第四章 土壤的水、氣、熱狀況,第一節(jié) 土壤水分一、我國水資源概況1.我國水資源的基本特點2.我國農(nóng)業(yè)水資源的利用概況二、 土壤水在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用,土壤肥料教學(xué)課件下載-樣章.ppt,三、土壤水分的表示方法和測定技術(shù),1 土壤含水量的表示方法 質(zhì)量含水量 容積含水量 土壤水貯量 土壤相對含水量,2 土壤含水量的測試技術(shù),經(jīng)典烘干法快速烘干法經(jīng)典烘干法的特點,四、土壤墑情,1 墑情的種類 汪水 黑墑 黃墑 潮干土,還應(yīng)注意：,墑情在空間上的層次性墑情在時間上的季節(jié)性,五、土壤水分研究的形態(tài)學(xué)與能態(tài)學(xué),（一）、 土壤水分研究的形態(tài)學(xué)特征與性質(zhì) 土壤水分的保持吸附力毛管力,2 土壤水分類型及性質(zhì),吸濕水 膜狀水,吸濕水,毛管水,膜狀水,最大分子持水量： 膜狀水的最大量稱最大分子持水量，包括膜狀水和吸濕水。,凋萎系數(shù)（臨界水分）： 當(dāng)作物呈現(xiàn)永久萎蔫時的土壤含水量稱凋萎系數(shù)。凋萎系數(shù)因土壤質(zhì)地不同而異，粘土最高，壤土次之， 砂土最低。,毛管水,a. 它是土壤中即能被土壤保持又能被植物利用的主要水分。如：毛管水所受的引力為 0.08-6.25atm ，比作物根的吸水力（ 15atm ）小。b. 毛管水能向上下左右移動，速度快（ 10-300mm/n ）。,c. 毛管水有溶解養(yǎng)分的能力，也有輸送養(yǎng)分到作物根部的作用。毛管水的產(chǎn)生主要是由于土壤中毛管力吸持的結(jié)果（毛管內(nèi)氣水界面上產(chǎn)生的彎月面力）。根據(jù)土層中地下水面與毛管水相連與否可分為： 毛管上升水 毛管懸著水,（1）毛管上升水：是指地下水沿著毛管上升而充滿毛管孔隙中的水分。土壤中毛管上升水的最大值稱為毛管持水量，它是吸濕水、膜狀水和毛管上升水的總和。,（2）毛管懸著水：是在地下水位深，當(dāng)降雨或灌溉后，借毛管力保持在土壤上層未能下滲的水分。這種象懸著在上層土壤中的毛管水稱為毛管懸著水。,重力水,當(dāng)土壤水分超過田間持水量，多余的水分就會受重力的作用沿土壤中大孔隙望下移動，這種受重力支配的水叫重力水。重力水不受土壤吸附力和毛管力的作用。它是植物根系能夠吸收利用的水分。,土壤最大持水量（全蓄水量）：當(dāng)土壤被重力所飽和，即土大小孔隙全部被水分充滿時的土壤含水量稱為飽和持水量或土壤最大持水量。,（二）、土壤水分的有效性,掌握土壤水有效性的概念及范圍。土壤水分的有效性：是指水分被植物利用的程度。有效水：可被植物吸收利用的那一部分水分稱有效水。無效水：另一部分不能被植物吸收利用的水稱為無效水。,土壤水分常數(shù)（吸濕系數(shù)、凋萎系數(shù)、最大分子持水量、田間持水量、毛管持水量、飽和持水量等都是土壤水分常數(shù)，這些常數(shù)對于作物的生長有一定意義）,土壤有效水的范圍（ % ） = 田間持水量（ % ） - 凋萎系數(shù)（ % ）速效水：田間持水量至毛管斷裂含水量。遲效水：毛管斷裂含水量至凋萎系數(shù)。,六、土壤水的運動規(guī)律,（一）、液態(tài)水的運動1 飽和流土壤所有的大小孔隙都充滿水時的水流叫飽和流。飽和流的推動力是重力勢和壓力勢梯度，在飽和流中土壤導(dǎo)水率稱飽和導(dǎo)水率（ K 飽 ），影響飽和導(dǎo)水率的因素主要取決于土壤中粗孔的孔徑和數(shù)量，孔徑愈大，粗孔數(shù)量愈多，飽和導(dǎo)水率就愈高，水愈容易通過。一般來說：對 K 值而言，砂土大于壤土大于粘土。,2. 不飽和流,土壤中部分孔隙小時的水流叫不飽和流。它是大部分土壤中水分流動的形式。不飽和流的推動力主要是基質(zhì)勢梯度（或土壤水吸力梯度）和重力勢梯度，不飽和水的運動是從土壤吸力低處流向高處，其導(dǎo)水率小于飽和導(dǎo)水率，而且隨土壤吸力的增加而迅速減少。在吸水力較高時，導(dǎo)水率極低，水分運動速度非常緩慢。,對于飽和流而言，導(dǎo)水性最好的是粗孔多的土壤，如砂土和有團粒結(jié)構(gòu)的土壤，而在不飽和流中，細孔多的粘土和壤土，比砂土的導(dǎo)水性好。因為在相同的土壤吸力下，土壤水的連續(xù)程度好，因此，在不飽和流中，導(dǎo)水率隨土壤吸力的增加而降低，或土壤含水量的減少而降低，這種情況在砂土較為急劇，在粘土中較為緩和，壤土居中。,（二）、氣態(tài)水的運動,土壤氣相水在孔隙內(nèi)的運動，實際上是水氣分子從一個地方向另一個地方擴散的運動。它服從于一般氣體擴散定律。水氣運動的梯度是水氣壓梯度，即水氣從氣壓高處向氣壓低出擴散。,（1）大氣蒸發(fā)力控制階段（蒸發(fā)率不變階段）：特點：土壤水較多，向土面的導(dǎo)水率高，足以補償土面蒸發(fā)消耗水量，所以蒸發(fā)率不變，一般可持續(xù)幾天，丟水量也大。,（2）土壤導(dǎo)水力控制階段（蒸發(fā)率降低階段）特點：土壤蒸發(fā)的強度取決于土壤的導(dǎo)水性質(zhì)，即導(dǎo)水率的大小。該階段維持的時間不長。當(dāng)土面的水氣與大氣壓的水氣達到平衡時，土面就成為風(fēng)干狀態(tài)的干土層。除地面覆蓋外，中耕結(jié)合鎮(zhèn)壓，具有良好的保墑效果。,（3）擴散控制階段：土面形成干土后，土壤水向干土層的導(dǎo)水率降至近于零時，液態(tài)水已不能運行至地表，在干土層下稍微濕潤土層的水分汽化，形成水氣分子通過干土層擴散到大氣中去。只要土表有 1-2cm 的干土層，就能顯著減低蒸發(fā)率。這一階段，通過鎮(zhèn)壓以防止蒸發(fā)，抑制水氣向大氣擴散。 二階段初。,七、 土壤水分狀況及水分平衡,田間水分平衡：在一定容積土壤內(nèi)水的收入與支出，在農(nóng)田，主要是指根層土壤水的平衡，根層深度一般多指 1-2m 深度以內(nèi)，在一定時期內(nèi)，根層土壤水分含量的變化， （水等于這個時期土壤水收入與支出的差） 水 = 水 收 - 水 支,土壤水的收入有降水、灌溉水（是主要土壤水的收入）以及其它來源的水（如四周流入的地表水、地表徑流、借毛管上升的地下水。,土壤水分支出：地表徑流（水 徑 ）、深層滲漏（水 漏 ）、土面蒸發(fā)（水 蒸 ）和植物蒸騰（水 騰 ），因此,水 = 水 降 + 水 灌 - 水 徑 - 水 漏 - 水 蒸 - 水 騰,思考題,1 土壤含水量有哪些表示方法？2 簡述土壤水分的類型及性質(zhì)。3 什么是土水勢、水吸力？二者有何區(qū)別？4 土壤水分特征曲線的含義和特點。5 飽和流與不飽和流的運動特點是什么？6 如何合理地調(diào)節(jié)土壤的水分狀況？7 簡述土壤水分平衡的概念及平衡式各項的意義。,第二節(jié)土壤空氣,一、 土壤空氣的組成特點1 土壤空氣中的 CO 2 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于大氣2 土壤空氣中的 O 2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于大氣3 土壤空氣的水汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總是多于大氣4 土壤空氣中有時有少量還原性氣體5 土壤空氣成分隨時間和空間而變化,二、 土壤空氣的更新（土壤空氣與大氣的交換）,1. 整體交換土壤空氣在溫度、氣壓、風(fēng)、降雨或灌水等因素的作用下整體排出土壤，同時大氣也整體進入，稱整體交換。交換速度較快。如土溫高于氣溫，土內(nèi)空氣受熱膨脹而被排出土壤，氣壓低，大氣的重量減少，土壤空氣被排出。,2. 氣體擴散,氣體擴散：它是指氣體分子由濃度高（氣壓大）向濃度小（氣壓低）處移動交換速度較慢，氣體擴散是氣體交換的主要方式。土壤中 O 2 的分壓總是低于大氣，而 CO 2 的分壓總是高于大氣。所以 O 2 是從大氣向土壤擴散，而 CO 2 則是從土壤向大氣擴散，正如人不斷呼出 CO 2 和吸進 O 2 一樣， 因此，土壤氣體交換被稱為“土壤呼吸”。,三、 土壤的通氣性,土壤通氣性是指土壤空氣與大氣進行交換以及土體允許通氣的能力。土壤通氣性的重要性：通氣與大氣的交流，不斷更新其組成，使土體各部分組成趨向一致，如果土壤通 氣性差，土壤中的 O 2 在短時間內(nèi)可能被全部耗竭，而 CO 2 的含量隨之升高，以至妨礙作物根系的呼吸。,四、 土壤空氣對植物生長的影響1. 影響種子的萌發(fā)2 .影響根系的發(fā)育3 .影響根系吸收功能4 . 影響土壤微生物活動和養(yǎng)分狀況5 .影響植物生長的土壤環(huán)境狀況。,第三節(jié)土壤熱量,一、土壤熱量的來源土壤溫度是土壤熱量狀況的具體指標(biāo)，它取決于土壤熱量的收入和支出；當(dāng)土壤接受熱量時，土壤溫度增高；當(dāng)土壤失去熱量時，土壤溫度降低。,1 .太陽的輻射能,太陽輻射能是土壤熱量的主要來源，地球表面所獲得的平均輻射強度為 1.9cal/cm 2 /s， 此值又稱太陽常數(shù)。,2.生物熱,土壤微生物在分解有機質(zhì)的過程中常放出一定的熱量，但數(shù)量較少。,3. 地球內(nèi)熱,由地球內(nèi)部的巖漿傳導(dǎo)至地表的熱。但因地殼導(dǎo)熱能力差，因此這部分熱量占的比例小，但溫泉附近，這一熱源不可忽視。,二、 土壤的熱性質(zhì),1 土壤熱容量土壤比熱（ J/g.k ）土壤比熱：單位重量的土壤每增減 1 所需要或放出的熱量卡數(shù)，稱為重量熱容量。, 容積熱容量,單位容積土壤每增減 1 所需要吸收或放出的熱量卡數(shù)，稱為容積熱容量。容積熱容量與重量熱容量的關(guān)系：土壤導(dǎo)熱率：指厚度為 1cm ，兩端溫度相差 1 時，每秒鐘通過 1cm,2. 土壤斷面的焦耳數(shù)（ J/cm 2 .S.K ）,土壤熱量的傳導(dǎo)總是從溫度高處向土溫低處進行。,土壤導(dǎo)熱率主要受含水量及松緊程度的影響。土壤導(dǎo)熱率隨含水量的增加而增加，因為含水量增加后不僅在數(shù)量上水分增加易于導(dǎo)熱，而且水分增加后使土粒間彼此相連，增加了傳熱途經(jīng)。，所以濕土比干土導(dǎo)熱快。在低溫時，導(dǎo)熱率與土壤容重呈正比關(guān)系。因為容重小，孔度高，因為孔隙中空氣可被認為不傳熱途徑，所以導(dǎo)熱率低；容重大，土粒彼此接觸緊密，易于導(dǎo)熱。一般而言，土壤含水量對土壤導(dǎo)熱率增大的影響比容重增加的影響要顯著的多。,3.土壤熱擴散率,指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，在土層垂直方向上，每 cm 距離內(nèi)有 1 的溫度梯度（即單位距離的溫差），每秒鐘流入 1cm 3 土壤斷面面積的熱量，使單位體積（ 1cm 3 ）土壤所發(fā)生的溫度變化。,三、土壤熱平衡及其熱量狀況,1 土壤熱量平衡當(dāng) 土壤表面吸收輻射熱后，部分以輻射形式再返回大氣，另一部分傳給下層土壤，以用以土壤水分蒸發(fā)的消耗，余下的熱量才用于土壤本身的升溫。,土壤熱量平衡是指土壤熱量在一年中收支情況，可用下式表示：,S=W 1 +W 2 +W 3 +R式中： S 土壤表面接受的太陽輻射能W 1 地面輻射所損失的熱量 W 2 土壤增穩(wěn)的熱量W 3 土壤水分蒸發(fā)所消耗的熱量 R 其它方面所消耗的熱量,土壤溫度的年變化,土壤溫度的日變化,3 影響土壤熱狀況的因素,天文及氣象因素土地位置土壤的組成和性質(zhì)土面狀況,四、土壤溫度對植物生長的影響,影響植物 根系 的生長發(fā)育2-4 根系開始緩慢生長， 10 以上根系生長活躍，超過 30 根系的生長開始受阻。 各種作物根系生長最適土溫是水稻 25-30 ，冬麥和春麥 12-16 ，棉花 25-30 ，玉米 24 ，豆科作物 22-26 ，甘薯 18-19 ，成年果樹根系在 7 時活潑，至 21 時生長最快。,2 影響種子的發(fā)芽出苗,種子的發(fā)芽出苗需要適宜的土溫條件，不同作物種子開始萌發(fā)的最適土溫不同。如大小麥： 1-2 ，棉花、水稻、高粱為 12-14 ，種子萌發(fā)隨平均土溫的提高而增加。,3 影響的植物的營養(yǎng)生長與生殖生長,春麥苗期地上部分生長最好的土溫為 20-24 ，后期以 12-16 為好。冬小麥生長最適土溫較春麥低 4 左右。各類作物營養(yǎng)生長最旺盛的土溫是：春麥 16-20 ，冬麥 12-16 ，玉米 24-28 ，棉花 25-35 ,4.對其他肥力因素的影響，間接影響植物的生長,土溫影響土壤微生物的活動 大多數(shù)土壤微生物活動最適應(yīng)的溫度為 15-45 ， 土溫適合，微生物活動旺盛，土壤有機質(zhì)分解迅速而徹底，可以釋放更多的有效養(yǎng)分以供植物的吸收利用。土溫過高或過低，微生物的活性均會受到抑制。此外，土溫影響土壤的化學(xué)、物理變化過程，影響有效養(yǎng)分的釋放。,五、 土壤空氣、熱量狀況的調(diào)節(jié),土壤空氣狀況的調(diào)節(jié)耕作土壤耕作不僅可以蓄水保墑，而且可以改善土壤的通氣性和熱量狀況，有利于土壤肥力的調(diào)節(jié)。合理輪作，巧妙地利用不同茬口的土壤水分條件，對提高作物產(chǎn)量和減輕旱害有重要的意義。如小麥生長前期需水量多，遇干旱極易受害，應(yīng)安排在底墑較好的茬口上，如玉米、馬鈴薯、大豆等作物上，有利于農(nóng)田的水分平衡。在平原的低洼地區(qū)，由于地下水位高或地表積水形成內(nèi)澇，造成通氣不良，土溫降低。此時，應(yīng)挖溝排水以提高地溫，有利于調(diào)節(jié)通氣狀況。,2 土壤熱量狀況的調(diào)節(jié),壟作壟面與地面成 30 40 角，增大陽光入射角，壟面吸收的熱量多。中耕、深翻、鎮(zhèn)壓、培土等耕作措施通過改