土壤液态水的运动分布特征

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  躲远远520 2018-04-17 00:00:00

  以固、液、气三态存在于土壤颗粒表面和颗粒间孔隙中的水分，来源于大气降水、灌溉水以及随毛细管上升的地下水和凝结水。气态水存在于土壤颗粒之间尚未被液态水所占据的孔隙之中；液态水被吸着在土壤颗粒的表面，或受水分表面张力的影响被保持在土粒之间或团聚体内部未被空气占据的孔隙中；固态水只在气候寒冷地区及冬季出现，是液态水在摄氏零度(0℃）以下时结成的冰。土壤含水量一般用烘干法、张力计法、电阻块法或中子法等方法测定。 土壤水分是成土过程的重要因素，对矿物的风化，有机物质的合成和分解，元素的富集、迁移和淋失等产生影响，并是植物生长所需水分的主要给源。 进入土壤中的水分在各种力的作用下，有一部分被保存在土壤中。土壤保持水分能力的强弱，受土壤孔隙的大小、形状以及连通性等的影响，也与土壤颗粒表面积的大小有关。土壤的含水量是不断变化的，从只能保持一层相当于几个水分子直径厚的水膜，到土壤完全为水分所饱和，甚至地表出现积水。土壤的特征性含水量通常称为水分常数，包括：①饱和含水量。这时全部土壤孔隙都充满水分，水分吸力为零。②田间持水量。是土壤被降水或灌溉水所饱和，经2～3天或更长一些时间后，水分向下运动的速度逐渐减小，直至可以忽略不计时所保持的水量。通常用 1/3大气压时的含水量代表；但由于土壤的差异，往往不能用同一吸力值来表征这一含水量。③萎蔫系数。指根系不能迅速吸取到能满足蒸腾需要的水分，植物开始出现萎蔫时的土壤含水量。一般以15个大气压时的含水量代表。④吸湿系数，大约相当于吸力为31个大气压时所保持的水量。各水分常数之间的水分对植物的有效性是不同的。 土壤含水量的多少，虽然关系到水分在土壤中的运动状况和植物生长状况;但土壤水分的能量状态，即水分被土壤保持的牢固程度，往往比水分含量更为重要。水分的能量可以水分吸力、张力或水势表示。一个平衡的土－水体系所具有的能够作功的能力称为该体系的土壤水势能，简称土水势。并可借助张力计或压力膜，在原地或实验室中测定。 土壤总水势由以下几个分势组成：①基质势，由与土壤固体特性有关的各种力（包括表面吸附力、土粒间孔隙的毛管力等）引起，是水－气界面的曲率半径的函数；②压力势，由土－水体系中的压力超过参比态下的压力引起；③溶质势，由土－水体系中各种溶质共同引起；④重力势，主要由重力场引起。 基质势和含水量的关系曲线称为土壤水分特征曲线（图8）。它受土壤性质的影响，据此可算出植物有效含水量，还可根据曲线上的斜率，估算出不同水势时的吸水和释水性。 　土壤水的运动 　土壤水处在不断的运动之中。降水或灌溉水到达地表后，在重力势和基质势等梯度作用下渐次进入土表以下各土层。土壤水分达到饱和状态后，多余的水分就在重力势作用下向下渗漏，补给地下水;如土壤水分处于不饱和状态，水分就在重力势和基质势等梯度作用下向下或向其他方向渗吸，补充土壤水储量。渗漏或渗吸不良时，水分就形成地表径流流失。当降水或灌溉停止、渗吸结束后，水分仍继续向下运动，进行再分配。土壤水也可在水势梯度作用下向上运动，通过地表蒸发或植物叶面的蒸腾返回大气中。在地下水盐分浓度高时，水分的向上运动往往导致土壤盐渍化。 水分在由势能高的地方向势能低的地方运动时，不管土壤水饱和程度如何，单位时间内通过单位面积的水的容积总是与水流方向上的水力势梯度成正比。这可用达西方程表示： 式中V 为单位时间内通过垂直于水流方向的单位面积的水的容积；K 为水力传导度或毛管传导度，是单位水力势梯度下水流的容积；为水力势梯度，包括重力势梯度和基质势梯度，是水分运动的驱动力。重力的大小一定，方向向下，基质势的大小和方向是可变的。 土壤中的气态水由于水汽压力梯度的不同而进行扩散，它们通过充气孔隙从水汽压大的地方向水汽压小的地方运动；从湿土层向干土层、从比较热的土层向比较冷的土层运动。 适宜的土壤水分为植物蒸腾和维持正常生长所必需。土壤水分过多往往使植物生长受阻、造成湿害;过少则导致植物凋萎。一般认为，土壤吸力小于1～2大气压时的水分，是植物Z易吸收的水分。 20世纪60年代以来，在评价土壤水分与植物的关系问题上的根本性变化，在于认为土壤、植物和大气之间是一个物理学上统一的、动态的连续体系。在此体系中，各种不同的水流过程象链条中的各个环节一样相互关联。植物吸收水分的速率和数量不单是土壤含水量或土水势的单值函数，而是与根系从土壤吸收水分的能力，以及土壤按蒸腾要求的速率向根系输送水分的能力有关；能力的大小取决于植物和土壤的性质，并在相当程度上取决于小气候条件。水分从体系中势能高处流向势能低处；两点间的势能差，是促使水分流动的原因。流经植物体的水流量(y)可用下式表示： y=墹ψ1/R1=－墹ψ2/R2=－墹ψ3/R3 式中墹ψ1是土壤到根部的水势降减，墹ψ2是植物体内根到叶部的水势降减；墹ψ3是叶部与大气间的水势降减。墹ψ1、墹ψ2约等于 10×10 帕；1墹ψ3约等于 500×10帕。R1、R2和R3分别为相应分段中水流的阻力。 只要根系吸水的速率与蒸腾速率平衡，水流就继续进行，植物保持充分的水胀状态；一旦吸水速率低于蒸腾速率时，植物就开始失水，失去膨压而凋萎。在大气蒸发力高时，即使土水势较高，植物也可能无法维持较高的相对蒸腾率而开始凋萎；在大气蒸发力低时，即使土水势较低，相对蒸腾率仍可能较高，而使植物不致凋萎。所以土壤中水分能否满足植物生长的需要，取决于土壤、植物和大气诸因子的综合影响。 水分不仅直接影响植物的蒸腾和土壤中养分对植物的有效性，而且也影响根系生长与耕作的难易。通过合理的耕作管理，增加和保持土壤有效水，减少地表径流和渗漏，减少无效蒸腾，以及在水分过多时进行农田排水等措施都是农业生产的重要环节（见植物水分关系）。

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