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毛管水(capillarywater)亦稱「毛綱管水」。受毛管壓力作用而保持在土壤孔隙中的水分。運動方向和速度依毛管壓力的大小而定。毛管水上升高度與毛管半徑咸反比,毛管水運動速度與毛管半徑平方成正比。粘性土中孔隙小,毛管水上升高度大而運動速度很慢;砂性土中則相反,其上升高度小而運動速度很快;壤土介於兩者之間。毛管水與植物生長關係密切。按其存在形式,可分為毛管上升水、毛管懸著水和孔角水。

1基本性質

土壤毛管孔隙中靠毛管力(彎月面力)作用保持和移動的液態水。按水的來源毛管水可分為懸著毛管水和支持毛管水(上升毛管水)兩個基本類型。靠降水和灌溉水下滲到土壤中而存在於毛管孔隙內的水分稱為懸著毛管水,與地下水層聯繫。靠地下水沿毛管上升到土壤中所保持的水分稱為支持毛管水,與地下水緊密相接。毛管水是土壤中移動較快而又易被植物吸收和利用的水分,養分在土壤中的遷移和轉化,與毛管水密切相關。

2農業應用

在農業生產中,毛管水是最有效的土壤水分。毛管水根據其所處部位及存在狀況,又分為毛管上升水和毛管懸著水。毛管上升水是指在地下水支持條件下沿毛管上升的水分;毛管懸著水是指降雨和灌溉后,重力水完全下滲,藉助毛管力保持在土壤上層的水分。
田間持水量是土壤保水性能的一個重要指標,也是設計田間排灌溝渠、擬訂灌排水定額的重要參數。當土壤含水量高于田間持水量時,土壤中開始出現重力水,大孔隙充水,缺少空氣,作物根部環境條件惡化。當土壤含水量正好為田間持水量時,土壤水勢在一0.14~一0.65大氣壓之間,由於不同質地土壤的含水量與水勢之間的關係不一樣,不同質地土壤的田間持水量差別很大。

3土壤水分有效性

類型和性質
土壤水分主要來自大氣降雨和灌溉水,這些水分進入土壤后,因為受到土壤中作用力的不同而形成不同的水分類型,這些不同類型的水分有不同的性質。
1、吸濕水(緊束縛水):由於固體土粒表面分子引力和靜電引力對空氣中的水汽分子產生的吸附力而緊密保持的水分稱吸濕水,通常只有2—3個水分子層。
由於土粒對水汽分子的這種吸附力高大成千上萬個大氣壓,所以這層水分子是定向排列,而且排列緊密,水分不能自由移動,也沒有溶解能力,屬於無效水。
土壤吸濕水含量的高低主要取決於土粒的比表面積和大氣相對濕度:一般土壤質地越粘重,OM含量越高,大氣相對濕度越大,吸濕水的含量越高。
土壤的吸濕水含量達到最大值時的土壤含水量稱為最大吸濕量。
2、膜狀水(松束縛水):吸濕水達到最大量時,土粒殘餘的吸附力所保持的水分稱膜狀水。
膜狀水厚度可達到幾十個水分子層厚度,部分可以被植物吸收利用,但是它仍然受到土粒吸附力的束縛,移動緩慢,仍然不能滿足植物的需要。
膜狀水達到最大量時的土壤含水量稱為最大分子持水量。它包括吸濕水和膜狀水。
3、毛管水:當土壤水分含量達到最大分子持水量時土壤水分就不再受土粒吸附力的束縛,成為可以移動的自由水,這時靠土壤毛管孔隙的毛管引力而保持的水分稱為毛管水。
毛管水可分為:
a、毛管上升水:地下水隨毛管上升而保持在土壤中的水分稱毛管上升水,毛管上升水與地下水位有密切的關係,會隨著地下水位的變化而產生變化,地下水位適當時它是作物水分的重要來源,但地下水位很深時,它達不到根系分佈範圍,不能發揮補充水分的作用,地下水位淺時會引起濕害。
毛管上升水達到最大量時土壤含水量稱土壤毛管持水量。
b、:毛管懸著水:在地下水位很深的地區,降雨或灌水之後,由於毛管引力而保持在土壤上層中的水分,稱為毛管懸著水。它與地下水位沒有關係,好像懸浮在土層中一樣,它是植物水分的重要來源,對植物的生長意義重大。
毛管懸著水達到最大量時的土壤含水量稱田間持水量。
4、重力水:土壤含水量超過田間持水量時,多餘的水分受到重力的作用而向下滲透,這種水分稱重力水。
重力水達到飽和時,土壤所有的孔隙都充滿水分,這時的土壤含水量稱為飽和持水量或全持水量。
對於旱地土壤來說重力水,只是暫時停留在根系分佈土層,不能被植被持續利用,而且重力水的存在會與土壤空氣發生尖銳的矛盾,往往成為多餘水或有害水,對於水稻來講重力水的存在則是必需的。
含水量表示方法
1、質量含水量:土壤中保持的水分質量占干土質量的分數,單位g/㎏。
土壤質量含水量rw(g/㎏)=×1000
干土質量是指在105℃下烘至恆重時的土壤質量。
比如某土壤樣品質量為100g,烘乾(105℃)后的土壤質量是80g,則質量含水量=×1000=250g/㎏而≠×1000=200g/㎏
2、容積含水量:土壤水分容積與土壤容積之比,用Q來表示,單位㎝3/㎝3
Q=
用百分率表示:容積百分率Q%=×100%
容重:單位容積土壤(包括粒間孔隙的原狀土)的質量(乾重)g/cm3
d=
Q===×d=×d
Q=rw×d÷1000=質量含水量×容重÷1000
Q%=rw×d÷1000×100%=質量含水量×容重÷1000×100%
3相對含水量:土壤含水量占田間持水量的百分率。
相對含水量=
4、水層厚度DW:指一定厚度(h),一定面積(s)的土壤中的含水量相當於多少面積相同的水層厚度。單位:㎜(相當於把厚度為h,面積為s的土層中的水分取出來,放入一個面積同樣為s的容器中,容器中水的高度就是我們要計算的水層厚度DW)
土壤水分狀況與作物生長
(一)作物對土壤水分的需求
1、水分是作物的重要組成部分
H2O在作物體內的含量很高,一般作物含水量在60-80%,瓜果類含水量可高達90%以上,水是光合作用的原料(光合作用CO2+H2O→C6H12O6),同時光合產物的運輸、新陳代謝都需要水的參與,另外作物從土壤中吸收的水分,通過蒸騰作用可以維持作物體內溫度的穩定。
2、土壤水分是影響出苗率的重要因素
作物種子的吸水量與種子本身的物質組成有很大的關係,比如豆類需要吸收相當於種子重量90—110%的水分才可發芽,而麥類吸收50—60%,玉米40%,穀子25%即可發芽。
3、作物不同生育期對土壤水分的要求不同
一般作物苗期需水較少,隨著作物生長逐漸加大,到生長旺盛時期需水量最大,成熟期需求量逐漸減少。
水分臨界期:土壤缺水對作物生長和產量影響最嚴重的時期,稱為水分臨界期。
不同的作物水分臨界期不同,麥類:抽穗→灌漿期;玉米:抽雄期;棉花:花鈴期,豆科作物:開花期;水稻:孕穗、抽穗期。
(二)土壤水分影響作物對養分的吸收
1、土壤有機養分的礦化需要水分參與。
2、化學肥料在土壤中的溶解需要水分參與,沒有溶解的養分不能被吸收利用。
3、養分向根表的遷移需要水分參與,養分向根表的遷移主要靠擴散、質流來進行,而擴散和質流都需要以土壤水分為介質。
4、根系對養分的吸收無論是主動吸收還是被動吸收都需要以水分為介質。
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