[科普中國(guó)]-土壤水分

類型

土壤水分主要來源于大氣降水和灌溉水，此外，地下水上升和大氣中水汽的凝結(jié)也是土壤水分的來源。

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種力的作用，形成不同類型的水分并反映出不同的性質(zhì)。

（1）固態(tài)水，土壤水凍結(jié)時(shí)形成的冰晶。

（2）汽態(tài)水，存在于土壤空氣中。

（3）束縛水，包括吸濕水和膜狀水。

（4）自由水，包括毛管水、重力水和地下水。

（5）重力水，由于地心引力向下滲透的水。

吸濕水干土從空氣中吸著水汽所保持的水，稱為吸濕水。

土壤吸濕水的含量主要決定于空氣的相對(duì)濕度和土壤質(zhì)地?？諝獾南鄬?duì)濕度愈大，水汽愈多，土壤吸濕水的含量也愈多；土壤質(zhì)地愈粘重，表面積愈大，吸濕水量愈多。此外，腐殖質(zhì)含量多的土壤，吸濕水量也較多。吸濕水受到土粒表面分子的引力很大，最內(nèi)層可以達(dá)到pF值7.0，最外層為pF值4．5。所以吸濕水不能移動(dòng)，無溶解力，植物不能吸收，重力也不能使它移動(dòng)，只有在轉(zhuǎn)變?yōu)槠麘B(tài)水的先決條件下才能運(yùn)動(dòng)，因此又稱為緊束縛水，屬于無效水分。其主要吸附力為分子引力和土壤膠體顆粒帶有負(fù)電荷產(chǎn)生的強(qiáng)大的吸引力。2

膜狀水-薄膜水膜狀水指由土壤顆粒表面吸附所保持的水層，其厚度可達(dá)幾十或幾百個(gè)以上的水分子。

薄膜水的含量決定于土壤質(zhì)地、腐殖質(zhì)含量等。土壤質(zhì)地粘重，腐殖質(zhì)含量高。膜狀水含量高，反之則低。膜狀水的最大值叫最大分子持水量。

由于膜狀水受到的引力比吸濕水小，一般為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動(dòng)，但是移動(dòng)的速度緩慢。薄膜水能被植物根系吸收，但數(shù)量少，不能及時(shí)補(bǔ)給植物的需求，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育來說屬于弱有效水分。又稱為松束縛水分。吸附力為土粒剩余的引力。

毛管水毛管水是靠土壤中毛管孔隙所產(chǎn)生的毛管引力所保持的水分，稱為毛管水。

土壤孔隙的毛管作用因毛管直徑大小而不同，當(dāng)土壤孔隙直徑在0.5mm時(shí)，毛管水達(dá)到最大量，土壤孔隙在0.1～0.001mm范圍內(nèi)毛管作用最為明顯，孔隙小于0.001mm，則毛管中的水分為膜狀水所充滿，不起毛管作用，故這種孔隙可稱無效孔隙。毛管水又可以分為兩種類型。

1．毛管懸著水土體中與地下水位無聯(lián)系的毛管水稱毛管懸著水。在毛管系統(tǒng)發(fā)達(dá)的壤質(zhì)土壤中，懸著水主要存在于持水孔隙中，但毛管系統(tǒng)不發(fā)達(dá)的砂質(zhì)土壤，懸著水主要圍繞著砂粒相互接觸的地方，稱為觸點(diǎn)水。

2．毛管支持水（毛管上升水）土體中與地下水位有聯(lián)系的毛管水稱毛管支持水。毛管支持水與地下水有密切聯(lián)系，常隨地下水位的變化而變化。其原因是地下水受毛細(xì)管作用（毛管現(xiàn)象）上升而形成的。其運(yùn)動(dòng)速度與毛細(xì)管半徑有密切聯(lián)系。

毛管水是土壤中最寶貴的水分，因?yàn)橥寥缹?duì)毛管水的吸引力只有pF值2.0～3.8，接近于自然水，可以向各個(gè)方向移動(dòng)，根系的吸水力大于土壤對(duì)毛管水的吸力，所以毛管水很容易被植物吸收。毛管水中溶解的養(yǎng)分也可以供植物利用。

重力水當(dāng)進(jìn)入土壤的水分超過田間持水量后，一部分水沿著大孔隙受重力作用向下滲漏，這部分受重力作用的土壤水稱重力水。重力水下滲到下部的不透水層時(shí)，就會(huì)聚積成為地下水。所以重力水是地下水的重要來源。地下水的水面距地表的深度稱為地下水位。地下水位要適當(dāng)，不宜過高或過低。地下水位過低，地下水不能通過毛管支持水方式供應(yīng)植物；地下水位過高不但影響土壤通氣性，而且有的土壤會(huì)產(chǎn)生鹽漬化。若重力水在滲漏的過程中碰到質(zhì)地粘重的不透水層可透水性很弱的層次，就形成臨時(shí)性或季節(jié)性的飽和含水層，稱為上層滯水。這層水的位置很高，特別是出現(xiàn)在犁底層以上會(huì)使植物受漬，通常把根系活動(dòng)層范圍的上層滯水叫潛水層，對(duì)植物生長(zhǎng)影響較大。

重力水雖然能被植物吸收，但因?yàn)橄聺B速度很快，實(shí)際上被植物利用的機(jī)會(huì)很少。

上述各類型的水分在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，例如：超過薄膜水的水分即成為毛管水；超過毛管水的水分成為重力水；重力水下滲聚積成地下水；地下水上升又成為毛管支持水；當(dāng)土壤水分大量蒸發(fā)，土壤中就只有吸濕水。

存在形態(tài)土壤水存在于土壤孔隙中，尤其是中小孔隙中，大孔隙常被空氣所占據(jù)。穿插于土壤孔隙中的植物根系從含水土壤孔隙中吸取水分，用于蒸騰。土壤中的水氣界面存在濕度梯度，溫度升高，梯度加大，因此水會(huì)變成水蒸汽蒸發(fā)逸出土表。蒸騰和蒸發(fā)的水加起來叫做蒸散，是土壤水進(jìn)入大氣的兩條途徑。3

表層的土壤水受到重力會(huì)向下滲漏，在地表有足夠水量補(bǔ)充的情況下，土壤水可以一直入滲到地下水位，繼而可能進(jìn)入江、河、湖、海等地表水。

表示方法土壤中水分的多少有兩種表示方法：一種是以土壤含水量表示，分重量含水量和容積含水量?jī)煞N，二者之間的關(guān)系由土壤容重來換算。另一種是以土壤水勢(shì)表示，土壤水勢(shì)的負(fù)值是土壤水吸力。

重要指標(biāo)土壤含水量有三個(gè)重要指標(biāo)。一個(gè)是土壤飽和含水量，表明該土壤最多能含多少水，此時(shí)土壤水勢(shì)為0。

第二是田間持水量，是土壤飽和含水量減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，此時(shí)土壤水勢(shì)為-0.3巴。

第三是萎蔫系數(shù)，是植物萎蔫時(shí)土壤仍能保持的水分。這部分水也不能被植物吸收利用，此時(shí)土壤水勢(shì)為-15巴。

田間持水量與萎蔫系數(shù)之間的水稱為土壤有效水是植物可以吸收利用的部分。當(dāng)然，一般在田間持水量的60%時(shí)，即土壤水勢(shì)-1巴左右就采取措施進(jìn)行灌溉。

土壤水勢(shì)可細(xì)分為重力勢(shì)、基模勢(shì)和溶質(zhì)勢(shì)。

土壤水分重力勢(shì)以土壤水面與土表面相平時(shí)為0。水面高于土表面時(shí)為正值（此時(shí)也稱為壓力勢(shì)）。水面低于土表面時(shí)為負(fù)值（土壤水吸力為正值）。

土壤基模勢(shì)指土壤中礦質(zhì)顆粒表面和有機(jī)質(zhì)顆粒表面對(duì)水所產(chǎn)生的張力。它的值永遠(yuǎn)是負(fù)值，即總是將土壤表面的水分向土體內(nèi)吸進(jìn)來。

土壤水分溶質(zhì)勢(shì)與土壤溶液中所含溶質(zhì)數(shù)量有關(guān)，溶質(zhì)越多，溶質(zhì)勢(shì)越?。丛截?fù)）。點(diǎn)水源入滲時(shí)，水沿濕度梯度從高水勢(shì)處向低水勢(shì)處流動(dòng)，逐漸形成一個(gè)干濕交界分明的橢球體形狀，稱為濕潤(rùn)球，球面各處土壤水勢(shì)相等。該球面稱為入滲鋒，在水頭固定不變時(shí)，入滲鋒的前進(jìn)速度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而減慢。

大部分植物養(yǎng)分都是溶于水后隨水移動(dòng)運(yùn)輸?shù)街参锔当晃盏?。無論根系以質(zhì)流、擴(kuò)散、截獲哪種方式吸收植物養(yǎng)分都在土壤溶液中進(jìn)行。

測(cè)量方法水分測(cè)定1 適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)用于測(cè)定除石膏性土壤和有機(jī)土（含有機(jī)質(zhì)20%以上的土壤）以外的各類土壤的水分含量。4

2 測(cè)定原理

土壤樣品在105±2℃烘至恒重時(shí)的失重，即為土壤樣品所含水分的質(zhì)量。

3 儀器、設(shè)備

3.1土鉆；

3.2土壤篩：孔徑1mm；

3.3鋁盒：小型的直徑約40mm，高約20mm；

大型的直徑約55mm，高約28mm；

3.4分析天平：感量為0.001g和0.01g；

3.5 小型電熱恒溫烘箱；

3.6干燥器：內(nèi)盛變色硅膠或無水氯化鈣。

4 試樣的選取和制備

4.1 風(fēng)干土樣：選取有代表性的風(fēng)干土壤樣品，壓碎，通過1mm篩，混合均勻后備用。

4.2 新鮮土樣：在田間用土鉆取有代表性的新鮮土樣，刮去土鉆中的上部浮土，將土鉆中部所需深度處的土壤約20g，捏碎后迅速裝入已知準(zhǔn)確質(zhì)量的大型鋁盒內(nèi)，蓋緊，裝入木箱或其他容器，帶回室內(nèi)，將鋁盒外表擦拭干凈，立即稱重，盡早測(cè)定水分。

5 測(cè)定步驟

5.1 風(fēng)干土樣水分的測(cè)定

取小型鋁盒在105℃恒溫箱中烘烤約2h，移入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重，準(zhǔn)確至0.001g。用角勺將風(fēng)干土樣拌勻，舀取約5g，均勻地平鋪在鋁盒中，蓋好，稱重，準(zhǔn)確至0.001g。將鋁盒蓋揭開，放在盒底下，置于已預(yù)熱至105±2℃的烘箱中烘烤6h。取出，蓋好，移入干燥器內(nèi)冷卻至室溫（約需20min），立即稱重。風(fēng)干土樣水分的測(cè)定應(yīng)做兩份平行測(cè)定。

5.2 新鮮土樣水分的測(cè)定

將盛有新鮮土樣的大型鋁盒在分析天平上稱重，準(zhǔn)確至0.01g。揭開盒蓋，放在盒底下，置于已預(yù)熱至105±2℃的烘烤箱中烘烤12h。取出，蓋好，在干燥器中冷卻至室溫（約需30min），立即稱重。新鮮土樣水分的測(cè)定應(yīng)做三份平行測(cè)定。

注：烘烤規(guī)定時(shí)間后一次稱重，即達(dá)“恒重”。

6 測(cè)定結(jié)果的計(jì)算

6.1 計(jì)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—— 烘干空鋁盒質(zhì)量，g；

m1—— 烘干前鋁盒及土樣質(zhì)量，g；

m2—— 烘干后鋁盒及土樣質(zhì)量，g。

6.2 平行測(cè)定的結(jié)果用算術(shù)平均值表示，保留小數(shù)后一位。

6.3 平行測(cè)定結(jié)果的相差，水分小于5%的風(fēng)干土樣不得超過0.2%，水分為5～25%的潮濕土樣不得超過0.3%，水分大于15%的大粒（粒徑約10mm）粘重潮濕土樣不得超過0.7%（相當(dāng)于相對(duì)相差不大于5%）。

電測(cè)法有TDR 或者是FDR原理 FDS100土壤水分傳感器

FDS土壤水分傳感器是國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的產(chǎn)品,我們是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的自主開發(fā)單位之一。

下面是FD原理土壤水分傳感器介紹：

FDS100水分傳感器是基于介電理論并運(yùn)用頻域測(cè)量技術(shù)自主研制開發(fā)的，能夠精確測(cè)量土壤和其它多孔介質(zhì)的體積含水量?？膳c溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)、土壤墑情采集、自動(dòng)灌溉控制等系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)水分的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)。也可與SMC系列數(shù)據(jù)記錄儀組成便攜式土壤水分測(cè)量系統(tǒng)。

主要特點(diǎn)：

響應(yīng)速度快，