土壤水
- 格式:docx
- 大小:72.47 KB
- 文档页数:6
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。
土壤水分一、土壤水的形态分类1、固态水—土壤水冻结时形成的冰晶。
2、气态水—存在于土壤空气中的水蒸气。
3、束缚水—是籍土壤吸附力保持的水分,又称为吸附水。
分为:3.1吸湿水—干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分。
干土从空气中吸着水汽所保持的水称为吸湿水;吸湿水表现出固态水的性质,不能自由移动,植物无法利用,属于无效水分。
又称为紧束缚水。
3.2膜状水—土壤颗粒表面上吸附的水分形成水膜,这部分水称为土壤膜状水。
膜状水具有液态水的性质,可以部分为植物吸收利用。
4、自由水—又分为:4.1毛管水—指借助于毛管力(势),吸持和保存土壤孔隙系统中的液态水,又分为悬着水和支持毛管水。
4.1.1悬着水—指不受地下水源补给影响的毛管水,即当大气降水或灌溉后土壤中所吸持的液态水;旱地悬着毛管水的最大值称为田间持水量。
4.1.2支持毛管水—指土壤中受到地下水源支持并上升到一定高度的毛管水,即地下水沿着土壤毛管系统上升并保持在土壤中的那一部分水分。
亦称为毛管上升水。
4.2重力水—当土壤含水量超过田间持水量后,过量的水分不能被毛管力所吸持,而在重力作用下沿土壤大孔隙向下移动的水分。
4.3地下水—土壤或母质中有不透水层存在时,向下渗漏的重力水会在其上的土壤孔隙中聚积起来,形成一定厚度的水分饱和层,其中的水可以流动,称为地下水。
二、土壤含水量的表示方法1、重量含水量—土壤水的重量占土壤干重的百分数。
干土重为105℃~110℃的烘干土重。
土壤重量含水量(%)=水的重量/土壤干重=土壤容积含水量/容重2、容积含水量—单位土壤总容积中水分所占的容积分数。
土壤容积含水量(%)=水的体积/土体体积=土壤重量含水量×容重3、土壤相对含水量—某一时刻土壤含水量占该土壤田间持水量的百分数。
三、土壤水分常数1、饱和含水量—当土壤所有的孔隙都充满水时的土壤含水量,也称全持水量。
是确定水田灌水水量的依据。
2、田间持水量—土壤中悬着毛管水达到最大量时的土壤含水量。
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。
土壤水分的四种形式
土壤水分的四种形式包括:
1. 吸湿水:又称强结合水。
土壤颗粒对它的吸力很大,离颗粒表面很近的水分子,排列十分紧密,受到的吸引力相当于10000个大气压。
这一层水溶解盐类能力弱,-78℃时仍不冻结,具有固态水性质,不能流动,但可转化为气态水而移动。
2. 膜状水:又称弱结合水。
土粒对它的吸引力减弱,受吸力为31~6.25大气压,与液态水性质相似,能从薄膜较厚处向较薄处移动。
3. 毛管水:又称重力水。
依靠毛细管的吸引力被保持在土壤孔隙中的毛细管水。
所受的吸力为6.25~0.08大气压。
毛细管水可传递静水压力,被植物根系全部吸收。
4. 地下水:重力作用而移动的重力水,具一般液态水的性质。
除上层滞水外不易保持在土壤上层。
土壤水的增长、消退和动态变化与降水、蒸发、散发和径流有密切关系。
土壤中各种形态的水分并不是孤立存在的,而是相互联系和相互转化的。
了解土壤中不同形态的水分有助于更好地理解土壤的水分状况,对于农业生产和土地管理具有重要的意义。
土壤水形态分类土壤水土壤是一种具有复杂孔隙系统的自然体,其中的孔隙为水和空气所充满。
土壤中的水受到重力、土粒表面分子引力、水分子引力等各种力的作用,并表现出不同的物理状态。
虽然它们之间的界限很难划分,但土壤水按其存在形态仍可大致分为下列几种类型: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。
吸湿水土壤水在室内经过风干的土壤,看起来似乎是干燥了,而实际上还含有水分。
如果把这种风干的土壤样品放在烘箱里,在105℃的温度下烘烤,或者把它放在带有吸湿剂(例如磷酸酐)的干燥器中,每隔一段时间拿出来称重一次,就会发现土壤样品的重量逐次降低,直到称至恒重时,这时的土壤才算是干燥了,称为烘干土。
如果把烘干土重新放在常温、常压的大气之中,土壤的重量又逐渐增加,直到与当时空气湿度达到平衡为止,并且随着空气的高低变化而相应地作增减变动。
上述现象说明土壤有吸收水汽分子的能力。
以这种方式被吸着的水,称为吸湿水。
土壤的吸湿性是由土粒表面的分子引力、土壤胶体双电层中带电离子以及带电的固体表面静电引力与水分子作用所引起的,这种引力把偶极体水分子吸引到土粒表面上,吸附水分子过程释放能量(热能)。
因此,土壤质地愈粘,比表面积愈大时,它的吸湿能力也愈大。
图6-1表示土壤不同粒级范围内吸湿水含量与空气相对湿度的关系。
引起吸湿作用距离很短,只等于几个水分子的直径,但作用力很大,因而不仅能吸收水汽分子,并且能使水分子在土粒表面密集,吸湿水的密度可达1.7左右。
所以这种水不能被植物吸收,对于植物来讲为无效水。
重力也不能使吸湿水移动,只有在吸收能量转变为汽态的先决条件下才能运动,因此称为紧束缚水。
1、小于0.002毫米的粒级2、0.002-0.006毫米的粒级3、0.006-0.02毫米的粒级4、大于0.02毫米的粒级膜状水土粒饱吸了吸湿水之后,还有剩余的吸收力,虽然这种力量已不能够吸着动能较高的水汽分子,但是仍足以吸引一部分液态水,在土粒周围的吸湿水层外围形成薄的水膜,以这种状态存在的水称为膜状水。
尽管重力也不能使膜状水移动,但它本身却能从水膜较厚处往较薄处移动见图6-2,不过移动的速度极缓慢。
因此,与吸湿水相比,这种水又称为松束缚水。
由于部门膜状水所受吸引力,超过植物根的吸水能力,更由于膜状水移动速度太慢,不能及时补给,所以高等植物只能利用土壤中所有膜状水的一部分。
当土壤还含有全部吸湿水和部分膜状水时,高等植物就已经发生永久萎蔫了。
毛管水毛管水的存在与下列情况有关:土壤水水由于其本身分子引力的关系,而具有明显的表面张力;土粒在吸足膜状水后尚有多余的引力;土壤的孔隙系统,是一个复杂的毛管系统。
因此,土壤具有毛管力(势)并能吸持液态水。
毛管水就是指借助于毛管力(势),吸持和保存土壤孔隙系统中的液态水,它可以从毛管力(势)小的方向朝毛管力大的方向移动,并能够被植物吸收利用。
土壤质地粘、毛管半径小,毛管力(势)就大。
由于土壤孔隙系统复杂,有些地方大小孔隙互相通连,另一些地方又发生堵塞,因此,土壤中的毛管水也有好几种状态,简略地可归为两类:悬着水和支持毛管水。
(一)悬着水悬着水是指不受地下水源补给影响的毛管水,即当大气降水或灌溉后土壤中所吸持的液态水。
壤土和粘土的毛管系统发达,悬着水主要是在毛管孔隙中,但也有一部分是在下端堵塞的非毛管孔隙内;砂土及砾质土的毛管系统不发达,大孔隙多,悬着水主要是围绕在土粒或石砾相互接触的地方,有时水环融合在一起,有时互相不甚通连,统称为触点水(图7-4P142)。
在均质土壤中,当悬着水处于平衡状态时,土壤上下各处的含水量基本一致。
(二)支持毛管水支持毛管水是指土壤中受到地下水源支持并上升到一定高度的毛管水,即地下水沿着土壤毛管系统上升并保持在土壤中的那一部分水分。
这种水在土壤中的含量,是在毛管上升高度范围内自下而上逐渐减少,到一定限度为止。
造成这种现象的原因是:土壤的孔隙有大有小,形成的上升管道有粗有细,在粗的管道中水上升的高度小,在粗细的管道中水上升的高度大,所以接近地下水饱和处的支持毛管水几乎充满所有孔隙,而离水饱和区愈远则支持毛管水愈少。
粗粒间隔中的毛管水上升高度小,细粒间隙中的毛管水上升高度大(表7-1)。
如果取直径为0.001mm毫米的土粒按上式计算,理论上毛管水上升高度应达75m,但从自然界观察结果看来,这个数值从未被证实。
即使是粘土中,毛管水上繁荣昌盛高度也很少达到5~6米,一般都不超过3~4米。
这可能是由于毛管直径过小时,孔道易被膜状水所堵塞。
重力水当大气降水或灌溉强度超过土壤吸持水分的能力时,土壤的剩余引力基本上已经饱和,多余的水就由于重力的作用通过大孔隙向下流失,这种形态的水称为重力水。
有时因为土壤粘紧,重力水一时不易排出,暂时滞留在土壤的大孔隙中,就称为上层滞水。
重力水虽然可以被植物吸收,但因为它很快就流失,所以实际上被利用的机会很少;而当重力水暂时滞留时,却又因为占据了土壤大孔隙,有碍土壤空气的供应,反而对高等植物根的吸水有不利影响。
地下水如果土壤或母质中有不透水层存在,向下渗漏的重力水,就会在它上面的土壤孔隙中聚积起来,形成一定厚度的水分饱和层,其中的水可以流动,称为地下水。
从上述支持毛管水的概念中可见,土壤的饱和水层没有明显的上限。
但是若在这种土壤中凿井,流出的地下水就会在井中形成自由水层。
这一水层的水平面离地表的深度称为地下水位。
地下水能通过支持毛管水的方式供应高等植物的需要。
在干旱条件下,由于表层土壤水分缺乏,有些耐旱树种如胡杨的根系可深达3-5米以利用地下水,若地下水位高(即离地表太近),就会使水溶性盐类随着水的蒸发向表层土壤集中,特别是地下水的矿化度高(即含盐类多)的情况下,这种向上的运动,就会使土壤表层的含盐量增加到有害的程度,即所谓盐渍化。
在湿润地区,如地下水过高,就会使土壤过湿,地表有季节性积水,使大多数高等植物不能生长,土壤有机残体也难分解,这就是沼泽化,必须注意防治。
此外,地下水位分布较高而又季节性变动时对林木生长不利。
土壤水在生态系统的重要作用土壤水是土壤内部化学、生物和物理过程不可缺少的介质;是土壤、植物与其环境间进行各种物质交换的媒介。
土壤水分是植物吸收水分的主要来源,通过影响土壤肥力、土壤温度和通气状况,对植物的产量和品质有重要作用。
土壤水分移动过程影响生态平衡。
一土壤水的几个相关概念凋萎系数:当土壤水分受到的吸引力超过1.5Mpa,作物便无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎,此时的土壤含水量称凋萎系数。
田间持水量:毛管悬着水达到最大时的土壤含水量。
是农田土壤保持的最大水量,是旱地土壤灌溉的上限。
饱和持水量: 当重力水达到饱和,即土壤所有孔隙都充满水分时的含水量。
二土壤水分的状态和运动土水关系土壤孔隙中---全部充水--饱和态土壤孔隙中---水排走--非饱和土壤水的能量状态能量梯度:自由水>土壤水>植物细胞水高能态--研究确定土壤水能量关系对土壤水运动和它对植物的可给性十分必要土水势:土壤在各种力(吸附力、毛管力、重力和静水压力等)的作用下,势(或自由能)的变化(主要是降低)。
土水势包括基质势、压力势、溶质势、重力势等分势。
水势的数值可以在土壤—植物—大气(SPAC)之间统一使用液态水运动饱和水运动不饱和水运动(多数田间条件下)汽态水运动水汽运动:靠扩散作用进行三土壤水对土壤基本物理性质的影响土壤是由固、液、气三相体系,固相颗粒之间的相互作用在水分参与下,产生许多独特性能:土壤膨胀性、收缩性、粘结性和适耕性等;造成土壤膨胀和收缩影响土壤粘结性土壤粘结性:由颗粒之间的引力产生,除了空气-水分界面上弯月面的表面张力外,还有由物理化学的机能产生的粘结作用。
是土壤具有稳定性的主要原因,土壤由此产生强度。
粘结作用力:水膜粘结力、颗粒间的范德华力、静电引力、OM、铁铝氧化物等。
土壤粘结性与含水量的关系是分析粘结作用的主导作用力。
如粘闭的粘土,水膜粘结作用和分子粘结作用同时存在,分别在含水量较高和较低的时候占主导,因而中部重叠,达到峰值。
影响土壤可塑性土壤在一定的含水量范围内可被塑成型,并且干后可保持已塑成的形状的性能。
没有或结构已经破坏的土壤,土粒是片状的,其间的水膜既起粘结作用,也使土粒滑动。
主要由土壤含水量决定塑性下限:土壤具有可塑性的最低含水量;塑性下限:随着含水量增加,土壤变成液态,塑性消失的最高含水量;塑性指数=塑性下限-塑性下限影响土壤适耕性土壤适耕性:土壤在不同含水量时粘结性、粘着性、剪阻力和可塑性等土壤物理性质的综合表现。
适耕性随土壤质地、有机质和胶体物质含量、结构而变,但影响最大和改变最快的是由含水量的改变所产生。
只有耕性良好的土壤才能获得较好的耕作效果和较高的效率;土壤在过湿或过干时都会给耕作带来困难:过干:耕作牵引力低,土壤不易压板;过湿:抗破坏力差,机械打滑下陷等。
四田间水分循环入渗和径流土壤水分调节控制裸露土壤蒸发夏天的休闲旱地,蒸发量可达降雨量的60%;控制土面蒸发,调节土壤水分,减少非生产性损失。
?土壤盐渍化?降水量少,地下水位高,蒸发量大,补给不足措施:增加地表覆盖;改善土壤结构,增强导水力。
农田排水水分过多同样给土壤和农田生态系统不利:引发土壤结构破坏,软烂,通气受阻,缺氧,作物吸收能力下降;同样引起盐渍化!?灌而不排好处:有利于降低地下水位,改善土壤物理性质(通透性),结构状况;提供土壤肥力。
?有利于OM分解和微生物活动五土壤水对植物生长的影响水分是植物生长的决定性因子土壤水的测量方法传统方法:烘干称重法这是目前国际上的标准方法。
烘干称重法测量的是土壤重量含水量,有恒温烘箱烘干法、红外线烘干法、酒精燃烧法等。
烘干法的优点是对设备要求不严,就样品本身而言结果可靠。
但它的缺点也是明显的,烘干法费时、费力、综合费用并不低;取样会破坏土壤,深层取样困难,定点测量时不可避免由取样换位而带来误差,在很多情况下不可能长期定点监测;受土壤空间变异性影响也比较大;如果测量目的是用于灌溉,还必须知道土壤各层次的容重张力计法张力计是应用得很广泛的一种方法,它测量的是土壤的基质势。
张力计的关键部件是细孔毛瓷杯,孔径约0.1~1.5瓷杯与土壤紧密接触,杯内自由水通过杯壁孔隙与土壤水接触,水和盐可以无阻碍地进出瓷杯,与土壤达到平衡。
通过与毛瓷杯相连的真空表或水银柱读出土壤基质势。
张力计法的优点是在土壤比较湿润的情况下测量土壤基质势很准确,适合于灌溉和水分胁迫的监测。
与测量土壤容积或重量含水量的方法相比,张力计法受土壤空间变异性的影响比较小。
它还是一种低成本设备的直接测量方法,能够连续测量。