土壤的水氣熱一、學(xué)習(xí)指導(dǎo)（一） 本章教學(xué)要求1、 掌握本章涉及的概念。2、 了解土壤水分含量的測(cè)定方法和表示方式，重點(diǎn)掌握土壤水分的類型及其有效性。3、 了解土壤水分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。4、 掌握我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源狀況，重點(diǎn)掌握旱作農(nóng)業(yè)的水分管理特點(diǎn)。5、 了解土壤空氣的組成特點(diǎn)及對(duì)作物生長(zhǎng)和土壤肥力的影響。6、 了解影響土壤溫度變化的因素。（二） 本章重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容1、 土壤水分的類型和性質(zhì)土壤水分一般分為四種類型：吸濕水、膜狀水、毛管水和重力水。土壤顆粒具有很大表面積，在其表面可牢固地吸附一層或數(shù)層水分子，這部分水稱為吸濕水，其含量稱為土壤吸濕量。當(dāng)大氣相對(duì)濕度達(dá)到100%時(shí)，吸濕量達(dá)到最大值，稱為最大吸濕量或稱為吸濕系數(shù)。當(dāng)土壤顆粒吸附空氣中的水分達(dá)到飽和即達(dá)到最大吸濕量時(shí)，土壤顆粒仍然可以吸附水分，并形成一層水膜，這種水稱為膜狀水，膜狀水達(dá)到最大數(shù)量時(shí)的土壤含水量稱為最大分子持水量。土壤中存在著大量的毛管孔隙，毛管孔隙中的水分就是毛管水。根據(jù)地下水與毛管水是否連接，可將毛管水分為毛管懸著水和毛管上升水兩種。毛管懸著水是指沒(méi)有與地下水連通時(shí)，保持在土壤毛管孔隙中的水分，其最大值稱為田間持水量，通常作為灌溉水量定額的最高指標(biāo)。毛管上升水是指由于地下水借毛管引力的作用，從下向上移動(dòng)，并保持在毛管中，其最大值稱為毛管持水量。當(dāng)土壤含水量達(dá)到田間持水量時(shí)，如果繼續(xù)供水，土壤中所有大小孔隙都將充滿水，此時(shí)的土壤含水量稱為土壤飽和含水量，超出田間持水量的水就是重力水。2、 土壤水吸力進(jìn)入土壤的水分是在多種力量的作用下保持在土壤中的，這種力量包括土壤各種物質(zhì)與水分的結(jié)合力、土壤顆粒對(duì)水分的吸附固持力、毛管對(duì)水的固持力、土壤顆粒的機(jī)械阻力等等，所有這些力統(tǒng)稱為土壤水吸力。土壤水分特征曲線是指將土壤水分含量與土壤水吸力作圖所得到的曲線，每種土壤都有其自己的水分特征曲線。3、 土壤水分含量的測(cè)定和表示方法自然條件下土壤保持的水分稱為土壤含水量，俗稱墑。土壤水分含量的測(cè)定方法主要有酒精燃燒法、烘干法、中子儀法等方法，其中烘干法是常用方法，酒精燃燒法可作為田間土壤含水量快速測(cè)定的一種方法。土壤含水量的表示方法有重量法、容積法、相對(duì)含水量和貯量法等。4、 土壤水分的運(yùn)動(dòng)土壤水的再分布是指停止供水后，入滲過(guò)程結(jié)束，土壤水在重力、吸力梯度和溫度梯度的作用下，繼續(xù)向下層較干的土壤移動(dòng)，但沒(méi)有與地下水接觸。土壤水的運(yùn)動(dòng)包括液態(tài)水的運(yùn)動(dòng)和氣態(tài)水的運(yùn)動(dòng)。液態(tài)水的運(yùn)動(dòng)分為飽和流運(yùn)動(dòng)和不飽和流運(yùn)動(dòng)。當(dāng)不斷向土壤供水，使土壤所有孔隙都充滿了水，水分會(huì)由于重力和壓力作用，向土壤下層移動(dòng)或橫向運(yùn)動(dòng)，這就是土壤水的飽和流運(yùn)動(dòng)。如果供水不足，只有毛管等小孔隙充滿水，土壤水分運(yùn)動(dòng)主要依賴水吸力梯度，包括膜狀水和毛管水的運(yùn)動(dòng)，這就是土壤水的非飽和流運(yùn)動(dòng)。土壤水分以水氣的形態(tài)由土壤表面向大氣擴(kuò)散的現(xiàn)象稱為土壤蒸發(fā)或土面蒸發(fā)，土面蒸發(fā)分為3個(gè)階段：大氣控制階段、土壤導(dǎo)水率控制階段和擴(kuò)散控制階段。鹽土的水分蒸發(fā)與非鹽土相比有其自己的特點(diǎn)。5、 土壤水的有效性土壤有效水是指作物根系能夠吸收利用的土壤水分，其含量為土壤含水量與土壤萎蔫系數(shù)的差值，最大量是田間持水量與土壤萎蔫系數(shù)的差值。土壤萎蔫系數(shù)是指當(dāng)土壤供水不能補(bǔ)充作物葉片的蒸騰消耗時(shí)，葉片發(fā)生萎蔫，如果再供水時(shí)，葉片萎蔫的現(xiàn)象不能消失，即成為永久萎蔫，此時(shí)土壤的水分含量就是土壤萎蔫系數(shù)或永久萎蔫點(diǎn)。當(dāng)根系的吸水能力大于土壤水的吸力時(shí)的土壤水是有效水。吸濕水與土壤顆粒之間的吸附力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于作物根的吸水力，所以是無(wú)效水。水膜外層的膜狀水根系能夠吸收，所以部分膜狀水是有效水。毛管水也是有效水，但重力水由于不在土壤中存留，對(duì)作物而言是無(wú)效水。土壤有效水含量的經(jīng)驗(yàn)判斷方法俗稱田間驗(yàn)墑，將土壤墑情分為5種類型，即汪水、黑墑、黃墑、潮干土和干土。6、 我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源狀況我國(guó)人均占有水量只是世界平均值的14,每畝占有水量為世界的34,約有一半以上的旱地得不到灌溉，是世界13個(gè)最缺水的國(guó)家之一。我國(guó)水資源短缺可分為4種類型：資源性缺水；水質(zhì)不良型缺水；設(shè)施型缺水；工程性缺水。我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源匱缺有以下幾個(gè)特點(diǎn)：水資源區(qū)域分布與經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局很不匹配；占國(guó)土面積69%的山區(qū)、丘陵地區(qū)，水源工程建設(shè)難度大，缺水嚴(yán)重；降雨集中，年際之間變化大，可利用水量少，旱澇災(zāi)害頻繁；我國(guó)水資源開(kāi)發(fā)利用率已經(jīng)很高，接近世界水資源開(kāi)發(fā)利用率的三倍，很難進(jìn)一步提高利用率；水質(zhì)差、水污染嚴(yán)重；水分利用率低。7、 作物需水規(guī)律作物需水量是指生長(zhǎng)在大面積農(nóng)田上的無(wú)病蟲(chóng)害的作物，當(dāng)土壤水分和肥力適宜時(shí)，在給定的生長(zhǎng)環(huán)境中，作物達(dá)到高產(chǎn)潛力值的條件下，作物葉面蒸騰、棵間土壤蒸發(fā)、組成作物體和消耗于光合作用等生理過(guò)程所需要的水量總和。葉面蒸騰和棵間土壤蒸發(fā)兩部分統(tǒng)稱為作物蒸散量。一般根據(jù)彭曼公式或農(nóng)田水分平衡方程來(lái)計(jì)算作物需水量。作物在不同的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期對(duì)水的需求差異很大，存在需水臨界時(shí)期，此時(shí)若缺水，作物產(chǎn)量將大幅度下降。8、 水分的高效利用（1）開(kāi)源、節(jié)流：加強(qiáng)農(nóng)田基本建設(shè)，減少輸水損失，采用節(jié)水灌溉技術(shù)；充分利用自然降雨；合理開(kāi)采利用地下水；劣質(zhì)水和工農(nóng)業(yè)污水的資源化和有效利用。（2）加強(qiáng)管理：加強(qiáng)法制宣傳；建立水源保護(hù)區(qū)，狠抓“三廢”治理；統(tǒng)一規(guī)劃，合理分配和利用水資源；實(shí)行水資源商品化，鼓勵(lì)建立農(nóng)業(yè)供水公司、用水者協(xié)會(huì)。（3）農(nóng)業(yè)耕種措施：提高土壤蓄水保墑的能力；培育抗旱新品種，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，合理安排作物布局；合理灌溉。9、 旱作農(nóng)業(yè)我國(guó)的干旱和半干旱地區(qū)的分布從東北通遼開(kāi)始，經(jīng)河北張北、山西雁北，經(jīng)寧夏固原和甘肅隴中的定西，直到西藏拉薩，總面積達(dá)220萬(wàn)平方公里，占國(guó)土面積約47%s52.5%，降雨60%以上集中在6-9月份，而且年際之間變化很大。旱作農(nóng)業(yè)的基本思想是盡量保蓄和充分利用有限的降雨，提高水分的利用效率，其措施包括選育抗旱品種，耕作上的耕、耙、耱、中耕，種植制度上的間作和套作，以及地膜覆蓋、土壤保水劑的應(yīng)用等等，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：搞好農(nóng)田基本建設(shè)；推廣抗旱保墑的耕作技術(shù)；培肥地力；培育優(yōu)良品種。10、 土壤空氣的組成及其特點(diǎn)土壤的空氣組成主要取決于土壤中生物活動(dòng)和與大氣的交換性能，總體上與大氣相似，但CO2含量高于大氣幾十倍，而O2的含量比大氣要低，水汽含量一般要高于大氣，并且含有一定量的還原性氣體，如CH4、H2S、H2等。尤其是淹水的土壤，CO2含量更高，O2含量更低，還原性氣體含量也很高。土壤通氣性是指土壤空氣與大氣進(jìn)行交換的能力，以及土壤內(nèi)部氣體擴(kuò)散的特性。土壤通氣性主要反映土壤向大氣排出CO2和大氣中的O2進(jìn)入土壤的能力，一定時(shí)間內(nèi)，一定面積土壤上，產(chǎn)生的CO2與消耗的O2之間的比值，稱為土壤呼吸系數(shù)。11、 土壤空氣對(duì)作物生長(zhǎng)和土壤肥力的影響不同的作物，不同器官，同一種作物不同的生育時(shí)期，對(duì)氧氣的需求都有差異。水稻等水生作物要求生活在淹水的環(huán)境，而旱地作物必須生活在通氣性良好的土壤上。種子萌發(fā)和苗期最易遭受土壤缺氧的危害。地上部頂端生長(zhǎng)點(diǎn)對(duì)缺氧最敏感，但大多數(shù)情況下根系首先遭受危害。作物根系必須在一定的氧氣濃度條件下才能正常地生長(zhǎng)發(fā)育，種子的萌發(fā)要求有一定量的水分和O2。土壤空氣對(duì)土壤肥力的影響主要通過(guò)對(duì)土壤微生物和氧化還原電位的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。12、 土壤空氣狀況的調(diào)節(jié)排水降低土壤的含水量；改良土壤質(zhì)地；增施有機(jī)肥料，改善土壤結(jié)構(gòu)和孔性。13、 土壤的熱性質(zhì)土壤溫度的變化主要決定于土壤的熱性質(zhì)，如土壤熱容量、導(dǎo)熱性和導(dǎo)溫性。土壤的熱容量是指單位重量或單位容積的土壤，溫度每變化一度所吸收或釋放的熱量，單位是卡/（克?度）或卡/（厘米3?度）。土壤導(dǎo)熱率是指單位土層厚度，溫差為1OC時(shí)，每秒流入單位面積土壤斷面（1平方厘米）的熱量，單位是指卡/（厘米?秒-度）。土壤導(dǎo)溫率是指在常溫和常壓狀態(tài)下，單位土層厚度，溫差為1OC時(shí)，單位時(shí)間流入單位面積土壤斷面（1平方厘米）的熱量使單位體積（1立方厘米）土壤溫度所發(fā)生的變化，單位是厘米2/秒。14、 土壤溫度對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和土壤肥力的因素任何生命活動(dòng)都需要一定的溫度。作物種子和根系只有在一定的溫度下才能萌發(fā)，土壤溫度過(guò)高過(guò)低，會(huì)影響根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，對(duì)作物的生殖生長(zhǎng)也有很大的影響。土壤溫度與土壤肥力的關(guān)系主要表現(xiàn)在：影響土壤中各種化學(xué)反應(yīng)，影響微生物的活性，影響土壤養(yǎng)分離子的擴(kuò)散、水分和空氣的運(yùn)動(dòng)。15、土壤溫度的調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)上常通過(guò)調(diào)節(jié)土壤固、氣、液三相的比