土壤水分与空气

土壤水空气和热量之间的关系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，因此掌握土壤水的形态学观点和能量学观点。

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。

根据毛管水是否与地下水相连，可分为2种类型：毛管悬着水：降水或灌溉后，由地表进入土壤被保存在土壤中的毛管水。

毛管上升水：或毛管支持水，土壤中受到地下水源支持并上升到一定高度的毛管水。

影响毛管上升水的因素：地下水水位和毛管孔隙状况毛管水上升高度用下式计算：H=75/d，d为土粒平均直径（上升高度与颗粒直径间关系见p142的附表）。

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%。

土壤水气热三者之间的关系土壤、水、气、热是地球上四个最基本的物质。

而这四者之间的关系也是极为密切的。

在生态学中，土壤水气热的交互作用是非常重要的，它们之间的关系对于生态系统的健康和稳定起着至关重要的作用。

土壤是生态系统的基础，是生命的根基。

土壤是由无机物质、有机物质和微生物组成的。

土壤中的无机物质包括矿物质和土壤颗粒，而有机物质则包括腐殖质、生物残体和生物体等。

这些物质的存在和相互作用决定了土壤的性质和质量。

土壤中的水分和空气含量也对土壤的性质和功能产生了重要影响。

土壤中的水分对于植物的生长发育和生态系统的稳定性起着至关重要的作用。

当土壤中的水分含量不足时，植物的生长会受到限制，生态系统的稳定性也会受到影响。

水是生态系统中另一个重要的因素。

水可以滋润大地，调节气温，维持生态平衡。

水的循环过程也是非常复杂的。

在生态系统中，水的循环过程主要包括蒸发、降水和地下水循环。

在这些过程中，水分子与空气分子的相互作用起着重要的作用。

空气中的水分子在水的循环中扮演着至关重要的角色。

水分子与空气分子的相互作用对于水分子的蒸发和降水过程起着重要的作用。

气体是生态系统中的另一个重要组成部分。

在大气中，氧气、氢气、氮气、二氧化碳等气体分子相互作用，形成了大气层。

气体的温度和压力也对生态系统的稳定性产生了影响。

气体的温度和压力的变化会影响生态系统中的生物、土壤和水的性质和功能。

热是生态系统中最基本的能量形式，是生态系统中的另一个重要因素。

热的传递和转移对于生态系统的稳定性产生了重要影响。

热的传递和转移的过程中，热与空气、水和土壤分子的相互作用起着重要的作用。

热的传递和转移对于生态系统中的生物、土壤和水的性质和功能产生了重要影响。

热的传递和转移的过程中，热会影响土壤中的水分和空气含量，进而影响植物的生长和生态系统的稳定性。

土壤、水、气、热四者之间的相互作用是生态系统中必不可少的部分。

这些物质的存在和相互作用对于生态系统的健康和稳定起着至关重要的作用。

土壤的组成和性质一、土壤的组成土壤是环境中特有的组成部分，是位于陆地表面呈连续分布，具有肥力并能生长植物的疏松层，它是一个复杂的体系。

它的组成包括固相（矿物质、有机质）、液相（土壤水分或溶液）和气相（土壤空气）等三相物质四种成分有机地组合在一起构成的一种特殊物质。

按容积计，在较理想的土壤中，矿物质约占38—45%,有机质约占5—12%, 土壤孔隙约占50%, 土壤水分和空气存在于土壤孔隙内，三相之间亦经常变动而相互消长。

按重量计，矿物质可占固相部分的90—95%以上，有机质约占1 —10%左右。

（一）土壤矿物质土壤矿物质来源于地壳岩石（母岩）和母质，它对土壤的性质、结构和功能影响很大。

土壤中的矿物质由岩石风化和成土过程中形成的不同大小的矿物颗粒（或土粒）组成的。

自然界的土壤都是由很多大小不同的土粒，按不同的比例组合而成，各粒级在土壤中所占的相对比例或重量百分数称为土壤的机械组成，也叫土壤质地。

（二）土壤有机质进入土壤中的有机物质包括植物、动物及微生物等死亡残体，经分解转化逐渐形成有机质，即腐殖质，土壤腐殖质是土壤有机质的主要部分，约占有机质总量的50—65%。

腐殖质不是单一分子的有机质，而是在组成、结构和性质上具有共同特征，又有差异的一系列高分子有机化合物，腐殖质在土壤中可以呈腐殖酸或腐殖酸盐类存在，亦可以铁、铝的凝胶状态存在，也可与粘粒紧密结合，以有机-无机复合体等形态存在。

这些存在形态对土壤一系列的物理化学性质有很大影响，对土壤肥力有重大作用。

土壤有机质的化学组成包括：糖类（碳水化合物）、木质素、有机氮、脂肪、蜡质、单宁、木栓质、角质、有机磷及灰分等。

土壤中的有机质组成二、土壤的物理化学性质一）土壤的物理性质土壤结构：一般把土壤颗粒（包括单独颗粒、复粒和团聚体）的空间排列方式及其稳定程度，孔隙的分布和结合的状况称为土壤的结构。

土壤中的ca\卩6!3+等多价阳离子及有机质，腐殖质都有胶结剂的作用，参与土壤颗粒的团聚。

其土壤含水量的变化应等于其来水水增加，负值表示减少。

田间土壤水分收支示意图P 下渗水 D 降水灌溉 I上行水 U根据田间土壤水分示意图，可列出土壤水分平衡的数学表达式：P+l+U=E+T+R+In+D+△W式中:△W 表示计算时段末与时段初土体储水量之差(mm);公式中左侧为水分进入量；而右侧则为水分支出量。

当△W 为零时，说明，土层中水分无增无减，即收支平衡。

植物冠层截流 ln蒸腾、蒸发ET 径流损失 R动，并不断地与大气进行交换。

如果土壤空气和大气不进行交换，土壤空气中的氧气可能会在12~40h消耗殆尽。

土壤空气运动的方式有两种：对流和扩散。

（一）对流定义：是指土壤与大气间由总压力梯度推动的气体的整体流动，也称为质流。

土壤与大气间的对流总是由高压区流向低压区。

低压对流方向：高压总压力梯度的产生：气压变化、温度梯度、表面风力、降雨或灌溉、翻耕。

土壤空气对流方程式:q v = -(k /η) ▽pq v—空气的容积对流量（单位时间通过单位横截面积的空气容积);k —通气孔隙透气率;η —土壤空气的粘度;▽p —土壤空气压力的三维梯度。

空气对流量随着土壤透气率和气压梯度的增大而增大。

（二）扩散定义：在大气和土壤之间CO2和O2浓度的不同形成分压梯度，驱使土壤从大气中吸收O2，同时排出CO2的气体扩散作用，称为土壤呼吸。

是土壤与大气交换的主要机制。

扩散过程气相扩散液相扩散通过充气孔隙扩散保持着大气和土壤间的气体交流作用通过不同厚度水膜的扩散（二）扩散这两种扩散过程都可以用费克（Fick）定律表示：qd = - Ddc/dxqd — 扩散通量（单位时间通过单位面积扩散的质量);“-”— 表示方向D — 在该介质中扩散系数（其量纲为面积/时间);dc/dx — 浓度梯度对于气体来说，其浓度梯度常用分压梯度表示：qd = - (D/B) (dp/dx )B — 偏压与浓度的比扩散系数D值的大小取决于土壤性质,通气孔隙状况及其影响因素(质地、结构、松紧程度、土壤含水量等)（一）土壤热量来源太阳辐射能：土壤热量的最根本来源。

⼟壤⽔分⼟壤⽔分⼀、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。

土壤水分与土壤空气一、土壤水分土壤水土壤水并不是纯水，而是含有多种无机盐与有机物的稀薄溶液、又称土壤溶液。

植物吸收水分的主要来源。

土壤水分类型有吸湿水、膜状水、毛管水和重力水。

土壤水分除能直接供作物直接吸收外，还影响着土壤的其他肥力性状，如矿质养分溶解、土壤有机质的分解与合成、土壤的氧化还原状况、土壤热特性、土壤的物理机械性性等。

因此，土壤水分是土壤肥力诸因素中最重要、最活跃的因素。

二、土壤空气1.土壤空气组成与特点与大气相比，土壤空气的组成特点如下：(1)土壤空气中的二氧化碳的含量高于大气。

(2)土壤空气中的氧气含量低于大气。

(3)土壤空气的相对湿度比大气高。

(4)土壤空气中有时像甲烷等还原性气体的含量远高于大气。

还原性气体通常在水分饱和的土壤中产生，如浓度过高，可能会不利于作物的生长。

(5)土壤空气各成分的浓度在不同季节和不同土壤深度内变化很大。

2.土壤通气性土壤空气与大气的交换能力或速率称为土壤通气性，如交换速度快，则土壤的通气性好；反之，土壤的通气性差。

土壤空气与大气之间的交换机理为：（1）土壤空气的整体交换（2）土壤空气的扩散3.土壤空气与作物生长土壤空气状况是土壤肥力的重要因素之一，不仅影响植物生长发育，还影响土壤肥力状况。

（1）影响种子萌发；（2）影响根系生长和吸收功能；（3）影响土壤微生物活动；（4）影响植物的抗病性和土壤养分状况。

4.土壤通气性调节调节土壤空气的主要措施是：（1）深耕结合施用有机肥料培育和创造良好的土壤结构和耕层构造，改善通气性。

（2）客土掺沙掺黏，改良过沙过黏质地。

（3）后及时中耕，消除土壤板结。

（4）灌溉、排水相结合排水可以增加土壤空气的含量，灌水以降低土壤空气的含量，也可促进土壤空气的更新。

大规模农业生产一般不会对土壤采取强制通气的方法。

寻找土壤中的水分和空气实验教学说课稿一、教学目标：1、指导学生通过实验分析，知道土壤是由水、空气、砂、粘土以及腐殖质等主要成分组成，培养他们的分析综合能力。

2、培养学生认真细致，与人协作进行实验的良好习惯，提高学生学习科学的兴趣。

教学重点：指导学生认识土壤的成分。

教学难点：指导学生认识土壤的腐殖质成分。

课前准备：学生采集土壤；教师准备：多媒体课件、烧杯、蒸发皿、玻璃片、石棉网、三脚架、酒精灯、水、火柴等材料。

二、教学过程：1、引入教师：同学们，我们来猜一个谜语“小草靠它来发芽，小树靠它把根扎，盛在盆里花开艳，农民伯伯都靠它”，猜猜是什么？学生：猜是土壤；教师：同学们关于土壤你有哪些感兴趣的问题呢？学生：提问题；教师：同学们，让我们带着这些问题，走进本学期的第一课。

2：探索与发现老师：同学们，那下面我们来实验探究吧！出示实验材料：酒精灯、三脚架、石棉网、玻璃片、蒸发皿、火柴。

教师：课件展示实验装置组装图。

同学们将土块放到蒸发皿里，并用玻璃片盖在上面，使用酒精灯加热蒸发皿中的土块儿。

注意仔细观察玻璃片，看有什么发现，想想说明了什么？实验中一定要注意正确规范使用酒精灯！学生：小组实验（教师巡视指导）；教师：引导学生汇报交流，得出土壤中有水的结论。

教师：接下来我们接着实验，将千燥的土壤放入盛水的烧杯中。

仔细观察，看有什么现象，想想又说明了什么？学生：小组实验观察；汇报交流(土壤入水会有气泡产生，说明土壤中有空气)。

老师：同学们，现在谁能用自己的话来总结说一说土壤的组成。

学生：回答；教师小结：土壤是地球表面的一层疏松的物质，由各种颗粒状矿物质，有机质，水分，空气、微生物等组成。

三、拓展应用教师：土壤可是一个聚宝盆，同时它也需要滋养，想一想，怎样提高土壤的肥力呢？学生：说一说；教师：补充介绍；同学们，关于土壤我们还有一些感兴趣的问题没有完成，下节课我们继续探究吧！。