土壤含水量的测定PPT课件

lg t lg1
it i1t
16
入渗试验——例
t(min) i(mm/min)
1
7.4
2 5.81
3 5.04
4 4.56
5
4.2
10 3.3
15 2.87
20 2.59
30 2.25
50 1.88
100 1.48
200 1.16
lgt lgi 0.0 0.87 0.3 0.76 0.48 0.70 0.60 0.66 0.70 0.62 1.00 0.52 1.18 0.46 1.30 0.41 1.48 0.35 1.70 0.27 2.00 0.17 2.30 0.06
lgi
1
0.8
y = -0.351x +
0.8668
0.6
0.4
0.2
0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 lgt
设：y kx b
k 0.351
lg i1 b 0.8668
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考斯加可夫经验公式应用——例
积水或径流
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五、SPAC系统的概念
1. 定义：在水势梯度作用下，土壤水分被作物吸收、 传输，并转化成水汽从叶面扩散进入大气的连续 过程，这样一个过程形成了一个统一的,动态的 系统,即土壤-作物-大气连续体（Soil-PlantAtmosphere Continuum)。
i（f 单位：mm/h）
入渗总量：
1
I St 2 i f t
（单位：mm）
13
入渗条件下的土壤水分运动
i f ——稳定入渗率，相当于渗透系数
s ——吸水率，与土壤含水率有关, 系。
5、土壤水分入渗规律（图）：

水上升高度和强烈上升高度，因质地不同而异。一般的
趋势是砂土最低，壤土最高，粘土居中。
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7.1 土壤水的类型及性质
图7.4
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7.1 土壤水的类型及性质
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11
7.1 土壤水的类型及性质
3 毛管水
当土壤含水量逐渐增大，超过最大分子持水量
的那部分水，在毛管力的作用下，保持在土壤的毛管 孔隙中，不受重力作用的支配，这种靠毛管力保持在 土壤毛管孔隙中的水就称为毛管水。
影响因素：其大小主要决定于土壤的比表面积和大气
的相对湿度。凡是影响比表面积的因素如质地，有机
质含量，胶体的种类和数量，盐类组成等，均会影响
土壤吸湿水的含量。
土壤最大吸湿量或土壤吸湿系数：当大气相对湿度达
到饱和时，土壤的吸湿水达到最大量，这时吸湿水占
土壤干重的百分数称为土壤最大吸湿量或土壤吸湿系
数。
6
2 表、底和深墒的含水量及其相互补给作用
和对作物的有效性
3 作物生长情况
4 近期天气变化情况
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7.3 土壤水的能态
土壤
A 砂土
水
流
向
土壤
何
B
方
粘土
？
10%
15%
30

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 作用：与灌溉水量的表示方法一致，便于计算库容
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。
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土壤 学
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张力计适用范围800/850hPa以下，超过此范围，就有空气进入陶土管而失 效。
旱地作物可吸水的吸力范围多在1000hPa以下，故张力计有一定实用价值。
压力膜法：根据土壤在不同压力下排水的原理测定，可测水吸力1~20bar。
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五、土壤水分特征曲线 (soil water characteristic curve)
2. 容积百分数(bulk volume percent)(水v%)
水v%=水w%×土壤容重
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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。

• 夜间，净辐射Rn为负值，由LE、H和G来补偿，土壤热通量方向与白天相反， 也就是地面失去热量。
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• 地表的净辐射通量Rn由以下方程式计算：
式中，Q为太阳总辐射，a为地表反照率
大气长波辐射
地表长波辐射
a为空气比辐射率， g为为地表发射率
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• 土壤热通量G在裸地条件下可达净辐射的20％-50％，而在植被覆盖下大大小于净 辐射，仅占5%-20％，对蒸散量计算的影响很小。 式中，Gv和Gg分别为植被和裸地下土壤热通量，h为作物冠层高度。
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• 潜在蒸散是在理想供水条件下，不存在水分亏缺的植物群体在单位时问内蒸 腾和土壤蒸发量之和。
• 对于充分湿润的下垫面，具有较低的反照率和较低的温度，热量交换主要通 过蒸发即潜热交换进行，此时的感热通量非常小，可近似认为潜在蒸散值是 地表净辐射和土壤热通量的差值
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• 将缺水指数按照干旱等级进行分级 第35页/共53页
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• 土壤含水量是一个无量纲的百分含量（%），遥感数据也是无量纲的灰度，因此 容易误认为两者既然都是无量纲的，可以直接进行统计分析。
• 其实不然，土壤含水量是真实的物理量数据，而从遥感影像上求出的表观土壤含水 量是虚拟的相对数据。
既然不同，为什么可以用遥感计算出 来的表观土壤含水量来替代实测的土壤 含水量呢?
• 传统的旱情监测方法，主要是根据有限的旱情测量站点测定土壤水分含量来监测土壤水分。 • 经典的土壤水分测量方法主要有称重法、中子水分探测法、快速烘干法、电阻法等。 • 因采样速度慢而且花费大量人力物力，范围有限，难以满足实时、大范监测的需要。随着遥感技术的迅
速发展，多时相、多光谱、高光谱遥感数据反映了大面积的地表信息，这些信息从定位、定量方面反映了 土壤水分状况。

? 2.2 酒精燃烧法 ? 2.1.1 仪器设备
（1）酒精： （2）天平： （3）其它辅助工具，如称量盒、滴管、 调土刀、火柴等。
? 2.1.2 操作步骤
（1）称量装土样的称量盒的质量； （2）取适量代表性试样放入称量盒内，迅 速盖好盒盖，称量得；
（3）去掉盒盖后，滴入酒精直至出现自由 液面为止，点燃酒精完全燃烧，为使酒精在 试样中充分混合均匀，可将盒底在地面上轻 轻敲击（燃烧次数为三次）；
? （3）将盛有试样的盒放入烘箱，打开盒 盖在105~110 ℃下烘到恒量，烘干时间 对细粒土不得少于8h；砂类土不少于6h。
? （4）烘干后取出试样，放入干燥器内冷 却（一般只需0.5-1h即可）冷却后盖好盒 盖称质量。
? （5）按下式计算含水量：
? ? m ? ms ? 100
ms
式中----含水率（%）计算至0.1； m ----湿土质量（g） ms ---干土质量（g）
试验一 含水量试验
? 1 含水量及常用测定方法 ? 1.1 含水量 ? 含水量是土壤在一定条件下达到恒量时所
失去的水分质量和达恒量后土的质量的比 值，以百分数表示，是描述土的干湿程度 的重要指标。
? 1.2 常用测定方法 ? （1）烘干法：室内试验的标准方法。 ? （2）酒精燃烧法：精度要求不高时常使用
? 2 试验步骤 ? 2.1 烘干法 ? 2.1.1 仪器设备 ? （1）烘箱：电热烘箱，温度保持105~110℃ ? （2）天平： ? （3）其它辅助工具，如称量盒等。

? 2.1.2 操作步骤 ? （1）称得盒的质量； ? （2）取适量代表性试样细粒土15-30g，
砂类土、有机质土为50g，砂砾石为12kg，放入称量盒内，迅速盖好盒盖， 称得质量。

含水率试验
water content test
2022/5/11
1
试验目的
测定天然土体的含水率； 含水率定义：天然土体的质量在温度105~110℃下烘至
恒重时所失去的水分质量与达到恒重后的干土质量的比 值，以百分数表示；
说明：含水率是土的三个基本物理性质指标之一，由试验 直接测定。它反映了土的状态，是了解粘性土稠度和砂土 湿度的重要指标，又是计算土的干密度、孔隙比、饱和度、 液性指数等的必要指标。不同种类土体的含水率变化幅度 较大，砂土大致在0~40%，粘土在20%~200%之间变化。
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试验用仪器和材料
主要仪器：温度能够保持在105~110℃的自动控制的电 热恒温烘箱；感量为0.0lg的电子分析天平。
其它：铝制称量盒、干燥器、削土刀等。
2022/5/11
3
试验方法
烘干法：土工室内试验的标准方法，本试验采用烘干法。 其适对6得5它少用~有7方于范0机℃法8围质h：的。：含酒恒粘精量温质燃下超土烧烘过、法至粉5、%恒质炒的重干土土。法、、烘体砂比干类，重时土应法间和将等对有。温细机度粒质控土土制体类不在。 当对它(（砂其当当烘0（ (m当（（烘(m(含其冷(m当（式不(砂（522125lg222))))))含含反3类它满含干3含21干水它却含3中同类2本取 取 先 取 本的）））） ）） ） ） ）水 有 映 土 ： 足 水 时 水 法 率 ： 后 水 ： 种 土项 具具称具项电，，，称称 应测称记量机了不铝上量间量：定铝盖量w类不试 有有称有试子精精精量量 取定量录—大质土得制述大对大土义制好大土得验 代代量代验分确确确盒盒 具含盒表—于超的少称要于细于工：称盒于体少要 表表盒表要析至至至要要 有水要格含等过状于量求等粒室天量盖等的于5求 性性的性求天000保保 代量保见%水...于态盒时于土内然盒，于含566进 试试质试进平小持持 表时持实%小小量，、，体试土、称水444行 样样量样行。的于干干 性动干验000时时（是干含不验体干盒率%%%二 ，，（，二土 4燥 燥的 作 燥 报；；%了燥水得的的燥和变0时时时次 细细细次m，，， 土要，告%）解器量少标质器土化，，，1平 粒粒粒平应时注注 样快注。；）粘、取于准量、质幅允允允行 土土土行将，意意 进，意，性削两方在削量度8许许许测 不不不测温允称称 行以称h准土土次法温土（较平平平。定 小小小定度许量量 试避量确稠刀测，度刀大m行行行， 于于于，控平盒盒 验免盒3至度等值本等，1差差差其 为为为其）制行的的 ；土的00和。的试。砂值值值5平 平111，在.差盒盒 样盒~555砂平验土不不不行 行1ggg精6值体体 的体1，，，土均采大大大大5差 差0确不盒盒 水盒~℃沙沙沙湿值用致于 于 于7值值至大盒盒 分盒0下类类类度。烘在222需 需0于℃盖盖 蒸盖%%%烘土土土.的干0要 要。。1。的上上 发上~至、、、重法%4满 满恒下下 ；下0恒；有有有要。足 足%温对对 对重机机机指，以 以下号号 号时质质质标粘下 下烘；； ；所土土土，土要 要干失不不不又在求 求；去小小小是2： ：0的于于于计当 当%水555算~含 含0002分土ggg水 水0，，，0质的量 量%放放放量干小 小之入入入与密于 于间已已已达度55变称称称%%到、化好好好时 时恒孔。的的的， ，重隙称称称允 允后比量量量许 许的、盒 盒 盒平平干饱内内内行 行土和，，，差 差质度立立立值 值量、即即即不 不的液盖盖盖大 大比性上上上于 于值指盒盒盒00，数..盖盖盖以等，，，百的称称称分必湿湿湿数要土土土表指加加加示标盒盒盒；。总总总质质质量量量（（（

（二） 蜡封法（硬土或岩可以用此法）
此法系将不规则的土样（体积不小于500cm3） 称其自然质量后，浸 入熔化的石蜡中，使土样被石蜡所包裹，而后称其在空气中重与在水中 重，并按公式计算土样密度。此法所得密度值恒较其方法大，这是因为 在任何情况下难以避免熔蜡浸入土内孔隙中的缘故。 1．仪器设备
① 天平：感量0.01g。 ② 烧杯、细线、石蜡、针、削土刀等。 2．试验步骤 ① 用削土刀切取体积大于30cm3试件，削除试件表面的松、浮土以及尖 锐棱角，在天平上称量，准确至0.01g 。取代表性土样进行含水量测定。
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二、密度试验
密度是土的基本物理性质指标之一，无论在室内试验或野外勘 查以及施工质量控制中均须测定密度。测定密度常用的方法有环刀 法、蜡封法、灌砂法、灌水法等。环刀法操作简便而准确，在室内 和野外普遍采用；不能用环刀削的坚硬、易碎、含有粗粒、形状不 规则的土，可用蜡封法；灌砂法、灌水法一般在野外应用。
土的天然密度定义为： ρ＝m／v
式中：m---土的天然质量； v---与m相应的土体积。
在密度测试中，m较易获得，难的是v值。v值的检测操作受人 为因素影响很大。
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（一） 环刀法(坚硬或含大颗粒土的土环刀法无法测定)
此法采用一定体积的环刀切削土样，使土按环刀形状充满其中， 测环刀中土重，根据已知环刀的体积就可按定义计算土的密度。施 工现场检查填土密度时，因每层土压实程度上下不均，而每一层压 实厚度达20～30cm ，环刀容积过小，取土深度稍有变化，所测密度 误差较大，为此可选用大容积环刀提高测试精度。 1．仪器设备 ①环刀：内径6～8cm,高2～3cm,壁厚1.5～2mm 。 ②天平：感量0.1g 。
无机结合料在国外常称为水硬性结合料。主要指水泥稳定土、石 灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土等。

吸湿水 (hydroscopic water) 物理束缚水
膜状水 (membrane/film water)
毛管水
毛管上升水
自由水
(capillary water)
(ascending capillary water)
（free water）
重力水
毛管悬着水
(hanging capillary water)
•Water which is absorbed from atmospheric vapor and held tightly to the soil granule.
氢键
HH
范德华 A
A
力 库仑力
EE
HH
A
A
EE
water vapor
土壤学与农作学
H
H
R
R
E
E
hygroscopic water layer
土壤吸湿水的最大值；水吸力3.1MPa
2. 凋萎系数（wilting coefficient）：植物产生永久凋萎 （permanent wilting）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
土壤(学gra与vit农atio作na学l water)
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
1、吸湿水（紧束缚水）
hygroscopic/hydroscopic water
• 吸湿水：干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分

土壤含水量的测定 讲课人：史培华 系别：农艺系
1
;.
植物生产环境
2 本节内容：
实验的目的意义 测试原理 仪器与材料 操作步骤 结果Байду номын сангаас算
植物生产环境
3 实验的目的意义
植物生产环境
进行土壤水分含量的测定有两个目的：
一是为了解田间土壤的实际含水状况，以便及时进行灌溉、保墒或排水，以保证作物 的正常生长；或联系苗情症状，为诊断提供依据。
实验试样
7
1. 风干土样 2. 新鲜土样
植物生产环境
植物生产环境
操作步骤
8
一、烘干法 ①取干燥铝盒称重为W1(g)。 ②加土样约5g于铝盒中称重为W2(g)。 ③将铝盒放入烘箱，在105℃一110℃下烘烤8小时，一般可达恒重，取出放人干燥 器内，冷却20分钟可称重为W3(g)。 注：1）必要时，如前法再烘2小时，取出冷却后称重，两次称重之差不得超过 0.05g，取最低一次计算。
二是风干土样水分的测定，为各项分析结果计算的基础。
注：风干土中水分含量受大气中相对湿度的影响。它不是土壤的一种固定成分。因此 ，一般不用风干土作为计算的基础，而用烘干土作为计算的基础。
4 测试原理
采用烘干法和酒精燃烧法测定。
植物生产环境
一、烘干法
原理：将土样置于105℃±2℃的烘箱中烘至恒重，即可使其所含水分（包括吸 湿水）全部蒸发殆尽以此求算土壤水分含量。
2）质地较轻的土壤，烘烤时间可以缩短，即5—6小时。
植物生产环境
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二、酒精燃烧法 ①取干燥铝盒称重为Wl(g)。 ②取湿土约10g(尽量避免混入根系和石砾等杂物)与铝盒一起称重为W2(g)。 ③加酒精于铝盒中，至土面全部浸没即可，稍加振摇，使土样与酒精混合，点燃酒 精，待燃烧将尽，用小玻棒来回拨动土样，助其燃烧，熄火后再加酒精2-3ml燃烧 ，如此进行2—3次，直至土样烧干为止。 ④冷却后称重为W3(g)。

饱和含水量 % = （280-230 ）/ (230-100)×100 = 38.46
毛管含水量% = （265-230 ）/ (230-100)×100 = 26.92
吸湿系数 Hygroscopic Coefficient 当干土从饱和水蒸气中吸收的水达最大量时 的土壤含水量
（四）土壤水分含量的测定
烘干法（经典的方法） 中子法 TDR法
土壤水分、容重、孔隙计算题
野外利用体积为100cm3的环刀采回一土壤样品， 称ห้องสมุดไป่ตู้湿重为255g，让其浸入水中充分吸水后 称重为280g，让其排出重力水后称重为265g， 在1500kPa时重250g，烘干后重230g，环刀重 100g，求该土壤的饱和含水量、毛管含水量、 自然含水量、凋萎系数；总孔隙度、通气孔 隙度、毛管孔隙度，非活性孔度；容重。
毛管持水量
毛管上升水达到最 大时的土壤含水量
3）受重力作用的水—重力水
重力水：存在于土壤大孔隙（通气孔隙） 中的水分，与土壤养分的淋失有关
特点： 移动速率快，难以保持在土壤中 可被根系吸收 占据大孔隙，影响通气性 对旱作属多余水
土壤饱和含水量
土壤所有孔隙都充满 水时的含水量，也称为土 壤全持水量
2）受毛管力吸持的水—毛管水
毛管水：存在于土壤毛管孔隙中的水分， 称为毛管水。包括毛管悬着水和毛管上 升水。
特点： 移动速率快 能溶解溶质 可被根系吸收，属易效态 是植物利用土壤水分的主要形态
毛管悬着水
借助于毛管力保持在上层土壤的毛 管孔隙中的水分，它与来自地下水上升 的毛管水并不相连，好像悬挂在上层土 壤中一样，故称之为毛管悬着水
最大吸湿量（吸湿系数）： 干土在近于水汽饱和的大气 （96~100%）中吸附水汽，并在 土粒表面凝结成液态水的数量