2017-02-23 18:06:17

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土壤水是植物吸收水分的主要来源(水培植物除外),另外植物也可以直接吸收少量落在叶片上的水分。土壤水的主要来源是降水和灌溉水,参与岩石圈-生物圈-大气圈-圈-水圈的水分大循环。

基本信息

  • 中文名

    土壤水分

  • 成分构成

    降水和灌溉水

  • 作用

    植物吸收

  • 水分循环

    岩石圈-生物圈-大气圈-圈-水圈

折叠 编辑本段 类型

土壤水分主要来源于大气降水和灌溉水,此外,地下水上升和大气中水汽的凝结也是土壤水分的来源。

水分由于在土壤中受到重力、毛管引力、水分子引力、土粒表面分子引力等各种力的作用,形成不同类型的水分并反映出不同的性质。

固态水,土壤水冻结时形成的冰晶。

汽态水,存在于土壤空气中。

束缚水,包括吸湿水和膜状水。

自由水,包括毛管水、重力水和地下水

折叠 吸湿水

干土从空气中吸着水汽所保持的水,称为吸湿水。

土壤吸湿水的含量主要决定于空气的相对湿度和土壤质地。空气的相对湿度愈大,水汽愈多,土壤吸湿水的含量也愈多;土壤质地愈粘重,表面积愈大,吸湿水量愈多。此外,腐殖质含量多的土壤,吸湿水量也较多。吸湿水受到土粒表面分子的引力很大,最内层可以达到pF值7.0,最外层为pF值4.5。所以吸湿水不能移动,无溶解力,植物不能吸收,重力也不能使它移动,只有在转变为汽态水的先决条件下才能运动,因此又称为紧束缚水,属于无效水分。其主要吸附力为分子引力和土壤胶体颗粒带有负电荷产生的强大的吸引力。田间土壤水分收支示意图田间土壤水分收支示意图

折叠 膜状水-薄膜水

膜状水指由土壤颗粒表面吸附所保持的水层,其厚度可达几十或几百个以上的水分子。

薄膜水的含量决定于土壤质地腐殖质含量等。土壤质地粘重,腐殖质含量高。膜状水含量高,反之则低。膜状水的最大值叫最大分子持水量

由于膜状水受到的引力比吸湿水小,一般为pF值4.5~3.8,所以能由水膜厚的土粒向水膜薄的土粒方向移动,但是移动的速度缓慢。薄膜水能被植物根系吸收,但数量少,不能及时补给植物的需求,对植物生长发育来说属于弱有效水分。又称为松束缚水分。吸附力为土粒剩余的引力。

折叠 毛管水

毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的水分,称为毛管水。

土壤孔隙的毛管作用因毛管直径大小而不同,当土壤孔隙直径在0.5mm时,毛管水达到最大量,土壤孔隙在0.1~0.001mm范围内毛管作用最为明显,孔隙小于0.001mm,则毛管中的水分为膜状水所充满,不起毛管作用,故这种孔隙可称无效孔隙。毛管水又可以分为两种类型。

1.毛管悬着水土体中与地下水位无联系的毛管水称毛管悬着水。在毛管系统发达的壤质土壤中,悬着水主要存在于持水孔隙中,但毛管系统不发达的砂质土壤,悬着水主要围绕着砂粒相互接触的地方,称为触点水。

2.毛管支持水(毛管上升水)土体中与地下水位有联系的毛管水称毛管支持水。毛管支持水与地下水有密切联系,常随地下水位的变化而变化。其原因是地下水毛细管作用(毛管现象)上升而形成的。其运动速度与毛细管半径有密切联系。

毛管水是土壤中最宝贵的水分,因为土壤对毛管水的吸引力只有pF值2.0~3.8,接近于自然水,可以向各个方向移动,根系的吸水力大于土壤对毛管水的吸力,所以毛管水很容易被植物吸收。毛管水中溶解的养分也可以供植物利用。

折叠 重力水

当进入土壤的水分超过田间持水量后,一部分水沿着大孔隙受重力作用向下渗漏,这部分受重力作用的土壤水称重力水。重力水下渗到下部的不透水层时,就会聚积成为地下水。所以重力水是地下水的重要来源。地下水的水面距地表的深度称为地下水位。地下水位要适当,不宜过高或过低。地下水位过低,地下水不能通过毛管支持水方式供应植物;地下水位过高不但影响土壤通气性,而且有的土壤会产生盐渍化。若重力水在渗漏的过程中碰到质地粘重的不透水层可透水性很弱的层次,就形成临时性或季节性的饱和含水层,称为上层滞水。这层水的位置很高,特别是出现在犁底层以上会使植物受渍,通常把根系活动层范围的上层滞水叫潜水层,对植物生长影响较大。

重力水虽然能被植物吸收,但因为下渗速度很快,实际上被植物利用的机会很少。

上述各类型的水分在一定条件下可以相互转化,例如:超过薄膜水的水分即成为毛管水;超过毛管水的水分成为重力水;重力水下渗聚积成地下水;地下水上升又成为毛管支持水;当土壤水分大量蒸发,土壤中就只有吸湿水

折叠 编辑本段 存在形态

土壤水存在于土壤孔隙中,尤其是中小孔隙中,大孔隙常被空气所占据。穿插于土壤孔隙中的植物根系从含水土壤孔隙中吸取水分,用于蒸腾。土壤中的水气界面存在湿度梯度,温度升高,梯度加大,因此水会变成水蒸汽蒸发逸出土表。蒸腾和蒸发的水加起来叫做蒸散,是土壤水进入大气的两条途径。

表层的土壤水受到重力会向下渗漏,在地表有足够水量补充的情况下,土壤水可以一直入渗到地下水位,继而可能进入江、河、湖、海等地表水。

折叠 编辑本段 表示方法

土壤中水分的多少有两种表示方法:一种是以土壤含水量表示,分重量含水量和容积含水量两种,二者之间的关系由土壤容重来换算。另一种是以土壤水势表示,土壤水势的负值是土壤水吸力

折叠 编辑本段 重要指标

土壤含水量有三个重要指标。一个是土壤饱和含水量,表明该土壤最多能含多少水,此时土壤水势为0。

第二是田间持水量,是土壤饱和含水量减去重力水后土壤所能保持的水分。重力水基本上不能被植物吸收利用,此时土壤水势为-0.3巴。

第三是萎蔫系数,是植物萎蔫时土壤仍能保持的水分。这部分水也不能被植物吸收利用,此时土壤水势为-15巴。

田间持水量与萎蔫系数之间的水称为土壤有效水是植物可以吸收利用的部分。当然,一般在田间持水量的60%时,即土壤水势-1巴左右就采取措施进行灌溉。

土壤水势可细分为重力势、基模势和溶质势。

土壤水分重力势以土壤水面与土表面相平时为0。水面高于土表面时为正值(此时也称为压力势)。水面低于土表面时为负值(土壤水吸力为正值)。

土壤基模势指土壤中矿质颗粒表面和有机质颗粒表面对水所产生的张力。它的值永远是负值,即总是将土壤表面的水分向土体内吸进来。

土壤水分溶质势与土壤溶液中所含溶质数量有关,溶质越多,溶质势越小(即越负)。点水源入渗时,水沿湿度梯度从高水势处向低水势处流动,逐渐形成一个干湿交界分明的椭球体形状,称为湿润球,球面各处土壤水势相等。该球面称为入渗锋,在水头固定不变时,入渗锋的前进速度随着时间的延长而减慢。

大部分植物养分都是溶于水后随水移动运输到植物根系被吸收的。无论根系以质流、扩散、截获哪种方式吸收植物养分都在土壤溶液中进行。

折叠 编辑本段 测量方法

折叠 水分测定

1 适用范围

本标准用于测定除石膏性土壤和有机土(含有机质20%以上的土壤)以外的各类土壤的水分含量。

2 测定原理

土壤样品在105±2℃烘至恒重时的失重,即为土壤样品所含水分的质量。

3 仪器、设备

3.1土钻;

3.2土壤筛:孔径1mm;

3.3铝盒:小型的直径约40mm,高约20mm;

大型的直径约55mm,高约28mm;

3.4分析天平:感量为0.001g和0.01g;

3.5 小型电热恒温烘箱;

3.6干燥器:内盛变色硅胶或无水氯化钙。

4 试样的选取和制备

4.1 风干土样:选取有代表性的风干土壤样品,压碎,通过1mm筛,混合均匀后备用。

4.2 新鲜土样:在田间用土钻取有代表性的新鲜土样,刮去土钻中的上部浮土,将土钻中部所需深度处的土壤约20g,捏碎后迅速装入已知准确质量的大型铝盒内,盖紧,装入木箱或其他容器,带回室内,将铝盒外表擦拭干净,立即称重,尽早测定水分。

5 测定步骤

5.1 风干土样水分的测定

取小型铝盒在105℃恒温箱中烘烤约2h,移入干燥器内冷却至室温,称重,准确至0.001g。用角勺将风干土样拌匀,舀取约5g,均匀地平铺在铝盒中,盖好,称重,准确至0.001g。将铝盒盖揭开,放在盒底下,置于已预热至105±2℃的烘箱中烘烤6h。取出,盖好,移入干燥器内冷却至室温(约需20min),立即称重。风干土样水分的测定应做两份平行测定。

5.2 新鲜土样水分的测定

将盛有新鲜土样的大型铝盒在分析天平上称重,准确至0.01g。揭开盒盖,放在盒底下,置于已预热至105±2℃的烘烤箱中烘烤12h。取出,盖好,在干燥器中冷却至室温(约需30min),立即称重。新鲜土样水分的测定应做三份平行测定

注:烘烤规定时间后一次称重,即达"恒重"。

6 测定结果的计算

6.1 计算公式

水分(分析基),%=〔(m1-m2)/(m1-m0)〕×100………………………………(1)

水分(干基),%=〔(m1-m2)/(m2-m0)〕×100………………………………(2)

式中:m0-- 烘干空铝盒质量,g;

m1-- 烘干前铝盒及土样质量,g;

m2-- 烘干后铝盒及土样质量,g。

6.2 平行测定的结果用算术平均值表示,保留小数后一位。

6.3 平行测定结果的相差,水分小于5%的风干土样不得超过0.2%,水分为5~25%的潮湿土样不得超过0.3%,水分大于15%的大粒(粒径约10mm)粘重潮湿土样不得超过0.7%(相当于相对相差不大于5%)。

折叠 电测法

有TDR 或者是FDR原理 FDS100土壤水分传感器

FDS土壤水分传感器是国内自主开发的产品,我们是国内为数不多的自主开发单位之一。

下面是FD原理土壤水分传感器介绍:

FDS100水分传感器是基于介电理论并运用频域测量技术自主研制开发的,能够精确测量土壤和其它多孔介质的体积含水量。可与温室环境监测、土壤墒情采集、自动灌溉控制等系统集成,实现水分的长期动态连续监测。也可与SMC系列数据记录仪组成便携式土壤水分测量系统

主要特点:

响应速度快,<1秒;

重复性好,<1%;

环境适应性强,防水防潮;

电压/电流输出可选,传输距离远;

工作温度范围宽,低温可扩展到-40oC

性价比高;

技术指标:

测量参数 土壤容积含水量vol% (m3/m3)

供电电压

5~12VDC

测量范围

0~100%

工作电流

25mA

精 度

非饱和范围内为±2%

电缆长度

标准长度1.5m,可定制

重复性

±1%

电极材料

316L不锈钢

输出信号

0~1.5VDC或4~20mA

电极长度

6cm

测量区域

95%的影响在¢5×8cm的圆柱体内

密封性

IP68防水防潮

响应时间

<1秒

外形尺寸

120×45×15mm

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