第五章：土壤水气热状况（原67章）.ppt

,*,第五章,土壤水、,气,、热,状况,水分是土壤的重要组成部分之一，土壤水分含量对土壤形成发育过程及肥力水平高低都有重要的影响作用。土壤水分状况及其运动规律是土壤地理学、资源环境科学的重要研究内容之一。全球水循环模式与土壤水分类型，如图,5-1,、,5-2,、,5-3,和表,5-6,所示。,5.1,土壤水分及其特性,5,图,5-1,全球水分循环示意图,(,据,Botkin D B,1998),5,土壤水分类型,固态水,土壤水,气态水,束缚水,自由水,吸湿水,膜状水,毛管水,重力水,地下水,5,5-1,土壤水的有效性,水分,形态,水分,有效性,水分,常数,土壤,水吸力,10000,105,度下,烘干,吸湿,水,31,15,6.25,0.5,0.08,吸,湿,系,数,膜状水,萎,焉,系,数,最大,分子,持水,毛管,破裂,含水,田间,持水,量,毛管,持水,量,全,蓄,水,量,毛管悬着水,重力水,难有效,无效,有效,多余水,毛 管 水,图,5-2,土壤水分有效性综合示意图,5,图,5-3,不同质地土壤的有效水分含量图,5,土壤水含量的表示,1,、质量含水量,m,（,%,）,=,土壤水质量,/,烘干土质量*,100,2,、容积含水量,v,（,%,）,=,土壤水容积,/,土壤总容积*,100,v=m*s,3,、相对含水量,土壤实际含水量与土壤田间持水量的比值（,%,）,4,、土壤水贮量（,mm,）,也叫水层厚度,=v*h,或,=m*s*h,5,土壤水的能量状态,一、土水势,1.,基质势,m,2.,压力势,p,3.,渗透势,s,4.,重力势,g,t=m+p+s+g,二、土壤水吸力,1 Pa=0.0102cm,水柱,1 atm=1033 cm,水柱,=1.0133bar,1 bar=0.9896 atm,=1020 cm,水柱,5,土水势,(soil water potential),是指单位水量从一平衡的土,-,水系统移动到与它同温度而处于参比状态的水池时所作的功。土水势包括：基质势,(matrix potential),、压力势,(pressure potential),、渗透势,(osmatic potential),、重力势,(gravitational potential),、总水势,(soil water potential),。土壤,-,植物,-,大气的水分运移动态系统,(soil-plant-air contiunm,SPAC),，如图,5-5,所示。,5,图,5-4 SPAC,系统中水分运移过程模式图,5,土壤水分状况,(soil moisture regimes),不仅影响土壤中物质能量的迁移转化过程，还影响土壤形成发育的方向和性质。根据成土环境及土壤特征，可以将土壤水分状况划分为以下类型：,淋溶型与周期淋溶型；,非淋溶型；,渗出型；,停滞型；,冻结型。另外，全球土壤水分状况还具有明显的季节性变化，如图,5-5,所示。,5,图,5-5,全球土壤水分状况季节性变化图,土水势的测定,5,土壤水分特征曲线,压力膜法,5,土壤水分特征曲线,5,土壤水分的运动,一、饱和流,1.,导水率为常数,2.,水势梯度引起，重力势为主,3.,流向向下或侧渗,4.,灌溉或降雨超过入渗时才有,5,土壤导水率,5,土壤水分运动,二、非饱和流,1.,导水率随土壤湿度而变化，不是常数,2.,基质势是水势梯度的主要因素,3.,可以任意方向流动,4.,土壤中的普遍现象,5,土壤水分的入渗、再分布、蒸发,一、入渗指标,1.,最初入渗速率,2.,最后入渗速率,3.,入渗开始后,1,小时速率,二、入渗中的土壤水剖面：,土面水层、饱和层、延伸层、湿润层、湿润锋,三、地表水进入土壤停止后，土壤中水分仍然进行,再分布,过程,四、土面蒸发的三阶段：,大气蒸发力控制阶段,土壤导水率控制阶段,扩散控制阶段,第二阶段是调控土壤水分散失的理想时期,5,田间土壤水分平衡,来水途径：,降水,P,、灌溉,I,、别处入渗来水,U,失水过程：,蒸发,E,、蒸腾,T,、径流,R,、下渗水,D,土壤水分平衡的数学表达：,W,=P+I+U E T R-D,5,土壤水循环,土壤空气是土壤的重要组成成分，它和土壤水分共同存在于土壤孔隙之中，是影响土壤肥力与土壤自净能力的因素之一。土壤空气的组成与大气层中空气的组成有明显的不同，如表,5-2,所示。,5.2,土壤空气及其运动,5,土壤空气,一、土壤空气组成的特点：,1.CO,2,含量高于大气,2.,氧气含量低于大气,3.,一般水气饱和,4.,含较多还原性气体,二、土壤空气的运动对流和扩散,5,5,5-2,土壤中不断进行的动植物呼吸作用和微生物对有机质物的生物化学分解作用，使得土壤空气中,O,2,不断消耗和,CO,2,逐渐累积，其结果是土壤空气中,O,2,、,CO,2,浓度与近地层大气中,O,2,、,CO,2,浓度之间差异的扩大，这样必然引起,O,2,、,CO,2,气体分子扩散的发生，如图,5-6,所示。,5,图,5-6,土壤空气与近地大气之间气体扩散过程示意图,5,5.3,土壤热性质,一、土壤热容量,土壤三相组成中，水的热容量最大，气体热容量最小，对矿物质和有机质含量一定的土壤而言，土壤热容量取决于土壤水分含量的多少,二、土壤导热率,土壤三相组成中，空气导热率最小，固体导热率最大，通过灌溉或排水，降低或增加土温,三、土壤的导温率,D=,5,土壤热量状况是土壤的重要物理性状之一。影响土壤热量状况的主要因素有：,土壤吸收的净热量；,使土壤温度变化所需热量；,土壤水相态转化及其扩散所需热量；,土壤物质迁移转化所消耗或释放的热量，如表,5-3,、,5-4,所示。,土壤热量状况,5,5,5-3,5-4,太阳辐射能是土壤热量最主要的来源，地球表层土壤表面能量平衡模式，如图,5-8,所示。一般来说表土年均温高于当地年均气温值。与同时期的气温相比，心土层和底土层温度在秋冬季高于气温，而在春夏季低于气温，如图,5-9,所示。,5,图,5-8,地球表层能量平衡模式图,5,图,5-9,亚热带地区裸露粉壤质土壤温度日变化图式,(,据,Scott H D,，,2000),5,由于土壤温度状况差异巨大，故美国土壤系统分类将土壤温度状况划分为,6,大类，如表,5-5,。该方案已被许多国家的土壤科学研究者所采用。中国土壤科学家参照上述划分方案，并考虑中国土壤形成的环境条件，制定了中国土壤土壤温度状况划分体系，如表,5-6,所示。,5,5-5,5-6,