土壤水分类型及有效性
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土壤中的四个因素决定着土壤肥力的高低-推荐下载
土壤中的四个因素决定着土壤肥力的高低1 土壤水分1.1 土壤水分类型土壤水分常以三种形式存在于土壤中，束缚水。
紧紧吸附在土粒表面，不能流动，也很难为作物根系吸收的水分叫束缚水。
土粒越细，吸附在土粒表面的束缚水越多；毛管水。
土粒之间小于0.1mm的小孔隙叫毛细管，毛细管中的水可以在土壤中上下、左右移动，是供作物吸收利用的主要有效水。
因此，毛管水对作物生长发育最为重要；重力水。
是土粒之间大于0.1mm大孔隙中的水分。
由于受重力作用只能向下流动，所以叫重力水。
在水稻田中，重力水是有效的水分。
在旱田中，重力水只能短期被植物利用，如较长期地充满着重力水（即地里积水），则土壤空气缺乏，对作物生长非常不利。
1.2 土壤水分的有效性土壤水分并不能全部被作物吸收利用，束缚水和重力水都是不能被作物利用的无效水，只有毛管水是能被作物利用的有效水。
当土壤中只存在着束缚水时，因作物不能利用，而表现出萎蔫，这时的土壤含水量叫萎蔫系数。
随着土壤水分的增加毛细管中开始充水，当土壤中毛细管全部充满水时的含水量，叫田间持水量。
土壤有效水的数量是田间持水量减去萎蔫系数的数值。
土壤有效水含量的多少，主要受土壤质地、结构、有机质含量的影响。
砂土和黏土有效水都低于壤土。
具有团粒结构的土壤毛细孔隙增加，有效水含量高。
2 土壤养分2.1 土壤养分的有效性根据作物吸收土壤养分的难易，可把土壤养分分为两类。
一类是速效态养分叫有效养分，另一类是迟效态养分又叫潜在养分。
速效态养分以离子、分子状态存在于土壤溶液中和土壤胶凿表面上，能够直接被作物吸收利用。
持效养分存在于土壤矿物质和有机质中，难溶于水而不能被作物直接吸收利用，需经化学作用和微生物作用，分解成可溶性的速效养分才能被吸收。
理想的土壤，不但要求养分种类齐全，含量高，而且要求速效和迟效各占一定比例，使养分能均衡持久地供给作物利用。
2.2 土壤养分的转化2.2.1 土壤中氮的转化各类土壤中一般全氮含量约为0.05%-0.2%。
土壤水分、空气和热量
1cm
19 ℃
（2）导热率的物理意义
导热率大则传热快，得热后迅速下传（失热后迅速补 给），引起的变温小。
导热率小则传热慢，得热后不易下传（失热后补给缓 慢），引起的变温大。
J s-1
1cm2
20 ℃
21 ℃ 21 ℃
1cm
19 ℃
20 ℃ 19.2 ℃
Question：土壤的导热率大小取决于什么？ Answer：取决于土壤中的基本组成物质。
固相 50% 矿物质45% 水20-30% 空气
30-20% 孔隙50%
有机质5%
不同土壤组分的热容量
土壤组成物质
粗石英砂 高岭石 石灰 腐殖质 Fe2O3 Al2O3
土壤空气 土壤水分
重量热容量 （Jg-1℃-1）
0.745 0.975 0.895 0.682 0.908 1.996 1.004 4.184
一般作物根系的吸水力平均为1.5MPa。
2、土壤膜状水
土壤膜状水：吸湿水达到最大后,土壤还有剩余的引力吸 附液态水, 在吸湿水的外围形成一层水膜。
膜 状 水 示 意 图
土壤膜状水的有效性：
土壤膜状水
3.1MPa (靠近土壤内层）（无效水）
受到的引力
0.625 MPa (靠近土壤外层）（有效水）
一般作物根系的吸水力平均为1.5MPa。
取容积为1的土壤，设它吸收（放出）的热量为 ⊿Q，引起的温度变化为⊿T ，则根据定义Cv=⊿Q/⊿T, 这就是容积热容量。
转换公式一下：⊿T=⊿Q/Cv， 当不同的物质吸收或放出相同热量时候，热容量越 大的物质，升、降温缓慢， 即温度变化小，反之亦然。
Question:土壤的热容量大小取决于什么？
土壤水分类型及有效性
河流
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。
2020/7/7
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。
2020/7/7
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
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
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（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
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(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
(三)土壤水分含量及其有效性
称土壤力学性质，主要包括粘结性、粘着性和塑 性等。
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。
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)
2土壤水肥汽热
微量元素 Fe Mn Zn Cu Mo
二、土壤养分的来源
a. 人类施入的有机肥和化肥.
b. 生物固N: 固N微生物从空气中固定的N素.
c. 土壤矿物缓慢分解释放的养分。 d. 降雨：空气中的氮和氧在闪电时，可以合成 氨，随水降落土中, 0.4～1.2斤/年.亩. e. 残体归还:动植物残体归还于土中的营养元素.
水是土壤中最活跃易变, 影响面最 宽, 作用度最深的一个因素.
7.
土壤水分的农业调节 :
控制土壤水份在一个适当的范围，减少浪费; 增加 收入; 排除多余; 蓄水保土。
<1>.工程措施. 兴修水利, 搞好农田基本建设, 宏观地改善排灌条件. <2>.生物措施:植树造林,绿化地表,保持水土. <3>.农业措施：改良质地,培育结构,增施有 机肥,提高土壤自身的保水控水能力.
土壤水、气、热是三者是互为矛盾，又互相制约的统一体。
1. 土壤水和空气
土壤水和空气共存于土壤孔隙，它们之间有着相互消长 的数量关系。 当土壤含水量达到田间持水量时，其大多数大孔隙充 满了水分，造成土壤的通气状况不良。当土壤含水量 进一步降低，有许多毛管孔隙为空气充满。这时容易 造成土壤水的供应不良，形成植物的旱害。
6. 土壤水分对作物生长和土壤理化性质的影响.
6.1 对植物生长的影响:
<1>.植物体内含有75%～95%的水分,这些水分主要来 自于土壤,维持植物体形态。 <2>.植物体内许多重要的生理过程,如光合作用,呼吸作用, 蒸腾作用都有水分的参与, 缺水将导致这些重要的生理过 程不能进行,代谢出现紊乱。 <3>. 水分是植物吸收养分的媒介,因为养分是随水被根系吸 收利用的,缺水, 植物不能进行营养 过程.
5 土壤水分
1.自然条件下，土壤含水量在时间、空间上都是剧烈的变化着，几乎很难达到一 种固定状态，因而，湿土的概念是一种瞬时状态，为了使各地或各时期土壤含水 量有一个可比性，寻求稳定的、标准的状态作基数非常重要。这里，只有烘干土 壤才是一种稳定状态。 2.用烘干土作基数表示土壤水分含量变化过程较为直观。 例如：某土壤湿时重为120g，烘干后为100g，分别用烘干土和湿土作基数，计算 土壤水分丢失1半后含水量变化： 水分丢失前
绝对水体积（方 亩） 水层厚土（H） 面积（亩） / 1 2000 H 1000 3 2 H 3
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（四） 相对含水量 (relative water content) 相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。正如空气相对湿度一样， 相对含水量说明土壤实际含水量的饱和程度（以田间持水量为标准）,在农业生 产中经常应用。用下式表示： 土壤自然含水量 土壤相对含水量（ ） % 100 田间持水量 注意：分子和分母的量纲要统一 分子和分母所表示的是同一种土壤。
Vw s s dw v Vs w b
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
三.土壤含水量的测定技术
土 壤 含 水 量 的 测 定 技 术 概 述
TDR法
（一）土壤含水量测定技术-烘干法 Methods of measurement for soil water content
由此可见：用烘干土作基数表示水分变化过程更为直观
100 w干 应用时注意：已知土壤样品含水量，由湿土折算成干土计算公式 100 m 今后凡表示土壤组成的百分数都应以烘干土中为基数！
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（二） 容积含水量 （volumetric water content） 容积含水量即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，以称为容积湿度，容积含 水量多用百分比表示，也用容积分数表示： 百分比形式可用下式表示： 水分容积 土壤容积含水量（ %） 100 土壤容积 V 其数学表达式为： w 100
绝对水体积（方 亩） 水层厚土（H） 面积（亩） / 1 2000 H 1000 3 2 H 3
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（四） 相对含水量 (relative water content) 相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。正如空气相对湿度一样， 相对含水量说明土壤实际含水量的饱和程度（以田间持水量为标准）,在农业生 产中经常应用。用下式表示： 土壤自然含水量 土壤相对含水量（ ） % 100 田间持水量 注意：分子和分母的量纲要统一 分子和分母所表示的是同一种土壤。
Vw s s dw v Vs w b
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
三.土壤含水量的测定技术
土 壤 含 水 量 的 测 定 技 术 概 述
TDR法
（一）土壤含水量测定技术-烘干法 Methods of measurement for soil water content
由此可见：用烘干土作基数表示水分变化过程更为直观
100 w干 应用时注意：已知土壤样品含水量，由湿土折算成干土计算公式 100 m 今后凡表示土壤组成的百分数都应以烘干土中为基数！
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（二） 容积含水量 （volumetric water content） 容积含水量即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，以称为容积湿度，容积含 水量多用百分比表示，也用容积分数表示： 百分比形式可用下式表示： 水分容积 土壤容积含水量（ %） 100 土壤容积 V 其数学表达式为： w 100
任务四认识土壤水分
等，使土壤中的水比纯水自由能降低了（分子活动能力降低了），
土壤水的自由能和纯自由水之间自由能的差值，其值大小等于在 标准大气压等温条件下，单位数量的纯自由水转变成土壤水时所 作的功或其自由能的降低值称为土水势。 土水势严密的概念如下：从一已定高度的蓄水池中，把无限少量 的纯水，在一个大气压下等温可逆地转移到土壤中的某一已定点， 使成为土壤水，这时必须做的功，以单位水量来表示称为土水势。 我们规定纯水（自由水）势能值为零，土水势应是负值。
有效水分 土壤水吸力 3.1Mpa 1.5Mpa 0.625Mpa 最 萎 最 大 大 蔫 吸 分 系 湿 子 数 量 持 水 量 膜状水 0.1Mpa 田 间 持 水 量 0Mpa
土 壤 颗 粒
吸湿水
饱 和 持 水 量
毛管悬着水
重力水
泌阳县中等职业学校 农经组
三、土壤含水量的表示方法 1、质量含水量：土壤中保持的水分质量占干土质量的分数， 单位g/㎏。 土壤质量含水量rw=
d=
m土 V土
V H 2O = m土 d
=
Q=
V H 2O V土
mH 2O m土
×d
rw ×d = 1000
Q=rw×d÷1000=质量含水量×容重÷1000 Q%=rw×d÷1000×100%=质量含水量×容重÷1000×100%
泌阳县中等职业学校 农经组
3相对含水量：土壤含水量占田间持水量的百分率。 相对含水量=
3、毛管水：当土壤水分含量达到最大分子持水量时土壤水分就不 再受土粒吸附力的束缚，成为可以移动的自由水，这时靠土壤毛管 孔隙的毛管引力而保持的水分称为毛管水。毛管水可分为： a、毛管上升水：地下水随毛管上升而保持在土壤中的水分称毛 管上升水，毛管上升水与地下水位有密切的关系，它的有效性取 决地下水位。 毛管上升水达到最大量时土壤含水量称土壤毛管持水量。 b、：毛管悬着水：在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后， 由于毛管引力而保持在土壤上层中的水分，称为毛管悬着水。它 与地下水位没有关系，好象悬浮在土层中一样，它是植物水分的 重要来源，对植物的生长意义重大。 毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量称田间持水量。
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弱有效水分，又称为松束缚水分。
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。
第三节 土壤水分运动
※土壤水流动
※水分蒸发
※水分入渗 ※水分再分配
一、饱和流 (Saturated Soil Water Flow)
饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度， 基本上服从饱和状态下多孔介质的达西定律(Darcy’s law) ***
单位时间内通过单位面积土壤的水量，土壤水 通量与土水势梯度成正比。
第六章
土
壤
水
第一节 土壤水分的类型及有效性
一、土壤水的重要性：
所有的水只有进入土壤转化为土壤水， 才能被植物吸收利用。土壤水是作物吸水的 最主要来源。 土壤水是土壤的最重要组成部分之一。 土壤水是土壤形成发育的催化剂； 土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土 壤水实际上是指在105℃温度下从土壤中驱逐 出来的水。
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第二节 土壤水的能态
土壤 A 砂土 10%
土壤 B 粘土 15%
一、土水势概念
土水势是在标准大气压下，极小单位水量 从一个平衡的土一水系统可逆地移到和它温度相 同，处于参比状态水池时所做的功。
土
作功
水
二、土水势的组成
● 基质势ψm
负值，当土壤饱和时最大＝0. 土壤含水量越高，基质势也越高。
总水势： t=m+p+s+g
三、土壤水吸力***
绝对正值
土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的 情况下所处的能态，简称吸力，但并不是 指土壤对水的吸力。T＝-m
一般谈及的吸力是指基质吸力，其值与 m相等，但符号相反。 如何用水吸力和水势判断水 分运动的方向？请回答。
四、土壤水势的定量测定
三、土壤水气运动
土壤气态水的运动表现为 水汽扩散和水汽凝结两种现象
水汽扩散运动的推动力是水汽压梯度， 主要由土水势梯度或水吸力梯度和温度 梯度引起。
1、“夜潮”现象
多出现于地下水埋深度较浅的“夜潮地”。
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，于是下层水汽不断向冻层 集聚、冻结、使冻层不断加厚，其含水量有 所增加，这就是“冻后聚墒”现象。
三、土壤水分含量的表示方法
（一）质量含水量（m）
W1 W2 n 100 W2
（二）容积含水量（ v） V=m· （三）相对含水量（%）
土壤含水量 土壤相对含水量＝ 田间持水量
（三）土壤贮水量
1、水深（DW） DW=V· 或 Dw ,100 1 h h
i 1 i n
（二）土壤水的有效性(availability) 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。
土壤水分有效性的三种假设
★土壤水分在上限（田间持水量）和下 限（凋萎系数）之间同等有效。 ★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
水分特征曲线的用途：
首先，可利用它进行土壤水吸力S和含水率之 间的换算(图3.7)。
其次，土壤水分特征曲线可以间接地反映出土 壤孔隙大小的分布。 第三，水分特征曲线可用来分析不同质地土壤 的持水性和土壤水分的有效性。 第四，应用数学物理方法对土壤中的水运动进 行定量分析时，水分特征曲线是必不可少的重 要参数。
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=ab S=a(/s)b S=A(s-)n/m
土 壤 水 吸 力
影响因素
壤土 砂土
黏土 •结构
•温度
•质地
•滞后现象
0 10 20 30 40 50 60 70
土壤含水量%
机理：滞后现象 沙土比粘土明显
二、土壤水分的类型和性质
1、吸湿水(hydroscopic
水汽 土壤
water) 干土从空气中吸着水
汽所保持的水，称为吸湿水。又称为紧束缚水，属 于无效水分。 2、膜状水（薄膜水） ( membraneous water) 指由土 壤颗粒表面吸附所保持的水层，膜状水的最大值叫
最大分子持水量。薄膜水对植物生长发育来说属于
五、影响土壤水分状况的因素
● 植被 蒸腾作用对土壤水分平衡关 系密切，植被组成和覆盖度对土壤水分状 况都有较大影响。
●
气候
降雨量和蒸发是重要因素。
●
土壤物理性质
特别是土壤质地、结构
和有机质含量等到因素对水的渗透、流动和
蒸发有重要影响。 ● 地形 地形影响水分的再分配。
● 水文地质
在不透水层接近地面、地下
● 毛管支持水（毛管上 升水） (capillary suspending water) 土体中与地下水位 有联系的毛管水称毛管 支持水。
地 下 水 位 高
地下水 位低
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
土粒
毛管 悬着 水示 意图
•地下水位
土粒 地下水位
毛管 上升 水示 意图
Ⅰ.自地下水Biblioteka 面向上供水的 毛管水的网 Ⅱ.充水的粗 毛管供水 ⒈土粒 ⒉细毛管
⒊排除毛管水 的大孔隙
⒋束缚水占的 孔隙 ⒌充水的大孔 隙
土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图
•***毛管水上升高度
•从地下水面到毛管上升谁所能达 到的相对高度，叫毛管水上升高 度。
●
田间持水量(field capacity) ***：
毛管悬着水达到最大值时的土壤含水 量称为田间持水量，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。
● 饱和含水量(saturated water content) 饱和含 水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量。以 干土质量或容积的百分量表示。
四、土壤水分在土壤肥力中的作用
土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，
它一方面直接供给植物吸收利用；另一方面 又影响土壤的其它性状和肥力因素。
● 土壤水分影响土壤的养分状况 ● 土壤水分影响土壤的通气状况
● 土壤水分影响土壤的热量状况 ● 土壤水分影响微生物和活动
● 土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性
“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 。
第四节 土壤水分平衡
一、土壤水分的来源
大气降水 土壤水分
灌溉水
地下水上升和大气中水汽的凝 结也是土壤水分的来源。
二、土壤水分的消耗
●渗漏、侧向径流和下渗径流
土水势的标准单位：帕（Pa） 1 Pa=0.0102厘米水柱 1 atm=1033厘米水柱=1.0133bar 1 bar=0.9896atm=1020厘米水柱 1 bar=100000 Pa
一般只能测定8万帕 以下的土壤水吸力。
五、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。
土壤质地 田间持水量 萎蔫系数 松砂土 砂壤土 中壤土 轻粘土 4.5 12.0 20.7 23.8 1.8 6.6 7.8 17.4 有效含水范围 2.7 5.4 12.9 6.4
有机质对有效水范围的影响
类 型 壤 土 泥 炭 1/2壤土＋1/2泥炭 4/5壤土十1/5泥炭 持水当量 20.0 166 31 21.6 萎蔫含水量 7.1 82.3 14.5 8.5 有效含水范围 13.l 83.7 16.5 13.l
● 渗透势ψs
渗透势又称溶质势，负值。土
壤溶质浓度越高，溶质势越低。 溶质势只有对半透膜的水分运动起作用。
●压力势ψp
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。 p=wghV
●重力势ψ g
重力势（g）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.
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。
第三节 土壤水分运动
※土壤水流动
※水分蒸发
※水分入渗 ※水分再分配
一、饱和流 (Saturated Soil Water Flow)
饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度， 基本上服从饱和状态下多孔介质的达西定律(Darcy’s law) ***
单位时间内通过单位面积土壤的水量，土壤水 通量与土水势梯度成正比。
第六章
土
壤
水
第一节 土壤水分的类型及有效性
一、土壤水的重要性：
所有的水只有进入土壤转化为土壤水， 才能被植物吸收利用。土壤水是作物吸水的 最主要来源。 土壤水是土壤的最重要组成部分之一。 土壤水是土壤形成发育的催化剂； 土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。土 壤水实际上是指在105℃温度下从土壤中驱逐 出来的水。
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第二节 土壤水的能态
土壤 A 砂土 10%
土壤 B 粘土 15%
一、土水势概念
土水势是在标准大气压下，极小单位水量 从一个平衡的土一水系统可逆地移到和它温度相 同，处于参比状态水池时所做的功。
土
作功
水
二、土水势的组成
● 基质势ψm
负值，当土壤饱和时最大＝0. 土壤含水量越高，基质势也越高。
总水势： t=m+p+s+g
三、土壤水吸力***
绝对正值
土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的 情况下所处的能态，简称吸力，但并不是 指土壤对水的吸力。T＝-m
一般谈及的吸力是指基质吸力，其值与 m相等，但符号相反。 如何用水吸力和水势判断水 分运动的方向？请回答。
四、土壤水势的定量测定
三、土壤水气运动
土壤气态水的运动表现为 水汽扩散和水汽凝结两种现象
水汽扩散运动的推动力是水汽压梯度， 主要由土水势梯度或水吸力梯度和温度 梯度引起。
1、“夜潮”现象
多出现于地下水埋深度较浅的“夜潮地”。
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，于是下层水汽不断向冻层 集聚、冻结、使冻层不断加厚，其含水量有 所增加，这就是“冻后聚墒”现象。
三、土壤水分含量的表示方法
（一）质量含水量（m）
W1 W2 n 100 W2
（二）容积含水量（ v） V=m· （三）相对含水量（%）
土壤含水量 土壤相对含水量＝ 田间持水量
（三）土壤贮水量
1、水深（DW） DW=V· 或 Dw ,100 1 h h
i 1 i n
（二）土壤水的有效性(availability) 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。
土壤水分有效性的三种假设
★土壤水分在上限（田间持水量）和下 限（凋萎系数）之间同等有效。 ★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
水分特征曲线的用途：
首先，可利用它进行土壤水吸力S和含水率之 间的换算(图3.7)。
其次，土壤水分特征曲线可以间接地反映出土 壤孔隙大小的分布。 第三，水分特征曲线可用来分析不同质地土壤 的持水性和土壤水分的有效性。 第四，应用数学物理方法对土壤中的水运动进 行定量分析时，水分特征曲线是必不可少的重 要参数。
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=ab S=a(/s)b S=A(s-)n/m
土 壤 水 吸 力
影响因素
壤土 砂土
黏土 •结构
•温度
•质地
•滞后现象
0 10 20 30 40 50 60 70
土壤含水量%
机理：滞后现象 沙土比粘土明显
二、土壤水分的类型和性质
1、吸湿水(hydroscopic
水汽 土壤
water) 干土从空气中吸着水
汽所保持的水，称为吸湿水。又称为紧束缚水，属 于无效水分。 2、膜状水（薄膜水） ( membraneous water) 指由土 壤颗粒表面吸附所保持的水层，膜状水的最大值叫
最大分子持水量。薄膜水对植物生长发育来说属于
五、影响土壤水分状况的因素
● 植被 蒸腾作用对土壤水分平衡关 系密切，植被组成和覆盖度对土壤水分状 况都有较大影响。
●
气候
降雨量和蒸发是重要因素。
●
土壤物理性质
特别是土壤质地、结构
和有机质含量等到因素对水的渗透、流动和
蒸发有重要影响。 ● 地形 地形影响水分的再分配。
● 水文地质
在不透水层接近地面、地下
● 毛管支持水（毛管上 升水） (capillary suspending water) 土体中与地下水位 有联系的毛管水称毛管 支持水。
地 下 水 位 高
地下水 位低
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
土粒
毛管 悬着 水示 意图
•地下水位
土粒 地下水位
毛管 上升 水示 意图
Ⅰ.自地下水Biblioteka 面向上供水的 毛管水的网 Ⅱ.充水的粗 毛管供水 ⒈土粒 ⒉细毛管
⒊排除毛管水 的大孔隙
⒋束缚水占的 孔隙 ⒌充水的大孔 隙
土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图
•***毛管水上升高度
•从地下水面到毛管上升谁所能达 到的相对高度，叫毛管水上升高 度。
●
田间持水量(field capacity) ***：
毛管悬着水达到最大值时的土壤含水 量称为田间持水量，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。
● 饱和含水量(saturated water content) 饱和含 水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量。以 干土质量或容积的百分量表示。
四、土壤水分在土壤肥力中的作用
土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，
它一方面直接供给植物吸收利用；另一方面 又影响土壤的其它性状和肥力因素。
● 土壤水分影响土壤的养分状况 ● 土壤水分影响土壤的通气状况
● 土壤水分影响土壤的热量状况 ● 土壤水分影响微生物和活动
● 土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性
“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 。
第四节 土壤水分平衡
一、土壤水分的来源
大气降水 土壤水分
灌溉水
地下水上升和大气中水汽的凝 结也是土壤水分的来源。
二、土壤水分的消耗
●渗漏、侧向径流和下渗径流
土水势的标准单位：帕（Pa） 1 Pa=0.0102厘米水柱 1 atm=1033厘米水柱=1.0133bar 1 bar=0.9896atm=1020厘米水柱 1 bar=100000 Pa
一般只能测定8万帕 以下的土壤水吸力。
五、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。
土壤质地 田间持水量 萎蔫系数 松砂土 砂壤土 中壤土 轻粘土 4.5 12.0 20.7 23.8 1.8 6.6 7.8 17.4 有效含水范围 2.7 5.4 12.9 6.4
有机质对有效水范围的影响
类 型 壤 土 泥 炭 1/2壤土＋1/2泥炭 4/5壤土十1/5泥炭 持水当量 20.0 166 31 21.6 萎蔫含水量 7.1 82.3 14.5 8.5 有效含水范围 13.l 83.7 16.5 13.l
● 渗透势ψs
渗透势又称溶质势，负值。土
壤溶质浓度越高，溶质势越低。 溶质势只有对半透膜的水分运动起作用。
●压力势ψp
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。 p=wghV
●重力势ψ g
重力势（g）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.