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教案(章节备课)3.5 学时

章 节

第四章 土壤水

教学目的和要求

本章通过对我国目前水资源现状特点的分析概述,了解水资源在农业生态系统中的重要性;在此基础上着重介绍土壤水的形态学和能态学观点以及土壤含水量等基础知识:阐明土壤水分的分布、运动规律以及田间水分的平衡。 通过本章教学,目的让学生掌握土壤水的类型、性质以及土壤水的运动特点,要求学生掌握土壤水分运移的基本规律及调节措施,以便有效地指导生产实践。

重 点

难 点

4 土壤水

4.1 土壤水在农业生态系统中的重要性

重点: 重点掌握土壤水的重要作用。

4.2 土壤水的基础知识

重点与难点: 土壤含水量的表示方法及区别。

4.3 土壤水分研究的形态学与能态学

重点: 土壤水分的形态学研究。

难点: 土壤水分的能态学。

4.4 土壤水的运动规律

重点: 土壤水分的分布、运动规律

4.5 土壤水分状况及水分平衡

重点: 田间水分的调节

难点: 田间 水分平衡

教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)

4 土壤水

4.1 土壤水在农业生态系统中的重要性

学时分配: 20 分钟

教法: 创设问题情景,逐步深入的方法。

导入: 由土壤水分在农业生产中的重要性,提出问题,切入主题。

问题:我国水资源有哪些特点?在农业生态系统中有何作用?

内容:

一、我国水资源概况

简介 我国水资源的概况,使学生对其有所了解。

•  我国水资源的基本特点

从水资源空间分布特点、时间分布特征及水资源与耕地资源组合不协调的特点说明我国水资源的概况。

2 .我国农业水资源的利用概况

二、 土壤水在农业生态系统中的重要作用

重点介绍土壤水的重要性。

4.2 土壤水的基础知识

学时分配: 35 分钟

教 法: 由简单逐步深入的方法。

教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)

内容:

本节通过讲授土壤水分的表示方法及土壤墒情的判断,为合理施用水分奠定基础。

一、土壤水分的表示方法和测定技术

1 .土壤含水量的表示方法

•  质量含水量

•  容积含水量

•  土壤水贮量

•  土壤相对含水量

通过讲授弄清这几种不同水分表示方法的含义

2 .土壤含水量的测试技术

①经典烘干法

②快速烘干法

经典烘干法的特点

二、土壤墒情

开门见山讲授以下几种土壤墒情,以便能够应用于农业生产中去。

1 . 墒情的种类

•  汪水

•  黑墒

•  黄墒

•  潮干土

•  干土 了解不同墒情的感官特点及不同质地土壤的墒情划分标准。

•  墒情的判断

根据土壤含水量及外观特征判断垧的级别外,还应掌握下面两个方面。

①墒情在空间上的层次性

②墒情在时间上的季节性

掌握表墒、底墒、深墒的分布范围及作用。

4.3 土壤水分研究的形态学与能态学

学时分配: 60 分钟

教法: 讲授、归纳与图表结合的方法,具有直观性

内容:

一、 土壤水分研究的形态学特征与性质

•  土壤水分的保持

掌握土壤水分的保持的力主要有两种,即吸附力和毛管力的概念、特点。

①吸附力

吸附力主要指土粒表面分子和水分子之间的吸附力,产生于土粒表面的表面能,称为土粒分子引力;以及胶体表面电荷对水分的极性引力。

教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)

②毛管力

毛管内水汽界面产生的弯月面力,完全具备液态水的性质,可以自由移动,是土壤水中最为活跃的部分,对农业生产极为重要。

2 .土壤水分类型及性质

这是本节的重点,掌握吸湿水、毛管水和重力水的含义及特点。

①吸湿水

由于干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持在土粒表面的水分称吸湿水。

吸湿水的特点:吸湿水受土粒的吸持力很大,内层大于外层,因此不能移动,它的密度为 1.2-2.4 之间(平均 1.5 ),具有固态水的性质,对溶质无溶解力。

② 膜状水

把达到吸湿系数的土壤,在用液态水来继续湿润,土壤吸湿水层外可吸附液态水分子形成水膜,这种由吸附力吸附在吸湿水层外面的液态水膜叫膜状水或薄膜水。

膜状水的特点:性质与液态水相似,但粘滞性较高而溶解能力较小,它能移动,但速度非常缓慢,一般为 0.2-0.4mm/h ,这不能满足作物的需要,只有根系与它接触时,才能被吸收利用。膜状水中土粒吸力小于 15atm 的那部分水,属有效水,可被作物利用;而吸力大于 15atm 的那部分水,作物便不能利用,为无效水。

需要掌握两个概念:

最大分子持水量: 膜状水的最大量称最大分子持水量,包括膜状水和吸湿水。

凋萎系数(临界水分): 当作物呈现永久萎蔫时的土壤含水量称凋萎系数。凋萎系数因土壤质地不同而异,粘土最高,壤土次之, 砂土最低。

③毛管水

超过最大分子持水量的水分,即不受吸附力的作用,因此把这种水称为自由水。毛管水是依靠毛管力保持在毛管中的水分,特点:

a. 它是土壤中即能被土壤保持又能被植物利用的主要水分。如:毛管水所受的引力为 0.08-6.25atm ,比作物根的吸水力( 15atm )小。

b. 毛管水能向上下左右移动,速度快( 10-300mm/n )。

c. 毛管水有溶解养分的能力,也有输送养分到作物根部的作用。毛管水的产生主要是由于土壤中毛管力吸持的结果(毛管内气水界面上产生的弯月面力)。

根据土层中地下水面与毛管水相连与否可分为:

( 1 )毛管上升水:是指地下水沿着毛管上升而充满毛管孔隙中的水分。土壤中毛管上升水的最大值称为毛管持水量,它是吸湿水、膜状水和毛管上升水的总和。

2 )毛管悬着水:是在地下水位深,当降雨或灌溉后,借毛管力保持在土壤上层未能下渗的水分。这种象悬着在上层土壤中的毛管水称为毛管悬着水。

毛管悬着水与毛管上升水所不同的是与地下水相连。毛管悬着水的最大量称为田间持水量。它是土壤排除重力水后,土壤本身所能保持的毛管悬着水的最大值,是土壤吸湿水、膜状水和毛管悬着水的总和。

重力水

当土壤水分超过田间持水量,多余的水分就会受重力的作用沿土壤中大孔隙望下移动,这种受重力支配的水叫重力水。

重力水不受土壤吸附力和毛管力的作用。它是植物根系能够吸收利用的水分。

土壤最大持水量(全蓄水量):当土壤被重力所饱和,即土大小孔隙全部被水分充满时的土壤含水量称为饱和持水量或土壤最大持水量。

教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)

吸湿水、膜状水、毛管水、重力水都存在于土壤中,彼此相互联系,相互转化。如毛管水过量可变为重力水,重力水被毛管吸收可变为毛管水。

了解

1 .土壤水势及其分势

土水势的概念:土壤在各种力(吸附力、毛管力、重力和静水压力等)的作用下,势(或自由能)的变化(主要是降低),称为土水势。

理解基质势、压力势、溶质势、重力势的概念及其动力。

2 .土壤水吸力

是指土壤水承受一定吸力的情况下所处的能态,

3 .土壤水能态的定量表示方法及测定方法

①土壤水能态的定量表示方法

单位重量、单位容积土壤水的势能值。

②土水势的测定方法

了解土水势的测定方法包括:张力计法、压膜法、水气压法等。

4 .水分特征曲线

用图示法讲解土壤水分特征曲线,了解水分特征曲线的滞后现象,利用水分特征曲线说明土壤水的数量与植物生长及其有效性的关系。

土壤水的能量指标(在非盐碱土即基质吸力或基质势,与土壤水的容量指标(即土壤含水量)作成相关曲线称土壤水分特征曲线。

三、土壤水分的有效性

掌握土壤水有效性的概念及范围。

土壤水分的有效性:是指水分被植物利用的程度。

有效水:可被植物吸收利用的那一部分水分称有效水。

无效水:另一部分不能被植物吸收利用的水称为无效水。

土壤水分常数(吸湿系数、凋萎系数、最大分子持水量、田间持水量、毛管持水量、饱和持水量等都是土壤水分常数,这些常数对于作物的生长有一定意义)

土壤有效水的范围( % ) = 田间持水量( % ) - 凋萎系数( % )

速效水:田间持水量至毛管断裂含水量。

迟效水:毛管断裂含水量至凋萎系数。

4.4 土壤水的运动规律

学时分配: 30 分钟

教法: 讲授、归纳与图表结合的方法,具有直观性。

内容:

一、液态水的运动

讲授饱和流和不饱和流的运动及区别。

1 .饱和流

土壤所有的大小孔隙都充满水时的水流叫饱和流。饱和流的推动力是重力势和压力势梯度,在饱和流中土壤导水率称饱和导水率( K 饱 ),影响饱和导水率的因素主要取决于土壤中粗孔的孔径和数量,孔径愈大,粗孔数量愈多,饱和导水率就愈高,水愈容易通过。一般来说:对 K 值而言,砂土大于壤土大于粘土。

教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)

2. 不饱和流

土壤中部分孔隙小时的水流叫不饱和流。它是大部分土壤中水分流动的形式。不饱和流的推动力主要是基质势梯度(或土壤水吸力梯度)和重力势梯度,不饱和水的运动是从土壤吸力低处流向高处,其导水率小于饱和导水率,而且随土壤吸力的增加而迅速减少。在吸水力较高时,导水率极低,水分运动速度非常缓慢。

对于饱和流而言,导水性最好的是粗孔多的土壤,如砂土和有团粒结构的土壤,而在不饱和流中,细孔多的粘土和壤土,比砂土的导水性好。因为在相同的土壤吸力下,土壤水的连续程度好,因此,在不饱和流中,导水率随土壤吸力的增加而降低,或土壤含水量的减少而降低,这种情况在砂土较为急剧,在粘土中较为缓和,壤土居中。

二、气态水的运动

土壤气相水在孔隙内的运动,实际上是水气分子从一个地方向另一个地方扩散的运动。它服从于一般气体扩散定律。

水气运动的梯度是水气压梯度,即水气从气压高处向气压低出扩散。

土壤水气压梯度由( 1 )湿度梯度:在温度相同的情况下,水气从湿土向干土扩散。( 2 )温度梯度:在温度相同的情况下,水气从温度高出向低处扩散。所以在一般情况下,土壤中的水气总是由暖处向冷处运动。后者起主要作用。

冬季表土冻后 在冰层聚集水与深层水气不断向表土输送有关。

土面蒸发:在干旱期间,土壤水不断以水气形态由表土向大气扩散称土面蒸发。土面蒸发的强度: ( 1 )大气蒸发力:取决于温度、空气湿度以及风速等气象因素。( 2 )土壤的导水性质。

雨后或灌水后及时中耕或地面覆盖,都能减少土壤水的损失。在疏松、漏风跑墒的土壤上,镇压是保墒的有效措施。

土壤蒸发有三个明显的阶段:

( 1 )大气蒸发力控制阶段(蒸发率不变阶段):特点:土壤水较多,向土面的导水率高,足以补偿土面蒸发消耗水量,所以蒸发率不变,一般可持续几天,丢水量也大。

雨水或灌水后及时中耕或地面覆盖是减少土壤水损失的重要措施

( 2 )土壤导水力控制阶段(蒸发率降低阶段)特点:土壤蒸发的强度取决于土壤的导水性质,即导水率的大小。该阶段维持的时间不长。当土面的水气与大气压的水气达到平衡时,土面就成为风干状态的干土层。除地面覆盖外,中耕结合镇压,具有良好的保墒效果。

( 3 )扩散控制阶段:土面形成干土后,土壤水向干土层的导水率降至近于零时,液态水已不能运行至地表,在干土层下稍微湿润土层的水分汽化,形成水气分子通过干土层扩散到大气中去。只要土表有 1-2cm 的干土层,就能显著减低蒸发率。这一阶段,通过镇压以防止蒸发,抑制水气向大气扩散。 二阶段初。

从以上三个阶段可以看出:保墒重点应该在第一阶段末和第二阶段初。

4.5 土壤水分状况及水分平衡

学时分配: 30 分钟

教法: 课堂教学 + 举例

内容:

教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)

田间水分 平衡:在一定容积土壤内水的收入与支出,在农田,主要是指根层土壤水的平衡,根层深度一般多指 1-2m 深度以内,在一定时期内,根层土壤水分含量的变化, (△水等于这个时期土壤水收入与支出的差) △水 = 水 收 - 水 支

土壤水的收入有降水、灌溉水(是主要土壤水的收入)以及其它来源的水(如四周流入的地表水、地表径流、借毛管上升的地下水。

土壤水分支出:地表径流(水 径 )、深层渗漏(水 漏 )、土面蒸发(水 蒸 )和植物蒸腾(水 腾 ),因此

△水 = 水 降 + 水 灌 - 水 径 - 水 漏 - 水 蒸 - 水 腾

由于水蒸和水腾很难分别测定,故常在一起称为蒸散。

应 用水平衡原理,可以了解作物日耗水量,在灌区还可作为确定灌溉时间的依据。

例:某年 4 月 18 日灌拔节水前根层土壤含水量为 89.6mm ,当即灌水 45mm 。到 4 月 26 日再测同一根系土壤含水量为 100mm ,这一时期若无降水,灌溉后又无深层渗漏,则这一时期作物的日耗水量为

( 89.6+45-100 ) / ( 26-18 ) =4.3mm/d 

思考题

1•  土壤含水量有哪些表示方法?

2•  简述土壤水分的类型及性质。

3•  什么是土水势、水吸力?二者有何区别?

4•  土壤水分特征曲线的含义和特点。

5•  饱和流与不饱和流的运动特点是什么?

6•  如何合理地调节土壤的水分状况?

7 简述土壤水分平衡的概念及平衡式各项的意义。

板书设计

4 土壤水

4.1 土壤水在农业生态系统中的重要性

4.1.1 我国水资源概况

我国水资源的基本特点

我国农业水资源的利用概况

4.1.2 土壤水在农业生态系统中的重要作用

4.2 土壤水的基础知识

4.2.1 土壤水分的表示方法和测定技术

土壤含水量的表示方法

土壤含水量的测试技术

4.2.2 土壤墒情

墒情的种类

墒情的判断

4.3 土壤水分研究的形态学与能态学

4.3.1 土壤水分研究的形态学特征与性质

土壤水分的保持

土壤水分类型及性质

4.3.2

土壤水势及其分势

土壤水吸力

土壤水能态的定量表示方法及测定方法

水分特征曲线

4.3.3 土壤水分的有效性

4.4 土壤水的运动规律

4.4.1 液态水的运动

饱和流

不饱和流

4.4.2 气态水的运动

4.5 土壤水分状况及水分平衡

主要参考资料

1.  朱祖祥 . 土壤学 . 北京:农业出版社, 1983

2 .王荫槐 . 土壤肥料学 . 北京:农业出版社, 1992

3 . 黄昌勇 . 土壤学 . 北京:农业出版社, 2000

4. 林成谷 . 土壤学 . (北方本,第二版) . 北京:农业出版社, 1996

课后自我总结分析

1 .土壤水是本课的重点,而土壤水的能态学观点则是难点,要处理好重          点和难点的关系

2 .本章内容多、学时少,在有效的时间内尽可能涵盖知识点。


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