土壤水分类型
土壤水分类型吸水原理及循环过程
土壤水分类型、吸水原理及循环过程土壤水分类型、吸水原理及循环过程农谚说：“有收无收在于水，多收少收在于肥”。
水是农业的命脉。
土壤水是土壤的重要组成物质之一，也是土壤肥力的重要因素和作物所需水分的主要供给源。
土壤水数量和存在状态如何，不仅影响水分的运动和作物的吸水状况，而且决定着土壤的物理、化学和生物学性质，最终影响农作物的产量。
保护性耕作技术措施的运用，都是为了有效地控制、调节和管理土壤水分状况，使土壤水分随时处于最适宜于作物生长发育状态，以促进作物的稳产、高产。
一、土壤吸水原理及水分类型土壤能够保持水分，主要是由两种不同吸力的作用。
一种是土粒和水分子之间的吸附力简称土壤吸附力；另一种是水分和空气界面上的弯月面力，又称毛管力。
土壤所能够保持的水分称为土壤水分。
土壤水可分为吸湿水、膜状水、毛管水和重力水四种类型。
吸湿水土壤依靠土粒与水分子之间很强的分子吸引力，把土壤空气或大气中的水分子吸收和固定在土粒表面成为一层很薄的水膜，称为吸湿水，土壤具有吸附水气中水分子的能力称为土壤的吸湿性。
在水气饱和的空气中，土壤吸湿水达到最大量称为最大吸湿量或最大吸湿系数。
土壤吸湿水量的大小，主要决定于土粒表面积大小、腐殖质含量多少和空气湿度的高低。
土壤质地越粘，腐殖质含水量越多、空气湿度越大，土壤的吸湿水含量就越高。
如表1-8显示，甘肃黄土高原土壤的吸湿系数变动于3.75%~6.5%之间[4]。
表1-8 土壤质地与吸湿水量的关系（华北平原）土壤质地胶泥粘土重壤土吸湿系数（%） 6.54 4.45 4.60 土壤质地轻壤土砂壤土细砂土吸湿系数（%） 3.00 1.40 0.034 吸湿水受土粒的分子引力作用非常大，可达数千、数万个大气压，因此水分子十分密集，具有固态水（冰）的性质，以致于没有溶解其它物质的能力，所以也不能被作物吸收利用，称这为无效水。
无效水的数量，可以用烘干法进行测定，即在105~110℃下连续烘干数小时，让吸湿水全部汽化散失，其失去的重量占烘干土重的百分数就是吸湿水含量。
土壤水分类型及有效性
2020/7/7
三、土壤水分含量的表示方法
（一）质量含水量（m）
n
W1 W2 W2
100
（二）容积含水量（ v）
V=m·
（三）相对含水量（%）
土 壤 相 对 含 水 量 ＝ 土 壤 含 水 量 田 间 持 水 量
2020/7/7
（三）土壤贮水量
1、水深（DW）
n
DW=V·h 或 Dw,100 1 •h
如何用水吸力和水势判断水 分运动的方向？请回答。
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四、土壤水势的定量测定来自★在上述范围内随土壤水分减少而降低 。
★传统的土壤水分有效范围
2020/7/7
(三)影响土壤水分有效性的因素
● 土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的 表面积和孔隙系统的性质引起的。
● 土壤结构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高， 持水孔隙发达，故有效水分含量高。如团聚体发 育好的东北黑土。
● 有机质含量 有机质本身的持水量很大，更 能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质， 可以扩大有效水范围。
弱有效水分，又称为松束缚水分。
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膜状 水
膜
土粒
状
水
示
意
图
膜状水
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3、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤 中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的 水分，称为毛管水。毛管水是土壤中最 宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
● 毛管悬着水(capillary supporting water) 土体中与地
下水位无联系的毛管水称 毛管悬着水。
● 毛管支持水（毛管上 升水） (capillary suspending
土壤水分类型、吸水原理及循环过程
土壤水分类型、吸水原理及循环过程水是农业的关键因素，土壤水是土壤的重要组成部分之一，对土壤肥力和作物的生长发育具有重要影响。
因此，保护性耕作技术措施的运用，旨在调节和管理土壤水分状况，以促进作物的稳产、高产。
土壤吸水原理主要由土壤吸附力和毛管力两种作用组成。
土壤水分可分为吸湿水、膜状水、毛管水和重力水四种类型。
其中，吸湿水是土壤吸附水气中水分子的能力，其数量取决于土壤的质地、腐殖质含量和空气湿度。
无效水则是吸湿水中不能被作物吸收利用的部分，其含量可通过烘干法进行测定。
在土壤水循环过程中，土壤的物理、化学和生物学性质都会受到影响。
因此，了解土壤水分类型和吸水原理，对于有效地控制、调节和管理土壤水分状况，以提高作物产量具有重要意义。
土壤中的水分存在着不同的状态，包括膜状水和毛管水。
膜状水是指土粒吸收完大气中的水分子后，仍然存在于土粒表面上的水分。
这种水分具有溶解养分的能力，并且可以缓慢地移动。
当根系与膜状水接触时，根系就可以吸收利用这部分可移动的膜状水。
而毛管水则是指超过最大分子持水量后，保留在土壤中的自由水。
毛管水存在于毛管孔隙中，靠毛管弯曲面力保存。
毛管水又可分为毛管悬着水和毛管上升水两种类型。
毛管悬着水是指保存在大小不同的毛管孔隙中，不与地下水相连接的水分。
田间持水量是土壤在自然条件下所能保持的最大水量，包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水的总和。
毛管悬着水是土壤中最宝贵的有效水，因为它的吸水力很低，很容易被作物根系吸收利用。
田间持水量是一个常数，可以根据作物和土壤的凋萎系数来计算。
在甘肃黄土高原地区，不同土壤的田间持水量变化在22.8%～26.8%之间。
表1-9 土壤质地与田间持水量（华北地区）以下为华北地区不同土壤质地的田间持水量、有效水量和调萎系数。
其中，有效水量指作物生长所需的水分量，调萎系数是指土壤干旱时，作物出现萎蔫的程度。
土壤质地田间持水量（重量%）有效水量（%）调萎系数（%）砂土 10~14 21~24 4~9砂壤土 3~4 4~9 12~20轻壤土 6~9 12~20 13~19中壤土 16~20 22~26 13~22重壤土 4~6 6~10 12~20粘土 10~16 26~28 13~17毛管上升水毛管上升水是指地下水沿着毛细管上升后保持在毛细管孔隙里的土壤水。
土壤水分概述
4、水层厚度
指在一定厚度(h)、一定面积的土壤中所含水量相当 于相同面积水层的厚度(mm).
水层厚度＝(土壤质量含水量×土壤容重×土层厚度)/1000
四、土壤水分的能态
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
凋萎系数(permanent wilting point)：
当土壤水分受到的吸引力超过1.5Mpa，作物无法从 土壤中吸收水分而呈现永久凋萎时的土壤含水量称凋 萎系数。
土壤最大分子持水量：当膜状水达到最大厚度时的土 壤含水量。
3、土壤毛管水(soil 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。
的纯水池时所做的功，Ψw表示。 Ψw＝Ψm＋Ψp＋Ψs＋Ψg
Ψm：基质势：；Ψp：压力势；Ψs：溶质势； Ψg：重力势。
基质势（matric potential）
它是指将单位水量从一个平衡的土-水体系统移到 另一个没有土壤基质(纯水)，而其它状态完全相同的水 池时所做的功。或由吸附力和毛管力所制约的土水势。
土壤为何具有吸持水分的功能？
三种吸附力：
1、土粒的吸附：水分子与固体颗粒表面的氧元素的形成氢
键－吸附力强，距离短； 2、胶体表面带电形成的静电场，水分子定向排列---有效
距离长，但作用力弱，受比表面积、胶粒及吸附离子种 类的影响； 3、土粒孔隙水和空气界面上的弯月面力（土壤水承受的 一种张力--毛管力）。
rw： 土壤质量含水量（g/kg） m1：湿土质量（g） m2：干土质量（g）
土壤水分类型及有效性
膜状 水
土粒
膜 状 水 示 意 图
膜状水
3、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤 中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的 水分，称为毛管水。毛管水是土壤中最 宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
● 毛管悬着水(capillary supporting water) 土体中与地 下水位无联系的毛管水称 毛管悬着水。
饱和导水率的特点
① 饱和率是常数
② 是土壤导水率的MAX ③ 主要取决于土壤的质地 和结构。 沙质土 > 壤质土 > 粘 质土
二、土壤非饱和流***
（unsaturted soil water flaw)
土壤非饱和流的推动力主要是基质势梯度 和重力势梯度。它也可用达西定律来描述， 对一维垂向非饱和流，其表达式为：
● 土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的 表面积和孔隙系统的性质引起的。
● 土壤结构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高， 持水孔隙发达，故有效水分含量高。如团聚体发 育好的东北黑土。
● 有机质含量 有机质本身的持水量很大，更 能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质， 可以扩大有效水范围。
土壤质地对有效水范围的影响
d q K ( m ) dx
非饱和流导水率
(unsaturated hydrolic conductivity) 土壤水吸力和导水率之间的关系
非饱和条件下土壤水流的数学表达 式与饱和条件下的类似，二者的区 别在于： • 饱和条件下的总水势梯度可用 差分形式，而非包和条件下则用微 分形式； • 饱和条件下的土壤导水率Ks对 特定土壤为一常数，而非饱和导水 率是土壤含水量或基质势（m）的 函数。
土壤水分形态类型及特点
土壤水分按其存在形态大致分为以下几种类型：
1.吸湿水：干燥的土壤颗粒借助表面的分子引力吸收大气中气态水
分子而保持在土粒表面的水分。
土壤空气湿度越大，土壤质地越教重，吸湿水含量越大。
2.膜状水：土壤水分达到最大吸湿量以后，土壤颗粒依靠剩余的分
子引力对液态水分子吸附。
并在吸湿水的外围形成一展两薄的水膜。
膜状水的性质与液态水相似，只是激滞性较南而无溶解性。
对植物部分有效。
3.毛管水：指存在于毛管孔隙中，由毛管力保持的水分。
毛管水对
植物生长是有效的，可以上下左右移动，不断满足植物对水的需求，同时还有溶解养分的能力，所以也有补给养分的作用。
4.重力水：土壤含水量达到田间持水量之后，超过的水分出于不能
被毛管力所保持，而受重力支配，沿着土壤大孔隙向下移动。
重力水能被植物吸收利用，但很快会渗透淋失，不能持续供给植物利用。
土壤物理性质 水
– W=P+I+U-E-T-R-In-D
田间蒸腾和蒸发很难截然分开，常
合在一起，统称蒸散，是一定时间
内一定面积上土壤蒸发和植物蒸腾
的总和。
土壤水分平衡简化式为
U
W=P+I-ET-D
土壤水分平衡与调控
▪ 土壤水的调控措施 主要包括土壤水的保蓄和调节。
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。
土壤膜状水**
当吸湿水达到最大量后，土 粒仍有剩余的引力作用于水 分子，吸附液态水分子而在 吸湿水的外围形成的水膜， 称为土壤膜状水
土壤水的类型
膜 状 水 示 意 图
土壤膜状水达到最大值时的土壤含水量称为土壤最大分子持水量 作物无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎时的土壤含水量称为 凋萎系数。它是植物可利用土壤水分的下限，也是制定灌溉制度 的下限。
土壤水的类型
毛管支持水
地下水沿毛管隙上升而被毛管力 保持在土壤中的与地下水直接联 系的水分，称为毛管支持水
毛管上升水达到最大量的土壤含 水量，称为毛管持水量
从地下水面到毛管上升水所能达 到的相对高度，称为毛管水上升 高度
毛 管 支 持 水 示 意 图
地下水位
主要发生在地势低洼的河谷地区及 泛滥平原地区。
土壤水的类型
毛管断裂含水量：毛管水分运行速度很快，当地表蒸发时，下层水分沿毛 管向上移动，补充地表水分损失，当含水量降低到一定水平，毛管水分就 失去了连续性，在一些较大孔隙充有空气阻隔水分移动，这时的土壤含水 量叫毛管断裂含水量。毛管断裂含水量相当于田间持水量的60-70%左右。 也是人们常说的水分胁迫点。
土壤水的类型
土壤水主要可以分为三种类型：地下水、土壤水和地表水。
地下水：地下水是指位于地下的水资源。
它主要储存在土壤和岩石的孔隙和裂缝中。
地下水是重要的水源之一，对于地下水的开采和管理具有重要意义。
土壤水：土壤水是指存在于土壤中的水分。
当降水发生时，一部分水分会渗入土壤中，填充土壤孔隙和微孔。
土壤水对植物的生长和发育至关重要，它提供了植物所需的水分和养分。
地表水：地表水是指存在于地表的水资源，例如河流、湖泊、水库和湿地等。
地表水受降水和地下水的补给，并受到地形、气候和人类活动的影响。
地表水是人类生活和经济活动中重要的水源之一。
这三种类型的水在水循环中相互交换和转移，共同构成了地球上水资源的重要组成部分。
了解土壤水的类型和特性对于水资源的管理和保护具有重要意义。
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10000-31 个大气压，具有固态水的性质，不
能移动，密度1.2-2.4，105℃可烘出来。
影响因素：质地、含盐量、相对湿度。
氢键 范德华力 A 库仑力
H
H A A
H E
H A E
E
E
water vapor
H R E R
H E
hygroscopic water layer
吸湿系数 （ hygroscopic coefficient ） ： 干燥土
土壤水分的类型及有效性
• 土壤水是土壤的重要组成部分
土壤矿物
(38%,v/v) (95%,w/w)
土壤水 (15-35%,v/v)
土壤空气 土壤有机质
(12%,v/v)
w)
• 土壤水是土壤肥力因子之一
水
肥
气
热
• 土壤水是土壤中最活跃的因素
被植物的吸收
溶解矿质养分 参与土壤有机质的矿质化与腐殖化
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
最 大 分 子 持 水 量 （ maximum molecular moisture
holding capacity）：土壤膜状水达到最大值的土壤含水 量。
土粒 地下水位
毛管 上升 水示 意图
2）毛管悬着水：依靠毛管力保持在土壤上层不 与地下水相连的水分。这种象悬着在上层土 壤中的毛管水称为毛管悬着水。 毛管悬着水的最大时的土壤含水量称为田
间持水量。这是确定灌水量的重要参数。不
同质地，土壤田间持水量有很大不同。
土粒
毛管 悬着 水示 意图
地下水位
毛管断裂含水量 （ 作物生长阻滞含水量 ） ： 土壤中的
④重力水
当土壤水分超过田间持水量，多余的水分就会受 重力的作用沿土壤中大孔隙向下移动，这种受重力支 配的水叫重力水。
河 流
地下水 饱和含水量/全持水量 (Saturation)：土壤所有孔隙中
全部充满水分时的土壤含水量。 吸湿水＋膜状水＋上升毛管水＋重力水
三、土壤水分的有效性
土壤水分能否被植物利用及其被利用的难易程度
membrane water
A
R A RB
B
RA > R B
膜状水运动方向
membrane water
A
RA RB
B
RA ＝ RB
水运动停止
土粒
膜 状 水 示 意 图
膜状水
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。
影响土壤的物理、化学和生物性质
一、土壤水分的保持
土壤水分的保持的力主要有两种，即吸附力
和毛管力。 ①吸附力（范德华力） 分子与分子之间的引力，几十万至几百万千帕 ②毛管力（表面张力）
孔隙或管壁的吸附力，几百至几十千帕
二、土壤水分类型及性质
①吸湿水 由于干燥土粒的吸附力所吸附的气态水 而保持在土粒表面的水分称吸湿水。 特点：吸湿水受土粒的吸持力很大 ，
有效水储量=当前含水量－凋萎系数 最大范围：田间持水量- 凋萎系数
干
水吸力/MPa 103 3.1 1.5 0.63 0.05 0.008
湿
0
最大分子持水量
105℃烘干土
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
壤从湿度接近饱和（ >95%）的空气中吸收水汽而 达到的最大含水量。
吸湿水
土壤颗粒 吸湿系数
②膜状水
达到吸湿系数的土壤，用液态水来继续湿
润，土壤吸湿水层外可吸附液态水分子形成水膜， 这种由吸附力吸附在吸湿水层外面的液态水膜叫 膜状水。 特点：性质与液态水相似，但粘滞性较高
而溶解能力较小，它能移动，但速度非常缓慢。
吸湿水＋全部膜状水；水吸力0.63MPa；吸湿水的2～4倍
最大分子持水量
膜状水 Soil particle
凋萎系数
③毛管水
毛管水是依靠毛管力保持在毛管孔隙中的水分。
特点：毛管水受到吸力6.25-0.1个大气压，
能向上下左右移动，速度快。有溶解养分的能 力，也有输送养分到作物根部的作用。
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
根据土层中地下水面与毛管水相连与否
可分为： 1 ）毛管上升水：是指地下水沿着毛管上升而 充满毛管孔隙中的水分。土壤中毛管上升水 的最大值称为毛管持水量，它是吸湿水、膜 状水和毛管上升水的总和。毛管水上升高度 与土壤质地相关。
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
毛管悬着水因作物吸收和土表蒸发而发生断裂时的土 壤含水量。
吸湿水＋膜状水＋部分毛管水；旱地土壤灌水的下限
田间持水量（field capacity）：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。 吸湿水＋膜状水＋悬着毛管水；旱地土壤有效
水的上限；确定灌水定额的依据