土壤学第五章土壤水61页
第五章 土壤学
第五章1.土壤水的类型？(一)土壤水的类型划分土壤水按其存在形态可分为下列几种类型：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。
2.吸湿系数、凋萎系数、田间持水量、毛管持水量、饱和持水量？二) 土壤水分常数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。
1.吸湿系数吸湿水的最大含量称为吸湿系数(最大吸湿量)。
测定吸湿系数是在空气相对湿度98%(或99%)条件下，让土壤充分吸湿(通常为一周时间)，达到稳定后在105℃～110℃条件下烘干测定得到吸湿系数。
土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大。
土壤紫色土黄壤潮土砂土质地粘土重壤中壤砂土吸湿系数(%) 7.53 4.11 2.52 0.82、凋萎(萎蔫)系数植物永久凋萎时的土壤含水量称为凋萎系数。
土壤凋萎系数的大小,通常用吸湿系数的1.5～2.0倍来衡量。
质地愈粘重, 凋萎系数愈大。
(非活性孔度＝凋萎系数×容重)3.田间持水量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。
计算土壤灌溉水量时以田间持水量为指标，既节约用水，又避免超过田间持水量的水分作为重力水下渗后抬高地下水位。
4.毛管持水量毛管上升水达最大量时的土壤含水量。
毛管上升水与地下水有联系，受地下水压的影响，因此毛管持水量通常大于田间持水量。
毛管持水量是计算土壤毛管孔隙度的依据。
(毛管孔度＝毛管持水量×容重)(通气孔度＝总孔度－非活性孔度－毛管孔度)5.饱和持水量土壤孔隙全部充满水时的含水量称为饱和持水量。
3.土壤水的有效性？(三)土壤水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。
（土壤学讲义）第5章土壤水
第五章土壤水第一节土壤水的类型及土壤水分含量的测定第二节土壤水的能态第三节土壤水的运动第一节土壤水的类型及土壤水分含量的测定一、土壤水分类型（一）吸湿水(紧束缚水)1、定义：由于固体土粒表面的分子引力和静电引力对空气中水汽分子的吸附力而被紧密保持的水分。
2、性质：其厚度只有2-3个水分子层，无溶解力、不导电、不能自由移动，也不能为植物利用。
3、大小：决定于土壤质地、腐殖质等影响决定于大气的湿度和温度当空气相对湿度达95%—100%时,土壤吸湿水量可达最大值，这时称为最大吸湿量。
（二）膜状水(松束缚水)1．定义：指当吸湿状态土粒与液态水接触时，还可再吸附一层很薄的水膜，称其为膜状水。
2．性质：其厚度可达到几十个水分子，部分可以被植物吸收利用，移动极为缓慢。
3．大小：决定于土壤的比面以及土壤溶液浓度。
膜状水达最大时的土壤含水量叫最大分子持水量。
（三）毛管水1、定义：由土壤毛管孔隙的毛管引力所保持的水分，称为毛管水。
2、类型：(1)毛管上升水定义：指地下水随毛管上升而被保持在土壤中的水分，称为毛管上升水。
最大水量称为毛管持水量。
毛管上升水与地下水位有水压联系：地下水位适当作物吸收地下水位过深作物不能吸收地下水位过浅作物受湿害（2）毛管悬着水定义：指在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后，由于毛管力保存在土壤上层中的水分称为毛管悬着水。
当毛管悬着水达到最大数量时的土壤含水量叫田间持水量。
性质：毛管水是土壤中可以移动的、对植物最有效的水分，而且毛管水中还溶液解有可供植物利用的易溶性养分。
大小：与土壤质地、腐殖质含量及结构状况有关。
（四）重力水定义：指土壤含水量超过田间持水量时，多余水分受重力支配向下渗透，这部分水分叫重力水。
土体全部孔隙都充满水，这时土壤含水量叫饱和持水量（全持水量）。
二、土壤含水量的表示方法（一）质量百分数即土壤中水分的质量与干土质量的比值勤。
（二）容积百分数即单位土壤总容积中水分所占的容操作分数，又称容积湿度、土壤水的容积分数。
环境土壤学PPT课件
第三节 土壤热性质
一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ土壤热容量
• 土壤热容量是指单位质量（重量）或 容积的土壤每升高（或降低）1℃所需 要（或放出的）热量。
可分为：容积热容量； 质量热容量。
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三、土壤的热扩散率
第三节
• 土壤热扩散率 (土壤导温率）是指 在标准状况下，在土层垂直方向上 每厘米距离内，1℃的温度梯度下， 每秒流入1cm2土壤断面面积的热量， 使单位体积（1cm3）土壤所发生的 温度变化。其大小等于土壤导热率 /容积热容量之比值。
W1 – W2 —————— ×100
W2
W1 ：湿土质量 W2 ：干土质量
×100
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2.土壤水的再分布
概念：土壤水 入渗过 程结束后，水在重力 和吸力梯度影响下在 土壤中向下移动重新 分布的过程。
土壤水的再分布是 土壤水的不饱和流。
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土中水 的运动
重力作用下土中水的渗流
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A、有益影响 （f）根际微生物产生二氧化碳，使钙增加 可溶性，有利于植物吸收。 （g）根际中自生固氮菌可以固定大量的N2， 给植物提供有机和无机氮。
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B、不利影响
（a）微生物与植物竞争矿质营养，在一定时间内减 少了对植物养分的供应，造成对植物生长的不利。 反消化细菌使含氮物质变成N2，养分损失。
脱落物
死亡根系和脱落的根毛、根冠、根表皮细胞等。
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B. 根系的呼吸作用影响根际土壤的气体组分、 pH值、Eh等；
离根越近，CO2的含量越高，O2的含量越低； O2含量少影响根际范围的Eh，一般偏低； 由于根系分泌有机酸影响根际的pH值，一般偏酸。
土壤学——5 第五章土壤水
d q K ( m ) dx
土壤水分运动
非饱和流导水率(unsaturated hydrolic conductivity)
土壤水吸力和导水率之间的关系
土壤水分运动
饱K(m)为非饱和导水率，
– d/dx为总水势梯度.(water potential gradient)
土壤水能态
一般只能测定8万帕 以下的土壤水吸力。
土壤水能态
土壤水分特征曲线***：
– 指土壤水分含量与土壤水吸力的关系曲线。 – 目前尚无法从理论上推导出土壤含水率与土壤水吸
力或基质势之间小关系，只能用实验方法获得水分 特征曲线。
S = a b
S = a (/s) b S=A (s- ) n/ m
土壤水能态
土水势及其分势
水 流 向 何 方 ？
土壤A砂土10%
土壤B粘土15%
标注土水势的优点
土壤水能态
土水势及其分势
– 基质势（m） ***
负值，当土壤饱和时最大＝0. 土壤含水量越高，基质势也越高。
– 压力势（p）***
正值。只有当土壤水分饱和时才有压力势在不饱和土壤中 压力势为0.饱和土层越深，压力势越高。
土壤表面形成干土层。在此阶段，蒸发面不是在地
表，而是在土壤内部，蒸发强度的大小主要由干土
层内水汽扩散的能力控制，并取决于干土层厚度， 一般来说，其变化速率十分缓慢而且稳定。
– 3.增加有机肥的投入是提高土壤肥力的重要途径。(
– 4.秸秆还田时，配施适量的N肥可促进有机物质的转化过程(
– 5.腐殖质常与矿物质结合成有机无机复合体(
）
) )
– 6.容重和孔隙度只表明土壤的松紧状况，而不表明孔隙分布( – 7.砂土松散容重小，粘土紧实容重大(
第五章 土壤的形成与发育
第五章 土壤的形成与发育第一节 土壤形成因素及其作用 第二节 土壤形成过程第三节 土壤发育第一节 土壤形成因素 • 土壤母质• 气候因素• 生物作用• 地形地貌• 时间• 人类作用一、土壤成土因素• 土壤形成因素又称成土因素，是影响土壤形成和发育的基本因素，它是一种物质、作用力、条件及其相互关系的组合，对土壤形成发生影响或将影响土壤的形成。
• 土壤发生学说（soil g enesis t heory）认为土壤是在各种自然和人为因素的影响下由岩石风化成母质，再由母质演化成土壤。
五大成土因素• 五大成土因素：• 19世纪未，俄国土壤学家B.B.道库恰耶夫(Dokuchaev, 1846-1903)通过对俄罗斯大草原土壤的调查，提出土壤的五大成土因素，即：– 气候-climate– 母质-parent material– 生物-biology– 地形-topography– 时间-time母质在土壤形成中的作用• 首先，直接影响着成土过程的速度、性质和方向。
• 其次，母质对土壤理化性质有很大的影响。
• 一般地说，成土过程进行得愈久，母质与土壤的性质差别就愈大。
但母质的某些性质却仍会顽强地保留在土壤中。
岩石类型• 岩浆岩：溶化岩浆形成的岩石• 火山岩：冷却凝固的岩浆• 沉积岩：由悬浮液或溶液沉淀形成的物质 • 变质岩：在高温和压力作用下改变的岩石地质大循环 (Reeves, 1998)风化壳• 处于岩层上部，岩石破碎形成的碎屑物 • 可以直接由下层岩石形成• 也可从别处搬运而来• 厚度不一成土母质• 风化壳的上层已发生许多变化 • 下层最初的风化壳即为土壤母质 – 未经搬运的风化壳母质– 经搬运的风化壳母质• 冰碛物• 河流沉积物• 湖泊沉积物• 风成物• 崩积物冰碛物• 冰川搬运和沉积的碎屑物质• 不均一性，大小混杂、缺乏层次性河流沉积物• 由水流沉积而成，包括冰川溶化水• 砾石、砂粒和粉粒，圆形、大小规则、层次分明湖泊沉积物• 大小规则、层次分明，通常缺乏大块砾石风成沉积• 大小规则、层次分明，中细砂粒或粉粒崩积物• 大小混杂、缺乏层次，在重力作用下形成二、气候与土壤发生的关系• 湿度因子对土壤形成的影响中国气候大区划分指标气候大区年干燥度自然景观湿润<1.0 森林半湿润 1.0～1.6 森林草原半干旱 1.6～3.5 草原干旱 3.5～16.0 半荒漠极干旱>16.0 荒漠据《中国自然地理》（1981）湿度的影响主要有以下方面1.影响土壤中物质的迁移：• 根据土壤中水分收支情况对物质运移的影响，可分以下几种土壤水分类型：①淋溶型水分状况：降水量大于蒸发量②非淋溶型水分状况：蒸发量略大于降雨量，部分淋溶③上升水型水分状况：其特点是蒸发、蒸腾总量大大超过降水量，其差额由地下水补充，如果地下水矿化度高，则会导致盐渍化；如果地下水达不到地表，而只能达到剖面中部，则称为“半上升水型”水分状况。
土壤学6(土壤水)
Chap. 6 土壤水分
§2 土壤水分的类型和性质
No water remains attached to soil particles Soil Particles: Mineral and Organic
Pore Spaces: location of air and water
Chap.6 土壤水分
Chap.6 土壤水分
§4 土壤水分能态 3.土壤水能态定量表示方法 1Pa=0.0102厘米水柱 1 atm=1033厘米水柱=1.0133 bar 1 bar=0.9896atm=1020厘米水柱 由于土水势的范围很宽，由零到上万个大 气压， 故有人建议使用土水势的水柱高度厘 米数（负）的对数表示， 称为pF。例如土水 势为-1000厘米水柱则pF=3。
3. 毛管水 根据土层中毛管水与地下水有无连接， 通常将毛管水分为：毛管支持水和毛管 悬着水 毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称 为田间持水量。 田间持水量的变化范围：砂土为： 160~220g/kg；壤土为：220~300 g/kg； 粘土为：280~350 g/kg。
Chap.6 土壤水分
§5 土壤水运动 1. 饱和土壤中的水流
饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度。 饱和流服从达西定律：即单位时间内通过单位面积 土壤的水通量与土水势梯度成正比。
H q K L
式中，q表示土壤水流通量；Δ H表示总水势差；L为水流 路径的直线长度；K为土壤饱和导水率。
Chap.6 土壤水分
Chap.6 土壤水分
§3 土壤水分含量的表示和测定方法 1. 土壤质量含水量 土壤质量含水量是指土壤中保持的水分 质量占土壤质量的分数,单位g/kg (也曾用 %表示)。 θ m=[(m1-m2)/m2]×1000 式中θ m为土壤质量含水量（g/kg）、 m1 为湿土质量（g）、m2为干土质量（g）。
土壤学(第五章) 土壤水
（一）土壤水的类型划分
1. 吸湿水(hydroscopic water) （紧束缚水） 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，可达 31 至 10000atm ，因而水的密度增大， 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。对植物无效。
解：先将土壤含水量水w%换算为水v%
初始含水量 水v%=10%×1.2=12%
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田间持水量 水v%=30%×1.2=36%
因水mm= 水v% ×土层厚度 土层厚度=水mm/水v%=10/(0.36-0.12) =41.7（mm） 4. 水贮量(方/亩) 1亩地土壤水贮量(方/亩)的计算公式为： 方/亩 =2/3水mm 方/亩=水mm×1/1000×10000/15=2/3水mm
1. 用于土壤水吸力与含水量之间的换算
不同土壤的水吸力相同，水分有效性相同，但含水 量不同，因而有效水的数量不同。 2.用于各级孔径、孔隙及其容积（V，%）的计算 D=3/T
土壤水吸力（S）与含水量 的经验公式： S= aθb 或 S=a(θ/θs)b S=A（θs-θ）n/θm 式中： S——水吸力（Pa）；θ——含水量（%）； θs——饱和含水量（%）； a、b、A、n、m为相应的经验常数。
（一）土壤水分特征曲线的影响因素 1. 土壤质地
假定土壤水吸力为
300cm（水柱高），各种质
与地下水有联系，随 水示 意图
(2) 毛管悬着水(capillary suspending water)
与地下水无联系，由毛管力保持在土壤毛管孔隙中 的水分，好象悬在土壤中一样。
土粒
毛管 悬着 水示 意图
4. 重力水 (gravitational water) 受重力作用可以从土壤中排出的水分，主 要存在于土壤通气孔隙中。
土壤学课件(第五章)
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
土壤学
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（二）土壤氮素含量 1. 土壤氮素含量 耕作土壤：耕作层(0.05%－0.5%) 心土层、底土层(0.02%) 草地、林地：0.5%－0.6%。
表5-1 我国不同地区耕层土壤氮素含量状况
地区 东北黑土地区
蒙新地区 青藏地区 黄土高原地区 黄淮海地区
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2.防止土壤氮的损失 “南铵北硝”。水田土壤不施硝态化肥和避
免频繁的干湿交替。氮肥深施覆土，碱性土少施 碳铵。
三、土壤中氮素的转化
1.有机氮的矿化（氨化） 氨基化——复杂的含氮有机化合物降解为简单的
氨基化合物。
氨化——简单的氨基化合物分解成氨(NH3/NH4+)
2.铵的硝化
NH4+→NO3-分两步
亚硝酸微生物
2NH4++3O2
2NO2-+2H2O+4H+
硝酸微生物
土壤学
2NO2-+ O2
2NO3 -
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第五章 土壤养分
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其它养 化肥养 分资源 分资源
沉降、灌溉 生物 固氮
植物需求
养分供应 土壤养分资源
废 生态 弃 环境 物 质量
有机肥
养分资源
挥
发
淋 洗
地下水
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土壤养分：主要由土壤供给，植物必需的 营养元素。
土壤养分循环是“土壤圈”物质循环的重 要组成部分，也是陆地生态系统中维持生物生 命周期的必要条件。
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3. 水层厚度（水mm） 即在一定厚度的土层中，水分的厚度毫米数。 水 mm=水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。 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：先将土壤含水量水w%换算为水v%
土粒
毛管 上升 水示 意图
地下水位
(2) 毛管悬着水(capillary suspending water)
与地下水无联系，由毛管力保持在土壤毛管孔隙中 的水分，好象悬在土壤中一样。
土粒
毛管 悬着 水示 意图
4. 重力水 (gravitational water)
受重力作用可以从土壤中排出的水分，主
第五章 土壤水
主要内容
1.土壤水的类型划分及土壤水分含量的测定 2.土壤水的能态 3.土壤水的运动 4.土壤中的溶质运移
教学目标 与要求
1.掌握土壤水的各种概念、各种水分常数； 2.弄清土水势的定义及其各分势； 3.重点掌握土壤水分运动规律; 4.弄清饱和流和非饱和流的区别。
第一节 土壤水的类型划分
4
2. 膜状水 (membraneous water)
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 示 意 图
保持的力较吸湿水低，6.25～31atm，密度较 吸湿水小，无溶解性；移动缓慢，由水膜厚的地 方往水膜薄的地方移动，速度仅0.2～0.4mm/hr。 膜状水对植物有效性低，仅部分有效。 3. 毛管水 (capillary water)
土壤质地愈粘重，吸湿系数愈大。
土壤
紫色土 黄 壤 潮 土 砂 土
质地
粘 土 重 壤 中 壤 砂壤
吸湿系数（%） 7.53
4.11 2.52 0.8
2. 凋萎系数 (wilting coefficient) 植物永久凋萎时的土壤最大含水量。
土壤凋萎系数的大小，通常用吸湿系数的1.5～2.0倍 来衡量。质地愈粘重，凋萎系数愈大。
土壤含水量(soil water content)
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二、土壤水含量的表示方法 1. 重量百分数(weight percent)(水w %)
Mw 水w %= ———×100
Ms 计算土壤含水量时，是以干土重为计算基础，这样 才能反映土壤的水分状况。
2. 容积百分数(bulk volume percent)(水v%)
要存在于土壤通气孔隙中。
（二）土壤水分常数(soil moisture constant)
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。
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1. 吸湿系数 (hygroscopic coefficient) 吸湿水的最大含量，也称最大吸湿量。
吸湿水的含量受空气相对湿度影响，测定吸湿系数是 在空气相对湿度98%(或99%)条件下，让土壤充分吸湿(通 常为一周时间)，达到稳定后在105℃～110℃条件下烘干 测定得到吸湿系数。
砂土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 粘土
田间持水量(%) 12 18
22
24
26 30
凋萎系数(%)
3
5
6
9
11 15
有效水最大含量(%) 9 13
16
15
15
116 5
(hygroscopic coefficient)
(wilting coefficient)
(field capacity)
(saturated water content)
存在于毛管孔隙(capillary pore)中为弯月面力 所持的水分。
6
毛管作用力范围：
水
沿
0.1—1mm 有明显的毛管作用
着
0.05—0.1mm
毛
毛管作用较强
管
0.05—0.005mm
上
毛管作用最强
升
<0.001mm
毛管作用消失
(1) 毛管上升水(capillary supporting water) 与地下水有联系，随毛管上升保持在土壤中的水分。
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（三）土壤水的有效性(availability) 土壤水的有效性(availability)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。
表5-1 土壤质地与有效水最大含量的关系
土壤质地
（非活性孔度＝凋萎系数×容重）
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3. 田间持水量(field capacity) 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。 计算土壤灌溉水量时以田间持水量为指标，既节约用
水，又避免超过田间持水量的水分作为重力水下渗后抬高 地下水位。
4. 毛管持水量(capillary capacity) 毛管上升水达最大量时的土壤含水量。
只含有吸湿水的土壤称为风干土；
除去吸湿水的绝对干土称为烘干土。 风干土重
烘干土重= ——————— 1+吸湿水%
风干土重=烘干土重× （1+吸湿水%） 土壤吸湿水含量受土壤质地的影响，粘质土吸附力强， 保持的吸湿水多，砂质土则吸湿水含量低 。 吸湿水含量还受空气湿度的影响，空气相对湿度高， 吸湿水含量高，反之则吸湿水含量低。
土壤14 学
毛管上升水与地下水有联系，受地下水压的影响， 因此毛管持水量通常大于田间持水量。毛管持水量是 计算土壤毛管孔隙度的依据。
（毛管孔度＝毛管持水量 ×容重） （通气孔度＝总孔度－非活性孔度－毛管孔度）
5. 饱和持水量(saturated water content) 土壤孔隙全部充满水时的含水量称为饱和持水量。
及土壤水分含量的测定
一、土壤水的类型划分及有效性
（一）土壤水的类型划分 1. 吸湿水(hydroscopic water) （紧束缚水） 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，可达31至10000atm，因而水的密度增大，
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。对植物无效。
初始含水量 水v%=10%×1.2=12%
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田间持水量 水v%=30%×1.2=36% 因水mm= 水v% ×土层厚度 土层厚度=水mm/水v%=10/(0.36-0.12) =41.7（mm） 4. 水贮量(方/亩) 1亩地土壤水贮量(方/亩)的计算公式为： 方/亩 =2/3水mm 方/亩=水mm×1/1000×10000/15=2/3水mm 作用：与灌溉水量的表示方法一致，便于计算库容