4.2土壤水分能量知识讲稿教程文件.ppt

第二节土壤水分的能量学观点 图5-4 SPAC系统中水分运移过程模式图 4 土壤水分状况(soil moisture regimes)不仅影响土壤中物质能量的迁移转化过程，还影响土壤形成发育的方向和性质。根据成土环境及土壤特征，可以将土壤水分状况划分为以下类型：①淋溶型与周期淋溶型；②非淋溶型；③渗出型；④停滞型； ⑤冻结型。另外，全球土壤水分状况还具有明显的季节性变化，如下图所示。 4 全球水分循环示意图 (据Botkin D B, 1998) 4 一、土壤水分能量概念 Energy concepts as related to water in soils （一） 土壤水分能量观点产生的历史背景 Buckingham（白金汉姆）（1907）首先提出的应用能量理论和方法研究土壤水分问题。经过近百年的研究历程，尤其是近20~30年来得到了较大发展。土壤水分能量概念的引入首先准确地表明了水分移动的方向一定是从自由能高出向自由能地处移动。 能（energy）有机械能（mechanical）、热能（thermal）、化学能（chemical），电能（electrical）等。对于土壤水分而言仅涉及机械能。 机械能一般有两种 （1）动能（Kinetic Energy）KE=1/2mv2 土壤水分移动速度非常慢， 故v≈0，水分动能可以忽略不计。 （2）势能（potential Energy） PE=mgh， 他表达的是物质在不同力场中的一种做功的状态，符合土壤水分问题，故人们借用此名词---“土水势”作为土壤水分的能量概念 （二）土水势(soil water potential): 国际土壤学会名词委员会定义: 土水势(ψ土)：从一已知高度的蓄水池中，把无限少量的纯水，在一个大气压下等温地和可逆地转移到土壤中的某一指定高度成为土壤水所必须作的功。 能量很难获得它的绝对值，几乎都是相对而言，这里需要一个标准状态—纯水池中的纯水作为参照标准，并规定水势为零。进一步将水分在土壤中状态进行分析会得出影响土壤水分能量水平的因素，就得到了许多分势。 一、土壤水分能量概念 Energy concepts as related to water in soils 二.土壤各分势 （一）重力势(Gravitational potential): ψg （±） 由于重力作用而引起的土壤水势的变化。所有土壤水都受到重力的作用。 实质上是由于位置差所产生的土壤水分的能量差.可以和参比面进行比较，得到土壤水的重力势值及符号。 重力势大小估算: at height Z above Z0 ψg =mgZ (Z 土壤剖面上高度) per unit mass ψg=mgZ/m=gZ (J/kg) per unit volume ψg =mgZ/v=ρwgZ (N/m2) per unit weight ψg=mgZ/mg=Z (m) 重力势概念需要特别强调的内容: (1) 与土壤性质毫无关系 (2) 其值的大小等于待测点到参考面的垂直高度(Z),单位为(L) (3) 规定特测点在参考面值上取正值（+）（重力相对大），在参考面之下取负值（一）（重力相对小） (4)规定参考面处为零，它的选择不影响空间任意两点间重力势差值 (5)无需特别测量仪器和设备 （二）溶质势（Osmotic potential） ψo， ψs （—） 由于土壤溶液中溶解性物质浓度所引起的土水势的变化量。 Amount of work required to transfer a quantity of water from the soil liquid phase to a pool of free solution。 实质上由于土壤水中溶质浓度差所产生的土壤水分能量 差值。 溶质势概念中强调的内容有： (1) 由于溶质分子或离子作用，使土壤水的自由能降低，因此，溶质势为负值 (2) 溶质势大小依赖于溶质类型(μ)和浓度C，依据van’t Hoff 方程 (3) 溶质势在影响土壤水分移动能力情况下，必须要有半透膜(semipermeable membrane)作用 。在研究植物吸水能力方面有半透膜,溶质势才可以表现出来 二.