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1、土壤地理学课件5 土壤地理学课件5 第五章： 土壤水、 空气和热量状况 第一节： 土壤水 一、 土壤水的形态类型及其特性： 下面分别说明各种类型的水分及特性 （一） 固态水 是以固态存在的水分， 只有当土壤温度降低到 0以下， 土壤水发生冻结时才形成。 因此，固态水不能被植物吸收利用。 （二） 气态水 是以气体状态存在于土壤空隙中的水分， 即水气。 它也是土壤空气成分的一种。 1、 气态水的数量： 随土壤的温度和湿度的不同而不同， 在湿热地区， 气态水较多， 而干旱地区则较少， 气态水占土壤的重量很小， 不超过 0.001%。 2、 气态水的运动： 靠分子扩散作用来进行， 扩散作用的推动力是水

2、汽压梯度（与浓度梯度相似）， 影响土壤水汽压的因素主要有二个： （1） 温度 例： 高温土体比低温土体水汽压高。 （温度高， 分子热运动加快， 水压高） （2） 水势的梯度 土水势越大， 水气压越高， 因此水汽从土水势高的地方向水势低的地方扩散。 3、 气态水在土壤中存在的作用 气态水的量虽很少， 不能被植物吸收利用， 但它在土壤中作用却不可忽视。 （1） 在干旱条件下， 它是土壤中唯一的， 可以自由移动的水分状态。 （2） 气态水的多少， 影响土壤水分的蒸发速率。 水汽越多， 土壤水分蒸发越大。 （3） 气态水的凝结， 可以使气态水转化为液态水。 （三） 液态水 束缚水 1、 化学束缚水 它

3、不能直接参加土壤中各种物理作用， 也不能被植物吸收利用， 根据它与矿物结合的程度， 又分为化合水和结晶水两种。 2、 物理束缚水 按其来源的引力大小， 又可分为吸湿水和膜状水两种。 其中只有部分的膜状水对作物是有效的。 （1） 吸湿水 影响吸湿水数量的因素 A： 土壤空气湿度和温度 B： 土壤颗粒大小 C： 土壤含盐量 吸湿水的性质 A： 受到的吸力大 B： 无溶解能力， 只是纯水 C： 不能被植物吸收利用 D： 水层非常薄 最大吸湿水量 ： 吸湿水达到最大量时的土壤含水量的百分数。 （2） 膜状水 膜状水： 当吸湿水达到最大量后， 土壤颗粒与液态水相接触时， 被吸附在吸湿水 膜之外的水分，

4、这些水分就称为膜状水。 最大分子持水量： 膜状水达到最大量时的土壤含水量的百分数。 膜状水的性质 A： 膜状水被吸附时， 几乎无吸湿热放出。 B： 膜状水同一般的液态水性质相似， 只是粘滞性较高， 而无溶解能力， 其密度为 1.25， 冰点较低， 温度在-15时仍不冻冰。 膜状水的运动 它是从水膜厚处向水膜薄处运动， 直至两水膜厚度相等为止， 膜状水的运动速率很低， 一般为 0.20.4mm/小时。 膜状水的有效性 膜状水的吸力为 6.2531 个大气压。 因此土壤吸力在 15 个大气压处， 称为凋萎点， 膜状水在未被消耗完之前植物就呈现了凋萎状态。 自由水 可分为： 毛管水和重力水。 1、

5、毛管水 被毛管力吸附， 保持于土壤毛管孔隙中的水， 叫毛管水。 （1） 毛管水的性质 毛管水有溶解能力， 它能溶解各种营养物质。 毛管水是靠毛管力所保持的水分， 较长时间保存在毛管中， 可被植物充分利用， 是土壤中最宝贵的水分。 毛管水的吸力在 0.086.25 个大气压， 在土壤中能自由运动， 所以它是有效水。 （2） 毛管水的运动 其移动方向是： 从毛管力小的地方向毛管力大的地方移动； 从毛管粗的地方向毛管细的地方移动。 （3） 毛管水的运动速度 A： 与土壤湿度有关 B: 与土壤温度有关 C: 与土壤溶液浓度有关 D: 与土壤质地有关 （4） 毛管水的种类 根据来源和运动方向不同可分为：

6、 毛管支持水和毛管悬着水。 毛管支持水（毛管上升水） 是自地下水面由下向上， 沿管毛管上升， 而存在于土壤毛管中的水分， 若地下水位上升， 毛管支持水上升 最大毛管持水量 毛管悬着水 田间持水量： 毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量百分数， 称为田间持水量。 它是植物需水的上限， 也是植物生长最宝贵的水分类型。 2、 重力水 （1） 自由重力水 当重力水向下移动时， 如果中途不遇到任何阻碍， 它可以一直进入地下水， 成为地下水的补给来源， 一般称为自由重力水； 它只经过土壤层， 而不在其中存留。 （2 ） 支持重力水 重力水在下渗途中， 遇到不透水层， 即可被阻拦在此层之上， 因而称之为支持重

7、力水。 最大持水量： 土壤中的水量达到土壤所能容纳的最大水量 二、 土壤水的能量概念 （一） 土水势 土壤水与自然界中的物体一样具有能量， 能量有两种形式： 动能和势能， 能量用势表示。 1、 土水势： 是指单位数量土壤水的势或势能。 （单位质量： J/kg， 单位压力： 达因/平方厘米，单位重量： cm 水柱） 2、 水势： 单位数量的水在恒压下由力场的一个已知点移到一个相应点所做的功， 叫水势。 相应点： 指在一个大气压下具有相同温度的自由水面而言的。 一般地下水的水表面、 空旷地的水表面， 相应点的水势为 0。 3、 总土水势=基质势+渗透势+重力势+压力势； 一般土壤中， 总土水势=基

8、质势。 （二） 土水势定量表示方法： 通常用压力单位帕来表示 水势多用巴或毫巴表示； 也用 PF 表示土水势（国外常用）， PF： 指水柱高度的 cm 数的对数。 P： 对数， F： 能量， 1 巴 PF=3， 10 巴 PF=4， 100 巴 PF=5。 三、 土壤水分常数和土壤含水量的表示方法 （一） 土壤水分常数 是指土壤所能保持的各种水分形态类型的最大数值称为土壤水分常数。 （二） 土壤含水量的表示方法 1.重量百分数： 是土壤水的重量占烘干土重百分数称为重量百分数。 重量%=（原状土重-烘干土重） 100/烘干土重 2.容积百分数： 重量%容重 3.水层毫米数： 重量%容重土层厚度

9、cm10 4.相对持水量： 重量%田间持水量%100 四、 土壤水分的有效性 （一） 土壤水对植物有效性的一般概念 把田间持水量作为土壤有效水的上限， 凋萎系数为下限， 高于上限的为多余水， 低于下限的为无效水， 因此: 土壤有效含水量%=田间持水量凋萎系数 （二） 土壤水分有效性的能量观点 从能量观点来看土壤水分有效性： 常用-15 巴或-15 个大气压作为土壤有效水的最低能量，即凋萎系数。 土水势大于-15 巴都应是土壤有效水， 但经测定， 土水势大于-1/3 巴则植物就不能吸收土壤水分。 可见， 土壤水分有效性主要取决于植物的内水势， 因此： 有效水在-1/3 巴-15 巴，用 PF 表

10、示， 就是 PF 值在 4.22.5 之间为有效水。 五、 土壤水分的平衡 （一） 土壤水分平衡的概念 是指土壤水分的收入和消耗， 以及土壤含水量发生变化的情况。 土壤水分的收入和消耗示意图 地面上升 水分渗透 大气降水进入 水汽凝结 地面蒸发 植物的吸收和蒸腾 （二） 土壤水分的收入来源 大气降水 地下水 侧向流入的水 大气中水汽的凝结 （三） 土壤水分的消耗途径 土壤蒸发 植物的吸收与蒸腾 水分渗漏 水分的侧向流出 其中是土壤水分消耗的主要途径。 第二节 土壤空气 一、 土壤空气的来源和组成 1.N2 含量 土壤空气和大气中的 N2 几乎是一样的， 分别占土壤总孔隙的 79%和大气体积的

11、78%。 （准确 78.05%） 2.O2 含量 土壤中 O2 略小于大气， 土壤中 O2 约 1012%， 大气约 20%； 原因是土壤中进行着氧化还原过程， 以及动、 植物、 微生物的呼吸都消耗 O2。 3.CO2 含量 土壤中 CO2 含量比大气中多的多。 大气 CO2： 0.020.03%， 而土壤中的为 0.150.65%。 4、 水汽含量 土壤中水汽几乎经常处于饱和状态， 而大气中的水汽几乎是经常处于不饱和状态。 二、 土壤气体的交换过程 （一） 土壤和大气间的气体交换方式 一种： 空气流动引起的整体和空气交换 另一种： 组成空气和土壤的各个气体成分本身的分压和浓度不同而导致的扩散

12、运动。 （二） 土壤和大气间气体交换的实质 土壤空气组成的变化主要是 O2 消耗， CO2 积累。 通常我们将土壤和大气间 O2 、 CO2 的气体交换叫做土壤呼吸， 即土壤和大气间气体交换的实质即土壤的呼吸。 （三） 土壤气体交换速率的指标： 气体交换速率反映土壤通气的好坏状况。 1、 土壤的呼吸系数（RQ） 是指土壤中产生 CO2 的容积与消耗 O2 容积比率。 RQ 1 CO2 含量高， 表明土壤通气性差，RQ 1 则表明通气性好， RQ 越小， 通气越好。 2、 土壤中氧的扩散速率（ODR） 是指植物吸收， 微生物活动或被水所置换时氧的补充速率， 常以每平方厘米每分钟所扩散氧的克数（或

13、微克） 来表示。 一般来讲， 土层越深， ODR 越低； ODR 降低的越快， 植物根系生长的深度越浅。 对土壤空气控制和调节的原则是： 设法促进 O2 的供应和排出过多的 CO2， 并消除其他有害气体。 第三节 土壤的热量状况 土壤的热对那些因素产生影响作用： 低空的气温， 土壤水分和土壤空气的运动。 影响土壤物质的迁移、 转化过程。 影响植物和微生物的生命活动。 影响土壤所有的成土过程的速度和强度。 因此热是影响土壤的形成过程和农业生产的重要因素。 一、 土壤的热量来源 太阳辐射 地球内部向外输送的热 土壤中生物过程释放的生物热 化学过程产生的化学热。 二、 土壤的热学特性 （一） 土壤的

14、吸热性： 土壤对太阳辐射 吸收的能力， 称为土壤的吸热性。 影响土壤吸热性的因素： 土壤颜色 土壤湿度 土壤的表面状况 （二） 土壤的散热性： 土壤在吸热增温之后， 又进行地面辐射放出热量， 称为土壤的散热性。 影响土壤散热性的因素 土壤水分蒸发 土壤辐射 大气中尘埃物质对土壤的反辐射 （三） 土壤的容量 土壤温度的升降不仅决定于热量的得失， 而且决定于热容量的大小。 容积热容量（热容量）： 指单位体积（cm3） 的土壤增减 1所需要或放出的热量（单位： 卡/ cm3 度） 用 CV 表示。 重量热容量（比热）： 指单位重量（g） 的土壤增减 1 所需要或放出的热量。 （单位： 卡/g 度）

15、用 C 表示。 二者关系： CV=C 容重。 （四） 土壤的导热性 （五） 土壤的导温性 三、 土壤的热量平衡 土壤的热量平衡是指： 土壤中热量的收入和消耗， 及土壤热量发生相应变化情况。 土壤热量的收入主要来源于太阳辐射能。 土壤的热量消耗有： 土壤和植物表面蒸发的能量、土壤和大气热量交换过程中所消耗的能量、参与风化过程及矿物质分解的能量、 聚积于腐殖质中的能量等。 四 、 土壤温度变化规律 土壤温度的变化是土壤热量平衡和土壤热学特性共同作用的结果。 1、 土壤温度的日变化 2、 土温的年变化 第四节 土壤水、 气、 热的相互关系 及调节 一、 土壤水、 气、 热的相互关系 土壤水、 气、

16、热的相互关系十分复杂， 为了方便叙述， 从以下三方面来分析。 1、 土壤水分与空气的相互关系 2、 土壤热量与土壤水分的关系 3、 土壤热量与土壤空气的相互关系 二、 土壤水、 气、 热的调节 调节土壤的水、 气、 热的状况有利于植物生长， 有各种措施， 现以一方面为主， 说明它们的调节措施。 1、 土壤水分的调节 这包括以下措施： （1） 深翻土地 （2） 中耕松土 （3） 在地面加覆盖物或种植被覆盖物 （4） 消除杂草 2、 土壤空气的调节 其措施： （1） 创造良好的土壤结构 （2） 排水 （3） 耕锄 （4） 晒田 3、 土壤热量状况的调节 （1） 改变土壤颜色 （2） 覆盖地面 （3） 设置屏障 （4） 灌水