第七章 土壤水水分移动与循环

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）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。

吸湿水对作物来说虽然属于无效水，但在土壤分析中，常常需要测定风干土的吸湿水含量，以便求出被测土样的烘干土重量，为计真其它测定数据提供基础。

第7章生物地球化学循环第1节土壤的组成第2节土壤的性质第3节物质循环与土壤形成第4节土壤分类与土壤类型第4节生态系统的组成与结构第6节生态系统的能量流动第7节生态系统的物质循环第8节地球上的生态系统引子：生物地球化学循环概述一、何谓生物地球化学循环？1.概念：生命有机体及其产物与周围环境之间反复不断进行的物质和能量的交换过程。

2.过程：物能的吸收-同化-排放-分解-归还-流失3.性质：非封闭的循环（进入土壤、岩层、海底）4.主体：生物和土壤5.循环的介质：水和大气二、人类对生物地球化学循环的影响1.大气、水体、土壤的污染2.污染物质的迁移、转化和集散3.对人类健康的威胁第1节土壤的组成引言：土壤与土壤肥力1. 土壤：在陆地表层和浅水域底部、由有机和无机物质组成、具有肥力、能生长植物的疏松层。

2.土壤的本质是肥力，指土壤中水、热、气、肥（养分）周期性动态达到稳、匀、足、适地满足植物需求的能力。

3. 土壤是一种类生物体代谢和调节功能比生物弱（如温度）不具有生长、发育和繁殖的功能不具有功能各异的器官一、土壤的无机组成1. 原生矿物：在物理风化过程中产生的未改变化学成分和结晶构造的造岩矿物。

土壤中各种化学元素的最初来源；土壤矿物质的粗质部分；经化学风化分解后，才能释放并供给植物生长所需养分。

2. 次生矿物：岩石在化学风化过程中新生成的土壤矿物，如粘土矿物。

土壤矿物质中最细小的部分；具有吸附保存呈离子态养分的能力，使土壤具有一定的保肥性。

二、土壤的有机组成1.原始组织：包括高等植物未分解的根、茎、叶；动物分解原始植物组织，向土壤提供的排泄物和死亡之后的尸体等。

土壤有机部分的最初来源2.腐殖质：有机组织经由微生物合成的新化合物，或者由原始植物组织变化而成的、比较稳定的分解产物，呈黑色或棕色，性质上为胶体状（颗粒直径<1μm）。

具有极强的吸持水分和养分离子的能力，少量的腐殖质就能显著提高土壤的生产力。

土壤中生活的重要生物类群三、土壤水分1.土壤水分通常是以溶液的形式存在的。

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、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。

第七章营养器官之间的相互联系和相互影响1基本概念(1)过渡区：根与茎维管组织发生转变的区域称为过渡区。

(2)叶迹：进入叶的维管束，从茎中分枝起穿过皮层到叶柄基部止，这一段维管束称为叶迹。

(3)叶隙：在叶迹上方，留下空隙，由薄壁组织填充,这个区域称为叶隙。

(4)枝迹：茎维管束的分枝，通过皮层进入枝的这段维管束，称为枝迹。

(5)枝隙：枝迹伸出后，在它的上方留下空隙，由薄壁组织填充的区域。

(6)主动吸水：是由于根系的代谢活动引起的植物吸水现象。

(7)根压：靠根系的生理活动吸水并使液流由根部上升的压力称为根压。

(8)吐水：完整的植物在土壊水分充足、土温较高、空气湿度大的早晨，从叶尖或叶边缘排水孔吐出水珠的现象・(9)伤流：从受伤或折断的植物组织溢出液体的现象称为伤流。

(10)被动吸水：由于枝叶的蒸腾作用引起的根系吸水称为被动吸水。

(11)蒸腾作用：是植物体内的水分以气态方式从植物的表面向外界散失的过程。

(12)源：制造、输出有机物的部位或器官。

(13)库：消耗或贮藏有机物的器官。

(14)根冠比：某时期内植物地下部分与地上部分的干重或鲜重的比值。

(15)顶端优势：植物的顶芽长出主茎，侧芽长出分枝，通常主茎顶芽生长很快，而侧枝和侧芽生长很慢，这种主茎的顶芽生长占优势而抑制侧芽生长的现象称为顶端优势。

(16)同功器官：外形相似、功能相同，但形态学上来源不同的变态器官，称为同功器宫。

例如茎剌、叶剌和皮刺。

(17)同源器官：外形与功能郁有差别，而形态学上来源却相同的营养器官,称为同源器官。

例如茎刺、茎卷须和根状茎。

2根、茎、叶中的维管束是如何联系在一起的？解：种子植物的营养器官虽髙度分工，但又密切联系，不仅根、茎、叶的皮组织系统、基本组织系统是相互联系的，而且它们的维管组织系统也是互相联系的。

根和茎的维管束，通过根、茎过渡区的转变，由根中的辐射维管束转变为茎中的并生外韧维管束，使根和茎中的维管束联系起来。

茎和枝条以及叶中的维管束通过茎中形成的维管束分枝，形成枝迹和叶迹，从而使茎和枝条、叶片相连。

第七章地下水的补给与排泄补给：recharge径流：runoff排泄：discharge补给、径流、排泄是地下水参与自然界水循环的重要环节。

7．1 地下水的补给补给––––含水层或含水系统从外界获得水量的过程。

1．大气降水（precipitation）入渗机理：1）活塞式下渗（piston type infiltration）→Green–Ampt模型：求地表处的入渗率（稳定时v→K）（P49,公式5–14；P65，图7–3），累积入渗量。

2）捷径式下渗（short-circuit type infiltration），或优势流（preferential flow）。

降水→地下水储量增加→地下水位抬高→势能增加。

降水转化为3种类型的水：①地表水，地表径流（一般降水的10 ~ 20%产生为地表径流）；②土壤水，腾发返回大气圈（一般大于50%的降水转为土壤水，华北平原有70%的降水转化为土壤水）；③地下水，下渗补给含水层（一般20 ~ 30%降水渗入地下进入含水层）。

渗入地面以下的水：①滞留于包气带→土壤水，通过腾发ET（evapotranspiration）→返回大气圈；②其余下渗补给含水层→地下水。

因此，落到地面的降水归结为三个去向：（1）地表径流；（2）土壤水（腾发返回大气圈）；（3）下渗补给含水层。

入渗补给地下水的水量：q x=X-D-∆S式中：q x ––––降水入渗补给含水层的量；X ––––年降水总量；D ––––地表径流量；∆S ––––包气带水分滞留量。

单位：mm 水柱。

降水入渗系数（α）––––补给地下水的量与降水总量之比。

Xq x =α （小数或%表示） 一般α =0.2 ~ 0.5。

定量计算（入渗系数法）：Q=α·X ·F （注意单位统一，X ：mm/a ，F ：km 2，Q ：m 3/a ） 影响降水入渗补给的因素：① 降水量大小：雨量大，α大；雨量小，α小；② 降水强度：间歇性的小雨，构不成对地下水的有效补给（如华北平原，一次降水<10mm 的为无效降雨）；连绵小雨有利于补给；集中暴雨→一部分转化为地表径流→不利于补给；③ 包气带岩性：K 大，有利于入渗；K 小，不利于入渗；④ 包气带厚度：厚，入渗量小，河北平原存在“最佳埋深”，一般4 ~ 6m ，地下水位在“最佳埋深”时，入渗补给量最大，入渗系数α也最大；⑤ 降雨前期土壤含水量：含水量高，有利于补给；含水量低，不利于补给；⑥ 地形地貌：坡度大→地表径流量大→不利于补给；地势平缓，有利于补给； ⑦ 植被覆盖情况：植被发育，有利于拦蓄雨水和入渗；但浓密的植被，尤其是农作物，蒸腾量大，消耗的土壤水分多，不利于补给。