（30）土壤孔隙、土壤容重和土壤三相比

土壤总体积包括土壤固体（土壤颗粒）的体积和土壤孔隙的体积，孔隙度是土壤孔隙占土壤总体积的比例，土壤孔隙中包括土壤水分和土壤气体。

一定体积土壤的干重=土壤（干）容重×土壤总体积=土壤（土粒）密度×土壤固体的体积（不计算土壤空隙中气体的质量）

由于，土壤（土粒）密度×土壤固体的体积=土壤（干）容重×土壤总体积

所以，土壤固体（土粒）的体积/土壤总体积=土壤（干）容重/土壤（土粒）密度

而，土壤总体积=土壤固体的体积+土壤空隙的体积

所以，土壤固体（土粒）的体积/土壤总体积=1-土壤孔隙度=土壤（干）容重/土壤（土粒）密度

所以，土壤孔隙度=1-土壤（干）容重/土壤（土粒）密度

土壤（土粒）密度一般在2.6-2.7g/cm³之间，一般取2.65，当然如果密度大的成分含量多（比如铁的氧化物），密度会增加；反之，密度小的成分（比如有机质）含量多，密度会减少。

土壤固体占比（体积比）=土壤（干）容重/土壤（土粒）密度=1-孔隙度，

土壤液体占比=体积含水量，

土壤气体占比=孔隙度-体积含水量

（31）土壤容积含水量=土壤水的体积/土壤总体积（即土壤的液相占比）

土壤质量含水量=土壤中水的质量/土壤干重

又因为，土壤干重=土壤总体积×土壤干容重，

所以，土壤质量含水率=土壤中水重/土壤干土重=土壤中水重/（土壤总体积×土壤干容重），

由于，水的比重是1，在数量上，土壤中水重/土壤总体积=土壤中水的体积/土壤总体积=土壤体积比含水率。

所以，土壤质量含水率=土壤体积比含水率/土壤干容重。

或者说，土壤体积含水率=土壤质量含水率×土壤干容重

（32）土壤水存在土壤孔隙中，按照土壤水分形态学的观点，土壤水包括吸湿水、附着水、毛管水和重力水。毛管水又包括上升毛管水和悬着毛管水

（33）四个重要的特征含水量分别是吸湿系数（风干土）、凋萎系数（水吸力15巴）、田间持水量（水吸力1/3巴）和饱和含水量（0巴）

（34）水分入渗的主要动力是重力，水在土壤孔隙中与重力相平衡的主要作用有毛管吸力（表面张力）、范德华力、氢键，乃至化学键（库仑力，水合离子与土壤胶体之间的作用）

（35）按照土壤水分运动学的观点，在土壤水分的连续体系中，水总从势能高的地方向势能低的地方运动。

（36）所谓水势就是单位纯水从基准状态运动到某一状态所需要做的功。

（37）土壤水势主要包括位置势、压力势、基质势、溶质势。温度对土水势也有影响，由于温度增加，水的粘滞性减小，所以基质势增加，水吸力减小。

（38）位置势、压力势就是水力学中的位能（水头）和压能（水头），当然水力学中还有动能。和纯水相比，土壤的基质势、溶质势一般为负值，土壤基质势的相反数就是土壤水吸力（基质吸力，溶质吸力一般不考虑）。土壤水吸力越大，基质势越低，其他情况不变的时候，土壤水总是从吸力大向吸力小的地方运动。

（39）影响土壤水分运动的主要是位置势和基质势，因为一般情况下土壤孔隙联通，压力势能相等，等于外部大气压，土壤溶液中没有半透膜和渗透压，所以也就没有溶质势差。土壤基质势主要土壤孔隙的比表面积和土壤成分的亲水性决定，相通情况下，比表面积越大吸水性越强，因此吸水力越大、基质势越低（例如海绵吸水），所以粘土与沙土相比，相同含水量情况下，粘土的水吸力更高，基质势更低，水从沙土向粘土运动，因此当水分从粘土向沙土运动，在界面处会出现暂时性滞水；相同水吸力的情况下，粘土的含水量更高。如果土壤中有机质、蒙脱石等亲水性成分增加，水吸力会增大，基质势会减小，所以其他情况相似的时候，有机质含量高的土，水吸力更大，土水势更低。

（40）溶质势在数量上等于渗透压，土壤水溶液浓度增大，则溶质势降低，植物根系只所以能吸水，是因为植物溶液中的溶质势较低，如果过量施肥，造成土壤溶液中溶质势太低，植物体内的水分就会反流，从而出现了“烧苗”的现象。

（41）能被植物利用的水主要属于田间持水量和凋萎系数之间的部分，即毛管水和部分附着水。

（42）土壤孔隙包括通气孔隙（重力水）、毛管孔隙（毛管水）和非活性孔隙。

（43）土壤含水率与土壤基质势（或吸水力）的关系，被称之为土水势曲线。土水势曲线是双曲线型曲线，一般采用半对数坐标。含水率较低的时候，含水率变化引起的基质势变化较大

（44）土水势曲线具有滞后性，相同水吸力条件下，脱湿过程中的含水率较高。也就是吸水过程不容易吸水，脱水过程中不容易脱水，存在一种惰性。但是实验室测的土水势曲线一般都是脱湿曲线，所以直接用在土壤水分运动模拟中会有一定的问题

（45）土壤水分运动模型有微分方程法和经验公式法

（46）土壤水分运动速度等于土水势梯度乘以导水率。导水率是单位水势梯度引起的土壤水分变化。

（47）土壤水分运动包括饱和运动与非饱和运动。因此导水率也有饱和导水率和非饱和导水率。饱和导水率是常数（达西定律），非饱和导水率随含水率减小而减小（土壤孔隙中气体增加，连续性变差，阻力增大）

（48）土壤水分入渗受土壤质地和空隙、初始含水量、土壤剖面情况、地表情况等的影响。

（49）沙土入渗速度快，粘土入渗速度慢。

（50）土壤水分入渗是一个速度由快到慢逐渐趋近于一个稳定值的过程，稳渗速率是反映土壤透水性的重要指标。初始含水量越大，入渗速度越慢。

（51）土壤剖面不均匀会阻碍入渗形成暂时性滞水。沙土在上，粘土在下，由于粘土层致密透水性差，会阻碍入渗。粘土再上沙土在下，虽然沙土透水性好，但是由于相同含水率情况下，粘土水吸力更大，水分不会从粘土层向沙土层运动，直到粘土/沙土界面出现一定的含水量差。土壤最终入渗速度是由垂直剖面中渗水性最差的层次决定的。

（52）土壤水分的非饱和运动主要是在重力和基质势梯度作用下完成的。水分从水源向外扩散，含水率缓慢降低，形成水分传导区，传导区以外是湿润区，含水率迅速降低，直到与周围土壤的本底值相一致，湿润区的前缘成为湿润锋。湿润区是土壤极致势梯度最为集中的地方。水分在湿润区中的扩散能力决定了入渗速度。水源停止供水后，土壤湿润体内的水分将发生再分布。湿润锋继续向外运动，湿润体扩大，含水率减少，并变得均匀，从上向下形成水平带状分布。

（53）土壤蒸发是土壤水分的垂直向上运动实质是基质势梯度克服重力的过程。水分蒸发需要满足三方面的条件，一是水分气化需要的热量，二是水汽压梯度，即空气含水不满达到饱和，风速越大，不断带走蒸发产生的水汽，保持或增加水气压差，所以能促进蒸发，三是土壤供水能力，也就是有蒸发的物质对象。

（54）由于热（太阳辐射）的作用，地表水分气化蒸发，表层土壤含水量降低，土壤水基质势下降，水吸力上升，引导深层土壤水和地下水沿毛细管上升到地表蒸发面，形成土壤－大气水分连续系统，这是土壤水分蒸发的第一个阶段，大气蒸发力控制阶段（恒速），但是随着土壤含水量降低，毛管水分的连续性变差，土壤导水率下降，供水能力降低，当低于大气蒸发力，土壤蒸发速度也随之降低，从而进入蒸发的第二个阶段——土壤供水能力控制（减速）阶段。当土壤含水量降到一定水平以下，毛细管断裂，深层土壤水和地下水难以补给地表，地表土壤形成干层，土壤水—大气界面下降到地表以下，此时的土壤水分蒸发受到热量由地表向下传导阻力和水汽在土壤中扩散阻力两方面的制约，会降到一个很低的水平，也就是扩散控制阶段。

（55）中耕可以切断土壤毛管孔隙，降低深层土壤水分向上的供给，起到保墒作用（农谚“锄头下有火”），并在地表形成一层干土层，中耕形成的干土层或者覆盖措施可以抑制蒸发，主要是由于在地表形成保护层，起到了制约水汽扩散的作用，并制约热量（太阳辐射）向蒸发面的传导。

（56）植物水分蒸腾的过程与土壤蒸发基本类似，也是由于水汽在气孔处气化扩散，导致叶片细胞失水，细胞液浓度增加，水势降低，形成水势梯度，水分逐渐由根部向上运动；土壤根系吸水的主要原因是，根细胞液浓度大于土壤溶液浓度，存在渗透压和溶质势梯度；从而构成土壤-植物-大气连续体系（即SPAC体系）

（57）在SPAC体系中热（太阳辐射）是土壤水分运动的根本动力，土壤水分传导实际上是溶质势差克服重力势（重力）和基质势（土壤水吸力）的过程。

（58）碾压增大表层土壤容重和毛管孔隙数量，使土壤水吸力增加和基质势降低，促进深层土壤水分向上运动，是一种提高土壤水分利用效率的土壤耕作措施。

（59）土壤大孔隙越多，通气性越好；土壤含水量越低，通气性越好，土壤气体与大气不同的是氧气含量较低，二氧化碳及还原气体、水汽含量较高，即“一低三高”，土壤还原气体主要来源于有机物的分解，主要是C/N/S的氢化物，如CH₄/NH₃/H₂S，中耕松土和排水能增加土壤通气性，减少还原气体含量。

（60）土壤的热量主要来源于太阳辐射以及土壤中有机物的氧化分解，土壤热量主要消耗于红外辐射与水分蒸发及向深层传导（冻土解冻的时候总是表层先解冻）。深色土壤吸收的太阳辐射多，容易升温。

（61）土壤固、液、气三项的关系决定了土壤的热特征。水的比热容和导热率都远远高于空气，所以含水率大，土壤比热容大，导热率大，干燥的土壤则反之。我们可以采用增加土壤水分的办法缓冲外界温度巨变的冲击，防止秋冬春季寒潮、冻害与盛夏干热风。春季为了促进土壤升温可以采用中耕松土、降低表层土壤含水量（农谚“锄头下有火”）以及增加有机肥（有机肥含碳量高为深颜色容易吸收阳光中的热，有机肥分解本身也会释放一定的热量）等办法。

（62）含水率低的沙土春季易升温，所以被成为“暖性土”，但秋冬季也容易散热受冻害，所以相同条件下，应早种早收。

（63）调整热量在SPAC系统中的分布，减少地面接受的热量，抑止土壤水分蒸发，如铺设反光地膜可以提高地表反射率，调整系统整体的能量平衡状态，同时大大增加了水分从地表向大气扩散的阻力，并能提高植被层内的光照强度，促进光合作用，达到节水高产的目的；地面沙石、秸秆等疏松覆盖物，不仅能增加水汽从地表蒸发面向大气扩散的阻力，同时由于空气是热的不良导体，也抑止了热量向蒸发面的传输，从两方面实现了降低土壤水分蒸发速度的目的；某些植物蒸腾抑制剂的作用原理也是通过提高叶面反射率，来减少蒸发潜热，降低蒸腾速率。

（64）适当施肥有利于提高植物的抗旱能力，主要原因：一是促进植物生长，增加叶面积和蒸腾作用，二是提高植物细胞液浓度，提高根系吸水能力。