土壤地理學(xué)級水分和空氣第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六三、土壤水分和空氣土壤流體組成（一）土壤水分（二）土壤空氣第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六掌握土壤水分類型、土壤水分常數(shù)掌握土壤空氣組成及其運動第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六(一)土壤水

水分是土壤的重要組成部分之一，土壤水分含量對土壤形成發(fā)育過程及肥力水平高低都有重要的影響作用。土壤水分狀況及其運動規(guī)律是土壤地理學(xué)、資源環(huán)境科學(xué)的重要研究內(nèi)容之一。第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六全球水循環(huán)中處于土壤水階段時它的特殊性：土壤水分的保持、運動及有效性第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六1.土壤水分的來源及其耗損土壤水分主要來自大氣降水、灌溉水、地下水。此外，水汽的凝結(jié)也會增加土壤水分的含量.但這種水分含量很少，不占重要地位。土壤水分的消耗主要有土壤蒸發(fā)、植物吸收和蒸騰，水分滲漏和徑流損失等，其中地面蒸發(fā)和水分滲漏最為重要。第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2、土壤水的保持與分類水分進入土壤后，因受到分子引力、毛管力等作用，而存在于土壤孔隙中。土壤可保持大量的水分，按表土30cm算，可達50t/畝。植物每生產(chǎn)一公斤干物質(zhì)，需消耗幾百公斤土壤水。第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六根據(jù)土壤水存在的不同形態(tài)和運動形式，通常把土壤水分劃分為以下幾種類型：第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土壤水分類型及有效性

土壤水分類型**吸濕水膜狀水毛管水重力水第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六（1）土壤吸濕水吸濕水：由土壤顆粒的表面張力所吸附的水汽的分子，稱吸濕水。

水汽分子與土壤顆粒之間的吸力為31-1萬個大氣壓，不能移動，植物也不能吸收。最大吸濕量：當土壤空氣相對濕度達到飽和時，土壤吸濕水含量達到最大值時，稱最大吸濕量。第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六（2）土壤膜狀水膜狀水：被吸附在吸濕水膜外層的水分。膜狀水能從水膜厚處向薄處移動，即從濕土向干土移動，但移動速度非常緩慢。膜狀水即使含量還高，植物便開始凋萎，植物呈永久萎蔫時的土壤含水量，稱凋萎系數(shù)。膜狀水的最大含量稱最大分子持水量。第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六（3）土壤毛管水

毛管孔隙中毛管力吸附保存的水分稱毛管水。包括：毛管懸著水毛管上升水

第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六毛管懸著水借助于毛管力保持在上層土壤的毛管孔隙中的水分，它與來自地下水上升的毛管水并不相連，好像懸掛在上層土壤中一樣，故稱之為毛管懸著水。毛管懸著水達到最大時的土壤含水量，稱田間持水量。毛管上升水是指地下水位較高條件下，地下水沿毛管上升而存在土壤毛管孔隙中的水分。毛管上升水達到最大量的土壤含水量叫毛管持水量。第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土粒毛管懸著水土粒毛管上升水地下水位第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六重力水

重力水：當土壤水分含量超過田間持水量時，多余的水分就會在重力作用下，沿著土壤中的非毛管孔隙（大孔隙）向下滲透，如果沒有不透水層的阻隔，它可以一直滲透到地下水中去。土壤所有孔隙都充滿水時的含水量稱土壤飽和含水量，也稱為土壤全持水量。第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六3、土壤水分常數(shù)及土壤水分有效性對于一定的土壤，其物質(zhì)組成及孔隙系統(tǒng)是一定的，因此，能夠保持各種形態(tài)類型的水分的最大值亦為一常數(shù)，稱為土壤水分常數(shù)，用重量水分百分數(shù)表示。第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土壤水分常數(shù)當土壤空氣相對濕度達到飽和時，土壤吸濕水含量達到最大值時，稱最大吸濕量，又稱吸濕系數(shù)。植物呈永久萎蔫時的土壤含水量，稱凋萎系數(shù)。

膜狀水的最大含量叫最大分子持水量。毛管懸著水達到最大時的土壤含水量，稱田間持水量。土壤孔隙全部充滿水分時，即為重力水所飽和時的含水量，稱為全蓄水量或飽和持水量，飽和系數(shù)。第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六水沿著毛管上升毛管作用力范圍：

0.1-1mm有明顯的毛管作用0.05-0.1mm

毛管作用較強0.05-0.005mm毛管作用最強〈0.001mm

毛管作用消失第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六3、土壤水分常數(shù)及土壤水分有效性土壤含水量的表示方法很多，如重量百分數(shù)：

土壤含水量%第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土壤水分有效性能被植物吸收利用的土壤水稱為有效水。土壤有效水的數(shù)量可由土壤水分常數(shù)計算：土壤有效水量＝毛管持水量—凋萎系數(shù)

（田間持水量）

第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土壤水分有效性綜合示意圖第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土壤水分有效性主要受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、有機質(zhì)含量等影響。第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六不同質(zhì)地土壤的有效水分含量圖

第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土壤A10%土壤B15%水流向何方？砂土粘土第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六4.土壤水的能量概念土壤水和自然界中其他物體一樣，含有不同數(shù)量和形式的能，經(jīng)典物理學(xué)分別出兩種主要形式的能：動能和勢能。動能：可忽略不計；

勢能在土壤水的運動和狀態(tài)上極為重要。第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土水勢(soilwaterpotential)土水勢(soilwaterpotential)是指單位水量從一平衡的土-水系統(tǒng)移動到與它同溫度而處于參比狀態(tài)的水池時所作的功。土水勢包括：基質(zhì)勢(matrixpotential)溶質(zhì)勢（solutepotential）或叫滲透勢(osmoticpotential)壓力勢(pressurepotential)重力勢(gravitationalpotential)以上分勢的和為總水勢(soilwaterpotential)。第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六在土壤水不飽和情況下，土壤仍保持部分水分，根據(jù)熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律，被土壤吸持的水，其自由能減少。在土壤水飽和情況下，水分不但不再被吸持，還可以產(chǎn)生靜水壓，其能作有用功的自由能增多。第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六（1）基質(zhì)勢（Pm）

負值，當土壤飽和時最大＝0土壤含水量越高，基質(zhì)勢也越高。（2）壓力勢（Pp）正值，只有當土壤水分飽和時才有壓力勢，在不飽和土壤中壓力勢為0。飽和土層越深，壓力勢越高。第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六（3）溶質(zhì)勢（PS）負值。也叫滲透勢（osmoticpotential），由土壤溶液中的溶質(zhì)離子吸水，使土壤水分失去部分自由活動能力，這種由溶質(zhì)所產(chǎn)生的勢能，稱溶質(zhì)勢，也稱滲透勢。（4）重力勢（Pg）重力勢（Pg）是指由重力作用而引起的土水勢變化。

任何時候重力勢都存在。高于參比面時為正，反之為負，參比面處重力勢為0。第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六

土水勢與自由能表解

第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六在飽和土壤水運動中，決定土水勢的是Pp與Pg；在不飽和土壤水的運動中決定土水勢的是Pm與PS。土水勢的定量表示以單位數(shù)量土壤水的勢能值為準。通常用單位容積土壤水分的勢能值即壓力單位帕（Pa）表示。近似應(yīng)用時也可簡化為：105帕=1000厘米水柱≈1巴≈1大氣壓。第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土壤水勢的定量表示土水勢的標準單位：帕（Pa）

1Pa=0.0102厘米水柱

1atm=1033厘米水柱=1.0133bar1bar=0.9896atm=1020厘米水柱

1bar=100000Pa第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土壤水吸力土壤水吸力的數(shù)值與土水勢相同，只是都為正值，但需注意土壤水吸力只能用于基質(zhì)勢和溶質(zhì)勢，對水分飽和的土壤一般不用。土壤水吸力的范圍很寬，可以從零到105帕。用土壤水吸力的水柱高度厘米數(shù)的對數(shù)，即pF值來表示。第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六大氣壓、水柱高度與pF值換算關(guān)系

第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六SPAC（soil-plant-air-continuum）

從水分能量的觀點，植物吸水是由植物細胞內(nèi)水勢所決定的。土水勢＞根水勢＞莖水勢＞葉水勢這時，植物從土壤中吸水，以彌補因蒸騰所消耗的大量水分。第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六SPAC系統(tǒng)中水分運移過程模式圖第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六

全球水分循環(huán)示意圖

(據(jù)BotkinDB,1998)第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六5.土壤水量的平衡

土壤水分含量受土壤水分的收入和消耗制約。土壤水分的收入和消耗使土壤水含量相應(yīng)變化的情況，叫做土壤水量的平衡，其表達式為：△水＝水收入-水支出第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土壤水分平衡(水分狀況)類型土壤水分狀況(soilmoistureregimes)不僅影響土壤中物質(zhì)能量的遷移轉(zhuǎn)化過程，還影響土壤形成發(fā)育的方向和性質(zhì)。根據(jù)成土環(huán)境及土壤特征，可以將土壤水分狀況劃分為以下類型：①淋溶型②弱淋溶型③滲出型第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六第40頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六全球土壤水分狀況季節(jié)性變化圖

第41頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六（二）土壤空氣

土壤空氣是土壤的重要組成成分，它和土壤水分共同存在于土壤孔隙之中，是影響土壤肥力與土壤自凈能力的因素之一。第42頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六1.土壤空氣的來源和組成

土壤空氣（soilair）主要來自大氣，存在于未被水分占據(jù)的土壤孔隙中。土壤空氣按其組成在質(zhì)與量上均不同于大氣中的空氣。1）二氧化碳比大氣中含量高；2）氧含量比大氣的低；3）土壤空氣中的水汽含量遠比大氣高；4）在土壤中還可能產(chǎn)生甲烷、氫等氣體。第43頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六土壤空氣的組成與變化氣體O2CO2N2其他氣體近地面的大氣20.940.0378.050.95土壤空氣18.0-20.030.15-0.6578.8-80.24－

土壤空氣與大氣組成的比較（容積%）第44頁，共47頁，2023年，2月2