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第1章　土壤基质和质地 1

1.1　土壤颗粒的概念 1

1.2　土壤颗粒的特征 2

1.2.1　颗粒大小 2

1.2.2　颗粒大小分布 3

1.2.3　颗粒形状 3

1.2.4　颗粒表面积 4

1.2.5　物理性质 6

1.2.6　化学性质和矿物学性质 6

1.2.7　粘土矿物的表面性质 7

1.2.8　粘粒的絮凝和膨胀 16

1.3　土壤质地 16

1.3.1　土壤颗粒分析的原理 17

1.3.3　土壤颗粒分析 18

1.3.2　土壤的分散 18

1.3.4　土壤颗粒分级 19

1.3.5　土壤质地分类 20

1.3.6　土壤质地与土壤肥力的关系和调节 22

1.4　土壤结构 23

1.4.1　土壤结构的概念 24

1.4.2　粘粒矿物的结构 24

1.4.3　粘团的形成 28

1.4.4　粘团的再团聚 30

1.4.5　土壤团粒的稳定性和团粒粒径分布 30

1.4.6　土壤结构的分类 32

1.4.7　土壤结构的评价与管理 33

1.5　土壤基质的三相比与综合性质 36

1.5.1　土粒密度 37

1.5.2　土壤容重 37

1.5.4　孔隙度 38

1.5.5　充气孔隙度 38

1.5.3　总容重 38

1.5.6　土壤发生层 39

1.5.7　土壤强度 40

1.5.8　土壤结皮 40

参考文献 42

第2章 土壤水的数量和能态 47

2.1　土壤水的物理性质 48

2.1.1 水的分子结构和极性 48

2.1.2 水的电解性 48

2.1.3　水的热力学性质 49

2.1.4　表面张力和毛细管现象 50

2.1.5　液体的粘性 52

2.1.6　颗粒表面附近的水 54

2.2　土壤含水量 55

2.2.1　土壤含水量的定义 55

2.2.2　土壤含水量测定 57

2.3　土壤水的能量状态 61

2.3.1　土壤水的势能 61

2.3.2　土壤水势组成 62

2.3.3　土壤水势各分势的测定 64

2.4　土壤水分特征曲线 67

2.4.1 土壤水分特征曲线及其影响因素 67

2.4.2　土壤水分特征曲线的测定 69

2.4.3　土壤水分特征曲线模型 71

2.4.4　土壤水分特征曲线的滞后现象 72

2.4.5　变容重土壤的持水特征 74

参考文献 76

第3章　土壤水分运动基本原理 80

3.1 饱和土壤中的水流 81

3.1.1 毛细管中的水流 81

3.1.2　达西定律 83

3.1.3　饱和导水率的测定 84

3.1.4　饱和层状土壤的水分运动 85

3.2　非饱和土壤中的水流 86

3.2.1 白金汉-达西定律 86

3.2.2　非饱和导水率 86

3.2.3　非饱和导水率的毛细管模型 87

3.2.4　连续方程 90

3.2.5 Richards方程 91

3.2.6　稳态流问题 94

3.3　土壤水分运动基本参数 97

3.3.1 瞬时剖面法测定非饱和导水率 98

3.3.2　水平入渗法测定非饱和土壤水分扩散率 99

3.3.3　根据土壤水分特征曲线推求土壤水分运动参数 100

3.3.4　推求土壤导水参数的积分方法 102

3.4　非饱和土壤水流问题的解析方法 104

3.4.1　水平吸渗问题的解析方法 104

3.4.2　垂直入渗问题的解析方法 108

3.5　非饱和土壤水流问题的数值解法 114

3.5.1　有限差分法 115

3.5.2　有限元法 118

3.6　膨胀土壤的非饱和土壤水分运动方程 122

参考文献 123

第4章 田间土壤水分循环 126

4.1　土壤水分入渗 126

4.1.1　概述 126

4.1.2　土壤入渗过程 127

4.1.3　土壤入渗过程的影响因素 128

4.1.4　土壤入渗模型 129

4.1.5　非均匀土壤剖面的入渗 133

4.1.6　二维和三维入渗 134

4.1.7　土壤入渗率测定 135

4.2　土壤水分再分布 137

4.2.1　再分布过程中土壤剖面含水量的变化 137

4.2.2　根据土壤水分再分布过程确定土壤导水参数 138

4.2.3　田间持水量 142

4.3　土壤非饱和导水率的田间测定 145

4.3.1　垂直入渗法 145

4.3.2　现场定位观测法 147

4.4　土壤蒸发 148

4.4.1　概述 148

4.4.2　土壤蒸发的阶段性 149

4.4.3　蒸发条件下土壤水运动的定解问题 150

4.4.4　地下水位一定时的土壤稳定蒸发 151

4.4.5　无地下水位时的土壤蒸发——土壤干燥 153

4.4.6　土壤蒸发与盐渍化 154

4.4.7　土壤蒸发的控制 155

参考文献 156

5.1 土壤与大气之间的能量平衡 162

5.1.1　太阳辐射 162

第5章　土壤热量状况 162

5.1.2　影响太阳辐射的因素 164

5.2　土壤表面能量平衡 166

5.2.1　能量平衡方程 166

5.2.2　蒸散测定 167

5.3　土壤热流 170

5.3.1　土壤热性质 171

5.3.2　土壤热流基本方程 175

5.4　土壤温度状况 176

5.4.1 温度的时间变化规律 176

5.4.2　地温变化特征 178

5.5　土壤温度对土壤水、气运动的影响 178

5.5.1 土壤温度对土壤水吸力的影响 178

5.5.2　温度梯度影响下的土壤水分再分布过程 179

5.5.3　非恒温条件下非饱和土壤水分运动 180

5.5.4　土壤热性质测定 181

参考文献 183

第6章　土壤空气 186

6.1　土壤空气组成及物理状态 186

6.2　土壤中的气体反应 187

6.2.1　土壤中二氧化碳的产生 187

6.2.2　土壤中氧气的消耗 188

6.3　土壤中的气体运动 188

6.3.1　气体质量守恒方程 189

6.3.2　土壤中的气体对流 189

6.3.3　土壤中的气体扩散 190

6.3.4　气体运动方程 192

6.4　土壤中的气体运移 193

6.4.1　平衡条件下氧气运移及消耗 193

6.4.2　二氧化碳的稳态流和瞬态流及其释放 194

6.5.1　水汽通量方程 195

6.5　土壤中的水汽流 195

6.4.3　植物根系界面氧气消耗 195

6.5.2　土壤可吸湿性对水汽通量的影响 196

6.6　土壤通气指标与测定 196

6.6.1　土壤通气孔隙度 196

6.6.2　土壤透气率 197

6.6.3　土壤氧化还原电位 197

6.6.4　土壤氧气扩散速率 197

6.7　土壤空气与植物生长及其调节 198

6.7.1　土壤空气状况与作物生长 198

6.7.2　土壤空气状况调节 198

参考文献 199

第7章　土壤溶质迁移 202

7.1　土壤溶质迁移的质量平衡 202

7.1.1　土壤中溶质库 203

7.1.2　土壤溶质通量 203

7.1.4　土壤溶质穿透曲线 205

7.1.3　土壤中多相化学物质的反应 205

7.2　土壤溶质迁移的对流-弥散理论 207

7.2.1　惰性非吸附溶质的迁移 208

7.2.2　吸附性溶质的迁移 210

7.2.3　土壤结构对溶质运移的影响 213

7.2.4　溶质在土壤中的反应 217

7.2.5　土壤中挥发性有机化学物质的运移 218

7.2.6　瞬态水流中的溶质迁移 218

7.3　土壤溶质迁移传递函数模型 219

7.3.1　溶质传递体积元 219

7.3.2　溶质迁移概率分布 220

7.3.3　传递函数模型 220

7.3.4　概率密度函数 221

7.3.5　随机对流传递函数模型 222

7.3.6　模型参数的估计 222

7.4.1　农田排水条件下土壤盐分变化特征 224

7.4 田间土壤溶质的管理 224

7.4.2　微咸水灌溉土壤盐分变化特征 225

参考文献 226

第8章　土壤的空间变异性 228

8.1　传统统计学研究方法 229

8.1.1　描述土壤性质变异大小的基本统计量 229

8.1.2　随机变量及概率分布 229

8.1.3　概率分布 232

8.1.4　均值的置信区间 236

8.1.5　合理取样数的确定 237

8.1.6　蒙特卡罗模拟的应用 240

8.2　反距离法 244

8.3　区域化变量 244

8.3.1　区域化变量概念 244

8.3.2　区域化变量的性质 245

8.4.2　区域化随机变量的二阶矩 246

8.4.1 区域化随机变量的一阶矩 246

8.4　区域化变量的数字特征和二阶平稳假设与本征假设 246

8.4.3　二阶平稳假设 247

8.4.4　本征假设（内蕴假设） 248

8.4.5　二阶平稳假设与本征假设的比较 248

8.4.6　准二阶平稳假设及准本征假设 249

8.5　空间结构分析 250

8.5.1　半方差函数 250

8.5.2　自相关函数 252

8.5.3　克里格插值 254

8.5.4　状态-空间分析方法 255

8.5.5　谱分析、交互谱分析和一致性分析 257

8.6　时间稳定性分析 259

参考文献 260

第9章　植物根系吸收土壤水分与土壤水分有效性 262

9.1.2　根系吸水的影响因素 263

9.1　植物根系吸收土壤水分的过程 263

9.1.1　根系吸水动力 263

9.2　植物根系吸水模型 265

9.2.1　微观模型 266

9.2.2　宏观模型 269

9.3　根系吸水模型的评价 277

9.3.1　对微观模型的评价 277

9.3.2　对宏观模型的评价 277

9.4　根系吸水模型的田间应用 278

9.4.1　预报土壤水分动态，确定最佳灌溉制度 278

9.4.2　选育抗旱作物品种，提高作物抗旱性 278

9.5　土壤水分有效性 278

9.5.1　土壤水分有效性的概念 278

9.5.2　土壤水分有效性的评价指标 281

9.5.3　影响土壤水分有效性的因素 283

9.6.1　土壤水分有效性动力学模式 284

9.6　土壤水分有效性动力学模式 284

9.6.2　土壤水分有效性的动态曲线 285

9.6.3　土壤水分有效性模式检验 286

9.7　土壤水分有效性评价 286

参考文献 287

附录 土壤物理学的常用数学方法 293

A1　矢量分析 293

A1.1　矢量代数 293

A1.1.1 基本概念 293

A1.1.2　矢量的加减法 294

A1.1.3　矢量与标量的乘法 294

A1.1.4　单位矢量 294

A1.1.5　矢量的分量表示 294

A1.1.6　矢量的方向余弦 295

A1.1.8　两矢量的标量积与矢量积 296

A1.1.7　矢量的线性关系 296

A1.1.9　矢量的混合积 298

A1.2　矢量分析 299

A1.2.1　矢量函数的微商 299

A1.2.2　矢量积分 302

A1.3　矢量场 303

A1.3.1　矢量场的基本概念 303

A1.3.2　矢量场的梯度、方向导数、散度和旋度 303

A2.1　积分变换的概念 305

A2　积分变换 305

A2.2　积分变换的应用 307

A2.2.1　傅里叶变换应用举例 307

A2.2.2　拉普拉斯变换应用举例 308

A2.3　积分变换表 310

A2.3.1　傅里叶积分变换表 310

A2.3.2　拉普拉斯变换表 313

参考文献 320