土壤水势在线视频

各位同学大家好

我是桂林理工大学水文与水资源工程系的甘磊

今天我们讲的内容是土壤水势

上节课我们讲了土壤水分

讲了土壤水分只有在作用力的推动下面

它才能够进行运动

那么这节课我们就来解决这个问题

到底土壤水分在什么样的作用力下面才能进行运动

那么它的运动到底是怎么样运动的

是从哪里运动到哪里去

那么今天我们就来解决这个问题

讲土壤水势那么就要搞清楚土壤水的能量状态

所谓的土壤水势它是指的土壤水所具有的势能

我们就把它叫做土壤水势

它表示在土壤和水的平衡系统中间

将单位质量的水移动到标准参照状态的纯自由水面

它所做的功

在这里就涉及到一个标准参照状态

在1标准大气压下

与土壤同温度

具有固定高度的一个假想纯自由水面的储水池

在此规定纯自由水的水势为0

我们就把土壤水势中间

它的标准的参照状态给确定下来了

它是指的在1标准大气压下面的

与土壤同温度具有固定高度

一个假象的自由水面的储水池

把它的这样一个土壤水势定为0

那么土壤水势的单位有很多

那么它的标准单位就是压强单位Pa

那么还有其他的比如1hPa

它等于1厘米水柱

1bar呢 它等于1000hPa

那么0.33bar就是我们330hPa

那么这个就是上节课讲的田间持水量的状态

那么还有一个pF4.5

它是等于15000hPa

相当于我们上节课所讲的凋萎系数状态下面的土壤含水量

那么这个是土壤水势的单位

很多情况下面土壤水势会用另外一种形式来表示

用水头

水头的单位是用高度来表示的

土壤水势它是一个表示土壤水势能的相对指标

由于驱使土壤水在两点之间进行运动的原因

是两点土壤的水势之差

所以事实上面只有这种相对土壤水势的概念

才是最为重要的

我们要理解的就是这一种相对的概念

土壤中间水的能我们只去考虑它的势能

那么根据刚刚讲的我们只去考虑土壤中间

水分两点之间相对的水势之差

这个就是我们土壤中间两点之间的梯度

就相当于一个作用力了

那么也就是说只有水分中间

土壤两点之间势的梯度

它就是推动水分进行运动的作用力了

土壤水势它有一个分势

土壤水势是由很多种的分势所组成的

那么我们根据土壤水分作用力的分类呢

把土壤水势划分为

重力势、压力势、基质势、温度势还有溶质势

主要有这五大类

那么接下来我们就分别看一看

这五大类的水势是怎么样来定义它的

所谓的基质势它是指的

由分子力和毛管力引起的土水势的总称

我们把它叫做基质势

基质势都是负值

第二个是压力势

它是指的由于土壤本身静水压力而引起土水势变化

重力势是指的土壤中的水处于高度不同

而具有不同的重力势能

土壤中的重力势显然取决于水分

在重力场中的位置

那么也就是说你要确定重力势它的基准面在哪里

那么这个基准面可以是地表也可以是地下水

那么这个就取决于你自己

你怎么来定义重力势的零水势的面

那么还有一个溶质势

溶质势是指的土壤水中间溶解的溶质

引起自由能的降低

那么这一个势也是一个负值

最后就是温度势

温度势是由于土壤中间温差所引起来的

由于温度势对土壤水分运动通量的影响

是非常非常小的

那么我们在分析土壤水分运动的时候

把温度势经常就是忽略掉的

总的而言土壤中间的总水势

就是我们刚刚讲的这五种势

重力势、基质势、压力势、溶质势和温度势之和

那么由于溶质势和温度势一般情况忽略不计

所以的话土壤的总水势我们就可以简化

总水势只有大小没有方向而言

那么水势梯度它是有方向性的

水总是从总水势高的地方流向水势低的地方

并且水流运动的方向它总是和水势梯度的方向相反的

如果说我们将饱和土壤和非饱和土壤分开考虑

那么在我们的非饱和土壤中间

它主要考虑的就是基质势和重力势

在饱和土壤中间基质势就消失了

主要存在就是重力势和压力势

这样我们就可以得到在饱和土壤中间

饱和土壤总水势就由重力势和压力势构成

而非饱和土壤中间就由基质势和重力势构成

那么在这里特别要强调一点的就是

基质势是一个负值

而重力势要考虑零水势面的确定

总而言之通过对势的分析

也能够去讨论土壤水分运动

水从总水势高的地方流向水势低的地方

并且水流运动方向总是和水势梯度的方向相反

另外因为势它是标量

我们就可以进行代数的运算

怎么进行代数运算

关键就是两点

第一个就是确定标准参照面

第二个就是把方向确定好

我们知道基质势是一个负值

而重力势根据选取的基准面在下面还是在上面

这样的不同肯定会有方向性的问题

所以土壤水势的确定有两个关键点

标准参照面的确定以及方向的确定

接下来我们就通过简单的例题

运用一下土壤水势

在这个图上我们可以看到有一个U形的土柱

这个土柱啊

它一端浸泡在这样一个水槽中间

水槽的水面保持不变

那么如果我们这时候假定这个土柱没有蒸发

土柱内也没有土壤水的运动

这个时候要确定下

在这个土柱中间啊

A、B、C、D、E、F这几点

它的这样一个土水势的问题

我们首先看看在这个图中间

这个土柱插到一个水池中间了

我们要确定它的土壤水势有两点

刚刚讲的 一个是标准面的选取二是方向性的选取

那么我们来看看在这个土水势中间重力势

我要选它的这样一个基准面

那么我们选在哪里呢

刚刚讲啦 我们可以是地面也可以是地下水位

那么这个时候它是在这样一个池子中间的

那么在这个池子中间的话

我们就可以选在这个水槽的这个底部呢

作为它的基准面

也就是说我把重力势的标准面选好了

那么这个时候呢

我们就可以得到每一个点

ABCDEF这几个点它的重力势是多少

接着我们看看这个土

这个土柱中间每一个点他到底是处于

一个饱和状态还是非饱和状态了

我们看看在这个土柱中间

A点它是完全浸没在我们这个水槽中间了

这个时候我们可以说

A点它肯定就是一个饱和态的

那么也就它是个饱和状态下面

那么在饱和状态下面

A点它所具有的土水势

应该就是我们的重力势加上压力势

那么对于其他几点我们看一看

B点正好处在一个什么位置

它处在了我们这样一个水槽中间的这样自由液面上面

它这个点是一个饱和状态的话

那么他就会具有压力势和重力势

如果说它是一个非饱和状态它就具有基质势和重力势

很显然这一点它只可能存在一种状态下面

那么也就是说

在B点上面它的这个水势（基质势和压力势）

我们可以确定他只能是零的状态下面才符合条件

不然的话它就会出现两种情况

所以呢这是不对的

那么我们这个时候就可以把B点

这个水势（基质势和压力势）确定下来它是一个零水势

B点确定下来以后

我们后面的CDEF就很好确定了

那么CDEF它就不可能是一个饱和状态了

它只可能是一个非饱和状态

为什么呢

因为我们刚刚讲了B点它是一个水势（基质势和压力势）为零

水势为零的时候它就不可能是一个饱和状态下面

所以CDEF也就是一个非饱和状态下面

那么非饱和状态下面它就具有一个重力势和基质势了

在这里特别要强调的是基质势它是一个负值

这个时候我们就可以得到

ABCDEF各点水势的分势

首先我们看A点它具有重力势和压力势

那么重力势是多少呢

重力势它距离水槽底部的高度是7厘米

那么它的重力势就是7厘米的水柱

它的压力势是多少

压力势我们讲了B点是水势（基质势和压力势）为零的点

那么它距离B点的位置是多少

有8个厘米

那么这时候它的压力势就是8厘米

它的总水势就是我们的压力势加上重力势

最后是15厘米

B点很好确定它只有一个重力势就是15

那么C点它的一个重力势

它距离水池底部的高度是25个厘米

而它的基质势我们看

C点距离B点它的位置是10个厘米

这里注意基质势是一个负值

所以这里是负10厘米

最后是15厘米的水柱

同理我们可以得到DEF的水势

这个就是土壤水势的应用

今天这节课我们就讲到这里

谢谢大家