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土壤水是地質學術語之一,是指在一個大氣壓下,在105℃條件下能從土壤中分離出來的水分。

1 土壤水 -形態分類

土壤水薄膜水及其運動方向
土壤是一種具有複雜孔隙系統的自然體,其中的孔隙為水和空氣所充滿。土壤中的水受到重力、土粒表面分子引力、水分子引力等各種力的作用,並表現出不同的物理狀態。雖然它們之間的界限很難劃分,但土壤水按其存在形態仍可大致分為下列幾種類型:

固態水——土壤水凍結時形成的冰晶。

汽態水——存在於土壤空氣中的水蒸汽。

束縛水——又分為吸濕水(緊束縛水)和膜狀水(松束縛水)

自由水——又分為毛管水、重力水和地下水,其中毛管水又分為懸著水和支持毛管水。

2 土壤水 -吸濕水

土壤水區域農田土壤水和氮素行為的模擬
在室內經過風乾的土壤,看起來似乎是乾燥了,而實際上還含有水分。如果把這種風乾的土壤樣品放在烘箱里,在105℃的溫度下烘烤,或者把它放在帶有吸濕劑(例如磷酸酐)的乾燥器中,每隔一段時間拿出來稱重一次,就會發現土壤樣品的重量逐次降低,直到稱至恆重時,這時的土壤才算是乾燥了,稱為烘乾土。如果把烘乾土重新放在常溫、常壓的大氣之中,土壤的重量又逐漸增加,直到與當時空氣濕度達到平衡為止,並且隨著空氣的高低變化而相應地作增減變動。上述現象說明土壤有吸收水汽分子的能力。以這種方式被吸著的水,稱為吸濕水。

土壤的吸濕性是由土粒表面的分子引力、土壤膠體雙電層中帶電離子以及帶電的固體表面靜電引力與水分子作用所引起的,這種引力把偶極體水分子吸引到土粒表面上,吸附水分子過程釋放能量(熱能)。因此,土壤質地愈粘,比表面積愈大時,它的吸濕能力也愈大。圖6-1表示土壤不同粒級範圍內吸濕水含量與空氣相對濕度的關係。引起吸濕作用距離很短,只等於幾個水分子的直徑,但作用力很大,因而不僅能吸收水汽分子,並且能使水分子在土粒表面密集,吸濕水的密度可達1.7左右。所以這種水不能被植物吸收,對於植物來講為無效水。重力也不能使吸濕水移動,只有在吸收能量轉變為汽態的先決條件下才能運動,因此稱為緊束縛水。

1、小於0.002毫米的粒級
2、0.002-0.006毫米的粒級
3、0.006-0.02毫米的粒級
4、大於0.02毫米的粒級

3 土壤水 -膜狀水

土粒飽吸了吸濕水之後,還有剩餘的吸收力,雖然這種力量已不能夠吸著動能較高的水汽分子,但是仍足以吸引一部分液態水,在土粒周圍的吸濕水層外圍形成薄的水膜,以這種狀態存在的水稱為膜狀水。儘管重力也不能使膜狀水移動,但它本身卻能從水膜較厚處往較薄處移動見圖6-2,不過移動的速度極緩慢。因此,與吸濕水相比,這種水又稱為松束縛水。由於部門膜狀水所受吸引力,超過植物根的吸水能力,更由於膜狀水移動速度太慢,不能及時補給,所以高等植物只能利用土壤中所有膜狀水的一部分。當土壤還含有全部吸濕水和部分膜狀水時,高等植物就已經發生永久萎蔫了。

4 土壤水 -毛管水

毛管水的存在與下列情況有關:

土壤水土壤水
水由於其本身分子引力的關係,而具有明顯的表面張力;土粒在吸足膜狀水后尚有多餘的引力;土壤的孔隙系統,是一個複雜的毛管系統。因此,土壤具有毛管力(勢)並能吸持液態水。毛管水就是指藉助於毛管力(勢),吸持和保存土壤孔隙系統中的液態水,它可以從毛管力(勢)小的方向朝毛管力大的方向移動,並能夠被植物吸收利用。土壤質地粘、毛管半徑小,毛管力(勢)就大。由於土壤孔隙系統複雜,有些地方大小孔隙互相通連,另一些地方又發生堵塞,因此,土壤中的毛管水也有好幾種狀態,簡略地可歸為兩類:懸著水和支持毛管水。

(一)懸著水

懸著水是指不受地下水源補給影響的毛管水,即當大氣降水或灌溉後土壤中所吸持的液態水。壤土和粘土的毛管系統發達,懸著水主要是在毛管孔隙中,但也有一部分是在下端堵塞的非毛管孔隙內;砂土及礫質土的毛管系統不發達,大孔隙多,懸著水主要是圍繞在土粒或石礫相互接觸的地方,有時水環融合在一起,有時互相不甚通連,統稱為觸點水(圖7-4P142)。在均質土壤中,當懸著水處於平衡狀態時,土壤上下各處的含水量基本一致。

(二)支持毛管水

支持毛管水是指土壤中受到地下水源支持並上升到一定高度的毛管水,即地下水沿著土壤毛管系統上升並保持在土壤中的那一部分水分。這種水在土壤中的含量,是在毛管上升高度範圍內自下而上逐漸減少,到一定限度為止。造成這種現象的原因是:土壤的孔隙有大有小,形成的上升管道有粗有細,在粗的管道中水上升的高度小,在粗細的管道中水上升的高度大,所以接近地下水飽和處的支持毛管水幾乎充滿所有孔隙,而離水飽和區愈遠則支持毛管水愈少。

粗粒間隔中的毛管水上升高度小,細粒間隙中的毛管水上升高度大(表7-1)。如果取直徑為0.001mm毫米的土粒按上式計算,理論上毛管水上升高度應達75m,但從自然界觀察結果看來,這個數值從未被證實。即使是粘土中,毛管水上繁榮昌盛高度也很少達到5~6米,一般都不超過3~4米。這可能是由於毛管直徑過小時,孔道易被膜狀水所堵塞。

5 土壤水 -重力水

當大氣降水或灌溉強度超過土壤吸持水分的能力時,土壤的剩餘引力基本上已經飽和,多餘的水就由於重力的作用通過大孔隙向下流失,這種形態的水稱為重力水。有時因為土壤粘緊,重力水一時不易排出,暫時滯留在土壤的大孔隙中,就稱為上層滯水。重力水雖然可以被植物吸收,但因為它很快就流失,所以實際上被利用的機會很少;而當重力水暫時滯留時,卻又因為佔據了土壤大孔隙,有礙土壤空氣的供應,反而對高等植物根的吸水有不利影響。

6 土壤水 -地下水

如果土壤或母質中有不透水層存在,向下滲漏的重力水,就會在它上面的土壤孔隙中聚積起來,形成一定厚度的水分飽和層,其中的水可以流動,稱為地下水。從上述支持毛管水的概念中可見,土壤的飽和水層沒有明顯的上限。但是若在這種土壤中鑿井,流出的地下水就會在井中形成自由水層。這一水層的水平面離地表的深度稱為地下水位。地下水能通過支持毛管水的方式供應高等植物的需要。在乾旱條件下,由於表層土壤水分缺乏,有些耐旱樹種如胡楊的根系可深達3-5米以利用地下水,若地下水位高(即離地表太近),就會使水溶性鹽類隨著水的蒸發向表層土壤集中,特別是地下水的礦化度高(即含鹽類多)的情況下,這種向上的運動,就會使土壤表層的含鹽量增加到有害的程度,即所謂鹽漬化。在濕潤地區,如地下水過高,就會使土壤過濕,地表有季節性積水,使大多數高等植物不能生長,土壤有機殘體也難分解,這就是沼澤化,必須注意防治。此外,地下水位分佈較高而又季節性變動時對林木生長不利。

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