土壤水分、空气和热量第五次课

第五章植被与土壤5.2 土壤知能素养对标【必备知识一：观察土壤】地理事实1.土壤的概念陆地表层具有一定肥力,能够生长植物的疏松表层,由矿物质、有机质、水分和空气四种物质组成。

2.土壤观察的主要内容—颜色、质地、剖面构造(1)土壤颜色:是土壤最重要的外部特征之一,如黑土、红壤等。

黑土主要分布在我国东北地区,红壤主要分布在我国南方地区。

(2)土壤质地①土壤矿物质颗粒:石砾、砂粒、粉粒、黏粒等。

②土壤质地:不同粒级的矿物质在土壤中所占的相对比例。

③分类:砂土、壤土、黏土。

(3)土壤剖面构造①定义:指从地面垂直向下的土壤纵剖面,由一些形态特征各异的、大致呈水平展布的土层所构成。

②森林土壤剖面:有机层、腐殖质层、淋溶层、淀积层、母质层和母岩层。

③耕作土壤剖面:耕作层、犁底层、自然土层。

核心概念土壤肥力:指土壤能持续不断供给并协调植物生长所需的空气、温度、养分和无毒害物质的能力,是土壤的本质特征和基本属性。

砂土:指土壤颗粒组成中砂粒含量较高的土壤。

壤土:指土壤颗粒组成中黏粒、粉粒、砂粒的比例适中的土壤。

质地介于黏土和砂土之间,兼有黏土和砂土的优点,通气透水、保水保温性能都较好,易培育成高产稳产土壤,也是较理想的农业土壤。

黏土:成分中黏粒占优势,通气、透水性差,保肥性能好,不易耕作。

有机质:指以各种形态存在于土壤中的所有含碳的有机物质,包括土壤中的各种动、植物残体,微生物及其分解和合成的各种有机物质。

腐殖质:土壤有机质的一种,是经微生物分解完全腐烂的动、植物残体。

【必备知识二：土壤的主要形成因素】地理事实1.成土母质(1)意义:岩石的风化产物,是土壤发育的物质基础。

(2)影响:决定了土壤矿物质的成分和养分状况,影响土壤的质地。

2.生物(1)意义:是影响土壤发育的最基本也是最活跃的因素,没有生物的作用,就不可能形成土壤。

(2)影响:植物、动物、微生物的综合作用,加快岩石风化和土壤的形成过程,改善成土母质的性状,促进土壤矿物质颗粒的团聚。

⼟壤学5→15第五章⼟壤⽔Soil Water第⼀节⼟壤⽔分类型的划分及⼟壤含⽔量的测定Classification and measurement of soil water⼀、⼟壤含⽔量的表⽰⽅法重量含⽔量(Gravimetric Moisture Content) ：⼟壤⽔的重量占⼟壤⼲重的百分数。

⼟壤重量含⽔量( %) =(⼟壤⽔重量/ ⼟壤烘⼲重量)X 100(%)=(湿⼟重量—⼲⼟重量” ⼟样烘⼲重量X 100例题：有⼀⼟样湿⼟重140 g，烘⼲重为100 g,求该⼟壤的重量含⽔量(试算)0 m = (140-100)/100 X 100 = 40 %容积含⽔量Volumetric Moisture Content 单位⼟壤总容积中⽔分所占的容积分数。

⼟壤⽔容积含⽔量% =(⼟壤⽔容积/⼟壤总容积)X 100 例题：已知⼀⼟壤的重量含⽔量为20 % ,容重为g/cm-3 , 求该⼟壤的容积含⽔量(试算)0 v = 20 X / 1 = 25 %⼟壤相对含⽔量 ( relative water content )：⼟壤含⽔量占某参照持⽔量的百分数。

⼟壤相对含⽔量=(⼟壤含⽔量/⽥间持⽔量)X 100⼟壤⽔储量( Soil water storage capacity ) :⼀定⾯积和厚度⼟壤中含⽔的绝对数量。

( 1 )⽔深( waterdepthDw ) DwDw =0 v * hh――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。

容积含⽔量换算成⽔深0 v = 50%Dw=( 2)绝对⽔体积( water volume )m3 hm-2 = 10000 ( m2 ) X h (m) X0V= 10000 Dw( Dw ―― m)= 10 Dw( Dw ―― mm)作⽤: 与灌溉⽔量的表⽰⽅法⼀致,便于计算库容和灌⽔量。

例：容重为克/⽴⽅厘⽶的⼟壤,初始含⽔量为10%,⽥间持⽔量为30%,降⾬10mm ,若全部⼊渗,可使多深⼟层达⽥间持⽔量解：先将⼟壤含⽔量⽔W%换算为⽔V%初始含⽔量⽔v%=10%< =12%⽥间持⽔量⽔v%=30%< =36%因: ⽔mm= ⽔v% <⼟层厚度( h)持⽔量的80%，需灌⽔多少(⽅/亩)解：⽥间持⽔量的80%为：30%< 80%=24%30 厘⽶⼟层含⽔达⽥间持⽔量80%时⽔mm=灌⽔量为2/3 < 36=24(⽅/亩)(⼀)⼟壤⽔分类型划分1 、⽔在⼟壤中受到的作⽤⼒重⼒表⾯张⼒——⽑管⼒⼟粒和⼟粒间的粘结⼒和粘着⼒——分⼦引⼒⼤⽓⼆、⼟壤⽔的类型划分及有效性Classification and Availability of soil Water( 1 )重⼒⽔(Gravitational Water) ：能在重⼒作⽤下流动的⽔。

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。