第四章土壤水分

土壤水分常数：毛管悬着水达到最大量时的土壤
含水量称田间持水量。
土粒
毛管 悬着 水示 意图
土 壤 深 度 （ 米 ）
T r
水分饱和度（%） 毛管上升水（左） 和毛管悬着水（右）
4．重力水
当土壤水分超过田间持水量时，多余的水分不 能被毛管所吸持，就会受重力的作用沿土壤中的 大孔隙向下渗漏，这部分受重力支配的水称为重 力水。 重力水由于不受土粒分子引力的影响，可以直接 供植物根系吸收，对作物是有效水。 但由于（ 1 ）渗漏很快。（ 2 ）会妨碍土壤通气。 （3）可溶性养分随之流失。因此重力水在旱作地 区是多余的水。在水田中，重力水是有效水。 水分常数：当土壤被重力水所饱和（土壤中大小 孔隙全部被水分充满）时的土壤含水量称为饱和 含水量，或称全蓄水量。它是水稻田计算淹灌的 依据。
土壤有效水的含量和土壤质地、结构、有机质 含量等因素有关。（表4～3和图4～4 ）。
表4—3
不同质地土壤的有效水范围重量(%)
质 地 砂土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 轻粘土 田间持水量(%) 12 18 22 24 26 30 凋萎系数(%) 3 5 6 9 11 15 有效水范围(%) 9 13 16 15 15 15
3．水层厚度
在一定厚度（ｈ）一定面积土壤中所含水量相当于 相同面积水层的厚度，用DW表示，一般以mm为单位。 水层厚度DW（mm）=土层厚度（mm）×水容％ =h×θＶ
4 . 水体积
指一定面积、一定深度土层内所含水的体积。 一般以方/hm2表示。在数量上，可简单由DW与所指 定面积（如1hm2等）相乘即可，但要注意单位的一 致。 若都以1m土深计，每公顷含水容量（以V方/公顷表示）与
水深之间的换算关系可推知，如下式所示：
V方/公顷= DW（mm）/1000×10000（m2）=10DW
5.土壤相对含水量
土壤实际含水量占该土壤田间持水量的百 分数。可以说明土壤水分对作物的有效程度和 水、气的比例状况等。是农业生产上应用较为 广泛的含水量的表示方法。 土壤含水量 土壤相对含水量（％）＝——————— ×１００ 田间持水量
水 沿 着 毛 管 上 升
毛管作用力范围： 0.1-1mm 有明显的毛管作用 0.05-0.1mm
毛管作用较强
0.05-0.005mm 毛管作用最强 〈0.001mm 毛管作用消失
土粒 地下水位
毛管 上升 水示 意图
毛管水上升的高度与毛管的半径有密切关系。 根据茹林公式，H=0.15/r 由此可见，毛管水上升高度与毛管半径成反比， 即毛管半径愈细，上升高度愈高。但在土壤中的 实际上升高度远达不到上式的理论计算数字。 毛管水上升可使地表水不断得到补充。但在低 洼地区往往会造成土壤的盐渍化。
一 般 作 物 出 苗 最 12—16 适含水量
16—20
18—23
22—30
3.不同作物对水分的要求
作物种类不同对水分的要求是不同的。作物在整个 生育期间叶面蒸腾所消耗的水分重量与形成干物质重 量之比称为蒸腾系数。（表4-7）。
4．作物不同生育期对土壤水分的需求
如作物某一生育期缺水，对作物生长发育和产量 水平影响最严重，则这一时期称为需水临界期。各 种作物的需水临界期，一般在形成生殖器官，新陈 代谢最旺盛的时期，注意及时充分的供水。所以掌 握各种作物的需水特点，是调节土壤水分的重要前 提。
二、土壤水分含量的测定
1．烘干法 （1）经典烘干法
这是目前国际上仍在沿用的标准方法。在 105 ～ 110℃条件下，烘至恒重。
（2）快速烘干法 2．中子法 3．TDR（time-domain-reflectometry）法
包括红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃烧法等。
第 三 节 土壤水分能量状态
v
( w1 w2 ) / 1 100 m p w2 / p
容积含水量可表明土壤水填充土壤孔隙的程度， 从而可以计算出土壤三相比（单位体积原状土中， 土粒、水分和空气容积间的比）。 例如，某地耕层土壤含水量（重量％）为 20％， 土壤容重为1.25（g/cm3），土壤总孔度为 52.83％， 则： 土壤含水量（容积％）=20×1.25=25 土壤 空气（容积％）=52.83－25=27.83 土 粒（容积％）=100－52.83=47.17 土壤固相:液相:气相 =47.17:25:27.83=1:0.53:0.59
类型
根据毛管水是否和地下水面相连，可分为 毛管上升水和毛管悬着水。 A、毛管上升水 毛管上升水是指在地下水位较浅时，地下 水受毛管引力的作用上升而充满毛管孔隙中的 水分。这是地下水补给土壤中水分的一种方式。
土壤水分常数：土壤中毛管上升水的最大量 称为毛管持水量。它包括吸湿水、膜状水和 毛管上升水的全部。
水分与土粒 atm 的能量关系pF
土壤水分形态
土壤水分有效性
土壤水分形态、水分常数、能量和有效性示意图
2、土壤有效水的范围
土壤有效水范围是从田间持水量到凋萎系数。凋 萎系数是作物可利用水的下限，田间持水量是作物 可利用水的上限。 土壤有效水范围（%） =田间持水量（%）—凋萎系数（%） 凋萎系数至毛管断裂含水量，故称之为难有效水 毛管断裂含水量到田间持水量之间的水分，故称为 易有效水。 可见田间持水量、毛管断裂含水量、凋萎系数就 成为土壤有效水分级的三个基本常数。
凋萎系数（萎蔫系数） —— 当作物因缺水而开始 呈现永久凋萎时的土壤含水量称为凋萎系数。凋萎 系数一般是吸湿系数的1.5～2倍，可以作为土壤有效 水的最低限。一般土壤质地愈粘 ，凋萎系数愈大 （表4-1）。
表4-1 不同质地土壤的凋萎系数
土壤质地 粗砂壤土 细砂土 砂壤土 壤土 粘壤土
凋萎系数 0.96-1.11
水分是作物体的重要组成部分。一般作物体内含 水达60-80%，蔬菜瓜果的含水量可达90%以上。水 是光合作用的原料之一，另外主要用于叶面蒸腾， 以此降低和稳定作物的体温，不致温度过高引起作 物灼烧。作物对养分的吸收与利用也离不开水分。 总之，土壤水分是作物维持正常生理功能和保证生 命活动的重要条件。
2、容积含水量
容积含水量是指单位土壤总容积中水分所占的 容积分数，又称容积湿度，常用符号θＶ表示。θＶ可 用小数或百分数形式表达，百分数可由下式表示： 土壤水容积 土壤容积含水量（％）= --—————— ×100% 土壤总容积 容积含水量可由质量含水量换算而得，如按常 温下土壤水的密度为１g／cm３计算，土壤容重为ρ， 于是:
2.7-3.6
5.6-6.9 9.0-12.4 13.0-16.6
土粒
土粒
ຫໍສະໝຸດ Baidu
吸湿水层 膜状水层 土壤吸湿水与膜状水示意图
膜 状 水 示 意 图
Pore Space
Water on soil particle surface
3. 毛管水
——靠毛管力保持在土壤孔隙中 的水分称为土壤毛管水。 毛管水的特点： 这种水可以在土壤毛管中上下左 右移动、具有溶解养分的能力、作物 可以吸收利用。 毛管水的数量主要取决于土壤质地、 腐殖质含量和土壤结构状况。
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
土壤水分类型、性质及有效性 土壤含水量的表示方法及其测定 土壤水分能量状态 土壤水分运动 田间水分循环
第一节 土壤水分的类型、性质及有效性
No water remains attached to soil particles
Soil Particles: Mineral and Organic Pore Spaces: location of air and water
Pore Spaces are filled with water
二、 土壤水分的有效性
1、土壤水分有效性的含义 土壤水分有效性是指土壤水分能否被植物利用及其 被利用的难易程度。 土壤水分从完全干燥到饱和持水量，可分为若干 阶段，每一阶段根据受土壤各种力的作用达到某种 程度的含水量，对于同一种土壤来说基本不变或变 化极小，此时的含水量称为水分常数。如前面介绍 的吸湿系数、凋萎系数、最大分子持水量、毛管断 裂含水量、田间持水量、 毛管持水量、全持水量等 都是土壤水分常数。根据这些水分常数可划分土壤 水分为有效水和无效水（图4～3）。
（3）可由水膜厚处向水膜薄处移动，但速度非 常缓慢，一般0.2～0.4mm/h。 （4）膜状水外层受力为0.625MPa，可被作物 吸收，属有效水，但供不应求。
膜状水厚度可达到几十个水分子层厚度， 部分可以被植物吸收利用，但是它仍然受到土 粒吸附力的束缚，移动缓慢，仍然不能满足植 物的需要。
水分常数：最大分子持水量——膜状水数 量达到最大时的土壤含水量称为最大分子持水 量，它包括了吸湿水和膜状水。
2．作物发芽出苗对水分的需求 土壤水分是作物发芽出苗的必需条件。作物种子大 小及含有淀粉、蛋白质、脂肪的数量不同，因而吸水多 少、要求适宜的土壤湿度不同。（表4—6）。
表4—6 质地 作物 最低含 水量 谷 高 小 玉 棉 子 粱 麦 米 花 种子出苗对土壤水分的需求（水重%） 砂 土 6—7 7—8 9—10 10—11 10—12 砂壤土 9—10 10—11 11—12 11—13 12—14 壤 土 12—13 12—13 13—14 14—16 15—17 粘 土 14—15 14—15 16—17 16—18 18—20
2、膜状水（松束缚水）
吸湿水达到最大（量）吸湿系数后，土粒仍具有 剩余的分子引力，可继续吸收液态水分子，形成一 层比较薄的水膜，称为膜状水。
（1）膜状水在吸湿水的外层，所受吸力较小，吸力 范围在3.1～0.625MPa。
（2）性质基本上和液态水相似，但粘滞度较高， 而溶解能力较小。密度平均高达1.25，冰点为-4℃。
一、土壤水的类型
Pore Space
Water on soil particle surface
1、吸湿水（紧束缚水）：由于固体土粒表
面分子引力和静电引力对空气中的水汽分子产 生的吸附力而紧密保持的水分称吸湿水，通常 只有2—3个水分子层。
吸湿水的特点：吸湿水受土粒的吸持力很大， 不能移动，具有固态水的性质，定向排列，而且 排列紧密，水分不能自由移动，对溶质无溶解力， 为无效水。 土壤吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表 面积和大气相对湿度。 土壤的吸湿水含量达到最大值时的土壤含水量 称为最大吸湿量。
第二节
土壤水分含量的表示方法及其测定
一、土壤水分含量的表示方法 1、质量含水量
土壤中水分的质量与干土质量的比值，所以又称 为重量含水量，无量纲，常用符号 θm表示。这是一 种最常用的表示方法，可直接测定。用数学公式表 示为： Ｗ１－Ｗ２ 土壤质量含水量（%）= —————×100 Ｗ２ 式中，θm为土壤质量含水量（％），Ｗ１为湿土 质量，Ｗ２为干土质量，Ｗ１－Ｗ２为土壤水质量。 例如，某一耕层湿土重 100g，干土重为80g，则土 壤质量含水量（%）=(100－80)/80×100=25 %
前面介绍的是土壤水分的传统形态学分类， 它的基本思想是根据土壤水分受到不同的作用 力，而划分水分类型的。但实际情况并非如此， 如各类型的土壤水普遍都受到重力的作用，且 互相之间往往没有明确的界限，在极细小的毛 管中，无法区分吸附水和毛管水。同时从形态 观点很难对水分运动进行精确的定量。对于形 态观点的这些弱点，都可用能量观点来解决。
第 四 章 土 壤 水
土壤水分与土壤肥力的关系
1．土壤水分对土壤形成有极其重要的作用。 2．土壤水分影响土壤的养分状况 养分的释
放、转化、移动以及被植物吸收都离不开水分。
3．土壤水分直接影响土壤空气和热量状况
4．土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性
土壤水分与作物生长的关系
1．土壤水分是作物生命活动的重要因素
表4-2 不同土壤质地毛管水上升高度
质 地 砂土
高度（m） 0.5～1.0
砂壤—轻壤土 粉砂轻壤土 中—重壤土 轻粘土
1.5 2.0～3.0 1.2～2.0 0.8～1.0
B、毛管悬着水：
——在地下水位很深的地区，降雨或灌 水之后，由于毛管引力而保持在土壤上 层中的水分，称为毛管悬着水。 它与地下水位没有关系，好象悬浮在 土层中一样，它是植物水分的重要来源， 对植物的生长意义重大。