第四章 土壤水、空气和热量(二)..
土壤水、空气和热量
第五章土壤水、空气和热量主要教学目标：学会分析土壤肥力要素水、气、热之间的关系。
由于土壤水分的重要作用，因此首先要求学生掌握土壤水的形态学观点和能量学观点。
在基本知识掌握的基础上,并能系统地处理土壤水、气、热三者的相互关系和调节措施。
主要内容：第一节土壤水的类型第二节土壤水分含量的表示方法第三节土壤水分能量的分析第四节土壤水分的管理与调节第五节土壤空气和热量第六节土壤水、气、热的相互关系第一节土壤水的类型土壤学中的土壤水是指在一个大气压下，在105℃条件下能从土壤中分离出来的水分.土壤中液态水数量最多,对植物的生长关系最为密切。
液态水类型的划分是根据水分受力的不同来划分的，这是水分研究的形态学观点。
这一观点在农业、水利、气象等学科和生产中广泛应用。
一、吸湿水土壤颗粒从空气中吸收的汽态水分子。
从室外取土，放在室内风干若干时间后，表面上看似乎干燥了，但把土壤放在烘箱中烘烤，土壤重量会减轻；再放置到常温常压下，土壤重量又会增加，这表明土壤吸收了空气中的水汽分子。
土壤的吸湿性是由土粒表面的分子引力作用所引起的，一般来说，土壤中吸湿水的多少,取决于土壤颗粒表面积大小和空气相对湿度。
由于这种作用的力非常大，最大可达一万个大气压，所以植物不能利用此水,称之为紧束缚水。
二、膜状水土粒吸足了吸湿水后，还有剩余的吸引力，可吸引一部分液态水成水膜状附着在土粒表面，这种水分称为膜状水。
重力不能使膜状水移动，但其自身可从水膜较厚处向水膜较薄处移动,植物可以利用此水。
但由于这种水的移动非常缓慢（0.2-0.4mm/d),不能及时供给植物生长需要，植物可利用的数量很少.当植物发生永久萎蔫时，往往还有相当多的膜状水。
三、毛管水当把一个很细的管子(毛细管)插入水中后，水分可以上升的较高于水平面,并保持在毛细管中。
毛管水：由于毛管力的作用而保持在土壤中的液态水。
毛管水可以有毛管力小的方向移向毛管力大的方向，毛管力的大小可用Laplace公式计算：P = 2T/r式中的P为毛管力，T为水的表面张力,r为毛管半径。
第四章 土壤水分
（3）压力势 pressure potential p
指将单位水量从一个土－水体系移动另外一个压力不同， 而温度、基质、溶质等状态完全相同的参比系统时所做的功， 参比系统一般设定为当地的大气压，故土壤水的压力势以其受 到的压力与大气压力之差计算。 不饱和土壤中，其孔隙与大气相通，水受到的压力同大气 压相等，其压力势为0； 饱和土壤中，水柱产生的压力高于参比大气压，故地下水位以
4、在研究手段上提供了更精确、更科学、更有效的 方法和技术。 易于用数学模拟以及仪器定量反映土壤水分状况 变化，为今后农业生产科学化、机械化、自动化开 辟了广阔的前景。 如农田水分自动动态监测和自动化灌溉。
（三）土壤水吸力（soil water suction）
1、定义：指土壤水承受一定吸力情况下所处的能态。 是土壤水能态的又一表达方式。 2、需要说明的是： （1）不是指土壤对水的吸引力，而是能态。
（二）土壤水层厚度：指一定深度(mm)土层中的水 分总量相当于若干水层厚度(mm)。它便于将土壤含 水量与降雨量、蒸发散失量和作物耗水量等相比较， 以便确定灌溉定额。
土壤面积厚度容重重量含水量% 水层厚度 = 土壤面积 = 厚度容重重量含水量%10 。
二、土壤水分的能态(potential of soil water)
（2）毛管支持水（毛管上升水） 指地下水层籍毛管力支持上升进入并保持在土壤中的水 分。 影响因素： 地下水位的高低：地下水位上升，则毛管支持水上升； 土壤质地：砂土最低，粘土居中，壤土最高。 毛管持水量：当毛管支持水达到最大时土壤的含水量， 它实质上是吸湿水、膜状水和毛管上升水的总和。
当地下水位适当时，毛管支持水 可达到植物根系，是作物所需水 分的重要来源之一； 当地下水位很深时，毛管支持水 达不到根系，不能发挥补水作用； 若地下水位过浅，易发生渍害， 可能引起土壤盐渍化
第五讲 土壤水、空气和热量
K=
λ Cv
土壤热扩散率的大小反应土壤导热引起土壤温度 变化性能的强弱，影响因素主要也是土壤含水量 ，干土易升温，湿土不易升温。
三、土壤温度变化
• 土壤热量基本来源是太阳辐射，由于太阳辐射有周期性的日、年变化， 所以土温也有周期性的日、年变化。 • （一）土壤温度的日变化 • 1.概念 • 土表日间增热和夜间冷却所引起的土温昼夜变化,称土温日变化。 • 2.特点 • (1)土表温度的最高值出现在13-14时左右,最低值出现在早晨5-6点。 • (2)土处已 没有太大的变化。 • (3)白天表层土温高于底层,晚间底层土温高于表层。
4.4土壤通气性的衡量
比较使用的衡量指标有二： （1）土壤氧化还原电位； （2）土壤的通气孔隙度（土壤容气量）
• 1、土壤通气孔隙度（%） • 一般非毛管孔隙度15-20%为良好，＜10通气不 良，10-15中等。 • 2、土壤氧化还原电位 • 在土壤中，通气条件越好， Eh值越大，土壤的 氧化性越强。 • 如水分含量较高，Eh就小，土壤处于还原状态。
土壤热的传导总是由土温高处向土温低处。
土壤的导热率也和土壤的三相物质比率有关。
土壤组成
导热率 [cal/（cm·s·℃）]
表 6－16 土壤各组成成分的导热率 矿物质 水分 空气
0.004－0.005 0.0014 0.00005
干燥土壤
0.0003－0.0005
矿物质的导热率最大，约为空气导热率100倍，其次是土壤水分， 比空气大25倍，土壤空气的导热率最小。 影响土壤导热率大小因素是：①土壤含水量；②土壤松紧度和 孔隙状况。 • 当土壤干燥时，孔隙被空气所占领，导热率就低。 • 当土壤湿润时，孔隙被水所占领，导热率增大。
土壤学：第四章 土壤液相和气相部分的基本性质及土壤养分
RCOOH＋NH3＋CO2＋能量
RCHNH2COOH＋H2
或
RCHNH2COOH＋H2
RCH2COOH＋NH3＋能量 RHOHCOOH＋NH3＋能量
（3）一般水解作用
酶
RCHNH2COOH＋H2O
RCH2OH＋NH3＋CO3＋能量
或
酶
RCHNH2COOH＋H2O
RCHOHCOOH＋NH3＋能量
参与有机氮矿化的微生物种类繁多，包括多种细菌、真菌、放线菌等。因此影 响土壤微生物活性的因素均影响有机氮素的转化
①水解过程：先把复杂的含氮有机物，通过微生物酶系作 用下，逐级分解为简单的氨基化合物
②氨化阶段：在微生物作用下，把各种简单的氨基化合物分解成氨
蛋白质
多肽
氨基酸、酰胺、胺
蛋白质 RCHNH2COOH(或R－NH2）+CO2＋其它产物＋能量
（1）在充分通气条件下
RCHNH2COOH＋O2
（2）嫌气条件下
③ 硝化过程
氨或铵盐通过微生物的作用转化成硝酸态氮化合物过程
第一步 2NH4＋＋3O2 第二步 2NO2－＋O2
亚硝化微生物 硝化微生物
2NO2－＋2H2O＋4H＋＋15.8kcal 2NO3－＋40kcal
亚硝化细菌和硝化细菌需要良好的通气条件
2.土壤氮的损失
（1） 淋洗损失
NH4+易被土壤胶体吸附 NO3－易被淋洗
萎蔫系数（%） 有效水最大含量（%）
砂土 12 3 9
砂壤土 18 5 13
轻壤土 22 6 16
中壤土 24 9 15
重壤土 26 11 15
粘土 30 15 15
一般情况下壤土具有较强的抗旱性
(二)土壤水分的表示方法
(土壤学教学课件)第四章-1-土壤水
土壤水是稀薄的溶液； 是作物吸收水分的重要来源； 是土壤中许多物理、化学和生物化学过程的介
质； 是传输养分的载体和植物营养的必要条件。 土壤水占地球表面总储水量的0.002%。
一、土壤水的类型划分及有效性
Classification and Availability of soil water
土壤水吸力 (bars)
土壤水分特征曲线图
20
粘质土
砂质土
0
含水量 (%)
2、土壤水分特征曲线的特点
土壤含水量与土壤水 20 吸力呈反相关；
土壤水吸力 (bars)
在吸力相同时，粘质 土的含水量大于砂质 土的；
在含水量相同时，粘
质土的吸力大于砂质
土的；
0
粘质土
砂质土 含水量 (%)
3、影响土壤水分特征曲线的因素
10cm
.B
10cm
.C
压力势的计算 不存在参照点
pA 0 pB 0 pC 1 0 c m
（三）基质势（Matric potential） m
由土壤固体颗粒的吸附力和
毛管力引起的水势变化。
m
1. 仅出现在非饱和的条件下；
2. 水势大小≤0。与土壤性质关 系密切。
半 透 膜
土壤
纯水
h mh13.6(cm )
H O
H
H O
H
H O
H
输液：
生理盐水浓度：0.9%
施肥：
土水势组成
分势名称 决定分势的因素 参照状态 大小
基质势
土粒的吸附力 和毛管力
自由水
≤0
溶质势
土壤溶液中 的溶质
纯水
环境土壤学第四章XX
土壤含水量
土壤相对含水量=
×100%
田间持水量
通常相对含水量为60%至80%，是适宜一般农作物以
及微生物活动的水分条件 。
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环境土壤学第四章XX
土壤储水量Soil water storage capacity
一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。
储水量深度（mm）
一定厚度一定面积土壤中所含水量相当于相同面积水层的厚度
13
16
15
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环境土壤学第四章XX
重壤土 26 11
15
•水分与土粒 的能量关系 • ×105Pa
•土壤水分常数
•1013 •31.4 2
•10 •吸 5烘 湿 干系 重数
•15.2 •6.33 •0.4~0. •0.05~0.5
8
•毛 管 •凋 •最 联 •田 萎 大 系间 系 分 破持 数 子 裂水 持 含量 水水 量量
➢ 凋萎系数(wilting coefficient)
植物永久凋萎时的土壤含水量。
➢ 田间持水量(field moisture 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
力大小的一个指标。
➢ 饱和含水量
土壤孔隙全部充满水时的含水量。
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环境土壤学第四章XX
土壤水分有效性 Soil water availability
•TDR（时域反射仪）法 •电阻法
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•简单、实用
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环境土壤学第四章XX
•4.2 Basic properties of soil water
土壤水分基本性质
•4.2.1 The types of soil water •土壤水分形态
土壤肥料学 第四章.
1大气压（ atm ）
=1033cm ≈ pF3.0≈1bar=1000mbar
1atm≈ 1 bar≈105 Pa =760㎜Hg=1000㎝ 水柱
土水势的测定方法（自学）
土壤肥料学
1
教学内容
第一节 土壤水在农业生态系统中重要性 第二节 土壤水的基础知识 第三节 土壤水分研究的形态学与能态学 第四节 土壤水的运动规律 第五节 土壤水状况及水分平衡
2
4.1土壤水在农业生态系统中重要 性
我国水资源概况 我国农业水资源状况 土壤水在农业生态系统中的重要作用
14
4.土壤相对含水量 (relative water content of soil)
土壤相对含水量
实际含水量占该土壤田间持水量的百分数
土壤相对含水量%= 土壤含水量%
×100
土壤田间持水量%
一般土壤相对含水量为60%－80%最适宜旱作物 的生长。
15
二.土壤含水量的测试技术-自学
根据水分的容积百分数可算出土壤中空气含量 并进而算出土壤固、液、气三相的比例。
p83
10
3、土壤贮水量
土壤水贮量是指一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。 在土壤物理，农田水利学、水文学中经常要用到，它主要 有两种表达方式：
1）水深(hw) 指在一定厚度(h)一定面积土壤中所含的水量相当于相同面 积水层的厚度。可以推知 hw与θv的关系如下：
即粘土﹥壤土﹥砂土
主要受质地、有机质含量、结构、松紧 状况等的影响。
33
不同质地，土壤田间持水量有很大不同
土壤水、空气和热量
第六章土壤水、空气和热量目的要求：要求学生掌握土壤水分的来源和类型，水分的有效性与水分测定、表示方法，土壤水分运动状况。
土壤空气与热状况以及水、气、热与作物生长的关系。
第一节土壤水的类型划分及土壤水分含量的测定一、土壤水的类型划分及有效性（一）土壤水的类型划分土壤能保持水分是由于土粒表面的吸附力以及毛管孔隙的毛管力。
根据水分被土壤保持的力，将水分划为不同类型。
1. 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称为吸湿水。
（1）特点：吸附力很强，对水汽分子的吸附可达31 至10000 个大气压，因而水的密度增大，可达cm 3 ，无溶解能力，不移动，通常是在105 °C ～110 °C 条件下烘干除去。
对植物无效。
（2）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% ）（3）影响因素：①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。
②吸湿水含量还受空气湿度的影响，空气相对湿度高，吸湿水含量也高，反之则吸湿水含量低。
2 、膜状水：土粒吸附力所保持的液态水，在土粒周围形成连续水膜，称为膜状水。
（1）特点：保持的力较吸湿水低，～31 大气压，水的密度较吸湿水小，仍粘滞而无溶解性；移动缓慢，由水膜厚的地方往水膜薄的地方移动，速度仅～毫米/ 小时。
膜状水对植物有效性低，部分有效。
3. 毛管水：存在于毛管孔隙中为弯月面力所保持的水分称为毛管水。
毛管水又分为两类：①毛管上升水：与地下水有联系，随毛管上升保持在土壤中的水分。
②毛管悬着水：与地下水无联系，由毛管力保持在土壤中的水分，象悬在土壤中一样，故称毛管悬着水。
4. 重力水：受重力作用可以从土壤中排出的水分称为重力水，主要存在于通气孔隙中。
（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。