土壤持水量

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介紹

土壤的持水量 (WHC) 指的是每克土壤所能吸收的水的總量。這種能力也被稱為“水結合能力”或“水吸收能力”。這種特性與土壤分子對環境中水和其他溶質的親和力密切相關。

土壤保持水分的能力是一個重要的水力特徵，它在決定特定土壤在生態系統中的執行狀況方面起著重要作用。該特性也對土壤的管理方式產生了重大影響。底土層的持水量是植物生長最重要的方面，而土壤含水量是抵禦洪澇災害的緩衝系統最重要的組成部分。

WHC 的影響和重要性

土壤保持水分的影響取決於

• 土壤中有機碳的含量。

• 土壤中存在的不同型別物質的數量。

當土壤碳含量從低水平提高時，在粗質地土壤中可以觀察到持水量的增加，而在細質地土壤中可以觀察到持水量的減少。

當碳含量較高時，土壤所能保持的水量也較高。土壤有機質可以保持其自身重量 20 倍的水分。

當溫度發生變化時，諸如蒸散作用、土壤水分和滲透等因素也可能發生變化。這透過調整地表徑流與滲透的比例來控制地下水補給量。

蒸散作用

它是包括蒸發和蒸騰在內的綜合過程，用於將水從地球表面輸送到大氣中。它包括水從土壤中移動，穿過植物的根系和植株，在葉子上，然後進入空氣。

滲透

滲透是指地表水滲入土壤的過程。

地表徑流

地表徑流是指當過量的降水、雨水、融水或其他來源無法足夠快地進入土壤時，發生在地表的水流。

氣候變化和未來相關預測表明，仲夏土壤水分減少，強降雨和異地土壤侵蝕增加。保持甚至提高土壤的持水能力是減少暴雨和頻繁、嚴重乾旱影響的好方法。

WHC 測量計算和單位

Mw = Mt – Ms,

其中，Mw 是水的質量（克）。

Mt 是容器和溼土的總質量（克）。

Ms 是容器和乾土的總質量（克）。

注意：克水等於毫升水。

因此，Vw = Mw

持水量百分比 (WHC%) = (Vw/Vt) * 100,

Vw 是水的體積。

Vt 是飽和土壤的總體積。

測量 WHC 的方法

為了估算 WHC，必須對土壤樣品施加壓力（濾紙壓榨法）或吸力（濾紙法）等作用力，並測量水的數量（WHC）。

濾紙壓榨法

1952 年，Grau 和 Hamm 開發了一種稱為“濾紙壓榨法”的方法來以更便宜的價格、非常簡單的方式測量持水量。這種方法既快速，又不需要任何特殊的裝置，至少對於視覺篩選而言是這樣。

滴水損失技術

1987 年，Honikel 給出了一種不需要任何特殊工具但需要 48 小時才能起作用的簡單方法。在滴水損失法中，壓力是由重力和樣品材料在儲存過程中收縮的事實產生的。該方法耗時，因為它涉及切割、混合和稱重。

增加持水量的因素

土壤的結構和其中所含的有機質數量是決定其儲水能力的主要因素。與由較大沙粒組成的土壤相比，由細小顆粒（如淤泥或粘土）組成的土壤將具有更大的表面積。

更大的表面積使土壤能夠比由較大沙粒組成的土壤儲存更多水分。換句話說，當土壤中淤泥和粘土顆粒的百分比較高時，土壤的儲水能力會增強，這就是細土的定義。

有機質百分比影響持水能力。持水能力的百分比增加是由於有機質對水的吸引力強。在大量降雨後，地面迅速將水分流失到重力作用下，導致土壤變得乾燥。植物可能在水分移出根區之前消耗掉這些水分。

當多餘的水分被排掉後，可利用的水分就會被儲存起來（田間持水量到萎蔫點）。這種水的可用性對於種植作物或牧草至關重要。當含量達到 50% 時，可以無壓力地使用，但當含量降至 50% 以下時，會導致壓力。土壤緊緊地保持著水分，以至於植物無法使用它，即使植物已經枯萎，水分仍然留在土壤中。

土壤最終成為維持植物生命的最寶貴資源，但水仍然在這個系統中扮演著最重要的和最基本的角色。植物的生長依賴於作物型別、植物群體、灌溉計劃、氮肥施用和生長季期間的土壤水分。

通過了解土壤的多種物理特性，可以評估該地區的強度和脆弱性。沙土的持水能力低於較重土壤質地，但沙土可能比較重土壤更快地得到補充，因為較重土壤具有更高的持水能力。由於細小土壤顆粒中的孔隙間距小，隨著質地變得更重，萎蔫點會升高。這是因為具有較寬孔隙的土壤比具有窄孔隙間距的土壤更鬆散地儲存水分。

微生物對 WHC 的影響

土壤的持水能力以及其水力傳導率和滲透率都取決於其質地（沙子、淤泥、粘土）、結構（容重和孔隙度）和有機質含量。

菌根引起土壤結構和有機質含量的變化直接或間接地有助於塑造水力特性。

菌根是真菌和植物之間的一種共生關係，植物從真菌中獲取營養物質和礦物質，真菌透過這種聯絡獲得穩定的葡萄糖。這種交換影響養分迴圈、生態、土壤侵蝕和植物生理。

關於這種相互作用的研究表明，大多數菌根菌絲體與持水量、滲透率和入滲能力呈正相關，與水蝕性呈負相關。

直接機制包括

• 菌根改善土壤團聚體和孔隙度。

• 菌絲體碳增強土壤，改善土壤有機質並保護團聚體內的不溶性土壤有機質。

• 與其他土壤微生物群落的競爭性相互作用。

• 菌根調節土壤疏水性。

在生物圈層面，間接機制似乎比直接機制更有用。

間接機制包括

• 菌根改善植物生長。

• 它提高了植物群落的多樣性和生產力。

• 它刺激了有機質的積累。

• 它還增強了土壤孔隙度和持水量。

常見問題

Q1. 什麼是永久萎蔫點？

A1. 永久萎蔫點是指植物所需的最低限度水分不再可利用的點。在永久萎蔫點，植物會枯萎且無法恢復生長。

Q2. 哪種土壤的 WHC 最大和最小，為什麼？

A2. 粘土土壤的 WHC 最大，而沙土的 WHC 最小。粘土由緊密聚集的細小顆粒組成，顆粒間隙小，不利於水滲透。而沙土由較大的顆粒組成，表面積小，因此難以保持水分，導致 WHC 較低。

Q3. 什麼是土壤質量？

A3. 土壤質量的定義取決於土壤的用途。適合農業耕作的土壤可能不適合用於建造房屋。有三種不同的因素——物理、化學和生物——會影響與農業生產力相關的土壤質量。

土壤結構和持水量是物理因素的例子。土壤的 pH 值以及植物養分的總量和可用量是化學引數的兩個例子。土壤生物體回收養分和抵抗植物病害的能力主要由生物變數決定。