参数与土壤质地的关系
华中农业大学
例：田间取回土样，连采土圈共重237.0 g，烘干后 重213.0 g，采土圈重93.0 g，采土圈容积100 cm3， 求土壤容重？土壤含水量？ 湿土重 = 237.0-93.0 = 144 g 烘干土重 = 213.0-93.0=120 g 容重=烘干土重/土壤体积 =120/100=1.20 g/cm3 含水量=水分重/烘干土重*100% =(144-120)/120 *100% =20%
溶质吸力只在根系吸水(有半透膜存3、土壤水势和水吸力的单位
单位容积土壤水的势能值用压力单位。 单位重量土壤水的势能值用相当于一定压力的水柱高厘米数 表示。
华中农业大学
三、土壤水的能量状态
3、土壤水势和水吸力的单位
法定单位：帕 Pa 过去常用：巴bar、毫巴mb、大气压（atm）、厘米汞 柱、水柱等 换算： 1 bar=105 Pa=1000 mb=0.987 大气压
通常作为灌溉水量定额的最高指标。
在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。 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。
华中农业大学
二、土壤含水量的表示方法和测定方法
不同质地土壤的田间持水量
土壤水分参数和土壤
有机质含量的关系
土壤质地 砂土 田间持水量 （%） 华中农业大学 10-14 砂壤土 轻壤土 中壤土 中壤土 16-20 22-26 20-24 24-28 粘土 28-32