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土壤水类型

按水在土壤中存在状态划分的类别。通常可划分如下: 土壤水类型 土壤中数量多、移动快、易于保存而可供植物根系大量吸收利用的,是毛管水。重力水和地下水也是重要的植物水分给源,但当它们大量存在或滞留于植物根系活动层时,会妨碍土壤通气、抑制根系呼吸和好气微生物活动。在干旱土壤中,束缚水在水量平衡及植物水分供应上也有一定意义,因为,各种类型水分处在相互连续并相互转化的动态平衡之中。

按水在土壤中存在状态划分的类别。通常可划分如下:

土壤水类型

土壤中数量多、移动快、易于保存而可供植物根系大量吸收利用的,是毛管水重力水地下水也是重要的植物水分给源,但当它们大量存在或滞留于植物根系活动层时,会妨碍土壤通气、抑制根系呼吸和好气微生物活动。在干旱土壤中,束缚水在水量平衡及植物水分供应上也有一定意义,因为,各种类型水分处在相互连续并相互转化的动态平衡之中。它们在土壤中的分布如图。

土壤水分类型及其所占孔隙(示意)

土壤固态水

有化学结合水和冰两类。

化学结合水

是土壤固相的组分,包括沸石水、结晶水和组构水。沸石水存在于沸石中,在一定温度下易于释放出来而成为土壤液态水,因为含沸石的土壤少,故一般不单独列为一种土壤水类型。结晶水存在于多种土壤矿物中,它们在高温下可释放出来,但并不破坏矿物的结晶构造。组构水是指土壤矿物中包含的-H3O和-OH基,而不是以水分子H2O存在,当矿物风化时或高温灼烧时可释放出来,形成液态水。化学结合水在从土壤固相中释放出来之前,属于矿物内部的组分,不参与土壤水的种种作用,所以在计算土壤含水量时不把它们考虑在内。但是,在盐渍土和富含石膏土壤(土层)中,有的可溶性盐,如MgCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、CaSO4·2H2O,其中的一、二份结晶水的释出温度较低,在用烘箱法(105~110℃)测土壤含水量时先后释出,使测定值偏高。

存在于寒冷地区的永冻土以及非永冻土的冻土层中,在温暖地区则出现在寒冷季节发生冻结的表土及其他土层中。土壤自由水的冰点比地面上纯净的自由水的冰点(0℃)要低,而土壤束缚水的冰点又低于土壤自由水的冰点。束缚水被土粒紧紧吸持着,其冰点降低几度、十几度,其中贴近土粒的几层束缚水的冰点降至-80~-90℃以下。土壤自由水中含有微量至少量的可溶性盐和养分,其浓度一般为100~102毫克/公升,盐土中可达104毫克/公升,故使其冰点稍稍降低,尤其是毛管水土壤孔隙中受到毛管弯月面力的约束,其冰点可降至-0.5℃左右。

在寒冷季节,土壤下层或地下水层的温度稍高,其毛管水和水汽可向土壤表层移动而结冻,因而增加了表层的含水量,在次年春天冰融后造成一个相当厚的湿土层而利于作物生长。在有的地区,经过一个冬季的冰冻和积聚所增加的水量,相当于数十毫米至百余毫米的降水量。所以,冬季土壤冰冻以及地面积雪是这些地区土壤水分的重要来源。

土壤液态水

包括束缚水和自由水。自由水中又分为毛管水重力水地下水等。土壤水中数量最多的是液态水。

束缚水

是由于土粒表面各种作用力对水的吸附而形成,并以膜状覆盖土粒,由于它被强大的土壤吸力(106千帕至103千帕)保持着而丧失了自由水的性质,故名束缚水。它又分为紧束缚水和松束缚水两部分。贴近土粒表面的15~20个水分子层是紧束缚水,具有若干不同于自由水的异常性质:无溶解力(电导为零)、介电常数大、密度大(1.7~1.3克/厘米3),不呈液态流动,只能化为水汽而扩散,植物根系不能吸收。松束缚水包在紧束缚水的外面,它的厚度为几十个水分子层或一百多个水分子层,因而其数量比紧束缚水要多得多,它处于紧束缚水与自由水(这里是指毛管水)之间,具有两者间的过渡性质,溶解力较自由水低、密度较自由水为大,可沿土粒表面(紧束缚水层之外)呈膜状移动,但其移动速率很小,在紧、松束缚水间无明确界线,大体以能否释放吸湿热和是否完全丧失溶解能力来划分。在松束缚水与自由水间也是逐渐过渡的,实际上也找不到明显的界线。束缚水是干燥土壤吸附空气中的水汽而形成的(吸湿水),也可由邻近的较湿土壤的液态水和水汽移动来。

毛管水

在毛管力(弯月面力)作用下保持和移动的水分。它对植物有效而且供应强度较大,是土壤发生发育、土壤肥力以及农地水分管理中最重要的土壤水分。土壤中的毛管水有种种,主要的是悬着毛管水(与地下水无直接联系)和支持毛管水,后者是由地下水通过毛管作用所补给的,也称毛管上升水(见毛管水)。

重力水和地下水

在重力作用下可以自上而下或由高向低流动的水分,分为渗透重力水、滞留重力水和地下水。①渗透重力水,在重力作用下沿着大孔隙中央(其边角被毛管水占据)迅速向下渗透的土壤水。它的渗透强度达到稳定时称渗透系数或透水系数,其大小取决于土壤中的大孔隙(非毛管孔隙)的排列和垒结状况,是土壤质地、结构和土层构造等性质以及人为耕作施肥等管理措施造成的,因此其空间和时间变异大(见土壤透水性)。②滞留重力水重力水向下渗透遇到紧实土层(如犁底层、粘土夹层)的阻止,而暂时地或长久地滞留于此。排除这层滞水,就必须采取深耕或挖切线沟等破除此紧实层,使重力水继续下渗。③地下水,在下垫的紧实土层或岩层上,由下渗重力水或侧流水流在此形成较永久性的地下水层(见地下水)。

土壤气态水

它是存在于土壤孔隙中的水汽,其移动取决于上下土层间的温度梯度和水汽压梯度。土壤水汽运动是影响土壤水分状况及植物供水的重要因素之一。在土壤含水量超过最大吸湿量的条件下,土壤孔隙中的水汽呈饱和状态,有利于土壤微生物的繁衍和活动。