土壤水

第一節 土壤水

1.1 土壤水的來源

土壤顆粒本身幾乎不含有水分，土壤里的自由水主要來自外界。

地面以上主要來源有：天上下的雨水，下雪結冰溶化后的雪水，冰山溶化的水，以及氣溫變化空氣中水汽凝結的露水，還有就是人工灌溉水（包括人工降雨，渠道灌溉，噴灌，滴管等）。

地面以下主要來源有：河、湖、塘等側向滲入土壤的水，地下土層、巖石裂隙層等的存儲水受到壓力和毛細管的作用進入土壤。但是深層地下水不易被利用。

1.2 土壤水的儲存

土壤是由許許多多大小不同、形狀不規則的土壤顆粒組成的。這些土壤顆粒堆積在一起，土粒與土粒之間留有各種各樣形狀不一的空隙，這些空隙連通起來成為通道叫做孔隙。

因此，土壤是一個多孔體。大多數孔隙都比較小，而且相互連通，連成毛細管。土壤水分大部分都儲存的這些孔隙之中（圖）。大裂縫常在濕潤地區遇大旱后發生，可以伸進手指，我們叫裂隙。當然，植物根系在土壤里面生長，以及一些小動物在土壤里面爬行也會留下很多空腔和通道。

不同的土壤，它的孔隙大小是不一樣的，沙性土壤顆粒比較粗，形成的孔隙也比較粗，能吸持住水分少，它的保水保肥性能比較差；黏性土壤顆粒比較細，形成的孔隙也比較細，它的孔隙里面吸持水分比較多，它的保水能力比較強。

土壤水與土壤顆粒接觸，受到毛細管作用和分子引力的作用，也叫吸力，一方面水被保（吸）持下來，另一方面又由于吸力大小不同，水會從吸力小的地方向吸力大的地方移動。比如氣溫高的時候，土壤表層蒸發厲害，上面土壤的吸力就大，就會把下面的水吸上來。同樣，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，水就會被根吸走。

如果下大雨，雨量太大，或者灌溉水強度太大，土壤孔隙里已經充滿了水，土壤過飽和了，孔隙無法再儲存外來的水，多余的水就會從地表面上排走，形成地表徑流，流到低洼的湖、塘、溝渠去了。

如果天氣連續干旱，蒸發得很厲害，地下水比較深補充不上來，土壤就會干裂、結塊。莊稼缺水干枯、死亡。

1.3 土壤水的作用

土壤水在農業上主要是用來供給植物生長需要。然而，土壤施肥很多都是固體肥料，結合灌水使其溶化，才能被植物吸收。又由于土壤水的移動，把這些養分輸送到土壤的各個地方去。還有一些農藥也是施在地里的，同樣隨土壤水而移動，就像我們身上的血液能夠把營養輸送到各個器官那樣。

土壤里面還有許多生物在生長，比如一些小動物像蚯蚓、小蟲等，還有大量的微生物生長都需要一定的水分。否則，它們也會死亡。

土壤水對我們人類的生存也有著極其密切的關系。土壤水分的多少，可以調節空氣。南方降雨量大，土壤里面的水分也比較多，南方的氣候就比較濕潤；北方雨水少，西北部的雨水更少，土壤水分就少，空氣比較干燥。所謂水土不服，首先就反映在人們對氣候的適應情況，南方人到北方去感到氣候干燥，皮膚干燥；北方人到南方來感到潮濕，不適應。

在山區，土壤水飽和以后，下大雨向下沖刷，把泥土和石頭都沖下去，就形成泥石流，給山下的居民造成嚴重的災害，屋毀人亡。

現在城市里面樓房、道路以及各種建筑物很多，這些水泥、柏油、塑膠把土壤掩埋了，不能滲水，地下的土壤得不到水，不利于植物的生長，也不利于調節氣候。雨水都被排水溝排入河道里去了，然而由于排水管道太少或堵塞，地面水來不及排走，路面就會積水被淹了。下大雨，發大水，很不方便。

土壤里的水多了，長期被水浸泡，土質會松軟，黏土會膨脹。因此，搞建筑、道路、城建工程的部門都要研究它

1.4 土壤水的污染

土壤水不管來自天上、地下還是人工降雨都應該是干凈的，然而由于施肥、噴撒農藥、工業排放和生活污水，以及酸雨等的影響，把許多有害的物質帶入土壤里，又隨著土壤水的流動，滲透到各地，以及河流里去，嚴重的危害到人們的飲用水安全。植物根系吸收了這些有害的物質，一是植物本身可能死亡，二是這些植物被人和動物吃了以后，會中毒、生病以致死亡。因此，土壤的安全直接影響到人類的健康。

土壤被污染以后，治理是很困難的，一些污染物質在土壤里不易被分解、長期殘留在土壤里，后患無窮。

1.5 土壤水的測量

土壤里有多少水，通常都是要知道的。測量土壤含水量的方法很多，通用的是方法是烘干法，其它的還有用張力計，中子儀，電阻塊，四電極法和（TDR）時域反射儀等。

這里介紹烘干法：需要一個鋁盒（帶蓋），一把小鏟，一個小天平（1公斤以下）和一個烘箱。

鋁盒 　　  烘箱　  電子稱

先將干鋁盒稱重（記錄A）；將土壤樣品放入鋁盒里并蓋好蓋子稱重（記錄B）；再將這個鋁盒放入烘箱烘干，設定的溫度為1050C，烘24小時；到時候取出鋁盒，稱重（記錄C）。

計算公式是：

　　　　　　　　　　　　  B—C

　　　　　　 土壤含水量=————× 100%

　　　　　　　　　　　　  C—A

式中，B—C為鋁盒里失去的水的重量；C—A為干土的重量；土壤含水量是用土壤中水分重量占干土重量的百分比來表示的。

第二節 土壤毛細現象

2.1 土壤的毛細現象

前面已經講過，土壤顆粒堆積成的孔隙，連在一起形成毛細管，土壤水就儲存在其中并且可以移動，水在毛細管中可以向高處走，供給植物生長需要。不同土壤，它們的孔隙率是很不一樣的，沙性土壤顆粒比較粗，形成的孔隙也比較粗，孔隙率小，能吸持住水分的孔隙比較少，它的保水保肥性能比較差；黏性土壤顆粒比較細，形成的孔隙也比較細，而孔隙率比較大，它的孔隙里面吸持水分比較多，它的保水能力比較強。

然而，有的時候，我們并不希望土壤里面的水不斷地向上移動，被蒸發掉。我們為了要保持土壤里面的水，就要切斷土壤表層的毛細管。

唐代詩人李紳的一首詩【憫農】（二）：“鋤禾日當午，汗滴禾下土，誰知盤中餐，粒粒皆辛苦”。里面提到的鋤禾就是把禾苗四周的雜草清除掉，土壤表面耙松，就是切斷土壤的毛細管，防止水分蒸發損失掉，這首詩很符合科學道理，也很真實。由于天氣炎熱，土壤蒸發比較厲害，這個時候下地松土是比較辛苦的活，所以大家要珍惜糧食，珍惜農民的辛勤勞動。

在我國，北方的土壤偏沙性，孔隙比較大，水容易入滲，也容易漏掉，即“漏水漏肥”。哪兒雨水比較少，因此只適應種植一些耐旱的植物，比如小麥、玉米、高梁、黍子、大豆、棉花等，樹木也是哪些耐旱的品種才能生長。而南方土壤偏黏，孔隙比較細，水滲入慢，保水性好，雨水多，土壤里水分也多，地下水位比較淺，再加上氣溫也比較高，因此可適宜大多數植物生長。

2.2 毛細管原理

毛細管里面的液體與管壁之間有彎月靣拉力，也叫吸力，可以吸引液體在管子里移動。管子越細吸力越大，管子越粗吸力越小。（圖）毛細管孔徑越細，里面的水向上移動距離越高；反之，毛細管孔徑越粗，里面的水向上移動距離越小。液體由吸力小的地方向吸力大的地方流動，正像我們用管子在瓶子里吸飲料一樣。　

土壤中的毛細管對于水分補給植物生長的作用是很大的，搞水利灌溉工程要研究它，搞節水灌溉的要研究它，搞道路建設的要研究它，搞行走機械的也要研究它。

2.3 液體的浸潤與彎月面

放在潔凈的玻璃板上的一滴水銀，能夠在玻璃板上滾來滾去，而不附著在上面。把一塊潔凈的玻璃片插進水銀里再取出來，玻璃上也不附著水銀。這種現象叫做不浸潤。對玻璃來說，水銀是不浸潤液體。

放在潔凈玻璃板上的一滴水，會附著在玻璃板上形成薄層。把一塊潔凈的玻璃片浸入水里再取出來，玻璃表面會沾上一層水。這種現象叫做浸潤。對玻璃來說，水是浸潤液體。

由于液體對固體浸潤或不浸潤的作用，使液體在圓柱形的管子里，呈現不同的液面。凡不浸潤固體的液體表面呈凸狀。例如水銀裝在玻璃管內，液面即成凸狀，而浸潤體的液體表面則成凹狀，例如，水裝在玻璃管內其液面即成凹面狀態。這些彎曲的液面，統稱為彎月面。

浸潤液體在毛細管中上升（如水-玻璃），液面成凹月面型，液體附著在器壁，水在毛細管中的高度是凹月面的底部與容器液面之間的距離；不浸潤液體在毛細管中下降（如水銀-玻璃），液面成凸月面型，液體不附著在器壁，表面張力使其凸出，水銀在毛細管中的高度是凸月面的頂部與容器液面之間的距離。

2.4 生活中的毛細現象

日常生活中人們大量的利用毛細原理，給我們提供很多方便。

如：毛巾、拖把、圓珠筆、粉筆、煤油燈、煤油爐、酒精燈、軟木塞、擦手紙、內衣、口罩、海綿體、吸管、體溫表等等。

具有毛細現象的物體有：木頭、磚塊、動物血管（人身上的微血管有8000公里長）、擠牛奶、植物的導管束（利福尼亞的杉樹110米高）、纖維果汁（桔子、甘蔗）等等。

干燥的孔隙里面主要是充滿空氣，由于空氣的傳導性能差，空氣又很輕，所以保溫材料很多都用多孔體。比如我們身上穿的羽絨服、中空棉等，可以隔熱保溫。由于受到溫度和吸力變化的作用，水銀、酒精會膨脹，在管子里向上移動。利用這種現象，就被做成水銀溫度計、酒精溫度計等。

空氣被毛細管密閉起來，水進不去，就具有浮力。大家學過唐代詩人駱賓王七歲時寫的一首詩《詠鵝》：“鵝，鵝，鵝，曲項向天歌。白毛浮綠水，紅掌撥清波。”里面的白毛就是鵝身上的絨毛，鴨身上也是，就可以將他浮在水面上。作者突出了這個“毛”字很有道理。

第三節 毛細現象實驗

3.1 土壤張力計

土壤變干時，土壤孔隙里面的水移走了，孔隙變成真空，產生負壓力，也就是產生吸力。土壤越干負壓力越大，即吸力越大。根據這種原理，人們研制出土壤負壓計（又叫張力計），用真空表來顯示土壤的吸力，可以反映出土壤的干濕程度。

3.2 自動加水實驗

由于紗布具有毛細現象，因此可以利用它來傳導水。我們可以做一個給花盆自動加水的實驗。

取一個高一點的杯子裝有水，另一個杯子不裝水；將紗布條的一端放入有水的杯子里，另一端放在沒有水的杯子里（類似要加水的花盆）。我們可以觀察到，高杯里的水先沿著紗布條上升，到了杯子的邊緣向下流，流到空杯子里，當兩個杯子水面一樣高時，水就不流動了。因為，這時兩邊杯子的水位相等，水分流動就停止。

前面水沿著布條上升，是布條的毛管吸力大于重力，把水吸上去；后面，水向下流時是吸力加上重力，力氣更大了。因此，水向下流比向上流速度要快些。

3.3　 自吸水花盆 

與上面的加水花盆不同，水只從底下沿著紗布條向上移動，上面花盆里的水不會飽和。這里用到前面實驗前半部分的道理，紗布條的吸力要減去重力的作用，所以不會飽和，因此可以省水。

材料：二個大花盆（為便于觀察用透明的盆，盆底留洞），二個裝水盆（與花盆大小差不多），二條紗布，兩種不同的土（一個偏沙，一種偏黏），和兩朵花或草。

做法：（1）將紗布條一頭放在花盆里，另一頭放在水盆里；

（2）裝入土壤（先稱好同樣的重量），并填實；

（3）將花朵埋入土里；

（4）水盆里裝滿水（一樣重），擱在花盆下面，紗布條浸入水盆中。

觀察：（1）水沿著紗布上升，慢慢濕潤土壤，看哪個盆濕潤得快些；

（2）看哪個水盆的水先用完，知道它們的需水量不同；

（3）看哪個盆里的花長得好些；

（4）水吸完了，再加滿水盆，看哪個盆用水多。