1.1 土壤水分形态

1.1.1 土壤水分状态

土壤是由固、液、气三相组成的多孔介质体，其中固体颗粒构成的土壤骨架，固体颗粒间形成空隙，水分和空气填充土壤空隙。当水分进入土壤后，土壤具有储存水分的空隙和保持水分的能量。由于土壤水分所具有的能量不同，水分所具有的形态和对作物的有效性也不尽相同。根据水分在土壤中存在的形态，将水分分为气态水、固态水和液态水。气态水主要以水汽形式存在于土壤空隙中，特别大孔隙成为气态水存在的主要空间；固态水主要以冰、化合水和结晶水形式存在；液态水与作物生长关系最为密切。根据液态水存在形式，可将土壤中的水分分为吸湿水、薄膜水、毛管水和重力水。

（1）吸湿水。吸湿水是土壤中固体颗粒表面直接从空气中吸取的水分。在绝对干燥的空气中，吸湿水含量很小。在饱和水汽条件下，吸湿水达到最大值。吸湿水含量与土壤质地、有机质含量和溶质含量等有关。吸湿水紧紧被束缚在土壤颗粒上，不能自由运动，难以被植物吸收利用。

（2）薄膜水。土壤颗粒吸附水汽分子达到最大吸湿量以后，土壤颗粒吸收更多液态水分，并使颗粒间水膜相互连接形成连续的水膜，包在吸湿水外部的水膜称为薄膜水。薄膜水吸附在吸湿水外部，受到土壤颗粒吸附力较小，可以从水膜厚的地方向水膜薄的地方移动。薄膜水也称为最大分子持水量。

（3）毛管水。当土壤含水量达到最大分子持水量后，土壤水分继续增加并充填土壤的毛管孔隙，保持在土壤的孔隙中，称为毛管水。毛管水受力较小，具有较强移动能力，可以被植物吸收利用。

毛管水具有溶解土壤中所含有的化学物质的能力，也是土壤中化学物质的溶剂和载体。根据土壤水分与地下水的连接程度，可将毛管水分为毛管上升水和毛管悬着水。当地下水埋深较浅，地下水通过毛管力的作用沿毛管上升到一定高度，这种毛管水称为毛管上升水。毛管上升水是地下水对土壤水分补充的一种主要形式，也是植物吸收利用地下水的一种形式。毛管水垂直上升高度与毛管直径存在函数关系，可用公式表示为

式中：h为毛管水上升高度，cm；D为毛管直径，cm。

降雨或灌溉后水分从上层土壤向下层运动，一部分水分在重力作用下从大孔隙移动到深层，而一部分水分受毛管力作用而保持在上层土壤中，并呈现悬着状态，这部分水分称为毛管悬着水。

（4）重力水。当土壤中的水分超过毛管力作用后，水分在重力作用下，通过大毛管而向下移动。在重力作用下运动的水分称为重力水。重力水具有液态水分的基本特征，因此可被植物吸收利用，但由于受重力作用而自由移动，不易保持在作物根区，大多数重力水难以被植物吸收利用。

1.1.2 土壤水分常数与水分有效性

按照土壤形态学原理，土壤所保持各种水分的能力可以用数量表示。在一定条件下，土壤中某一类型水分的数量相对稳定。这种土壤水分类型和性质的数量特征称为土壤水分常数。

（1）吸湿系数。吸湿系数也称为最大吸湿量，是指土壤吸湿水达到最大数量时的土壤水分。

（2）最大分子持水量。当薄膜水达到最大厚度时的土壤含水量，包括吸湿水和薄膜水。一般土壤最大分子持水量为最大吸湿量的2～4倍。

（3）凋萎系数。作物产生永久凋萎时的土壤含水量称为凋萎系数。此时土壤含水量处于不能补偿作物耗水量的水分状况，常将其看成可被植物吸收利用水分的下限。

（4）田间持水量。毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量称为田间持水量，包括吸湿水、薄膜水和毛管悬着水。田间持水量是土壤能够保持的灌溉水和雨水的最高水分含量，是农田灌溉设计中确定灌水定额的基本参数。它与土壤质地、土壤结构和土壤有机质含量有关。一般地，质地愈黏重，田间持水量愈高。

（5）毛管断裂含水量。由于作物吸收和土面蒸发，毛管悬着水不断减少，当减少到一定程度，其连续状态发生断裂，并停止运动。毛管断裂时的土壤含水量称为毛管断裂含水量。毛管断裂含水量一般被认为是水分对植物有效性的转折点，常将其作为灌溉水分的下限。

（6）饱和含水量。当土壤空隙被水分充满时的土壤所含的水分称为饱和含水量，包括吸湿水、膜状水、毛管水和重力水。

（7）土壤水分有效性。土壤水分有效性是指土壤水分被植物利用的可能性及难易程度。土壤水分有效性不仅与土壤水分存在的形态、性质和数量有关，而且与作物吸收水分能力有关。一般认为凋萎系数是土壤有效水分的下限，而田间持水量是土壤有效水分的上限，因此土壤有效水分就是田间持水量至凋萎系数。为了维持作物的正常生长，农业生产中往往将毛管断裂含水量作为灌溉水的下限，并将田间持水量至毛管断裂含水量间水分称为易有效水分。