土壤水

第一节 土壤水

1.1 土壤水的来源

土壤颗粒本身几乎不含有水分，土壤里的自由水主要来自外界。

地面以上主要来源有：天上下的雨水，下雪结冰溶化后的雪水，冰山溶化的水，以及气温变化空气中水汽凝结的露水，还有就是人工灌溉水（包括人工降雨，渠道灌溉，喷灌，滴管等）。

地面以下主要来源有：河、湖、塘等侧向渗入土壤的水，地下土层、岩石裂隙层等的存储水受到压力和毛细管的作用进入土壤。但是深层地下水不易被利用。

1.2 土壤水的储存

土壤是由许许多多大小不同、形状不规则的土壤颗粒组成的。这些土壤颗粒堆积在一起，土粒与土粒之间留有各种各样形状不一的空隙，这些空隙连通起来成为通道叫做孔隙。

因此，土壤是一个多孔体。大多数孔隙都比较小，而且相互连通，连成毛细管。土壤水分大部分都储存的这些孔隙之中（图）。大裂缝常在湿润地区遇大旱后发生，可以伸进手指，我们叫裂隙。当然，植物根系在土壤里面生长，以及一些小动物在土壤里面爬行也会留下很多空腔和通道。

不同的土壤，它的孔隙大小是不一样的，沙性土壤颗粒比较粗，形成的孔隙也比较粗，能吸持住水分少，它的保水保肥性能比较差；黏性土壤颗粒比较细，形成的孔隙也比较细，它的孔隙里面吸持水分比较多，它的保水能力比较强。

土壤水与土壤颗粒接触，受到毛细管作用和分子引力的作用，也叫吸力，一方面水被保（吸）持下来，另一方面又由于吸力大小不同，水会从吸力小的地方向吸力大的地方移动。比如气温高的时候，土壤表层蒸发厉害，上面土壤的吸力就大，就会把下面的水吸上来。同样，植物根系需要吸取土壤里面的水，根系的吸力也要大于土壤的吸力，水就会被根吸走。

如果下大雨，雨量太大，或者灌溉水强度太大，土壤孔隙里已经充满了水，土壤过饱和了，孔隙无法再储存外来的水，多余的水就会从地表面上排走，形成地表径流，流到低洼的湖、塘、沟渠去了。

如果天气连续干旱，蒸发得很厉害，地下水比较深补充不上来，土壤就会干裂、结块。庄稼缺水干枯、死亡。

1.3 土壤水的作用

土壤水在农业上主要是用来供给植物生长需要。然而，土壤施肥很多都是固体肥料，结合灌水使其溶化，才能被植物吸收。又由于土壤水的移动，把这些养分输送到土壤的各个地方去。还有一些农药也是施在地里的，同样随土壤水而移动，就像我们身上的血液能够把营养输送到各个器官那样。

土壤里面还有许多生物在生长，比如一些小动物像蚯蚓、小虫等，还有大量的微生物生长都需要一定的水分。否则，它们也会死亡。

土壤水对我们人类的生存也有着极其密切的关系。土壤水分的多少，可以调节空气。南方降雨量大，土壤里面的水分也比较多，南方的气候就比较湿润；北方雨水少，西北部的雨水更少，土壤水分就少，空气比较干燥。所谓水土不服，首先就反映在人们对气候的适应情况，南方人到北方去感到气候干燥，皮肤干燥；北方人到南方来感到潮湿，不适应。

在山区，土壤水饱和以后，下大雨向下冲刷，把泥土和石头都冲下去，就形成泥石流，给山下的居民造成严重的灾害，屋毁人亡。

现在城市里面楼房、道路以及各种建筑物很多，这些水泥、柏油、塑胶把土壤掩埋了，不能渗水，地下的土壤得不到水，不利于植物的生长，也不利于调节气候。雨水都被排水沟排入河道里去了，然而由于排水管道太少或堵塞，地面水来不及排走，路面就会积水被淹了。下大雨，发大水，很不方便。

土壤里的水多了，长期被水浸泡，土质会松软，黏土会膨胀。因此，搞建筑、道路、城建工程的部门都要研究它

1.4 土壤水的污染

土壤水不管来自天上、地下还是人工降雨都应该是干净的，然而由于施肥、喷撒农药、工业排放和生活污水，以及酸雨等的影响，把许多有害的物质带入土壤里，又随着土壤水的流动，渗透到各地，以及河流里去，严重的危害到人们的饮用水安全。植物根系吸收了这些有害的物质，一是植物本身可能死亡，二是这些植物被人和动物吃了以后，会中毒、生病以致死亡。因此，土壤的安全直接影响到人类的健康。

土壤被污染以后，治理是很困难的，一些污染物质在土壤里不易被分解、长期残留在土壤里，后患无穷。

1.5 土壤水的测量

土壤里有多少水，通常都是要知道的。测量土壤含水量的方法很多，通用的是方法是烘干法，其它的还有用张力计，中子仪，电阻块，四电极法和（TDR）时域反射仪等。

这里介绍烘干法：需要一个铝盒（带盖），一把小铲，一个小天平（1公斤以下）和一个烘箱。

铝盒 　　  烘箱　  电子称

先将干铝盒称重（记录A）；将土壤样品放入铝盒里并盖好盖子称重（记录B）；再将这个铝盒放入烘箱烘干，设定的温度为1050C，烘24小时；到时候取出铝盒，称重（记录C）。

计算公式是：

　　　　　　　　　　　　  B—C

　　　　　　 土壤含水量=————× 100%

　　　　　　　　　　　　  C—A

式中，B—C为铝盒里失去的水的重量；C—A为干土的重量；土壤含水量是用土壤中水分重量占干土重量的百分比来表示的。

第二节 土壤毛细现象

2.1 土壤的毛细现象

前面已经讲过，土壤颗粒堆积成的孔隙，连在一起形成毛细管，土壤水就储存在其中并且可以移动，水在毛细管中可以向高处走，供给植物生长需要。不同土壤，它们的孔隙率是很不一样的，沙性土壤颗粒比较粗，形成的孔隙也比较粗，孔隙率小，能吸持住水分的孔隙比较少，它的保水保肥性能比较差；黏性土壤颗粒比较细，形成的孔隙也比较细，而孔隙率比较大，它的孔隙里面吸持水分比较多，它的保水能力比较强。

然而，有的时候，我们并不希望土壤里面的水不断地向上移动，被蒸发掉。我们为了要保持土壤里面的水，就要切断土壤表层的毛细管。

唐代诗人李绅的一首诗【悯农】（二）：“锄禾日当午，汗滴禾下土，谁知盘中餐，粒粒皆辛苦”。里面提到的锄禾就是把禾苗四周的杂草清除掉，土壤表面耙松，就是切断土壤的毛细管，防止水分蒸发损失掉，这首诗很符合科学道理，也很真实。由于天气炎热，土壤蒸发比较厉害，这个时候下地松土是比较辛苦的活，所以大家要珍惜粮食，珍惜农民的辛勤劳动。

在我国，北方的土壤偏沙性，孔隙比较大，水容易入渗，也容易漏掉，即“漏水漏肥”。哪儿雨水比较少，因此只适应种植一些耐旱的植物，比如小麦、玉米、高梁、黍子、大豆、棉花等，树木也是哪些耐旱的品种才能生长。而南方土壤偏黏，孔隙比较细，水渗入慢，保水性好，雨水多，土壤里水分也多，地下水位比较浅，再加上气温也比较高，因此可适宜大多数植物生长。

2.2 毛细管原理

毛细管里面的液体与管壁之间有弯月靣拉力，也叫吸力，可以吸引液体在管子里移动。管子越细吸力越大，管子越粗吸力越小。（图）毛细管孔径越细，里面的水向上移动距离越高；反之，毛细管孔径越粗，里面的水向上移动距离越小。液体由吸力小的地方向吸力大的地方流动，正像我们用管子在瓶子里吸饮料一样。　

土壤中的毛细管对于水分补给植物生长的作用是很大的，搞水利灌溉工程要研究它，搞节水灌溉的要研究它，搞道路建设的要研究它，搞行走机械的也要研究它。

2.3 液体的浸润与弯月面

放在洁净的玻璃板上的一滴水银，能够在玻璃板上滚来滚去，而不附着在上面。把一块洁净的玻璃片插进水银里再取出来，玻璃上也不附着水银。这种现象叫做不浸润。对玻璃来说，水银是不浸润液体。

放在洁净玻璃板上的一滴水，会附着在玻璃板上形成薄层。把一块洁净的玻璃片浸入水里再取出来，玻璃表面会沾上一层水。这种现象叫做浸润。对玻璃来说，水是浸润液体。

由于液体对固体浸润或不浸润的作用，使液体在圆柱形的管子里，呈现不同的液面。凡不浸润固体的液体表面呈凸状。例如水银装在玻璃管内，液面即成凸状，而浸润体的液体表面则成凹状，例如，水装在玻璃管内其液面即成凹面状态。这些弯曲的液面，统称为弯月面。

浸润液体在毛细管中上升（如水-玻璃），液面成凹月面型，液体附着在器壁，水在毛细管中的高度是凹月面的底部与容器液面之间的距离；不浸润液体在毛细管中下降（如水银-玻璃），液面成凸月面型，液体不附着在器壁，表面张力使其凸出，水银在毛细管中的高度是凸月面的顶部与容器液面之间的距离。

2.4 生活中的毛细现象

日常生活中人们大量的利用毛细原理，给我们提供很多方便。

如：毛巾、拖把、圆珠笔、粉笔、煤油灯、煤油炉、酒精灯、软木塞、擦手纸、内衣、口罩、海绵体、吸管、体温表等等。

具有毛细现象的物体有：木头、砖块、动物血管（人身上的微血管有8000公里长）、挤牛奶、植物的导管束（利福尼亚的杉树110米高）、纤维果汁（桔子、甘蔗）等等。

干燥的孔隙里面主要是充满空气，由于空气的传导性能差，空气又很轻，所以保温材料很多都用多孔体。比如我们身上穿的羽绒服、中空棉等，可以隔热保温。由于受到温度和吸力变化的作用，水银、酒精会膨胀，在管子里向上移动。利用这种现象，就被做成水银温度计、酒精温度计等。

空气被毛细管密闭起来，水进不去，就具有浮力。大家学过唐代诗人骆宾王七岁时写的一首诗《咏鹅》：“鹅，鹅，鹅，曲项向天歌。白毛浮绿水，红掌拨清波。”里面的白毛就是鹅身上的绒毛，鸭身上也是，就可以将他浮在水面上。作者突出了这个“毛”字很有道理。

第三节 毛细现象实验

3.1 土壤张力计

土壤变干时，土壤孔隙里面的水移走了，孔隙变成真空，产生负压力，也就是产生吸力。土壤越干负压力越大，即吸力越大。根据这种原理，人们研制出土壤负压计（又叫张力计），用真空表来显示土壤的吸力，可以反映出土壤的干湿程度。

3.2 自动加水实验

由于纱布具有毛细现象，因此可以利用它来传导水。我们可以做一个给花盆自动加水的实验。

取一个高一点的杯子装有水，另一个杯子不装水；将纱布条的一端放入有水的杯子里，另一端放在没有水的杯子里（类似要加水的花盆）。我们可以观察到，高杯里的水先沿着纱布条上升，到了杯子的边缘向下流，流到空杯子里，当两个杯子水面一样高时，水就不流动了。因为，这时两边杯子的水位相等，水分流动就停止。

前面水沿着布条上升，是布条的毛管吸力大于重力，把水吸上去；后面，水向下流时是吸力加上重力，力气更大了。因此，水向下流比向上流速度要快些。

3.3　 自吸水花盆 

与上面的加水花盆不同，水只从底下沿着纱布条向上移动，上面花盆里的水不会饱和。这里用到前面实验前半部分的道理，纱布条的吸力要减去重力的作用，所以不会饱和，因此可以省水。

材料：二个大花盆（为便于观察用透明的盆，盆底留洞），二个装水盆（与花盆大小差不多），二条纱布，两种不同的土（一个偏沙，一种偏黏），和两朵花或草。

做法：（1）将纱布条一头放在花盆里，另一头放在水盆里；

（2）装入土壤（先称好同样的重量），并填实；

（3）将花朵埋入土里；

（4）水盆里装满水（一样重），搁在花盆下面，纱布条浸入水盆中。

观察：（1）水沿着纱布上升，慢慢湿润土壤，看哪个盆湿润得快些；

（2）看哪个水盆的水先用完，知道它们的需水量不同；

（3）看哪个盆里的花长得好些；

（4）水吸完了，再加满水盆，看哪个盆用水多。