1.2.4土壤水分及其环境生态意义在线视频

大家好

今天我们一块来学习土壤水分及其

环境生态意义

土壤的水溶液组成主要有以下

三个部分

首先是土壤水分

然后是溶解在土壤水中的无机物和有机组分

土壤水主要分成三类

一类是存在于土壤气体中的水汽及气态水

而土壤中的化学结合水

以及冰冻形成的冰则构成了土壤的固态水

另外一部分则是土壤的液态水

它主要包括吸附水

吸湿水、膜状水以及自由水

毛管水、重力水、地下水

这是接下来的课中要

主要讲解的土壤水分形态

首先我们从吸湿水开始

在干燥土粒的吸附力作用下

所吸附的气态水保持在土壤表面

这一部分水分即土壤吸湿水

其吸附力主要包括土粒分子引力和

胶体表面电荷对水的极性引力

这一部分吸引力的作用力非常强大

即土粒对吸湿水的吸持力很大

超过植物根系细胞的渗透压

因此吸湿水不能被作物根系吸收

当土壤吸湿水饱和之后

其外层还可吸附液态水

从而形成的水膜叫做膜状水

膜状水所受吸力比吸湿水 小

可以以润湿的方式

从一个土粒的水膜较厚处

向另一个土粒水膜较薄处缓慢移动

一般速度为0.2-0.4mm/h

第三种土壤水是毛管水

毛管水是自由水的一种，是土壤中

毛管力吸持作用的结果

当地下水位较深的时候

进入土壤中的水

借助于毛管力保持在上层土壤的毛管中

这种水分称为毛管悬着水

毛管悬着水是山区、丘陵等地势较高的

地方植物吸收水分的主要来源

另外借助于毛管力

由地下水上升而进入土壤中的水

我们称其为毛管上升水

当土壤中水分超过田间持水量时

多余的水分就会受到重力作用

沿土壤中较大的孔隙向下移动

这种受重力所支配的水

叫做重力水

重力水不受土壤吸附力和毛管力的作用

当土壤被重力水所饱和的时候

也就是土壤大小孔隙全部被水分充满

这时土壤的含水量称为饱和持水量

全蓄水量或者最大持水量

另外一部分土壤水则是地下水

土壤上层的重力水

流至下层遇到不透水层时就会

积聚起来形成地下水

地下水是重要的水力资源

当土壤中重力水向下移动的时候

遇到第一个不透水层

并在其上较长时间聚积

这样的水分我们称其为潜水

潜水具有自由表，可在重力作用下

从高处向低处发生流动

潜水面离地表的深度称为地下水位

地下水位过高会引起土壤沼泽化及盐渍化

而过低则可能引发干旱

下面我们来看土壤水分含量及其有效性

首先是土壤水分含量

土壤水分含量也可称为土壤含水量

土壤湿度等

可以分为以下几个部分

质量含水量

土壤中水分的质量与干土质量的比值

大家要特别注意是“与干土质量的比值”

又称为重量含水量

是土壤中水分的实际含量

土壤质量含水量以百分数来表示

指的是湿土质量

减干土质量这一部分大家很容易理解

其实就是水的质量，比上

土壤干土的质量，乘以100

此处的干土是指

105度条件下烘干的土壤

大家要注意

对有一些特殊的土壤

比方说有机质含量比较高

或者含有一定挥发性有机污染物的土壤

不适用于105度烘干

这时可以降低烘干温度

甚至改为风干

阴干等等

另外还有容积含水量

容积含水量指的是单位土壤总容积中

水分所占的容积分数

又称容积湿度

土壤水的容积分数等

它可以表明土壤中水分占据孔隙的程度

从而可以据此来计算土壤气、液、固三相的比值

它也可以由质量含水量换算而得来

我们来看土壤容积含水量指的是

土壤质量含水量与水密度的比值

比上烘干土重和土壤容重的比值

因此实际上可以用土壤质量含水量

乘以土壤的容重来进行换算

另外土壤含水量还有相对含水量的概念

它指的是土壤含水量占田间持水量的百分数

可以说明土壤毛管悬着水的饱和程度

土壤水的有效性以及水、气的比例等等

土壤相对含水量

可以用土壤实际含水量

比上田间持水量

也就是土壤最大有效水分含量

的比值来表示

下面我们来看土壤水分的有效性

土壤水分有效性是指土壤中的水

能否被植物吸收利用

以及其吸收利用的难易程度

可以分成两种，即无效水和有效水

我们来看土壤有效水的范围

通常把土壤萎蔫系数看作土壤有效水的下限

低于萎蔫系数的水分就属于无效水分

而田间持水量则是有效水的上限

因此土壤有效水的范围就是

田间持水量到萎蔫系数

其差值就是土壤有效水的最大含量范围

下面我们来看土壤质地与有效水

最大含量的关系

第一行是土壤质地的不同种类

第二行是田间持水量

然后是萎蔫系数的含水量

二者的差值就是最后一行：土壤有效水

最大含量的范围

我们从土质最为疏松的砂土看起

砂土的最大含水量

即田间水量是12%

萎蔫系数对应的含水量是3%

因此它的有效水最大含量范围就是9%

随着土壤土质的黏重化

从砂壤土、轻壤土一直到黏土

我们来看粘土

黏土的最大田间持水量可以达到30%

而它的萎蔫系数所对应的含水量也较高，是15%

那么它的差值是15%

因此我们可以看出

对于比较黏重质地的土壤来说

无论是田间持水量还是最低的

萎蔫系数对应的土壤含水量都是较高的

但是它的差值并不如中等质地的

比方说轻壤土

它的田间持水量是22%

而最低的萎蔫系数对应的含水量是6%

因此像这种中等质地的土壤

轻壤土

它的最大有效水分含量范围是16%

所以从土壤水分有效性来说

中等质地的土壤是最为适宜的

下面我们来看土壤水分

有效状态的范围

从刚才我们讲的吸湿水

膜状水

毛管水

重力水

地下水是属于无效水分

这4种土壤的水分来说

从膜状水的一部分

也就是萎蔫系数含水量以上

一直到田间持水量

是土壤有效水的范围

下面我们来看土壤水分的影响因素

主要分成这么几个方面

气候像降雨、蒸发量等可以从大的方面

影响土壤水分状况

土壤植被

一方面可以消耗土壤水分

另外一方面也可以涵养土壤水分

地形和水文条件等

是会影响土壤水分状况的间接因素

而土壤的物理性质像孔隙大小等等

也会对土壤水分状况产生很重要的影响

另外需要大家注意的是人为影响

如施肥

塑料薄膜的使用等等

都可能会通过影响土壤结构

以及孔隙等等

从而对土壤水分状况产生影响

另外在土壤污染控制课里

我们还要特别关注土壤污染物

尤其是有机污染物的含量和组成

可能对土壤水分产生的影响

下面我们可以结合一张图来看

这是油田区污染土壤水分含量

与石油烃含量的关系图

横坐标是土壤含油量

纵坐标是土壤含水率

从图我们可以看出

对于含油量较低

在含油量<8%的土壤样品里

土壤的含水量从30%左右

一直低到2%-3%的土壤样品都存在

也就是说在含油量比较低的土壤

它的含水率可能会受到地理气候区

营养物

pH值等等一些不同因素的影响

而不管是哪一个油田、哪一个地区的土壤

当含油量超过8%时

除了极个别的点

土壤水分含量基本都分布在6%以下

所以我们说对一些有机污染物

由于它的疏水性

对于土壤孔隙的影响

可能都会造成土壤含水率的下降

这是需要我们注意的

最后我们来看土壤水分的环境生态意义

土壤水是土壤生物生长发育的基本条件

也是土壤作物吸水的主要来源

土壤水分在形成土壤剖面的物质

以溶液形式随土壤水一起运动、迁移等

过程中发挥着重要的作用

另外水分还会参与土壤内物质的转化过程

像矿物质的风化

有机化合物的合成与分解

例如像喀斯特地貌的形成

水和二氧化碳就起了非常关键的作用

土壤水还是自然界水循环的重要环节

会影响到作物生长和土壤中许多

化学、物理和生物学过程

最终我们还要特别注意，土壤水分含量

还可能会影响污染土壤的修复效率

导致不同修复原理或过程的发生

例如当土壤含水量较高的时候

像土壤气象抽提等修复技术

由于气水分离等环节的影响

可能会导致SVE修复效率的下降

如电动修复过程

当土壤含水率过低的时候

电渗析流过程可能就会受到抑制

今天的课就到这里

谢谢大家