土壤水分

土壤水分的類型、性質　　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。

　　固態水，土壤水凍結時形成的冰晶。

　　汽態水，存在于土壤空氣中。

　　束縛水，包括吸濕水和膜狀水。

　　自由水，包括毛管水、重力水和地下水。

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濕度和土壤質地?？諝獾南鄬穸扔螅?，土壤吸濕水的含量也愈多；土壤質地愈粘重，表面積愈大，吸濕水量愈多。此外，腐殖質含量多的土壤，吸濕水量也較多。吸濕水受到土粒表面分子的引力很大，最內層可以達到pF值7.0，最外層為pF值4．5。所以吸濕水不能移動，無溶解力，植物不能吸收，重力也不能使它移動，只有在轉變為汽態水的先決條件下才能運動，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電荷產生的強大的吸引力。

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，其厚度可達幾十或幾百個以上的水分子。

　　薄膜水的含量決定于土壤質地、腐殖質含量等。土壤質地粘重，腐殖質含量高。膜狀水含量高，反之則低。膜狀水的值叫分子持水量。

　　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，但是移動的速度緩慢。薄膜水能被植物根系吸收，但數量少，不能及時補給植物的需求，對植物生長發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，當土壤孔隙直徑在0.5mm時，毛管水達到量，土壤孔隙在0.1～0.001mm范圍內毛管作用明顯，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系的毛管水稱毛管懸著水。在毛管系統發達的壤質土壤中，懸著水主要存在于持水孔隙中，但毛管系統不發達的砂質土壤，懸著水主要圍繞著砂粒相互接觸的地方，稱為觸點水。

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

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

重力水

　　當進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，就會聚積成為地下水。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，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植物；地下水位過高不但影響土壤通氣性，而且有的土壤會產生鹽漬化。若重力水在滲漏的過程中碰到質地粘重的不透水層可透水性很弱的層次，就形成臨時性或季節性的飽和含水層，稱為上層滯水。這層水的位置很高，特別是出現在犁底層以上會使植物受漬，通常把根系活動層范圍的上層滯水叫潛水層，對植物生長影響較大。

　　重力水雖然能被植物吸收，但因為下滲速度很快，實際上被植物利用的機會很少。

　　上述各類型的水分在一定條件下可以相互轉化，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；當土壤水分大量蒸發，土壤中就只有吸濕水。

存在形態

　　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。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，因此水會變成水蒸汽蒸發逸出土表。蒸騰和蒸發的水加起來叫做蒸散，是土壤水進入大氣的兩條途徑。

　　表層的土壤水受到重力會向下滲漏，在地表有足夠水量補充的情況下，土壤水可以一直入滲到地下水位，繼而可能進入江、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兩種，二者之間的關系由土壤容重來換算。另一種是以土壤水勢表示，土壤水勢的負值是土壤水吸力。

重要指標

　　土壤含水量有三個重要指標。一個是土壤飽和含水量，表明該土壤最多能含多少水，此時土壤水勢為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，此時土壤水勢為-0.3巴。

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

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

　　土壤水勢可細分為重力勢、基模勢和溶質勢。

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

　　土壤基模勢指土壤中礦質顆粒表面和有機質顆粒表面對水所產生的張力。它的值永遠是負值，即總是將土壤表面的水分向土體內吸進來。

　　土壤水分溶質勢與土壤溶液中所含溶質數量有關，溶質越多，溶質勢越?。丛截摚｜c水源入滲時，水沿濕度梯度從高水勢處向低水勢處流動，逐漸形成一個干濕交界分明的橢球體形狀，稱為濕潤球，球面各處土壤水勢相等。該球面稱為入滲鋒，在水頭固定不變時，入滲鋒的前進速度隨著時間的延長而減慢。

　　大部分植物養分都是溶于水后隨水移動運輸到植物根系被吸收的。無論根系以質流、擴散、截獲哪種方式吸收植物養分都在土壤溶液中進行。

測量方法

干燥土壤水分測定方法

　　1 適用范圍

　　本標準用于測定除石膏性土壤和有機土（含有機質20％以上的土壤）以外的各類土壤的水分含量。

　　2 測定原理

　　土壤樣品在105±2℃烘至恒重時的失重，即為土壤樣品所含水分的質量。

　　3 儀器、設備

　　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：內盛變色硅膠或無水氯化鈣。

　　4 試樣的選取和制備

　　4.1 風干土樣：選取有代表性的風干土壤樣品，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確質量的大型鋁盒內，蓋緊，裝入木箱或其他容器，帶回室內，將鋁盒外表擦拭干凈，立即稱重，盡早測定水分。

　　5 測定步驟

　　5.1 風干土樣水分的測定

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

　　5.2 新鮮土樣水分的測定

　　將盛有新鮮土樣的大型鋁盒在分析天平上稱重，準確至0.01g。揭開盒蓋，放在盒底下，置于已預熱至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。新鮮土樣水分的測定應做三份平行測定。

　　注：烘烤規定時間后一次稱重，即達“恒重”。

　　6 測定結果的計算

　　6.1 計算公式

　　水分（分析基），％＝〔（m1－m2）/（m1－m0）〕×100………………………………（1）

　　水分（干基），％＝〔（m1－m2）/（m2－m0）〕×100………………………………（2）

　　式中：m0—— 烘干空鋁盒質量，g；

　　m1—— 烘干前鋁盒及土樣質量，g；

　　m2—— 烘干后鋁盒及土樣質量，g。

　　6.2 平行測定的結果用算術平均值表示，保留小數后一位。

　　6.3 平行測定結果的相差，水分小于5％的風干土樣不得超過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％（相當于相對相差不大于5％）。

電測法

　　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內自主開發的產品,杭州碩聯儀器是國內為數不多的自主開發單位之一。

　　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用頻域測量技術自主研制開發的，能夠精確測量土壤和其它多孔介質的體積含水量?？膳c溫室環境監測、土壤墑情采集、自動灌溉控制等系統集成，實現水分的長期動態連續監測。也可與SMC系列數據記錄儀組成便攜式土壤水分測量系統。

　　主要特點：

　　響應速度快，<1秒；

　　重復性好，<1%；

　　環境適應性強，防水防潮；

　　電壓/電流輸出可選，傳輸距離遠；

　　工作溫度范圍寬，低溫可擴展到-40oC

　　性價比高；

　　技術指標：

　　測量參數 土壤容積含水量vol% (m3/m3)

　　供電電壓

　　5～12VDC

　　測量范圍

　　0～100％

　　工作電流

　　25mA

　　精 度

　　非飽和范圍內為±2％

　　電纜長度

　　標準長度1.5m，可定制

　　重復性

　　±1％

　　電極材料

　　316L不銹鋼

　　輸出信號

　　0～1.5VDC或4～20mA

　　電極長度

　　6cm

　　測量區域

　　95％的影響在￠5×8cm的圓柱體內

　　密封性

　　IP68防水防潮

　　響應時間

　　<1秒

　　外形尺寸

　　120×45×15mm