土壤持水量

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介绍

土壤的持水量 (WHC) 指的是每克土壤所能吸收的水的总量。这种能力也被称为“水结合能力”或“水吸收能力”。这种特性与土壤分子对环境中水和其他溶质的亲和力密切相关。

土壤保持水分的能力是一个重要的水力特征，它在决定特定土壤在生态系统中的运行状况方面起着重要作用。该特性也对土壤的管理方式产生了重大影响。底土层的持水量是植物生长最重要的方面，而土壤含水量是抵御洪涝灾害的缓冲系统最重要的组成部分。

WHC 的影响和重要性

土壤保持水分的影响取决于

• 土壤中有机碳的含量。

• 土壤中存在的不同类型物质的数量。

当土壤碳含量从低水平提高时，在粗质地土壤中可以观察到持水量的增加，而在细质地土壤中可以观察到持水量的减少。

当碳含量较高时，土壤所能保持的水量也较高。土壤有机质可以保持其自身重量 20 倍的水分。

当温度发生变化时，诸如蒸散作用、土壤水分和渗透等因素也可能发生变化。这通过调整地表径流与渗透的比例来控制地下水补给量。

蒸散作用

它是包括蒸发和蒸腾在内的综合过程，用于将水从地球表面输送到大气中。它包括水从土壤中移动，穿过植物的根系和植株，在叶子上，然后进入空气。

渗透

渗透是指地表水渗入土壤的过程。

地表径流

地表径流是指当过量的降水、雨水、融水或其他来源无法足够快地进入土壤时，发生在地表的水流。

气候变化和未来相关预测表明，仲夏土壤水分减少，强降雨和异地土壤侵蚀增加。保持甚至提高土壤的持水能力是减少暴雨和频繁、严重干旱影响的好方法。

WHC 测量计算和单位

Mw = Mt – Ms,

其中，Mw 是水的质量（克）。

Mt 是容器和湿土的总质量（克）。

Ms 是容器和干土的总质量（克）。

注意：克水等于毫升水。

因此，Vw = Mw

持水量百分比 (WHC%) = (Vw/Vt) * 100,

Vw 是水的体积。

Vt 是饱和土壤的总体积。

测量 WHC 的方法

为了估算 WHC，必须对土壤样品施加压力（滤纸压榨法）或吸力（滤纸法）等作用力，并测量水的数量（WHC）。

滤纸压榨法

1952 年，Grau 和 Hamm 开发了一种称为“滤纸压榨法”的方法来以更便宜的价格、非常简单的方式测量持水量。这种方法既快速，又不需要任何特殊的设备，至少对于视觉筛选而言是这样。

滴水损失技术

1987 年，Honikel 给出了一种不需要任何特殊工具但需要 48 小时才能起作用的简单方法。在滴水损失法中，压力是由重力和样品材料在储存过程中收缩的事实产生的。该方法耗时，因为它涉及切割、混合和称重。

增加持水量的因素

土壤的结构和其中所含的有机质数量是决定其储水能力的主要因素。与由较大沙粒组成的土壤相比，由细小颗粒（如淤泥或粘土）组成的土壤将具有更大的表面积。

更大的表面积使土壤能够比由较大沙粒组成的土壤储存更多水分。换句话说，当土壤中淤泥和粘土颗粒的百分比较高时，土壤的储水能力会增强，这就是细土的定义。

有机质百分比影响持水能力。持水能力的百分比增加是由于有机质对水的吸引力强。在大量降雨后，地面迅速将水分流失到重力作用下，导致土壤变得干燥。植物可能在水分移出根区之前消耗掉这些水分。

当多余的水分被排掉后，可利用的水分就会被储存起来（田间持水量到萎蔫点）。这种水的可用性对于种植作物或牧草至关重要。当含量达到 50% 时，可以无压力地使用，但当含量降至 50% 以下时，会导致压力。土壤紧紧地保持着水分，以至于植物无法使用它，即使植物已经枯萎，水分仍然留在土壤中。

土壤最终成为维持植物生命的最宝贵资源，但水仍然在这个系统中扮演着最重要的和最基本的角色。植物的生长依赖于作物类型、植物群体、灌溉计划、氮肥施用和生长季期间的土壤水分。

通过了解土壤的多种物理特性，可以评估该地区的强度和脆弱性。沙土的持水能力低于较重土壤质地，但沙土可能比较重土壤更快地得到补充，因为较重土壤具有更高的持水能力。由于细小土壤颗粒中的孔隙间距小，随着质地变得更重，萎蔫点会升高。这是因为具有较宽孔隙的土壤比具有窄孔隙间距的土壤更松散地储存水分。

微生物对 WHC 的影响

土壤的持水能力以及其水力传导率和渗透率都取决于其质地（沙子、淤泥、粘土）、结构（容重和孔隙度）和有机质含量。

菌根引起土壤结构和有机质含量的变化直接或间接地有助于塑造水力特性。

菌根是真菌和植物之间的一种共生关系，植物从真菌中获取营养物质和矿物质，真菌通过这种联系获得稳定的葡萄糖。这种交换影响养分循环、生态、土壤侵蚀和植物生理。

关于这种相互作用的研究表明，大多数菌根菌丝体与持水量、渗透率和入渗能力呈正相关，与水蚀性呈负相关。

直接机制包括

• 菌根改善土壤团聚体和孔隙度。

• 菌丝体碳增强土壤，改善土壤有机质并保护团聚体内的不溶性土壤有机质。

• 与其他土壤微生物群落的竞争性相互作用。

• 菌根调节土壤疏水性。

在生物圈层面，间接机制似乎比直接机制更有用。

间接机制包括

• 菌根改善植物生长。

• 它提高了植物群落的多样性和生产力。

• 它刺激了有机质的积累。

• 它还增强了土壤孔隙度和持水量。

常见问题

Q1. 什么是永久萎蔫点？

A1. 永久萎蔫点是指植物所需的最低限度水分不再可利用的点。在永久萎蔫点，植物会枯萎且无法恢复生长。

Q2. 哪种土壤的 WHC 最大和最小，为什么？

A2. 粘土土壤的 WHC 最大，而沙土的 WHC 最小。粘土由紧密聚集的细小颗粒组成，颗粒间隙小，不利于水渗透。而沙土由较大的颗粒组成，表面积小，因此难以保持水分，导致 WHC 较低。

Q3. 什么是土壤质量？

A3. 土壤质量的定义取决于土壤的用途。适合农业耕作的土壤可能不适合用于建造房屋。有三种不同的因素——物理、化学和生物——会影响与农业生产力相关的土壤质量。

土壤结构和持水量是物理因素的例子。土壤的 pH 值以及植物养分的总量和可用量是化学参数的两个例子。土壤生物体回收养分和抵抗植物病害的能力主要由生物变量决定。