土壤地理学09级ch1.2.3省名师优质课赛课获奖课件市赛课百校联赛优质课一等奖课件.ppt

土土 壤壤 地地 理理 学学三、土壤水分和空气三、土壤水分和空气1/47三、土壤水分和空气三、土壤水分和空气土壤流体组成土壤流体组成（一）土壤水分（二）土壤空气2/47掌握土壤水分类型、土壤水分常数掌握土壤水分类型、土壤水分常数掌握土壤空气组成及其运动掌握土壤空气组成及其运动3/47(一)土壤水 水水分分是是土土壤壤主主要要组组成成部部分分之之一一，土土壤壤水水分分含含量量对对土土壤壤形形成成发发育育过过程程及及肥肥力力水水平平高高低低都有主要影响作用。都有主要影响作用。土土壤壤水水分分情情况况及及其其运运动动规规律律是是土土壤壤地地理理学学、资源环境科学主要研究内容之一。资源环境科学主要研究内容之一。4/47全球水循环中处于土壤水阶段时它特殊性：全球水循环中处于土壤水阶段时它特殊性：土壤水分保持、运动及有效性土壤水分保持、运动及有效性5/471.土壤水分起源及其耗损土壤水分主要来自大气降水、浇灌水、地土壤水分主要来自大气降水、浇灌水、地下水。另外，水汽凝结也会增加土壤水分下水。另外，水汽凝结也会增加土壤水分含量含量.但这种水分含量极少，不占主要地位。但这种水分含量极少，不占主要地位。土壤水分消耗主要有土壤蒸发、植物吸收土壤水分消耗主要有土壤蒸发、植物吸收和蒸腾，水分渗漏和径流损失等，其中地和蒸腾，水分渗漏和径流损失等，其中地面蒸发和水分渗漏最为主要。面蒸发和水分渗漏最为主要。6/472、土壤水保持与分类水分进入土壤后，因受到分子引力、毛管力等作用，而存在于土壤孔隙中。土壤可保持大量水分，按表土30cm算，可达50t/亩。植物每生产一千克干物质，需消耗几百千克土壤水。7/47依据土壤水存在不一样形态和运动形式，通常把土壤水分划分为以下几个类型：8/47土壤水分类型及有效性土壤水分类型及有效性土壤水分类型*吸湿水膜状水毛管水重力水9/47（1 1）土壤吸湿水）土壤吸湿水吸湿水：由土壤颗粒表面张力所吸附水汽分子，称吸湿水。水汽分子与土壤颗粒之间吸力为31-1万个大气压，不能移动，植物也不能吸收。最大吸湿量：当土壤空气相对湿度到达饱和时，土壤吸湿水含量到达最大值时，称最大吸湿量。10/47（2 2）土壤膜状水）土壤膜状水膜状水：膜状水：被吸附在吸湿水膜外层水分。膜状水能从水膜厚处向薄处移动，即从湿土向干土移动，但移动速度非常迟缓。膜状水即使含量还高，植物便开始凋萎，植物呈永久萎蔫时土壤含水量，称凋萎系数凋萎系数。膜状水最大含量称最大分子持水量。最大分子持水量。11/47（3 3）土壤毛管水）土壤毛管水 毛管孔隙中毛管力吸附保留水分称毛管水。包含：毛管悬着水 毛管上升水12/47毛管悬着水毛管悬着水借助于毛管力保持在上层土壤毛管孔隙中水分，它与来自地下水上升毛管水并不相连，好像悬挂在上层土壤中一样，故称之为毛管悬着水。毛管悬着水到达最大时土壤含水量，称田间田间持水量持水量。毛管上升水毛管上升水是指地下水位较高条件下，地下水沿毛管上升而存在土壤毛管孔隙中水分。毛管上升水到达最大量土壤含水量叫毛管持水量毛管持水量。13/47土土 粒粒毛管悬着水土土 粒粒毛管上升水地下水位地下水位14/47重力水 重力水：重力水：当土壤水分含量超出田间持水量时，多出水分就会在重力作用下，沿着土壤中非毛管孔隙（大孔隙）向下渗透，假如没有不透水层阻隔，它能够一直渗透到地下水中去。土壤全部孔隙都充满水时含水量称土壤饱和土壤饱和含水量，含水量，也称为土壤全持水量。土壤全持水量。15/473、土壤水分常数及土壤水分有效性对于一定土壤，其物质组成及孔隙系统是一定，所以，能够保持各种形态类型水分最大值最大值亦为一常数，称为土壤水分常数，用重量水分百分数表示。16/47土壤水分常数当土壤空气相对湿度到达饱和时，土壤吸湿水含量到达最大值时，称最大吸湿量，又称吸湿系数吸湿系数。植物呈永久萎蔫时土壤含水量，称凋萎系凋萎系数数。膜状水最大含量叫最大分子持水量最大分子持水量。毛管悬着水到达最大时土壤含水量，称田田间持水量间持水量。土壤孔隙全部充满水分时，即为重力水所饱和时含水量，称为全蓄水量全蓄水量或饱和持水饱和持水量量，饱和系数饱和系数。17/47水水沿沿着着毛毛管管上上升升毛管作用力范围：毛管作用力范围：0.1-1mm有显著毛管作用有显著毛管作用0.05-0.1mm 毛管作用较强毛管作用较强 0.05-0.005mm 毛管作用最强毛管作用最强0.001mm 毛管作用消失毛管作用消失18/473、土壤水分常数及土壤水分有效性土壤含水量表示方法很多，如重量百分数：土壤含水量%19/47土壤水分有效性能被植物吸收利用土壤水称为有效水。土壤有效水数量可由土壤水分常数计算：土壤有效水量毛管持水量凋萎系数（田间持水量）20/47土壤水分有效性综合示意图21/47土壤水分有效性主要受土壤质地、结构、有机质含量等影响。22/47不一样质地土壤有效水分含量图23/47土壤土壤A10%土壤土壤B15%水流向何方？水流向何方？砂土砂土 粘土粘土24/474.土壤水能量概念土壤水和自然界中其它物体一样，含有不一样数量和形式能，经典物理学分别出两种主要形式能：动能和势能。动能：可忽略不计；势能在土壤水运动和状态上极为主要。25/47土水势土水势(soil water potential)土土水水势势(soil water potential)是是指指单单位位水水量量从从一一平平衡衡土土-水水系系统统移移动动到到与与它它同同温温度度而而处处于于参参比比状状态态水水池池时时所所作作功功。土土水水势包含：势包含：基质势基质势(matrix potential)溶质势（溶质势（solute potential）或叫渗透势）或叫渗透势(osmotic potential)压力势压力势(pressure potential)重力势重力势(gravitational potential)以上分势和为总水势以上分势和为总水势(soil water potential)。26/47在土壤水不饱和情况下，土壤仍保持部分水分，依据热力学第一定律：能量守恒定律，被土壤吸持水，其自由能降低。在土壤水饱和情况下，水分不但不再被吸持，还能够产生静水压，其能作有用功自由能增多。27/47（1）基质势（）基质势（P Pm）负值，当土壤饱和时最大负值，当土壤饱和时最大0 0土壤含水量越高，基质势也越高。土壤含水量越高，基质势也越高。（2）压力势（）压力势（Pp）正值，只有当土壤水分饱和时才有压力势，在不饱正值，只有当土壤水分饱和时才有压力势，在不饱和土壤中压力势为和土壤中压力势为0。饱和土层越深，压力势越高。饱和土层越深，压力势越高。28/47（3）溶质势（P PS）负值。也叫渗透势（负值。也叫渗透势（osmotic potentialosmotic potential），由土壤溶液），由土壤溶液中溶质离子吸水，使土壤水分失去部分自由活动能力，中溶质离子吸水，使土壤水分失去部分自由活动能力，这种由溶质所产生势能，称溶质势，也称渗透势。这种由溶质所产生势能，称溶质势，也称渗透势。（4）重力势（重力势（P Pg）重力势（Pg）是指由重力作用而引发土水势改变。任何时候重力势都存在。高于参比面时为正，反之为负，参比面处重力势为0。29/47 土水势与自由能表解土水势与自由能表解30/47在饱和土壤水运动中，决定土水势是Pp与Pg；在不饱和土壤水运动中决定土水势是Pm与PS。土水势定量表示以单位数量土壤水势能值为准。通惯用单位容积土壤水分势能值即压力单位帕（Pa）表示。近似应用时也可简化为：105帕=1000厘米水柱1巴1大气压。31/47土壤水势定量表示土水势标准单位：帕土水势标准单位：帕（Pa）1 Pa=0.0102厘米水柱厘米水柱 1 atm=1033厘米水柱厘米水柱=1.0133bar 1 bar=0.9896atm=1020厘米水柱厘米水柱 1 bar=100000 Pa32/47土壤水吸力土壤水吸力数值与土水势相同，只是都为正值，但需注意土壤水吸力只能用于基质势和溶质势，对水分饱和土壤普通不用。土壤水吸力范围很宽，能够从零到105帕。用土壤水吸力水柱高度厘米数对数，即pF值来表示。33/47大气压、水柱高度与大气压、水柱高度与pF值换算关系值换算关系34/47SPAC（soil-plant-air-continuum）从水分能量观点，植物吸水是由植物细胞内水势所决定。土水势根水势茎水势叶水势这时，植物从土壤中吸水，以填补因蒸腾所消耗大量水分。35/47SPAC系统中水分运移过程模式图36/47全球水分循环示意图(据BotkinDB,1998)37/475.土壤水量平衡土壤水分含量受土壤水分收入和消耗制约，当水分收入大于消耗时，土壤水含量增大，相反则降低，当收入和消耗相等时，土壤水含量保持不变。土壤水分收入和消耗使土壤水含量对应改变情况，叫做土壤水量平衡，其表示式为：水水收入-水支出土体水分收入包含：大气降水输入量；地表径流输入量；土内侧流流入量；毛管上升水输入量；汽态水输入量；若有浇灌还应包含浇灌水量。土体水分支出包含：土壤蒸发量；植物蒸腾量；地表径流输出量；土内径流流出量；土壤渗漏量等。38/47土壤水分平衡(水分情况)类型土壤水分情况(soilmoistureregimes)不但影响土壤中物质能量迁移转化过程，还影响土壤形成发育方向和性质。依据成土环境及土壤特征，能够将土壤水分情况划分为以下类型：淋溶型与周期淋溶型非淋溶型渗出型停滞型冻结型另外，全球土壤水分情况还含有显著季节性改变，如图3-8所表示39/47全球土壤水分情况季节性改变图全球土壤水分情况季节性改变图40/47（二）土壤空气 土土壤壤空空气气是是土土壤壤主主要要组组成成成成份份，它它和和土土壤壤水水分分共共同同存存在在于于土土壤壤孔孔隙隙之之中中，是是影影响响土土壤壤肥肥力力与与土土壤壤自自净净能能力力原原因因之之一一。土土壤壤空空气气组组成成与与大大气气层层中中空空气气组组成成有有显显著著不不一一样样，如表如表3-1所表示。所表示。41/471.土壤空气起源和组成土壤空气（soilair）主要来自大气，存在于未被水分占据土壤孔隙中。土壤空气按其组成在质与量上均不一样于大气中空气。1）二氧化碳比大气中含量高；2）氧含量比大气低；3）土壤空气中水汽含量远比大气高；4）在土壤中还可能产生甲烷、碳化氢、氢等气体。42/47土壤空气组成与改变气 体O2CO2N2其它气体近地面大气20.940.0378.050.95土 壤 空 气18.0-20.030.15-0.6578.8-80.24 土壤空气与大气组成比较（容积%）43/47 土土壤壤中中不不停停进进行行动动植植物物呼呼吸吸作作用用和和微微生生物物对对有有机机质质物物生生物物化化学学分分解解作作用用，使使得得土土壤壤空空气气中中O2不不停停消消耗耗和和CO2逐逐步步累累积积，其其结结果果是是土土壤壤空空气气中中O2、CO2浓浓度度与与近近地地层层大大气气中中O2、CO2浓浓度度之之间间差差异异扩扩大大，这这么么必必定定引引发发O2、CO2气气体体分分子子扩扩散散发发生生，如如图图 3-1所表示。所表示。44/472.土壤与大气间气体交换土壤空气和近地面大气进行着交换，其交换有两种方式：1)土壤空气和大气整体地进行交换2)部分气体相互扩散45/47 土壤空气与近地大气之间气体扩散过程示意图46/473.土壤通气性土壤空气与大气间气体交换，以及土体内部允许气体扩散和流通性能，称为土壤通气性。土壤通气性与土壤孔隙情况、土壤含水量等亲密相关。47/47