《土壤的基本组成》PPT课件.ppt

单元二 土壤的基本组成,第一节 形成土壤母质的矿物、岩石,矿物质是构成土壤的基本物质，又是植物矿质营养的源泉，是全面影响土壤肥力高低的一个重要因素。 土壤中的矿物质来自岩石的风化物。而岩石又是由矿物组成的，不同的矿物构成不同的岩石。不同的岩石经过风化作用，形成土壤中的矿物质。所以矿物能影响土壤的理化性质和土壤养分状况。,一、主要的成土矿物 （一）矿物的概念 矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的自然产物，是岩石的组成单位 。 矿物都具有一定的化学成分和物理性质，并以各种形态（固态、液态、气态）存在于自然界中。 矿物可以是单一元素所组成的，也可以是几种元素组成的化合物。 形成岩石的矿物称为造岩矿物。 自然界的矿物绝大多数是固态，少数为液态或胶体状态。,（二）矿物的类型 矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物. 原生矿物 由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物称原生矿物。如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。 次生矿物 原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学变化，形成的新矿物称次生矿物。如方解石、高岭石等。,硅 酸 盐 类,氧 化 物 类,硫 化 物 类,磷 化 物 类,1.原生矿物,次生硅铝酸盐矿物,氧化物类矿物有结晶和非结晶两种,简单盐类矿物,2.次生矿物,(三)主要成土矿物的性质,一般为白色透明，含有杂质时呈其他颜色 。石英是最主要的造岩矿物，分布最广，为酸性岩浆的主要成分，在沉积岩和变质岩中也常见。石英在岩石中常呈不透明或半透明晶粒状，烟灰色，油脂光泽。石英的伴生矿物是云母、长石。石英硬度大，化学性质稳定，不易风化，岩石风化后，石英形成砂粒，含砂粒多的土壤，含盐基少，形成的母质养分一般贫乏，酸性也较强。,石 英,正长石 KalSi3O8,晶体短柱状，肉红色、浅黄色、浅黄红色等，玻璃光泽，完全解理，硬度6.0。正长石在岩石中呈晶粒，长方形的小板状，板面具有玻璃光泽。伴生矿物为石英、云母等。正长石易风化，风化后形成粘土矿物高岭石等，可为土壤提供大量K养分。正长石类矿物一般含氧化钾16.9。,斜长石 Na（AlSi3O8）Ca（Al2Si2O8）,常呈板状和柱状晶体。白色或灰白色。玻璃光泽，完全解理，硬度6065。在岩石中多呈晶粒，长方形板状，白色或灰白色，玻璃光泽。伴生矿物主要是辉石和角闪石。斜长石比正长石容易风化，风化产物主要是粘土矿物，能为土壤提供K、Na、Ca等矿物养分。,白云母KH2Al3Si3O12 常见片状、鳞片状。白云母无色透明或浅色（浅黄、浅绿）透明。极完全解理，薄片具有弹性，珍珠光泽，硬度2030。 白云母较难风化，风化产物为细小的鳞片状，强烈风化后能形成高岭石等粘土矿物。,黑云母KH2（Mg，Fe）3AlSi3O12深褐色或黑色，其他性质同白云母。 黑云母主要分布在花岗岩、片麻岩和结晶片岩中，伴生矿物是石英、正长石等。黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状。,云母类因化学成分不同而分为白云母和黑云母。,角闪石呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽，完全解理，硬度5.06.0,角闪石主要分布在岩浆岩和变质岩中的片麻岩和片岩中。在岩石中呈针状或纤维状。伴生矿物为正长石、斜长石和辉石，角闪石易风化，风化产物为粘土矿物。,普通角闪石 Ca（Mg，Fe）3Si4O12,呈短柱状、致密块状，棕至暗黑色，条痕灰色，中等解理，硬度55。辉长岩和玄武岩中，在岩石中多呈晶粒状。伴生矿物为角闪石、斜长石、辉石等，较角闪石难风化，风化物为粘土矿物，富含Fe。,辉石 Ca（Mg，Fe）Si2O6,普通辉石,橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。橄榄石为超基性岩的主要组成矿物，伴生矿物为斜长石、辉石，不与石英共生，易风化，风化产物有蛇纹石、滑石等。 蛇纹石呈污绿色，玻璃光泽或油脂光泽，断口上有时呈蜡状光泽，比重25，硬度2040。,橄揽石（Mg，Fe）2SiO4,方解石为次生矿物，呈菱形，半透明，乳白色，含杂质时呈灰色、黄色、红色等，完全解理，玻璃光泽。与稀盐酸反应生成CO2气泡。无色透明者称冰洲石。方解石分布很广，是大理岩、石灰岩的主要矿物，常为砂岩、砾岩的胶结物，也可在基性喷出岩气孔中出现。方解石的风化主要是受含CO2的水的溶解作用，形成重碳酸盐随水流失，石灰岩地区的溶洞就是这样形成的。,方解石 CaCO3,绿泥石种类多，成分变化大，结晶体呈片状、板状，一般呈鳞片状存在。暗绿色至绿黑色。完全解理，玻璃光泽至珍珠光泽。绿泥石由黑云母、角闪石、辉石变质而成。存在于变质岩中，如绿泥石片岩。较难风化，风化物为细粒。,绿泥石（Mg，Fe）5Al（AlSi3O10）（OH）8,白云石是由方解石、菱美矿结合而成，呈弯曲的马鞍状、粒状、致密块状等，灰白色，有时带微黄色，玻璃光泽，性质与方解石相似，但较稳定，与冷盐酸反应微弱，只能与热盐酸反应，粉末遇稀盐酸起反应，这是与方解石的主要区别。白云石是组成白云岩的主要矿物，也存在于石灰岩中。风化物是土壤Ca、Mg养分的主要来源。,白云石 CaCO3MgCO3,磷灰石呈致密块状、土状等。灰白、黄绿、黄褐等色，不完全解理，硬度5.0。在矿物上加钼酸铵，再加一滴硝酸即有黄色沉淀生成，这是鉴别磷灰石的主要方法。磷灰石以次要矿物存在于岩浆岩和变质岩中。较难风化，风化产物是土壤磷养分的重要来源。,磷灰石 Ca5（PO4）3（F，Cl）,石膏呈板状、块状、无色或白色。玻璃光泽或丝绢光泽。硬度20，是干旱炎热气候条件下的盐湖沉积。常作土壤改良剂。,石膏 CaSO42H2O8,岩石 是一种或几种矿物组合而成的自然集合体。岩石都有一定的矿物组成，结构和构造。,二、主要成土岩石,（二）岩石的概念,1.岩 浆 岩 岩浆岩是地球内部岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。 岩浆岩的类型:,岩浆岩,深成岩,浅成岩,喷出岩,侵入岩,（二）岩石的类型,主要的岩浆岩,酸性岩 SiO2含量在65以上 如花岗岩,流纹岩,中性岩SiO2 含量5265 如闪长岩,安山岩,基性岩SiO2 含量4552 如辉长岩,玄武岩,超基性岩 SiO2含量小于45 如橄榄岩,脉 岩 如伟晶岩,侵入性岩浆岩,喷出性岩浆岩,玄武岩,花岗岩,2.沉 积 岩 沉积岩是由地壳表面早期形成的岩石经风化、搬运、沉积、压实、胶结硬化而形成的岩石。一般分为机械沉积岩、化学沉积岩和生物沉积岩三类。,以颗粒大小分为: 砾状结构 (如砾岩),粒状结构(如沙岩),中粒状结构(如沙岩) 以颗粒形状分为: 角砾状结构，颗粒有棱角(如角砾岩)，圆滚状结构，颗粒无棱角(如砾岩) 主要的沉积岩 : 角砾岩,砾岩,砂岩 页岩,石灰岩,原来存在的岩石在新的地壳变动或岩浆活动产生的高温、高压下，使岩石的矿物重新结晶，重新排列，改变其结构、构造和化学成分，而形成的新岩石，称变质岩。,3.变质岩,(三)主要的变质岩: 岩片,麻岩,石英,岩板岩,结晶片岩,千枚岩,大理岩,第二节 矿物岩石的风化作用与土壤母质,风化作用是地球表面或近地球表面的岩石在大气圈各种营力作用下所产生的物理化学变化。岩石发生物理和化学的变化称为风化。,一、风化作用的概念和类型,（一）风化作用概念,（二）风化作用的类型 由于作用因子的不同，岩石风化作用过程的特点各异，可分为物理风化，化学风化和生物风化三大类型。,1.物理风化 岩石发生疏松、崩解等机械破坏过程，只造成岩石结构、构造的改变，一般不引起化学成分的变化的过程称为物理风化。(见下图）,岩石的层状剥落示意图,引起物理风化作用的因素很多，主要有：, 冰劈作用 进入岩石裂缝中的水反复融化与冻结，对岩面产生劈裂作用而引起。, 风和流水的作用 主要风和流水把岩石表层剥落的碎屑吹走、冲走及磨蚀。, 热力作用 岩石受热后引起表层和内部热胀冷缩不同引起。, 冰川作用 冰川底部和两侧的岩石会受到冰川的压力和磨蚀作用而破碎。, 卸荷作用 指由岩石卸荷释重而引起的剥离作用。在花岗岩分布区最为常见。,2.化学风化作用 岩石和矿物在大气，水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物组成的变化，称化学风化。,引起化学风化作用的主要因素有,溶解作用 指岩石矿物溶解于水的作用。,水化作用 指水分子与矿物化合生成含水矿物的化学作用。,水解作用 指矿物与水发生反应而分解的作用。,3.生物风化作用 岩石和矿物在生物影响下发生的物理和化学变化称生物风化作用。生物风化作用主要有两个方面：, 氧化作用 岩石中的很多矿物都能被自然界的氧氧化生成新矿物。, 碳酸化作用 碳酸与岩石中的金属离子发生反应形成碳酸盐的作用称之为碳酸化作用。这种现象在石灰岩地区最为常见。,A:生物的机械破碎作用 由生物的生命活动引起的岩石机械破碎作用(物理风化)。例如：根劈作用。 B:生物的化学分解作用 有些生物在生命活动中靠分泌酸类物质分解岩石，从中吸取营养物质。 上述3种风化类型之间相互影响，相互联系,只是在不同的外界条件下各有侧重。,成土母质指岩石风化后形成的疏松碎屑物，通过成土过程可发育为土壤。可分为残积母质和运积母质。这种物质是形成土壤的基础，因此称为成土母质，简称母质。,二、土壤母质的形成及我国的主要成土母质,（,（一）母质的形成,2. 坡积物 坡积物是基岩风化物被雨水或融雪水在重力作用下，沿斜坡运行，堆积在山坡和山麓的一种运积母质。肥力较高。,（二）成土母质的类型,1. 残积物 原积物也称残积物。指基岩风化后残留于原地的物质。母质的性质受母岩影响较大，一般上层颗粒细，下层粗，逐渐过渡到母岩层 。,5.湖积物 湖积物指原湖泊底部的沉积物质，以后由于湖水位的下降或陆地上升而出露的一 种母质。,3.洪积物 是山洪夹杂泥沙和碎石沉积在山前谷口一带的一种运积母质。洪积母质往往形成扇形，称为洪积扇。洪积物的母质层较深厚，养分丰富，形成的土壤肥力较高。,4.冲积物 冲积物指被河水或山溪水搬运而沉积的物质。冲积物因流域广，成分复杂，养分也比较丰富。,8. 黄土及黄土状物质 黄土是由风搬运沉积的第四纪陆相粉砂质富含碳酸钙的土状沉积物。黄土形成的土壤肥力一般较高。,6.浅海沉积物 浅海沉积物指河流携带泥沙，在海岸边沉积的物质。,7.风积物 风积物是经风搬运而堆积的物质，如风成砂和黄土。形成的土壤肥力低。一般风积物多为砂丘、砂岗等。,10.冰川沉积物和冰水沉积物 冰川沉积物由冰川搬运的粉砂、沙砾石和漂砾等混合的非层状沉积的物质。冰水沉积物指由冰川搬运，以后为冰川融水的水流所分选、沉积物质。在我国分布较广，但多不连续，呈小片分布。,9.第四纪红色粘土 指第四纪温暖潮湿气候下形成的红色粘质残积物或运积物。质地粘重，呈红色、棕红色，养分含量少，酸至强酸反应。,第三节 土壤矿物质土粒的组成及特性 一、粒径对矿物质土粒的矿物组成与化学组成的影响 土壤中的各种固体颗粒简称土粒。分单粒和复粒。 二、矿物质土粒的大小分级,（一）粒级的概念 粒级（粒组）： 土粒大小不同，性质也随之而异。可按照土粒粒径的大小及其性质分成若干粒级(或粗细)。 （二）粒级的分类 粒级分类常用的标准有以下三种：,1国际制 国际制原为瑞典土壤学家爱特伯所拟定。粒级分类标准为十进位的，简明易记，西欧多采用。其分级标准如下表：,2卡庆斯基制 由前苏联卡庆斯基拟定的分类标准。将大于1毫米的称为石砾；小于1毫米的又以001毫米为界，大于001毫米的土粒称为物理性砂粒，小于0，01米的土粒称为物理性粘粒，其标准如下表：,3.中国制 中国科学院南京土壤所等单位，按我国习用的标准，并结合群众经验综合而成。我国这个分类标准与目前国际上通用的标准大体相近，但也有一些差别，它把粘粒的上限移至2微米,而把粘粒级分为粗和细两个粒级.其标准如下表：,三、矿物质的机械组成和质地分类 （一）机械组成和质地的概念,粗细不同的土粒在土壤中占有的不同的比例，这种大小不同土粒的比例组合，叫矿物质土粒的机械组成。,根据机械组成的一定范围划分的土壤类型叫土壤质地。,（二）土壤质地分类制,国际制土壤质地分类：是一种三级分类法，即按砂粒、粉粒、粘粒三种粒级占百分数进行分类，划分为砂土、壤土、粘壤土、粘土四类十二级。,15%者为砂土质地组和壤土质地组；15%25%者为粘壤组；25%为粘土组。当土壤含粉粒45%时，在各组质地的名称前冠以“粉质”字样；当土壤含粉粒55% 45%时，则冠以“砂质”字样，当砂粒含量85%时，则为壤砂土或砂土。,2卡庆斯基土壤质地分类 这是一种二级分类法，按物理性砂粒和物理性粘粒的百分数划分为砂土、壤土及粘土三类九级。解放后，我国多采用这种分类。如下表：,我国土壤质地分类 近来中国科学院主编的中国土壤一书中，介绍了我国土壤质地分类方案，如表：,四、不同质地土壤的肥力特点和利用改良 （一）不同质地土壤的肥力特点和利用,1砂土类,砂质土常处于透气、缺水、温度高而不稳的状态。种子萌发出苗快，发小苗不发者苗，但如果根据它的优点，种植生长期短而耐瘠薄的作物，如高粱、芝麻、花生等作物，并逐年加以调剂改良，也能发挥其生产潜力。在制定生产措施时应加以注意。,2粘土类,粘土比较紧实板结，湿时泥泞，于时坚硬，耕作费力，宜耕朗短，在粘土上顶土弱的种子不易发芽出苗，可能产生缺苗断垄的现象。在小苗生长期，由于土壤温度低，透气难而又紧实，限制幼苗根系伸长，小苗表现瘦弱矮黄。但生产后期，根系开始扩张，供水供肥能力强，所以生长旺盛，控制不好甚至贪青晚熟。与砂土相反，这种土“发者苗不发小苗”。宜种植禾本科作物如小麦、水稻、玉米等。,该土类由于砂粘适中，大小孔隙比例适当，通透性好，保水保肥性好，养分含量丰富，有机质分解快，保肥性能也强，土性温暖，耕作方便，宜耕期长，耕作质量好，发小苗也发老苗，故适宜种植各种作物。,3壤土类,（三）不同质地土壤的改良,1客土法 客土是改良土壤质地的较有效的方法。一般要就地取材，因地制宜。在砂地附近有粘土或胶粘土、河沟淤泥，可采用搬粘压砂的办法；粘土地块附近有砂土或河砂可采用搬砂压泥的办法，通过耕作使砂粘掺合。逐年改良达到三成泥七成砂或四成泥六成砂的范围内。,2施有机肥 有机肥料中，含有大量有机质，有机质的粘结力和粘着力都比砂粒强，而比粘粒弱。施用有机肥可以克服砂土过砂，粘土过粘的缺点；有机质还可改善土壤结构状况，使土壤松紧程度、孔隙状况、吸收性能都得到改善，从而提高土壤的肥力。山西省晋中地区许多社队连年施用大量秸杆肥，就显著地改良了不同质地的土壤性质。,3耕翻法 砂土表层下不深处有淤泥层，称为夹粘层，粘土表层下不深处有砂土层，称为腰砂地或隔砂地，对作物生长都不利。改良这种土壤，可采取表土“大锅盖”的办法，把表土翻到一边，然后把下层的砂土或粘土翻到表层来，上下砂粘土层搅棍掺和，调剂土质。深翻的深度，应根据砂层粘层的具体位置而定,4引洪放淤， 引洪漫砂 在洪水地区可以引洪放淤，引洪漫砂，这是改良土壤质地行之有效的办法。山西省河曲县曲峪大队， 引洪淤没河滩，压住了砂石，淤平了河滩，使沙石荒滩变成4000亩好地，亩产800多斤。陕西省榆林地区群众创造了“引水拉砂”、“引洪淤地”的治砂办法，选出了数万亩良田。,一 土壤水分 二 土壤空气及其更新 三 土壤热性质及土壤热量平衡 四 土壤空气与土壤温度对植物生长的影响,第四节 土壤的水分、空气和热量状况,一) 土壤水在农业生态系统中重要性 二 )土壤水的基础知识 三 ) 土壤水分研究的形态学与能态学 四) 土壤水的运动规律 五 )土壤水状况及水分平衡,一 土壤水分,本节通过对我国目前水资源现状特点的分析概述，了解水资源在农业生态系统中的重要性；在此基础上着重介绍土壤水的形态学和能态学观点以及土壤含水量等基础知识：阐明土壤水分的分布、运动规律以及田间水分的平衡。通过本章教学，目的让学生掌握土壤水的类型、性质以及土壤水的运动特点，要求学生掌握土壤水分运移的基本规律及调节措施，以便有效地指导生产实践。,一 土壤水在农业生态系统中的重要性 一）我国水资源概况 我国水资源的基本特点： 1.水资源空间分布特点 地区间水资源分布不均匀，水土组合极不平衡。我国东部区为多雨带，而西部区为缺水带。 2. 时间分布特征 水资源年际间变化和年内分配不均，半干旱、半湿润区甚至南方出现季节性缺水。 3. 水资源与耕地资源组合不协调 我国北方耕地多而水资源量小，南方地区耕地少而水资源丰富。 我国农业水资源缺乏且用量大，但利用率低，短缺与浪费是我国农业用水紧张的重要特征。,二）土壤水在农业生态系统中的重要作用 1. 土壤水分状况是农田植物与其环境间进行各种物质交换的媒介。 2. 土壤水分状况通过影响土壤温度和通气状况，对植物的产量和品质有重要作用。 3. 土壤水分移动过程影响生态平衡。 土壤水、地表水、地下水、大气水、植物水构成自然界水分循环完整体系的5个方面，并成为五水转换系统的中心环节。土壤在调节自然界水分的正常循环，维持生态环境良性循环方面具有极为重要的作用。 重点：重点掌握土壤水的重要作用。,土壤水分的表示方法和测定技术 （一）土壤含水量的表示方法 1.质量含水量：土壤中水分的质量占干土重的百分数。干土重为105 110下的烘干土重。 2. 容积含水量：单位土壤总容积中水分所占的容积百分数。容积含水量=质量含水量容重 3. 土壤水贮量：一定面积和一定厚度土壤中含水量的绝对数量。由水深和绝对水体积表示。 4. 土壤相对含水量：土壤实际含水量占该土壤田间持水量的百分数。 （二）土壤含水量的测试技术 1.经典烘干法（标准方法） 2.快速烘干法 3.中子法 4. 电阻法 5. TDR法,土壤墒情 1墒情的种类 汪水：土壤含水量在田间持水量以上。 黑墒：土壤含水量为田间持水量75%以上。 黄墒：土壤含水量为田间持水量的50%75%。 潮干土：土壤含水量在田间持水量的50%以下。 干土：土壤含水量在萎蔫系数以下。 2. 墒情的判断 墒情在空间上的层次性：表墒；底墒；深墒。 墒情在时间上的季节性：与气候的季节性以及作物的生长发育季节密切相关。,土壤水分研究的形态学与能态学 土壤水分研究的形态学特征与性质 （一）土壤水分的保持 土壤水分的保持的力主要有两 种，即吸附力和毛管力。 （二）土壤水分类型及性质 吸湿水 由于干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持在土粒表面的水分称吸湿水。 吸湿水的特点：吸湿水受土粒的吸持力很大，不能移动，具有固态水的性质，对溶质无溶解力，为无效水。,膜状水 把达到吸湿系数的土壤，在用液态水来继续湿润，土壤吸湿水层外可吸附液态水分子形成水膜，这种由吸附力吸附在吸湿水层外面的液态水膜叫膜状水或薄膜水。 膜状水的特点：性质与液态水相似，但粘滞性较高而溶解能力较小，它能移动，但速度非常缓慢，属有效水，可被作物利用；而吸力大于15atm的内层膜状水，作物便不能利用，为无效水。 凋萎系数（临界水分）：当作物呈现永久萎蔫时的土壤含水量称凋萎系数。,毛管水 毛管水是依靠毛管力保持在毛管中的水分，特点：能向上下左右移动，速度快。有溶解养分的能力，也有输送养分到作物根部的作用。既能被土壤保持又能被植物利用的有效水分。 根据土层中地下水面与毛管水相连与否可分为： 1）毛管上升水：是指地下水沿着毛管上升而充满毛管孔隙中的水分。土壤中毛管上升水的最大值称为毛管持水量，它是吸湿水、膜状水和毛管上升水的总和。毛管水上升高度与土壤质地相关。,2）毛管悬着水：借毛管力保持在土壤上层不与地下水相连的水分。这种象悬着在上层土壤中的毛管水称为毛管悬着水。 毛管悬着水的最大时的土壤含水量称为田间持水量。这是确定灌水量的重要参数。不同质地，土壤田间持水量有很大不同。,重力水 当土壤水分超过田间持水量，多余的水分就会受重力的作用沿土壤中大孔隙望下移动，这种受重力支配的水叫重力水。 重力水不受土壤吸附力和毛管力的作用。它是植物根系能够吸收利用的水分。 土壤最大持水量（全蓄水量）：当土壤被重力所饱和，即土大小孔隙全部被水分充满时的土壤含水量称为饱和持水量或土壤最大持水量。 吸湿水、膜状水、毛管水、重力水都存在于土壤中，彼此相互联系，相互转化。如毛管水过量可变为重力水，重力水被毛管吸收可变为毛管水。,土壤水分的能量概念 土水势：土壤在各种力（吸附力、毛管力、重力和静水压力等）的作用下，势（或自由能）的变化（主要是降低），称为土水势。 用土水势研究土壤水有许多优点：可以作为判断各种 土壤水分能态的统一标准和尺度；水势的数值可以在土壤植物大气之间统一使用，把土水势、根水势、叶水势等统一比较，判断它们之间的水流方向，速度和土壤水的有效性；对土壤水势的研究还能提供一些更为精确的测定手段。,土壤水由土水势高处流向低处。 土水势包括基质势、压力势、溶质势、重力势等分势。 土壤水吸力是指土壤水承受一定吸力的情况下所处的能态。土壤水由吸力低处流向高处。,水分特征曲线 土壤水的能量指标（在非盐碱土即基质吸力或基质势，与土壤水的容量指标（即土壤含水量）作成相关曲线称土壤水分特征曲线。 滞后现象：从干到湿与从湿到干所得到的土壤水分特征曲线不重合的现象。,土壤水分的有效性 有效性：是指水分被植物利用的程度。 有效水：可被植物吸收利用的那一部分水分称有效水。 无效水：另一部分不能被植物吸收利用的水称为无效水。 土壤水分常数（吸湿系数、凋萎系数、最大分子持水量、田间持水量、土壤水分毛管持水量、饱和持水量等都是土壤水分常数，这些常数对于作物的生长有一定意义） 土壤有效水的范围（%）=田间持水量（%）-凋萎系数（%） 速效水：田间持水量至毛管断裂含水量。 迟效水：毛管断裂含水量至凋萎系数。 土壤中各种类型水分有效性如图所示。,土壤水是否有效及其有效程度如何，在很大程度上决定于土壤水吸力和根吸力的对比。一般土壤水吸力大于根吸力则为无效水，反之为有效水。,土壤水的运动规律 一、液态水的运动 1饱和流 土壤所有的大小孔隙都充满水时的水流叫饱和流。饱和流的推动力是重力势和压力势梯度，在饱和流中土壤导水率称饱和导水率（K饱），影响饱和导水率的因素主要取决于土壤中粗孔的孔径和数量，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：对K值而言，砂土大于壤土大于粘土。,2.不饱和流 土壤中部分孔隙充满水时的水流叫不饱和流。它是大部分土壤中水分流动的形式。不饱和流的推动力主要是基质势梯度（或土壤水吸力梯度）和重力势梯度。在吸水力较高时，导水率极低，水分运动速度非常缓慢。 对于饱和流而言，导水性最好的是粗孔多的土壤，而在不饱和流中，细孔多的粘土和壤土，比砂土的导水性好。因为在相同的土壤吸力下，土壤水的连续程度好，因此，在不饱和流中，导水率随土壤吸力的增加而降低，或土壤含水量的减少而降低，这种情况在砂土较为急剧，在粘土中较为缓和，壤土居中。,3.土壤水分的入渗 （1）入渗是指在给土壤供水期间，液态水自地表进入土壤的过程。 （2）入渗速率随入渗时间的延长而延缓，最后达到一个比较稳定的数值（如图所示）。常使用的指标为最初入渗速率、最后入渗速率、入渗开始1h后的入渗速率。 （3）入渗过程中土壤水剖面水分分布，在质地均一的土壤剖面上如图所示。无论表土下是砂层还是细土层，在不断入渗中最初都能使上层土壤先积蓄水，以后才下渗。 土壤入渗速率随时间的变化 入渗中土壤水剖面,二、气态水的运动 土壤气相水在孔隙内的运动，实际上是水气分子从一个地方向另一个地方扩散的运动。它服从于一般气体扩散定律。土壤气态水运动表现为水汽扩散和水汽凝结。 水气运动的梯度是由土壤水吸力梯度和温度梯度所引起的，其中温度梯度作用力大。 “夜潮”现象和“冻后聚墒”现象是土壤水汽凝结的结果。 在干旱期间，土壤水不断以水气形态由表土向大气扩散称土面蒸发。,土壤蒸发有三个明显的阶段： （1）大气蒸发力控制阶段（蒸发率不变阶段）：特点：土壤水较多，向土面的导水率高，足以补偿土面蒸发消耗水量，所以蒸发率不变，一般可持续几天，丢水量也大。 雨水或灌水后及时中耕或地面覆盖是减少土壤水损失的重要措施 （2）土壤导水力控制阶段（蒸发率降低阶段）特点：土壤蒸发的强度取决于土壤的导水性质，即导水率的大小。该阶段维持的时间不长。 （3）扩散控制阶段：土面形成干土后，土壤水向干土层的导水率降至近于零时，液态水已不能运行至地表，在干土层下稍微湿润土层的水分汽化，形成水气分子通过干土层扩散到大气中去。这一阶段，通过镇压以防止蒸发，抑制水气向大气扩散。二阶段初。 从以上三个阶段可以看出：保墒重点应该在第一阶段末和第二阶段初。,土壤水分状况及水分平衡 一、田间水分平衡 应用水平衡原理，可以田间水分平衡：在一定容积土壤内水的收入与支出，在农田，主要是指根层土壤水的平衡，根层深度一般多指1-2m深度以内，在一定时期内，根层土壤水分含量的变化。 水=水收-水支 土壤水的收入有降水、灌溉水（是主要土壤水的收入）以及其它来源的水（如四周流入的地表水、地表径流、借毛管上升的地下水。 土壤水分支出：地表径流（水径）、深层渗漏（水漏）、土面蒸发（水蒸）和植物蒸腾（水腾），因此 水=水降+水灌-水径-水漏-水蒸-水腾 由于水蒸和水腾很难分别测定， 故常在一起称为蒸散。 了解作物 日耗水量，在灌区还可作为确定 灌溉时间的依据。,SPAC循环体系,二、土壤水分状况 土壤水分状况通常是指周年中土壤剖面上下土层的含水量或土水势的情况及变化（也称为墒情）。 我国北方在周年内土壤水分状况可分为四个时期： 1. 土壤湿度相对稳定期 2. 春夏之交土壤失水期 3. 夏季土壤水分聚集期 4. 晚秋至冬初的土壤失水期 三、土壤水分状况调节 1. 科学合理地灌水 2. 搞好农田基本建设和流域综合治理 3. 采用合理的农艺措施，进行耕作保墒 4. 地面覆盖技术 5. 化学保墒增温剂的应用 6. 排水,二 土壤空气及其更新,一、土壤空气组成特点 二、土壤空气的更新 三、土壤通气性,一、土壤空气的组成特点 1土壤空气中的CO2的质量分数高于大气 2土壤空气中的O2质量分数低于大气 3土壤空气的水汽的质量分数总是多于大气 4土壤空气中有时有少量还原性气体 5土壤空气成分随时间和空间而变化 二、土壤空气的更新（土壤空气与大气的交换） 1. 整体交换 土壤空气在温度、气压、风、降雨或灌水等因素的作用下整体排出土壤，同时大气也整体进入，称整体交换。交换速度较快。 如土温高于气温，土内空气受热膨胀而被排出土壤，气压低，大气的重量减少，土壤空气被排出。 2. 气体扩散 气体扩散：它是指气体分子由浓度高（气压大）向浓度小（气压低）处移动。交换速度较慢，气体扩散是气体交换的主要方式。,土壤中O2的分压总是低于大气，而CO2的分压总是高于大气。所以O2是从大气向土壤扩散，而CO2则是从土壤向大气扩散，正如人不断呼出CO2和吸进O2一样，因此，土壤气体交换被称为“土壤呼吸”。 三、土壤的通气性 土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换以及土体允许通气的能力。 土壤通气性的重要性：通气与大气的交流，不断更新其组成，使土体各部分组成趋向一致，如果土壤通气性差，土壤中的O2在短时间内可能被全部耗竭，而CO2的含量随之升高，以至妨碍作物根系的呼吸。 重点：重点掌握土壤空气组成特点及土壤的通气性。,三 土壤热性质及土壤热量平衡,一、土壤的热量来源 二、土壤的热性质 三、土壤热平衡及其热量状况,一、土壤热量的来源 1太阳的辐射能 太阳辐射能是土壤热量的主要来源，地球表面所获得的平均辐射强度为1.9cal/cm2/mm，此值又称太阳常数。 2. 生物热 土壤微生物在分解有机质的过程中常放出一定的热量，但数量较少。 2 3. 地球内热 由地球内部的岩浆传导至地表的热。但因地壳导热能力差，因此这部分热量占的比例小，但温泉附近，这一热源不可忽视。,二、土壤的热性质 1土壤热容量 是指单位重量或单位容积的土壤，当温度增或减1时所需要吸收或放出的热量，一般用焦耳数表示。 土壤热容量愈大，则土温升高或降低愈慢，反之则愈快。 容积热容量与重量热容量的关系： 容积热容量 =重量热容量 土壤容重 土壤固、液、气三相组成的热容量差异很大。 土壤水的热容量最大。通过调控土壤水分状况可以调节土壤热状况。,2.土壤导热率 土壤吸收一定的热量后，除用于本身的升温外，还将热量传给临近土层。土壤传导热量的特性称土壤导热性。土壤导热性的大小用导热率衡量。 土壤导热率：指厚度为1cm，两端温度相差1时，每秒钟通过1cm2土壤断面的焦耳数。（J/cm2.S.K） 土壤导热率主要受含水量、松紧程度孔隙状况影响。土壤导热率随含水量的增加而增加，因为含水量增加后不仅在数量上水分增加易于导热，而且水分增加后使土粒间彼此相连，增加了传热途经。所以湿土比干土导热快。导热率低的土壤，昼夜温差大，导热率高的土壤昼夜温差小。,3. 土壤热扩散率 指标准状态下，在土层垂直方向上，每cm距离内有1的温度梯度（即单位距离的温差），每秒钟流入1cm3土壤断面面积的热量，使单位体积（1cm3）土壤所发生的温度变化。 与导热率成正比，与容积热容量成反比。 土壤导温率的大小同样取决于三相物质的比例：一般而言，土壤固相部分较稳定。土壤导温率主要取决于水和空气的比例，干土温度易上升，湿土温度不易上升。 土壤热扩散率=/cv 导热率 cv 热容量 热容量不变时，导温率与导热率的增高是一致的，但如果热容量发生变化时，则二者的表现就不一致了。如当干土水分开始增加时，土壤导温率因导热率的增大而增大。但当水分增加到一定程度后，导温率反而降低。,三、土壤热平衡及其热量状况 1土壤热量平衡 当土壤表面吸收辐射热后，部分以辐射形式再返回大气，另一部分传给下层土壤，以用以土壤水分蒸发的消耗，余下的热量才用于土壤本身的升温。 土壤热量平衡是指土壤热量在一年中收支情况，可用下式表示： S=W1+W2+W3+R 式中：S土壤表面接受的太阳辐射能 W1地面辐射所损失的热量 W2土壤增稳的热量 W3土壤水分蒸发所消耗的热量 R其它方面所消耗的热量 一般情况下，在太阳辐射能量为一固定量的情况下，如果能减少W1地面辐射能损失的能量、W3土壤水分蒸发所消