第5章 土壤水（1/1）

…………土壤水分类型及性质…………

一、吸湿水

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，土壤质地愈黏和有机质含量愈高,其比表面积愈大，吸湿水含量愈高；大气相对湿度愈大,吸湿水含量也愈高。吸湿水对作物来说虽属无效水，但在土壤分析工作中，必须以供于土来计算，所以常需测定风干土的吸湿水含量。

二、膜状水

当土壤水分达到最大吸湿量后，土粒表面还有剩余的引力吸附液态水，这部分水被吸附在吸湿水的外层，定向排列为水膜，称为膜状水。膜状水的外层部分对作物有效。当土壤水分受到的引力超过1.5 MPa时,作物便无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎，此时的土壤含水量就称为凋萎系数。凋萎系数主要受土壤质地的影响，通常土壤质地愈黏，凋萎系数愈大。

三、土壤毛管水

靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水称为毛管水。

既能保持在土壤中，又可被作物吸收利用。毛管水在土壤中可上下左右移动，并且具有溶解养分的能力，是土壤养分的溶剂和输送者,所以毛管水的数量对作物的生长发育具有重要意义。

毛管水的数量主要取决于土壤质地、腐殖质含量和土壤的孔隙及结构状况。

1、毛管上升水

借助于毛管力由地下水上升进入土壤中的水称为毛管上升水。毛管水上升的高度和速度与土壤孔隙的粗细有关，在一定的孔径 范围内,孔径愈粗，上升的速度愈快，但上升高度低;反之，孔径愈细，上升速度愈慢，上升高度则愈高。

若地下水矿化度较高，盐分随水上升至根层或地表，极易引起土壤的次生盐渍化，危害作物,必须加以防止。主要的防止办法是利用开沟排水，把地下水位控制在临界深度以下。

2、毛管悬着水

土壤毛管悬着水达到最多时的含水量称为田间持水量。在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。田间持水量是确定灌水量的重要依据，是农业生产上十分有用的水分常数。田间持水量的大小，主要受质地、有机质含量、结构松紧状况等的影响。

四、土壤重力水

当进入土壤的水超过田间持水量之后,过量的水分便在重力的作用下,沿大孔隙即通气孔隙向下流动,湿润下层土壤或渗漏出土体,甚至进入地下水,成为地下水补给源。

不被土壤保持而受重力支配向下流动的水，称为重力水。

土壤重力水是可以被作物吸收利用的，特别是在水田，但是在旱地,重力水只是短时间通过土体而已，而且当它在土中存留时，作物虽可利用，却往往因水分过多,土壤空气不足,造成内涝,反而有害于作物生长。

五、土壤水分的有效性

土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。不能被植物吸收利用的水称为无效水，能被植物吸收利用的水称为有效水。土壤水的有效性实际上是用生物学的观点来划分土壤水的类型。

通常把土壤凋萎系数看作土壤有效水的下限。低于凋萎系数的水分，作物无法吸收利用，属于无效水。一般把田间持水量视为土壤有效水的上限。所以田间持水量与调菱系数之间的差值，即土壤有效水最大含量。

一般情况下，土壤含水量往往低于田间持水量。所以有效水含量难于达到最大值，而只是当时土壤含水量与该土壤凋萎系数之差。

…………土壤水分研究能态学…………

一、土壤水势及其分势

土壤水所受力有吸附力、毛管力重力以及土壤水分包和时的静水压力等，在这些力的作用下，与相同条件下的纯自由水相比土壤水的势能(或自由能)降低，其差值即为土水势，用符号ψ表示。所以，土水势不是土壤水分势能的绝对值，而是以相同条件下纯自由水做参比标准的差值，是一个相对值。

根据热力学定律，任何物质的运动都是从自由能高的地方向自由能低的地方进行。

土壤水分受各种力的作用,不同作用力引起的势能变化称为土水势的分势。

1、基质势

基质势是由固相土壤颗粒的吸附力和毛管力所引起的水势变化。制约基质势的作用力的大小受固相土粒的组成性质及其土粒间的孔院状况所决定。土壤含水量愈低。基质势就愈低；反之，土壤含水量愈高，基质势愈高。当土壤水完全饱和时，基质势达最大与参比标准相等值为零。

2、溶质势

溶质势是由土壤水中溶解的溶质而引起土水势的变化，也称渗透势。

土壤水中溶解的溶质愈多，溶质势愈低。土壤水中的溶质通常呈均匀分布状态，所以溶质势对土壤水分的运动一般不起作用，但对于盐渍化土壤则不可忽略。土壤水中盐分含量较多时，溶质势低，植物吸水受到影响，如果盐碱土含盐量过高，溶质势低于植物根细胞内的水势时，植物会出现生理干旱,而无法正常生长。

3、重力势

重力势是由重力作用而引起的水势变化。高于参比标准的土壤水,其所受重力作用大于参比标准，故重力势高且为正值；低于参比标准，则重力势就低且为负值。所以土壤水的重力势视参比标准，可正可负。

4、压力势

压力势是土壤水在饱和状态下呈连续水体，土壤水承受静水压力，其水势与参比标准之差称为压力势。土壤水的压力势以大气压做参比标准。

二、土壤水吸力

是指土壤中保持的水在承受定力的情况 下所处的能态，简称吸力、张 力或负压力，是一种不严格的表示方法，由基质吸力和溶质吸力构成。因此,常用于土壤水分不饱和的情况。由于在土壤水的保持和运动中不考虑溶质势，所以谈及的吸力主要是指基质吸力,其值与基质势相等，符号相反。根据土壤水吸力判断土壤水的运动方向时，土壤水是由吸力小处流向吸力大处。

三、影响土壤水分特征曲线的因素及滞后现象

土壤水分特征曲线受多种因素影响，主要有土壤质地结构温度，干湿变化过程等。

1、首先，不同质地的土壤其水分特征曲线有差别

2、土壤结构对水分特征曲线的影响在高土水势范围内比较明显。对于相同质地的土壤，结构良好时，由于土壤疏松总孔隙度大,因此全容含水量高于土壤结构不良的状况。

3、温度对土壤水分特征曲线亦有影响。温度升高时,水的黏滞性和表面张力下降，基质势相应增大，或土壤水吸力减少。在低含水率时，这种影响表现得更加明显。

4、土壤水分特征曲线还和土壤中水分变化的过程有关。

通常相同基质势情况下、脱水过程的含水吸湿过程的基质吸力，或脱湿过程的基质势要低于吸湿过程的基质势。即土壤水分特征曲线的脱水曲线和吸水曲线不重合的现象称为滞后现象。

…………土壤水的运动规律…………

一、土壤液态水的运动

土壤液态水的运动可分为两种情况，一种为饱和流，即土壤孔隙全部充满水时的水流，主要是重力水的运动;另一种为非饱和流,即土壤只有部分孔隙中有水时的水流，主要是毛管水和膜状水的运动。土壤中液态水的推动力为土水势，在不同的水分状况下，起主导作用的土水势分势是不同的，基本上都服从于液态水在多孔介质中流动的达西(Darcy)定律，即单位时间通过单位断面的水量与水势梯度成正比。

1、饱和流

田间出现的土壤水饱和流有如下几种情况: 第一是垂直向下的饱和流，出现在大量持续降水和稻田淹灌时；第二是垂直向上的饱和流，如地下泉水涌出土面等特殊情况下；第三是水平的饱和流，如平原水库库底周围、河湖附近、排水沟两侧等局部区域。

土壤饱和导水率反映了土壤的饱和渗透性能，任何影响土壤孔隙性的因素都会影响饱和导水率，大孔隙对饱和流的影响最大,通常土壤孔径愈大,粗孔数量愈多，饱和导水率就愈高，水愈容易通过，一般来说，砂土＞壤土＞黏土。具有稳定团粒结构的土壤比具有不稳定团粒结构的土壤传导水分要快得多，后者在潮湿时结构被破坏，细的黏粒和粉粒会阻塞较大孔隙的连接通道。

2、非饱和流

在饱和流时，导水性最好的是粗孔多的土壤。在不饱和流中，细孔多的黏土和壤土比砂土的导水性好。

非饱和条件下土壤水流的数学表达式与饱和条件下的类似，二者的区别在于: 饱和条件下的总水势梯度为重力势与压力势和的梯度，而非饱和条件下为重力势与基质势和的梯度;饱和条件下的土壤导水率对特定土壤为一常数,而非饱和导水率是土壤含水量或基质势的函数;饱和条件下数学式用差分的形式表示，而非饱和条件下则用微分的形式表示。

二、土壤气态水的运动

土壤气态水的运动表现为水气扩散和水气凝结。

水气扩散水气运动的推动力是水气压梯度。水气从水气压高处向水气压低处扩散。在温度相同的情况下,水气从湿土向干土扩散;在湿度相同的情况下，水气由温度高处向温度低处扩散。其中温度梯度的作用远远犬于湿度梯度,是水气运动的主要推动力。

水气凝结土壤中保持的液态水可以汽化为气态水，气态水也可以凝结为液态水。在一定条件下，两者处于平衡之中。当水气扩散遇冷时便可凝结成液态水，这就是水气凝结。水气凝结有两种现象值得注意，一是“夜潮”现象，二是“冻后聚墒"现象。

“夜潮”现象多出现于地下水埋深较浅的“夜潮地”。

“冻后聚墒”现象是我国北方冬季土壤冻结后的聚水作用。

…………土壤水分平衡及调控…………

一、土壤水分平衡

土壤水分平衡是指一定土体内水的收入和支出情况。

土壤含水量的变化应等于其收入项与支出项之差，正值表示土壤贮水增加，负值减少。

二、土壤水分调控

1、耕作措施

包括耕作、除草和镇压等。通过耕作创造疏松深厚的耕作层,改善土壤的孔隙状况，提高土壤的透水性以吸收更多的降水同时还可避免地表径流损失。除草和镇压主要目的在于减少土面蒸发和蒸腾损失。

2、地面覆盖

可采用薄膜覆盖和秸秆覆盖，减少水分蒸发损失。

3、灌溉措施

根据作物需水量的多少和土壤水分含量状况，通过灌溉补充土壤水分，是土壤水分调节的重要环节。灌溉方法有大水漫灌、沟灌、畦灌、喷灌、滴灌、渗灌等。

4、生物节水

建立生物节水模式、培育种植节水抗旱新品种。

二、充分灌溉和非充分灌溉

充分灌溉是按照传统经验根据作物要求的灌水定额进行的，每次灌水都使作物根系土壤水分充足、灌足，符合及时足量的传统要求。其主要目标是获得作物的高产稳产，并以控制土壤湿度为约束条件。

非充分灌溉在国外也叫有限灌溉或蒸发蒸腾量亏缺的灌溉，是作物实际蒸发蒸腾量小于潜在蒸发蒸腾量的灌溉。非充分灌溉是利用作物本身具有一定的生理节水与抗旱能力的特点，达到既节水，又高产高效，以有限水量的投人获得最大效益的目的。

非充分灌溉大体上可以分为两类:一类是客观上可供灌溉的水量不足而实施的被动非充分灌溉;另一类是可供灌溉的水量充足,但为了某种目的，如提高产品品质而实施的主动非充分灌溉。

灌水始点因土壤类型、作物和作物生育时期、土壤质地和容重的不同而有一定的差别,它决定着作物灌水的开始时间和灌水次数，也影响灌水量的确定，对制定作物的灌溉制度具有重要的现实指导意义。