土壤水是土壤的最重要组成部分之一,自然界水循环的重要环节,参与物质转化迁移、能量交换。
一、土壤水分类型及其有效性
1、束缚水
a吸湿水(Hydroscopic water),又称紧束缚水,指土粒通过吸附力吸附空气中水汽分子所保持的水分。特点:吸附力强,对水汽分子的吸附可达31至10000个大气压;比重很大(约1.5),无溶解能力,不能移动,通常在105~110℃条件下烘干除去,这些水分一般对植物无效。吸湿性由土粒表面的分子引力、土壤胶体双电层中带电离子以及带电的固体表面静电引力与水分子作用引起,受土壤质地、有机质含量、盐分含量及种类、土壤孔隙状况和空气温度、湿度的影响。如土壤质地越粘,比表面越大,吸湿能力越强,黏质吸湿水含量高,砂质土则吸湿水含量低;空气相对湿度高,吸湿水含量高,反之则吸湿水含量低。
b膜状水(Membranous water),又称松束缚水,指土粒吸附力所保持的液态水,在土粒周围形成连续水膜。特点:保持力较吸湿水低,一般在6.25~31大气压;水的密度较吸湿水小,有一定溶解性,移动缓慢,由水膜厚的地方往水膜薄的地方移动,速度仅0.2~0.4毫米/小时。膜状水对植物有效性低,仅部分有效。
2、毛管水(Capillary water)
存在于毛管孔隙中为弯月面力所保持的水分称为毛管水。毛管水又分为两类:
a悬着毛管水:指不受地下水源补给影响的毛管水,即当大气降水或灌溉后土壤中所吸持的液态水。
b支持毛管水(毛管上升水):指土壤中受到地下水源支持并上升到一定高度的毛管水,即地下水沿着土壤毛管系统上升并保持在土壤中的那一部分水分。
4、重力水和地下水
a重力水:受重力作用可以从土壤中排出的水分,主要存在于土壤通气孔隙中。当大气降水或灌溉强度超过土壤吸持水分的能力时,多余的水就由于重力的作用通过大孔隙向下流失。
b地下水:如果土壤或母质中有不透水层存在,向下渗漏的重力水就会在它上面的土壤孔隙中聚集起来,形成一定厚度的水分饱和层,其中的水可以流动,成为地下水。
二、土壤水分含量的表示方法
1、质量含水量:指土壤中的水分的质量与干土质量的比值。
通常将土壤在105℃~110 ℃条件下烘干测定,只含有吸湿水的土壤称为风干土(dry soil),除去吸湿水的土壤称为烘干土(Oven soil)。
水%=(风干土重-烘干土重)/烘干土重×100
烘干土重=风干土重/( 1+水% )风干土重=烘干土重×(1+水%)
2、容积含水量
指单位总体积重水分所占的容积分数,又称容积湿度、土壤水的容积分数。
容积含水量被广泛使用,主要用于表示土壤水的深度比,即单位土壤深度内水的深度(水层厚度,Dw,水mm)。
用水层厚度(水mm)来表示土壤含水量的优点在于与气象资料和作物耗水量所用的水分表示方法一致,便于互相比较和换算。
指土壤含水量占某一标准(田间持水量或饱和含水量)的百分数。农业生产上常用的土壤含水量的表示方法,用于说明土壤水的饱和程度、有效性等。
土壤相对含水量=土壤含水量/田间持水量
V(m3/hm2)=Dw(mm)×1/1000×10000=10Dw
这种水分表示方法的作用在于与灌溉水量的表示方法一致,便于计算水库库容和田间的灌水量。
*土壤水分常数(soil water constant)
土壤中某种水分类型的最大含量,随土壤性质而定,是一个比较固定的数值,故称水分常数。。
a吸湿系数(hydroscopic coefficient),也称最大吸湿量,指干土从相对湿度接近饱和的空气中吸收水汽的最大值,即吸湿水的最大量与烘干土重量的百分比。 吸湿水的含量受空气相对湿度、土壤比表面积和有机质的影响,测定吸湿系数是在空气相对湿度98%(或99%)条件下,让土壤充分吸湿(通常为一周时间),达到稳定后在105℃条件下烘干测定得到。
b凋萎系数(Wilting coefficient),植物永久凋萎时的土壤含水量称为凋萎系数,用来表示植物可利用土壤水的下限。土壤凋萎系数的大小,通常用吸湿系数的1.5~2.0倍来衡量。质地愈粘重,凋萎系数愈大。
非活性孔度=凋萎系数×容重
c田间持水量(Field capacity),指降雨或灌溉后,多余的重力水已经排除,渗透水流已降至很低或基本停止时土壤所吸持的水量,即毛管悬着水达最大量时的土壤含水量。它是反映土壤保水能力大小的一个指标,与土壤孔隙状况和有机质含量有关。计算土壤灌溉水量时以田间持水量为指标,既节约用水,又可避免超过田间持水量的水分在重力水下渗后,抬高地下水位。
d饱和含水量(Saturated water content),指全部土壤孔隙充满水时的含水量,又称最大持水量。
e毛管持水量(Capillary capacity),毛管上升水达最大量时的土壤含水量。毛管上升水受地下水压影响,通常大于田间持水量。毛管持水量是计算土壤毛管孔隙度的依据。
毛管孔度=毛管持水量 ×容重 通气孔度=总孔度-非活性孔度-毛管孔度
*土壤水分有效性 Soil water availability
土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。不能被植物吸收利用的水称为无效水,能被植物吸收利用的水称为有效水。最大有效水含量是凋萎系数至田间持水量的水分。
三、土壤水分含量的测定
1、烘干法:经典烘干法;快速烘干法。
2、中子法
3、TDR法
4、电阻法

