① 冻土中水分运动的研究进展
由于冻土介质的特殊性和土壤水分在其中运动的重要性，冻土中水分运动的研究受到世界上许多国家的重视。已经召开的七届国际多年冻土会议分别涉及到这方面的内容，美国公路研究部门及其他国家的类似组织已多次组织了有关专题会议，联合国教科文组织专门开办过寒区水土问题讲习班等等。据不完全统计，除我国外，目前开展这类研究的主要有前苏联、美国、加拿大和瑞典等十多个国家。近20年来，各相关学科的研究工作者从不同角度和研究目的出发，对冻融过程中土壤水、热迁移问题进行了多方位研究，取得了许多重要成果。
1.冻土学研究概况
冻土学的研究包括冻土物理学、冻土化学、冻土力学、工程冻土学、冻土环境学等学科。土壤冻融过程中水、热迁移问题属于冻土物理学的研究范畴。冻土物理学为冻土学的基础研究内容，其研究范围包括：冻土的基本物理性质、结构、构造，土壤冻融过程中的水分迁移、成冰作用及冻胀，盐分迁移及盐胀。
冻土学较为系统的研究始于19世纪末期。1890年俄国成立了冻土研究委员会，开始对冻土进行了比较广泛的研究。进入20世纪后在苏联时代，冻土学研究发展较快（崔托维奇，1985；费里德曼，1982），研究内容涉及到冻土物理学、冻土力学、土壤水热改良、工程稳定性等。在美国、加拿大等国，从20世纪开始，自然资源的开发利用直接推动了冻土学的不断发展。
1963年举行的第一届国际冻土大会（International Conference on Permafrost，简称ICOP），标志着冻土学的研究进入了新阶段。此后从1973年起每隔5年举行一次ICOP，以交流各国在冻土学领域的研究成果。在1983年举行的第四届ICOP上，由中、俄、美、加四国倡议成立了国际冻土协会（International Permafrost Association，简称IPA）。
我国的冻土学研究起步较晚，但发展较快，目前已跻于国际先进行列。我国主要的研究单位有：中国科学院兰州冰川冻土研究所，水利、公路、铁路、建筑等行业的设计、科研院所及相关的高等院校等。
中国于1982年成立了中国地理学会冰川冻土分会，并举办了全国冰川冻土学大会，交流国内外相关领域的研究成果，对推动冻土学的发展起了很大的促进作用。
2.地气界面间的水热交换研究
从能量平衡过程看，低层大气中所发生的各种物理现象，基本上都是在下垫面（如土壤、植被、水面等）影响下形成的。不同的下垫面具有不同的物理特性，在邻近下垫面的近地气层和土壤上层出现复杂的物质、能量交换过程，并对小气候的特点和形成规律产生重要影响。
下垫面由于吸收来自太阳的直接辐射和天空散射辐射（短波辐射）而升温，同时也因长波辐射而降温。短波辐射与长波有效辐射之差即为下垫面所获得的净辐射。白天，太阳短波辐射一般大于长波有效辐射，下垫面所获得的净辐射将通过向上的显热通量和向下的土壤热通量分别使近地层的空气、上层土壤增温；夜间下垫面净辐射为负，需要依赖近地层空气和土壤层来补充热量。因此近地层大气和土壤上层的温度状况受着下垫面的强烈影响。
下垫面是低层大气中水汽的主要源泉。当下垫面发生蒸散而将水汽输送到大气时，也要消耗大量的蒸发潜热。蒸发潜热也是下垫面热量平衡中的重要组成部分。当下垫面发生凝结现象时，会有相应的潜热释放。这种依赖于下垫面的水分循环过程对小气候的形成亦起着重要的作用。
近地气层中的温度和湿度的垂直分布与热量、水分的收支状况有关，因此下垫面向上和向下的热量输送、水分输送也是决定近地气层、土壤上层气候特点的基本因素。地气界面间的水热交换作为冻融土壤水热迁移的上边界条件，对于采用数学物理方法研究土壤水热迁移规律是必不可少的。
目前用于确定地气界面间水热交换通量的方法主要为微气象学方法，包括空气动力学法、能量平衡法、能量平衡-空气动力学法和涡度相关法等。这些方法在生产实际中均有一定的应用价值，但各有其优缺点。其中，能量平衡-空气动力学相结合的综合法考虑了下垫面和近地表大气的特性，具有很好的物理背景和依据，是了解地表水热交换动态变化过程及其影响因素的基本方法，在土壤水热耦合迁移过程的研究中，已得到了广泛的应用。
在不考虑土壤水平方向热交换量的情况下，根据能量守恒定律得出的下垫面的能量（热量）平衡方程为：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
式中，Rn为净辐射；G为土壤表面热通量；LE为土壤蒸发潜热通量；H为显热通量。
地表潜热通量LE、显热通量H与水热状况和近地表小气候有关，一般用阻抗模式来计算。Penman在1948年最早采用该方法研究潜在腾发，提出了着名的Penman公式。在潜在腾发的计算模式中，只考虑了大气边界层空气动力学阻抗ra。Monteith在1963年提出了表面蒸发阻抗rs的概念，为计算非饱和土壤水分蒸发开辟了新途径。
空气动力学阻抗ra取决于近地层空气的风速分布。当风速廓线近似于对数分布时，可近似认为这一层内的热量、水汽传输阻抗与动量传输阻抗ra相等，其值可根据大气紊流边界层理论计算。
受地气间温差所引起的浮力效应的影响，风速的对数廓线不再成立。此时，热量、水汽传输阻抗与动量传输阻抗不再相等，需要对其计算模式进行修正。Camillo和Gurney（1986）用大气稳定性修正因子表示这种影响，这两个修正因子与Monin-Obukhov长度有关；Acs等（1991）在土壤含水率和地表温度的耦合预报模型中采用该方法对大气稳定性进行了修正。
表面蒸发阻抗rs的确定比较困难，目前既无理论预测，又缺乏试验资料。林家鼎和孙菽芬（1983）认为，对于同一种土壤，蒸发阻抗变化主要与地表土壤含水率θ有关，而且与θ的某负次幂函数成比例，并根据实测数据给出了rs的经验表达式。Camillo和Gurney（1986）认为可将rs视为一个拟合参数，通过实测数据与模拟结果的比较来拟合rs，使计算和试验结果相吻合。据此，他们也提出了相应的rs与θ的经验关系。
在土壤水热迁移研究中，地表能量平衡方程（或与其他方程相结合）一般作为上边界条件来处理。在一定的时间、地点、气象条件下，地表能量平衡方程中的各分量均为地表含水率、温度和温度梯度的函数。一般情况下，表土水分在短时间内可认为保持不变，因此能量平衡方程仅是地表温度及其梯度的函数，对此可有不同的处理方法。其中一种是将该方程视为地表温度的非线性隐式方程，通过方程求解得到地表温度；另外一种是通过潜热、显热计算地表热通量，将其作为热方程的第二类边界条件。
3.冻融土壤水分运动问题的实验研究
1）室内实验研究
土壤水分运动规律的研究最早始于法国的Darcy，1856年他根据饱和沙土的渗透试验，得出了渗流通量与水力梯度成正比的着名的达西定律。1931年Richards将这一规律应用于非饱和土壤水，认为非饱和土壤水分通量ql可表示为：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
式中，Ψ和Ψm分别为土壤的总土水势和基质势；K（Ψm）为土壤非饱和导水率。
在冻土的研究过程中，水分通量一般采用上述表达式，但冻土基质势目前还不易测定。假设土壤基质势与冻土未冻水含量之间存在一一对应关系，那么冻土中的水分通量亦可用未冻水含量θu的梯度来表示：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
式中，D（θu）为土壤水分扩散率。
20世纪80年代，美国陆地寒区研究与工程实验室（US Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory，简称CRREL）进行了一系列室内试验，以探索冻土中水分迁移的机理。Nakano等（1982，1983，1984a，1984b，1984c）、Nakano和Tice（1987）对等温条件下的水分迁移进行了室内实验研究，认为水分迁移通量取决于土壤总含水率（包括未冻水和冰）的梯度。
Konrad和Morgenstern（1981）进行了不同温度梯度下冻土中的水分迁移试验，根据试验结果得出了水分迁移通量与温度梯度ΔT成正比的结论，即：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
其中参数SP称为分凝势（Segreation Potential），它与具体的试验条件和土壤冻结速度、土壤含水率等因素有关。这一参数的复杂性使得其应用受到很大限制。
自20世纪70年代以来，中国科学院兰州冰川冻土研究所对土壤冻结特性、冻结条件下的水分迁移、成冰作用及冻胀、盐分迁移及盐胀等问题进行了大量的室内实验研究（Xu等，1985；徐学祖和邓友生，1991；徐学祖等，1995；Chen和Wang，1985，1991）。根据其研究结果，冻土中的水分迁移与冻结缘中的土水势梯度有关，而该梯度主要取决于土体的性质、边界条件、冻结速度和冻胀速度等因素。
根据上述试验研究结果，非饱和冻融土壤水分迁移的推动力主要包括土壤含水率梯度（土水势梯度）和温度梯度（Nakano，1991），二者既可以相互独立，也可以相互依赖。
到目前为止，对于冻土中水流问题的研究，多采用与土壤非饱和水流类似的方法，即引入土水势的概念（Hillel，1980；雷志栋等，1988），用能量观点进行。这样可以对土壤的冻结区、非冻结区进行统一分析，便于用数学、物理方法对冻土中水热耦合迁移问题进行统一研究。
2）室外试验研究
室外试验研究主要包括与农业水资源高效利用及土壤盐渍化改良有关的田间入渗试验、水热盐迁移试验和与工程建筑物冻胀防治等问题有关的现场试验。
冻融土壤的入渗特性的试验研究开始于20世纪60年代。Stoeckjer和 Wetzlllan（1960）认为冻融土壤的入渗特性与土壤冻结类型有关。把冻土分为水泥状冻结、多孔状冻结和粒状冻结三种类型。水泥状冻土多为细粒结构，土壤含水率较高，由许多复杂的薄冰透镜体组成，常为密实块状，类似于水泥地。粒状冻土颗粒粗，土壤含水率较低，冰晶在土粒周围聚集但彼此分离。多孔状冻土的特点介于以上二者之间。Sthecker和Weitzman（1960）曾用单环入渗仪测了三种类型冻土的入渗率，同质地土壤水泥状冻土入渗率极小，粒状冻土比未冻前入渗率更高。Boombny和Wang（1969）室内测定了不同初始含水率的土样在快速冻结条件下的渗透性，发现当土壤的饱和含水率和初始含水率之差小于0.13 m3／m3时，冻土属于水泥状冻结，其渗透性可忽略。
大多数学者认为影响冻土入渗特性的主要因素是冻结时的含水率。Kane和Stein（1983）用双环入渗仪在美国Alaska季节性冻土中做了不同含水率条件下的入渗试验，结果表明季节性冻土中的入渗曲线类似于非冻土，土壤初始含水率愈高，入渗率愈小。Lee和Molnau（1982）经分析入渗试验结果发现，土壤的稳定入渗率与冻结期土壤含水率具有很强的负相关关系。
土壤质地对入渗特性也有很大影响。瑞典农作土壤的质地主要为重粘土，其入渗率变化在0.004～5.0 mm/min之间（Kapotov，1972；Engelmark，1987）。低入渗率主要是由于土壤质地粘重和高含冰量导致的低渗透性造成的，而高含冰量除了受冻结期高土壤含水率的影响外，还受冻融期融雪水入渗、重新冻结的影响；高入渗率则是粘土冻结后形成宏观垂直裂隙的结果（Thunholm和Lundin，1989）。
Zuzel和Pikul（1987）用模拟降雨装置测定了茬地、冬小麦田和犁地在深秋冻结之前、冬季冻结期和春季消融期的入渗率。同质地土壤犁地入渗率最大，冬小麦田入渗率最小。比较冻前、融后的土壤入渗率，结果并无太大变化，说明不同耕作措施条件下的土壤并不因为冻结过程而改变其入渗特性。Pikel，Zuzel和Wilkins（1991，1992）做了土壤冻结期已耕地和未耕地在两个不同冻层厚度下的入渗试验。当冻土深度为0.12 m（小于耕作深度）时，已耕地土壤入渗率大于未耕地；当冻土深度大于0.35 m时，已耕地和未耕地土壤入渗率相差很小。
在冻土分布区，地面冻结、土壤入渗能力降低是融雪产生地表径流、水土流失的主要原因（Kalyuzhnyi，1980；Zuzel和Pikul，1987）。美国Alaska地区地表径流量占融雪水总量的25%～47%（Kane和Stein，1987），而在Oregon北部地区地表径流量占融雪水总量的4l%～49%（Zuze，1982）。为了减少水土流失、增加土壤入渗，许多学者研究了不同土地管理措施下的土壤入渗规律，为当地优化水土保持措施提供了依据。
近年来，我国季节性冻土分布区有关部门、科研院所的科技工作者，结合当地生产实际对冻土中水分、盐分迁移及水工建筑物冻胀防治等问题，进行了大量的野外现场试验及应用研究，取得了一批有意义的研究成果。朱强（1988）、Zhu（1993）研究了季节性冻土区的冻胀问题；内蒙古自治区水利科学研究所（1987）、Wang（1993）、赵东辉（1997）对冻结过程中土壤水分、盐分迁移进行了试验研究；张转放等（1992）研究了北京地区土壤在两种灌溉定额下的冻后聚墒特点；郭素珍（1996）对内蒙古河套灌区秋浇时间对水盐运移和农业环境的影响进行了试验研究；太原理工大学樊贵盛和郑秀清等（1997，1999，2000）、郑秀清等（2000，2001）、邢述彦（2002）在国家自然科学基金的资助下，从冬春灌溉用水管理的角度出发，研究了田间冻融条件下土壤的入渗特性；黄兴法等（1993）在山东禹成对冬春季节土壤水分、温度、盐分的变化过程进行了观测，并对其变化规律进行了分析；尚松浩等（1997）对北京地区越冬期土壤水热迁移规律进行了研究。
4.冻融土壤水分运动问题的理论研究
对于土壤中水流和热流问题的研究，在早期是相互独立进行的，二者分别建立了自己的理论体系，并在各自的研究领域对求解方法进行了较为深入的研究。
对于土壤非饱和流问题，将达西定律与水流连续方程相结合即可得到土壤水分非稳定运动的基本方程（Richards方程）
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
式中，θ、t分别为土壤含水率、时间；其他符号同前。
土壤热流的研究始于20世纪40年代末期，将Fourier导热定律应用于土水系统，由能量守衡原理可得到土壤中热流的基本方程：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
式中，T、C、λ分别为土壤温度、体积热容量和导热率。
1957年Philip和de Vries开创了土壤水热耦合研究之先河。他们基于多孔介质中液态水粘性流动及热平衡原理，提出了水热耦合迁移模型（Philip和de Vries，1957；de Vries，1958）
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
式中，q、ql、qv、qh分别为土壤中的总水分通量、液态水通量、水汽通量和热流通量；Dθ、DT分别为水分、温度梯度所引起的水分迁移的扩散率；ρl、Cl分别为液态水的密度和热容量；Dθv为水分相变时的扩散率；L为参考温度T0时的相变潜热。
以上模型考虑了温度梯度对水分运动的影响，水的相变及水分对温度的影响。
在Philip-de Vries模型的基础上，人们对土壤水热耦合问题进行了更广泛深入的研究。Kay和Groenvelt（1974）在水分运动方程中，以土壤含水率θ和温度T为独立变量，将含水率梯度作为土壤水分运动的驱动力，该项研究没有反映出土壤水分运动的物理本质，并且只适用于均质各向同性的土壤系统。Milly（1982）在此基础上，采用了以土壤基质势和温度为变量的土壤水、热耦合方程，使之能够适用于非均质土壤，并用有限元法模拟了等温、非等温条件下的土壤水分运动。de Vries（1987）对此前这一领域的研究进行了综合评述。Chung和Horton（1987）研究了地表有部分作物覆盖条件下土壤水热迁移。蔡树英、张瑜芳（1991）用该模型计算了不同温度条件下土壤水分的蒸发过程。土壤-植物-大气连续体（SPAC）中水热迁移的研究是土壤水热迁移问题的引深，目前已进行了大量的研究工作（Camillo等，1983；Van de Griend和Van Boxel，1989；康绍忠，1994；吴擎龙等，1996；李家春和欧阳冰，1996）。
冻融条件下的土壤水热迁移是一个多因素综合作用的复杂物理过程，对该问题的研究30多年来已取得重要的进展。自20世纪60年代以来，许多科技工作者对这一问题进行了研究，提出了各种各样的数学模型，这些模型大致可分为两类。第一类是在Philip和de Vries模型基础上建立起来的所谓机理模型（Harlan，1973）。在该模型中忽略了土壤中冰与水的相互作用，认为冻土中的未冻含水率仅与土壤负温有关，与总含水率无关，并与负温处于动平衡状态。土壤未冻含水率与负温的关系（亦称为土壤冻结特性曲线）需根据试验来确定，目前这类模型的应用较多。Harlan（1973）、Taylor和Luthin（1978）、O’neillomd and Miller（1985）等对土壤冻结条件下的水热迁移进行了数值模拟，Jame和Norum（1980）用本质上近似于Hanlan的模型模拟了水平土柱冻结状态下的温度、含水率、含冰率的动态变化，并与室内试验结果进行了比较。Fukuda和Nakagawa（1985），Flerchinger和Saxton（1989），Lundin（1990）采用机理模型模拟了冻土系统中的水热迁移，在模型中考虑了地气间的显热交换，但没有考虑潜热交换和地表蒸发。在冬季地气间潜热通量虽然小于显热通量，但二者为同一量级，忽略蒸发潜热必然会对计算结果产生一定的影响。
第二类模型是应用不可逆过程热力学原理描述土壤水热通量，称为热力学模型（Kay和Groenevelt，1974；Groenevelt和Kay，1974；Kung和Steenhuis，1986）。这一模型与机理模型在土壤未冻区一致，其区别仅在于冻结区。模型中考虑了在温度梯度及水（包括固、液、气三相）势梯度作用下的水、汽、热迁移。模型假定冻土中冰和水处于平衡状态，其化学势相等，并假定冰压力为0，忽略重力影响，利用Clapeyron方程，可得到：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
式中：pw为水压力；Hf、vl分别为水的结冰潜热和比容；T为土壤温度。
根据这一关系，土壤水势梯度可用温度梯度表示，因此在冻结区的未知量只有温度T，水、汽、热通量均为温度及温度梯度的函数。将这些通量关系与质量、能量守衡原理相结合即可得到冻土中水热耦合迁移的热力学模型。这一模型与机理模型相比，不需要确定未冻含水率与负温的关系。但在模型的推导过程中引入了Clapeyron方程，一般认为该类模型只适用于土壤冻结温度附近的一个有限温度范围，对于较低负温下该模型的适用性尚未得到试验验证。
Kung和Steenhuis（1986）用热力学模型模拟了土柱一端突然降到负温时的土壤冻结过程，其结果与实验规律相一致。计算结果表明，水汽迁移量比液态水迁移量小两个数量级，而对流传热量比传导热量也小两个量级。因此，忽略土壤冻结过程中的水汽迁移，对流传热对计算结果的影响较小。
Shen和Ladanyi（1987）在冻土水、热耦合模型中加入了土体应力场模型，模型中考虑了水热迁移和土体变形，并分别用有限差分法、有限单元法模拟了饱和土壤的冻结过程，其温度剖面、土体冻胀量与试验结果比较吻合。
国内对冻土水热耦合迁移问题的研究起步较晚。杨诗秀（1988）采用机理模型模拟了水平、垂直土柱的冻结过程，并定性地分析了土壤初始含水率对土壤冻胀量的影响。中国科学院兰州冰川冻土研究所（1989）对冻结过程中土壤水分、温度、应力场问题进行了研究。叶伯生和陈肖柏（1990）、胡和平（1990）在水热迁移的机理模型中，引入Clapeyron方程研究冻土中水热迁移问题，这种处理方法不仅存在上述Clapeyron方程的适用性问题，而且还存在该方程与土壤冻结特性曲线之间的相容性问题。李述训和程国栋（1995）对室内土壤冻结、融化过程进行了数值模拟。雷志栋等（1998，1999）模拟了冻结条件下土壤的水热耦合迁移规律，但未考虑气态水迁移及热的对流迁移。郑秀清（2001）采用包括气态水迁移和热对流迁移的水热耦合数值模拟模型，模拟了天然条件下土壤的季节性冻融过程以及其中的水热迁移规律，取得较好的结果。
土壤盐分对土壤冻结状况及其水分迁移有很大影响，正如Cary等（1979）所指出的，当土壤溶液中的盐分在冻结缘积累时，冻结锋面处的渗透压梯度对水分迁移有很大的阻碍作用。即使土壤的含盐量非常低，渗透势和盐分迁移对土壤水热迁移也有很大影响。美国农业部农业工程研究服务中心Flerchinger及Saxton（1989）建立了积雪-残茬-土壤系统中水热迁移的数值模拟模型，考虑了盐分对水热迁移的影响。练国平和曾德超（1988）首次在国内建立了冻土水热盐运动数学模型，在此基础上黄兴法等（1993）对冻结期土壤水热盐运动规律进行了数值模拟，并取得较好的效果。
综合20世纪60年代以来国内外关于冻土水分入渗、迁移问题的研究进展，冻融土壤水分运动问题在理论、计算方法以及室内外试验方面均进行了一定的研究，对其运动规律有了一定的认识，取得了可喜的进展，但由于课题本身的复杂性、测试仪器设备的限制以及研究的滞后性，大多数研究都是模拟室内的土壤冻融过程。由于这类模拟试验土柱的边界条件比较简单，与自然条件下的冻结过程差异较大，因此很难应用于生产实际。有关自然条件下冻融土壤系统的水分运动规律问题有待于进一步深入研究。在土壤水分入渗和迁移方面，存在下列问题亟待解决：
（1）对田间冻土入渗普遍规律的研究缺乏综合性和系统性。尽管国内外对田间冻土入渗试验的研究已经取得一定的进展，但由于研究目的不同、考虑因素单一，其研究多以冰川和积雪地区的区域水资源评价或预测为目的。
（2）对冻融土壤水分入渗的主导影响因素的研究和认识很不够。如研究者对土壤温度对冻结土壤入渗能力影响的认识等。
（3）冻结土壤水分入渗模型的研究还不够深入。纵然就目前的研究手段而言，研究出较好的描述田间冻土水分入渗理论模型存在很大困难，但提出有关冻土入渗的经验模型还是有可能的。但截止到目前，对冻结土壤水分入渗模型的研究甚少。
（4）结合生产实际对自然条件下整个越冬期长时间的土壤冻融过程中水热迁移问题的研究还很缺乏，尤其是对冻融土壤水分保持特性及不同地表条件下越冬期土壤水分的保持特性的研究。
（5）冻融条件下土壤水分迁移的理论还不够完善，对其内部客观物理机制的理解还不够深入，快速、有效的数值计算方法还有待进一步的研究，结合生产实际对天然条件下土壤冻融过程中水热迁移问题的研究成果相对薄弱。
② 土壤水分越接近饱和，基质势越高，水势的绝对值越小，这句话对还是错。
这句话是对的。
土壤的基质势是负值，含水比越高则基质势越大，饱和时无限接近于0.土水势由基质势，渗透势，重力势，压力势构成，其中压力势可以忽略不计，重力势对同一块土壤来说保持不变，同一种液体（水）对土壤的渗透势为负值且随着饱和度的增大而增大，直至接近于0，所以绝对值是越来越小的。
③ 有作物条件下的“四水”转化关系研究
研究田间有作物条件下的土壤水运动，大气水、地表水、土壤水、地下水的相互转化关系，比较利用地中渗透计测定无作物条件下的降水入渗和潜水蒸发，更为复杂。首先是土壤质地和地层结构差异甚大，试验条件很不相同，而且作物腾发、根系吸水本身就是一个十分复杂的课题。但在缺水对策研究中，在水资源综合评价和合理开发利用研究中，它更切合实际，更能真实反映自然状态，因此，更具有实际意义和应用价值。
一、土壤水和土水势的计算
（一）土壤水的计算
试验采用英国沃灵福水文研究所制造的IH—Ⅱ型中子水分探测仪（简称中子仪），根据商丘均衡试验场试验田实际情况，进行了中子仪野外现场标定。
土壤固体颗粒构成土壤骨架，土壤孔隙充填水和空气，土壤水含量（含水率）就是水占三相体的比例。本试验用体积含水量表示，单位%(cm3/cm3），也可用水柱高表示，单位c mH2O或mmH2O。
根据中子仪在田间土壤剖面上的观测读数和在水中的标准读数，按照不同的土壤质地、不同的中子仪标定议程，即可算出任一时间、任一深度的土壤水含量，也可以计算出定位点或全剖面上的土壤水含量。
（二）土水势的计算
土水势是土壤水所具有的势能，是用物理能量观点来研究土壤水的贮存、运移和转化。根据热力学理论基础，土水势遵循能量守恒的热力学第一定律，同时遵循热力学第二定律，自发由能量高的状态向能量低的状态运动。运动的驱动力是任两点的土水势差。任一点的土水势，则是将该点的土壤水状态移动到标准参考状态时所做的功。由此导出的总土水势ψ为5个土水势分势之和：
ψ＝ψZ＋ψP＋ψm＋ψs＋ψt
式中：Z ——重力势；
ψP——压力势；
ψm——基质势；
ψs——溶质势；
ψt——温度势。
在分析田间土壤水分运动时，压力势、溶质势、温度势一般都可以不考虑的情况下，总土水势ψ由基质势ψm和重力势ψZ组成，即：
ψ＝ψm＋ψZ
1.基质势
基质势是土壤基质吸附土壤水形成的土水势。饱和状态的土壤水基质势为零，非饱和状态土壤水的基质势则为负值。
本试验采用真空表负压计、汞柱负压计来测定土壤水的基质势。真空表负压计计算基质势公式为：
ψm=-1.36Zhg+Z0
式中：ψm——土壤水基质势，单位为cmH2O;
Zhg——真空表读数，单位为mmHg;
Z0——真空表至陶土杯中心距离，单位为cm。
汞柱负压计基质势公式为：
ψm=13.6h0-12.6h-Hm
式中：h——汞柱负压计读数，记mmHg；
h0——汞槽液面读数，记mmHg;
Hm——负压计0点至陶土杯距离，记cm，测点在0点以上为负，以下为正。
2.重力势
重力势与土壤性质无关，它仅仅取决于所测土壤点到标准参考状态的高度或高程差，标准参考状态可任意选定，一般选在地表面或地下水水位，规定测点在标准参考状态面之上为正，之下为负，重力势计算公式为：
ψZ＝±Zm
式中：ψZ—－土壤水重力势；
Zm——陶土杯至参考状态平面的距离。
利用以上公式即可计算出田间土壤剖面上任一时间、任一深度的总土水势。
二、潜在腾发量的推求
田间有作物条件下，土壤水的蒸发蒸腾是一个较为复杂的物理过程，从宏观分析，主要包括植物株间的表土蒸发和与植物生理有关的叶面蒸腾。在研究田间土壤水分运动时，常把蒸发和蒸腾作为一个量，称腾发量。在解决实际问题时，腾发量又有潜在腾发量和作物实际腾发量之分。
（一）潜在腾发量估算
潜在腾发量，也称潜在腾发力，是指“从高度一致、生长旺盛、完全遮盖地面而不缺水的8～15cm 高的绿色草地（植物指矮秆作物花紫苜蓿）上所蒸发蒸腾的速率”，它主要受气象因素的影响，是大气蒸发能力的量度。
估算潜在腾发量的方法较多，应用最广泛的方法是彭曼综合法。但在彭曼公式中，存在一些很难测得的参数项，如净辐射等，还有一些参数是所作的假定，其计算所得的是自由水面的潜在蒸发量。本次试验根据某些经验关系，在原公式的基础上，作了一些取代和修正，修正后的彭曼公式为：
河南省地下水资源与环境问题研究
式中：ETP——潜在腾发量，单位为mm/d；
Δ——33.8639[0.05904(0.00738T+0.8072)7-0.0000342];
T——月平均气温，℃；
r——温度常数，
P——当地大气压，单位m b，在数值上P=1013.25-0.1055Z=1008.19;
Z——当地标高，m;
L——595-0.51T;
河南省地下水资源与环境问题研究
RA－－大气层太阳辐射量，mm/cm2·d；
n——当地日照时数；
N——当地最大日照时数；
Tk——273+T；
σ——1.985×10-9;
e——当地水汽压，mb;
Eε——0.26(1+Bμ2）（es-e）；
B=0.07(TM-Tm）﹣0.625
TM——月平均最高气温，℃；
Tm—月平均最低气温，℃；
μ2——2m高处风速，m/s;
es——33.8639[(0.00738T+0.8072)8-0.000019(1.8T+48)+0.001316]。
（二）潜在腾发量与水面蒸发量的关系
试验研究证明，利用彭曼公式推求的作物潜在腾发量结果，与单一气象因子水面蒸发量，有较好的正相关关系。潜在腾发量的时空变化，与水面蒸发量的时空变化，其规律基本相同，在数量绝对值上，作物的潜在腾发量则略偏低于同期的水面蒸发量。
三、利用土壤水分运动通量法进行田间水量平衡分析
土壤水分运动通量法直接应用达西定律和质量守恒原理来进行田间“四水”均衡要素和水量平衡分析，来研究田间土壤水分的贮存、运移和转化关系的。通量法具体有零通量面方法和定位通量方法。
（一）零通量面方法进行田间水量平衡分析
在零通量面存在时，田间水量平衡方程公式为：
ETO=P－Δθ
式中：ETO——零通量面存在时的腾发量；
P——时段降水量；
Δθ——土壤水储存变化量。
利用零通量面方法，进行田间水量平衡试验并计算，结果表明，试验作物生长期，体现了零通量面的发生、发展、消亡、再发生的全过程及演变规律。较明显的重复有4次，首次是7月的夏玉米拔节期，在较大降雨和灌水之后而发生，因又降雨而消亡，发展存在了10天。第2次为8、9月的夏玉米抽雄灌浆期，继前次又降雨之后发生，持续时间较长，习惯供水型夏玉米则因灌水而破坏零通量面，持续时间较短。第3次为冬小麦幼苗过冬期，发展时间最长达72天。第4次是4月的冬小麦拔节期，同样因降雨而发生。总之，零通量面发生和消亡的直接原因都是因较大降水或灌水所致；发展演变时间长短，水量平衡因素腾发量的大小，主要受气象因素控制和人为因素影响，发展深度多在40～50cm 发生，逐渐演变到120cm 而消失，其类型主要为向上腾发，向下下渗的发散型零通量面。
（二）定位通量方法进行田间水量平衡分析
定位通量方法是根据非饱和状态土壤水运动的基本规律和达西定律提出的。田间土壤水运动，可概化为垂向一维运动，非饱和状态土壤水和饱和状态土壤水一样，遵循热力学第二定律，水分由高水势自发向低水势方向运动，运动基本规律遵从达西定律。
根据质量守恒原理，有关田间的总水量平衡方程为：
河南省地下水资源与环境问题研究
式中：P——大气降水量；
W——灌水量；
R——地表水径流量；
ETD——腾发量，由定位通量方法求得；
F——土壤水侧向径流量；
Δθ——土壤水储存变化量；
qD——地下水变化量，即蒸发或下渗通量。
根据商丘均衡试验田条件，可将土壤水分运动概化为垂向一维流运动，计算公式可简化为：
河南省地下水资源与环境问题研究
利用定位通量方法进行田间水量平衡计算结果表明，田间非饱和状态的土壤水分运动，不分习惯和节水供水型农田，不论夏玉米和冬小麦哪种生长期，普遍遵从基本规律是土水势高的自发地向土水势低的方向运移和转化。土水势差是土壤水运动的动力。土壤水分运动通量的大小，取决于土水势和非饱和导水率两个参数项。土水势既决定着定位点或土壤剖面水分运移方向，判释是向上腾发还是向下下渗，也关系着非饱和导水率的变化，它和饱水状态含水层中的水流运动一样，具有速度的量纲，当土壤水在降水或灌水影响作用下增大时，土水势的基质势就增高，与基质势呈函数关系的非饱和导水率随之增长，定位点的通量就越大，与土水势剖面一致为向下下渗通量，当土壤水在腾发作用下消耗时，则与此相反。
试验表明，习惯供水型与节水供水型的定位通量相比，夏玉米生长期，习惯比节水供水型的向上通量少13.4m m，向下下渗量则多32.2m m，冬小麦生长期，也是类似趋势，表明实行节水供水后，降水和灌水对土壤水和地下水的人渗补给将要减少，而土壤水和地下水消耗于作物腾发将要相对增大。
在田间进行水理平衡后，定位通量分析的作物实际腾发量，具有与作物生长阶段基本一致的总趋势。同时，作物的实际腾发量受供水条件限制，不同的供水条件，将产生不同的作物腾发，而实际节水供水后，田间作物对供水的利用率，则比习惯供水要高。
（三）两种方法对比
作为一种方法而言，零通量面方法直观容易计算，但应用条件受到严格限制，它只能适用于零通量面存在的条件下，计算上部向上的通量，即腾发量较为明显，计算本土壤剖面下部向下的下渗通量时就遇到困难。定位通量方法则有较广泛的适应性，它适用于零通量面存在的条件，又适用于零通量面不存在的条件，即作物生长的全过程都可以应用。因此，定位通量法是一种有实用价值的方法，在研究“四水”相互转化关系时，可以推广应用。
四、不同供水下“四水”转化关系初步分析
本试验所谓不同供水，是在相同的自然因素影响作用下，人为因素作用的不同，即前述设置的习惯供水型农田和节水供水型农田，采用两种灌溉供水制度，研究习惯供水条件下和节水供水条件下，大气水、地表水、土壤水、地下水的相互转化关系、相互制约关系、转化量和转化规律。这两组对比观测试验，只有灌溉供水差异，其他观测实施方法、试验方案、田间措施完全相同。
（一）两个典型阶段“四水”转化分析
在试验田间，对一次较大降水或灌水后，不久又降水的时期，田间降水以入渗为主，腾发次之，称为入渗—腾发型转化阶段；对一次较大降水或灌水后，很久没有降水或灌水阶段，田间土壤水以蒸发为主，称为腾发—入渗型转化阶段。
（1）入渗—腾发型阶段的“四水”转化。根据试验场区条件，即使较大降雨，试验田也没有产生地表径流，降水主要是入渗，入渗补给土壤水，土壤水超过田间持水量足够多时，则入渗补给地下水，而其表层土壤水，或积存在地表面的降水，随时都在消耗于腾发，转化为大气水。
（2）腾发—入渗型阶段“四水”转化。试验表明，在一次降水后，长期无降雨发生时，田间“四水”转化，主要是作物实际腾发，腾发量主要由吸收的土壤水转化。土壤水在农业生产实践中的重要意义，由此可见一斑。
（二）作物不同生长期的“四水”转化分析
田间试验作物不同生长期“四水”转化，即受供水条件制约，也与作物生长期密切相关。本次试验中，夏玉米在幼苗期，降水96.8m m，因作物生长所需腾发量小，使降水转化为土壤水的量就大；在拔节期，降水和灌水总量达315.9m m，因降水充沛，虽然腾发量较苗期大2倍还多，但仍有147.3m m和69.1m m的水，分别转化入渗补给土壤水，形成下渗通量补给地下水；在抽雄期，作物生长所需腾发量最大为124.5m m，降水1.2mm和灌水75mm，远不能满足生长所需，吸收利用了63.7mm的土壤水；在灌浆期，作物需水量明显下降，降水52.7m m与腾发67.3m m，基本平衡。
冬小麦的4个生长期，其总的转化关系及转化规律，与夏玉米的4个生长期是基本一致的。作物实际腾发量分析，都呈现“幼苗期＜拔节期＜抽雄期和拔节期＞灌浆期”的规律，即随着作物各生长期变化，“四水”相互转化关系及相互制约关系，也随着作相应的调整和变化。
（三）不同供水条件下的“四水”转化分析
试验表明，在习惯供水型和节水供水型两种不同供水条件下，“四水”转化结果是有区别的。
1.大气降水在“四水”转化关系中的作用
大气降水是田间各类水的总水源，它普遍而深刻地影响着地表水、土壤水、地下水。其转化量和制约关系，取决于降水量的大小。在相同的降水条件下，若产生的地表水径流越多，入渗补给量就越小，当不产生地表水径流时，除作物叶面截留，则入渗补给土壤水近似等于降水，降水较大时，才入渗补给地下水。
习惯供水型夏玉米，习惯供水型冬小麦，含降水和灌水的供水，均比节水供水型多，呈现少供水、少入渗，多供水、多入渗的近似正比的关系，相对习惯供水型而言，节水型供水入渗补给土壤水、入渗补给地下水都有相对减少趋势。
2.土壤水在“四水”转化关系中的意义
土壤水，在传统的水资源评价和利用及管理研究中，一直为薄弱环节，本试验研究表明，对土壤水的实用价值、土壤水在“四水”转化关系中的调蓄作用，应有一个新的认识和充分估价。
本试验田条件下，土壤水储存于厚度为5.5m的非饱和状态土壤介质中，受大气降水、灌溉水、地下水的多重补给，又可转化为地下水，消耗于作物实际腾发。
习惯供水型夏玉米和冬小麦试验表明，在土壤质地相同时，土壤水储存量与非饱和土层厚度有关，非饱和状态土层越厚，土壤水储存量越多，试验中，100cm和390cm 土层的动储存量近似一致，说明土壤水时空变化主要在100cm 内进行。土壤水的静储存量和最大储存量，则反映了土壤水的一次性调蓄功能，还可以一次又一次的重复利用。
节水供水型夏玉米和冬小麦，以习惯农田各项对比，同期同深度的土壤水静储存量、最大储存量大致相同，唯有土壤水动储存量明显减少，说明节水供水后，供水对土壤水的入渗补给将要减少。
由100cm 定位通量方法，确定的土壤水向上通量和向下下渗量，则可近似地表达了土壤水和地下水的相互转化关系。在实行节水供水后，地下水和土壤水的消耗于腾发，有相对增大趋势。如本次试验中，节水夏玉米农田，地下水多消耗13.4m m，土壤水多消耗32.9mm。
从土壤水的主要消耗项——作物实际腾发量分析，主要是被农田作物吸收和利用，土壤水由作物生长所需的腾发，又转化为大气水。受供水条件限制，习惯农田比较节水农田，作物实际腾发量要大，但对供水的有效利用率，节水供水条件下明显高于习惯供水条件下。
总之，土壤水如同“地下水库”的作用一样，调蓄着土壤—植物、地表水—地下水、大气水为连续体的“四水”转化关系。
3.地表水和地下水的转化关系分析
据田间自记的地下水动态资料分析，1988～1989年，地下水位埋藏深度，基本稳定在5.5m 左右，受气象（主要是降水）、消耗（主要是开采灌水）影响，仅有微升微降变化，属降水入渗补给－开采蒸发消耗型动态类型。试验区内非饱和状态土层为粉质亚粘土、粉质亚砂土等多层交错结构，有足够大的土壤水储存空间，使降水对地下水的入渗补给甚微。且实行节水型供水条件后，地下水的入渗补给量有相对减少趋势，地下水的腾发消耗则有相对增大趋势。
另据田间两个地表径流池实测，试验期间，习惯供水型与节水供水型农田，一日最大降水量50.1m m，连续两日最大降水量83.1m m，最长连续六日降水147.8m m 时，都没有产生地表径流量或产流无径流。其根本原因是地下水水位埋深大，非饱和状态土壤储存水的空间大，降水与入渗补给土壤水近似呈正比关系，这也是本平原区近年来地表径流量减少的重要原因。
④ 土壤学如何考
二.土壤的本质特征？肥力的四大因子？
答：土壤的本质特征是土壤具有肥力；肥力的四大因子是水、肥（营养物质）汽、热（环境）。
三.土壤组成如何？土壤学发展过程的三大学派？
答： 固体颗粒（38%）
固 相（50%）
土壤 有机物（12%）
气相（50%）
粒间空隙（50%）
液相（50%）
土壤学发展过程的三大学派：1.农业化学学派。（提出矿质营养学说）。2.农业地质学派（19世纪后半叶）。3.土壤发生学派（提出土壤是在五大成土因素作用下形成的）。
四.岩石根据生成方式不同分为哪几类？
答：分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
五.岩浆岩的分类方式如何？（生成方式、化学成分）
答：按含二氧化硅的多少分为（1）.酸性岩（二氧化硅含量大于65%）。（2）.中性盐（二氧化硅含量在52%——65%）。（3）.基性岩（二氧化硅含量在45%——52%）。（4）.超基性岩（二氧化硅含量小于45%）。
由构造不同分为（1）.块状构造（2）.流纹构造（3）.气孔构造（4）.杏仁构造。
六.岩石矿物对土壤有何影响？
答：（1）.影响土壤的质地；（2）.影响土壤的酸碱性：（3）.影响土壤中的化学组成。
七.分别举出常见的原生矿物以及次生矿物五六类.
答：原生矿物:长石类、角闪石和辉石、云母类、石英、磷灰石、橄榄石; 次生矿物:方解石，高岭石，蛇纹石。
八.举出几种常见的沉积岩及变质岩.
答:沉积岩:砾岩.砂岩.页岩.石灰岩.白云岩. 变质岩:板岩.千枚岩.片岩.片麻岩.大理岩.石灰岩.
二. 物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用的作用方式分别是什么？
答：物理风化：1.温度作用或温差效应2.结冰作用或冰劈作用3.风的作用4流水的作用.
化学风化：1.溶解作用2.水化作用3.水解和碳酸化作用4. 氧化作用5. 溶解作用.
生物风化：1.机械破坏作用(根劈作用)2.化学破坏作用(主要通过新陈代谢来完成).
三. 物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用的最终结果如何？
答：物理风化：产生了与原岩石、矿物化学成分相同而粗细不等的碎屑物质覆盖在岩石表面。
化学风化：1.形成可溶性盐类，都是养料成分，为植物提供营养。2.形成了次生粘土矿物，在土壤肥力中作用巨大。3.形成了残留矿物，如：石英在土壤中以粗大砂粒存在。
生物风化：为母质中增加了岩石和矿物中所没有的N素和有机质。
四．影响风化作用的因素有哪些？
答：1.气候条件.2. 矿物岩石的物理特性：矿物颗粒大小、硬度、解理和胶结程度.3. 矿物岩石的化学特性和结晶构造.
五．风化产物的地球化学类型、生态类型分别有哪些？
答：风化产物的地球化学类型: 1. 碎屑类型. 2. 钙化类型. 3. 硅铝化类型. 4. 富铝化类型.
风化产物的生态类型:1. 硅质岩石风化物2. 长石质岩石风化物.3.铁镁质岩石风化物.4. 钙质岩石风化物.
二.母质因素在成土过程中的作用？
答：母质是形成土壤的物质基础，是土壤的骨架和矿物质的来源。主要表现是：
1．母质的机械组成影响土壤的机械组成。
2．母质的化学成分对土壤形成、性质和肥力均有显着影响，是土壤中植物矿质元素（氮素除外）的最初来源。
三. 气候因素在成土过程中的作用？
答：气候决定着土壤形成过程中的水、热条件，是直接影响到成土过程的强度和方向的基本因素。它（水分和热量）对土壤形成的具体作用表现在：
1．直接参与母质的风化和物质的淋溶过程。2．控制着植物和微生物的生长。
3．影响着土壤有机质的累积和分解。4．决定着养料物质生物小循环的速度和范围
四. 生物因素在成土过程中的作用？
答：在土壤形成过程中，生物对土壤肥力特性和土壤类型，具有独特的创新作用。其影响及作用可归纳为：
1．创造了土壤氮素化合物，使母质或土壤中增添了氮素养料。
2．使母质中有限的矿质元素，发挥了无限的营养作用。
3．通过生物的吸收，把母质中分散状态的养料元素，变成了相对集中状态，使土壤的养料元素不断富集起来。
4．由于生物的选择吸收，原来存在于母质中的养料元素，通过生物小循环，更适合于植物生长需要，使土壤养分品质不断改善。
五.地形因素在成土过程中的作用？
答：1．影响大气作用中的水热条件，使之发生重新分配。如坡地接受的阳光不同于平地，阴坡又不同于阳坡；地面水及地下水在坡地的移动也不同于平地，从而引起土壤水分、养分、冲刷、沉积等一系列变化。
2．影响母质的搬运和堆积。如山地坡度大，母质易受冲刷、故土层较薄；平原水流平缓、母质容易淤积、所以土层厚度较大；而洪积扇的一般规律则是顶端（即靠山口处）的母质较粗大、甚至有大砾石；末端（即与平原相接处）的母质较细，有时开始有分选。顶端坡度大、末端坡度小，以及不同部位的沉积物质粗细不同，亦会造成土壤肥力上的差异。
二.研究土壤剖面的意义
答：他不仅能够反映土壤的特征，而且还可以了解土壤的形成过程，发展方向和肥力特征；为鉴别土壤类型，确定土壤名称提供了科学依据。
三.说明下列符号的土壤学含义:
答：Bk为钙积层 Bt为粘化层 Bca 钙积层 C母质层 D母岩层 G潜育层 W潴育层 T泥炭层;
Cc表示在母质层中有碳酸盐的聚积层; Cs表示在母质层中有硫酸盐的聚积层。
A—D 原始土壤类型；A—C 幼年土壤类型；A—B—C 发育完善的土壤类型。
二.问答题
1. 简述土壤有机质的作用？
答： 土壤有机质是植物营养的重要来源，同时对土壤水、肥、气、热起重要的调节作用：
（1）植物营养的重要库源；（2）提高土壤保水保肥能力和缓冲性能；（3）改善土壤物理性质；
（4）增强土壤微生物活动；（5）活化土壤中难溶性矿质养料；（6）刺激、促进植物的生长发育。
2. 富里酸（FA）与胡敏酸(HA)性质上的区别？
答：（1）溶解性：FA＞HA；（2）酸性：FA＞HA；（3）盐：HA一价溶于水二三价不溶，F A全溶；.（4）分子组成：式量HA＞FA，HA含碳氮多，含氢氧少，FA相反；（5）颜色：HA深（又名黒腐酸），FA浅（又名黄腐酸）；（6）在土壤剖面中的迁移能力：FA强。
3. 有机残体的碳氮比如何影响土壤有机物分解过程？
答：一般认为，微生物每吸收一份氮，还需吸收五份碳用于构成自身细胞，同时消耗20份碳作为生命活动的能量来源。所以，微生物分解活动所需有机质的C/N大致为25﹕1
当有机质地C/N接近25﹕1时，利于微生物的分解活动，分解较快，多余的氮留给土壤，供植物吸收；
如果C/N大于25﹕1，有机质分解慢，同时与土壤争氮；
C/N小于25﹕1，有利于有机质分解，并释放大量的氮素。
4．土壤有机物分解的速度主要取决于哪两个方面：
答：土壤有机物分解的速度主要取决于两个方面；内因是植物凋落物的组成，外因是所处的环境条件。
①外界条件对有机质转化的影响：外界条件通过对土壤微生物活动的制约，而影响有机质的转化速度，这些外界因素主要有土壤水分、温度、通气状况、土壤pH值，土壤粘力等。
②残体的组成与状况对有机质转化的影响：有机残体的物理状态，化学组成，及碳氮比影响。
5．土壤有机质的腐殖化过程可分为几个阶段：
答：①第一阶段（原始材料构成阶段）：微生物将有机残体分解并转化为简单的有机化合物，一部分经矿质化作用转化为最终产物（二氧化碳、硫化氢、氨等）。其中有芳香族化合物（多元酚）、含氮化合物（氨基酸或肽）和糖类等物质。
②第二阶段（合成腐殖质阶段）：在微生物作用下，各组成成分，主要是芳香族物质和含氮化合物，缩合成腐殖质单体分子。在这个过程中，微生物起着重要作用，首先是由许多微生物群分泌的酚氧化酶，将多元酚氧化成醌，然后醌再与含氮化合物缩合成腐殖质。
6．土壤有机质的类型及来源：
答：一、土壤有机质的类型： 进入土壤中的有机质一般呈现三种状态：
①基本上保持动植物残体原有状态，其中有机质尚未分解；
②动植物残体己被分解，原始状态已不复辨认的腐烂物质，称为半分解有机残余物；
③在微生物作用下，有机质经过分解再合成，形成一种褐色或暗褐色的高分子胶体物质，称为腐殖质。腐殖质是有机
质的主要成分，可以改良土壤理化性质，是土壤肥力的重要标志。
二、土壤有机质的来源：
①动植物和微生物残体； ②动植物和微生物的代谢产物； ③人工施入土壤的有机肥料。
7．土壤微生物在土壤中的作用：
答：土壤微生物对土壤性质和肥力的形成和发展都有重要的影响。
1．参与土壤形成作用： 2促进土壤中营养物质的转化： 3增加生物热能，有利调节土壤温度：
4．产生代谢产物，刺激植物的生长：5．产生酶促作用，促进土壤肥力的提高：
8．土壤微生物分布的特点：
答：①物分布在土壤矿物质和有机质颗粒的表面。 ②植物根系周围存在着种类繁多的微生物类群。
③物在土体中具有垂直分布的特点 。 ④微生物具有与土壤分布相适应的地带性分布的特点 。
⑤壤微生物的分布具有多种共存、相互关联的特点。
9．菌根菌的类型及特点：
答：菌根菌的类型：根据菌根菌与植物的共栖特点，菌根可分为外生菌根、内生菌根和周生菌根。
①外生菌根在林木幼根表面发育，菌丝包被在根外，只有少量菌丝穿透表皮细胞。
②内生菌根以草本最多。如兰科植物具有典型内生菌根。
③周生菌根即内外生菌根。既可在根周围形成菌鞘，又可侵入组织内部，这种菌根菌发育在林木根部。
特点：①菌根菌没有严格的专一性；同一种树木的菌根可以由不同的真菌形成。
②菌根对于林木营养的重要性，还在于它们能够适应不良的土壤条件，为林木提供营养。
③在林业生产中，为了提高苗木的成活率和健壮率，使幼苗感染相适应的菌根真菌，是非常必要的。
④最简单的接种方法，就是客土法，即选择林木生长健壮的老林地土壤，移一部分到苗床或移植到树穴中，促使苗木迅速形成菌根。
10．调节土壤有机质的途径：
答：①增施有机肥料。 ②归还植物（林木、花卉）凋落物于土壤。 ③种植地被植物、特别是可观赏绿肥。
④用每年修剪树木花草的枯枝落叶粉碎堆沤，或直接混入有机肥坑埋于树下，有改土培肥的效果。
⑤通过浇水，翻土来调节土壤的湿度和温度等，以达到调节有机质的累积和释放的目的。
二，简答题。
1土水势的特点。
答：土壤中的水分受到各种力的作用，它和同样条件（温度和压力等）下的纯自由水的自由能的差值，用符号Ψ表示，所以，土水势不是土壤水分势能的绝对值，而是以纯自由水作参比标准的差值，是一个相对值。
土水势由:基质势（Ψm） 溶质势（Ψs） 重力势（Ψg） 压力势（ΨP） 等分势构成。
2土壤空气特点。
答：a．二氧化碳的含量很高而氧气含量稍低。二氧化碳超过大气中的10倍左右，主要原因是由于土壤中植物根系和微生物进行呼吸以及有机质分解时，不断消耗土壤空气中的氧，放出二氧化碳，而土壤空气和大气进行交换的速度，还不能补充足够的氧和排走大量的二氧化碳的缘故。
b.土壤空气含有少量还原性气体。在通气不良情况下，土壤空气中还含有少量的氢、硫化氢、甲烷等还原性气体。这些气体是土壤有机质在嫌气分解下的产物，它积累到一定浓度时，对植物就会产生毒害作用。
c.土壤空气水气含量远高于大气。除表土层和干旱季节外，土壤空气经常处于水汽的饱和状态。
d.土壤空气组成不均匀。土壤空气组成随土壤深度而改变，土层越深，二氧化碳越多，氧气越少。
3土壤气体交换的方式有几种？哪一种最重要？
答：有两种方式：即气体的整体流动和气体的扩散，以气体的扩散为主。
4土壤空气对林木生长的影响。
答：土壤空气影响着植物生长发育的整个过程，主要表现在以下几方面：
（1）土壤空气与根系发育（2）土壤空气与种子萌发（3）土壤空气与养分状况（4）土壤空气与植物病害
5土壤热量的来源有哪些？
答：1、太阳辐射能 2、生物热 3、地球的内能
6土壤热量状况对林木生长的影响？
答：土壤热量状况对植物生长发育的影响是很显着的，植物生长发育过程，如发芽、生根、开花、结果等都只有在一定的临界土温之上才可能进行。
1.各种植物的种子发芽都要求一定的土壤温度 2.植物根系生长在土壤中，所以与土温的关系特别密切
3.适宜的土温能促进植物营养生长和生殖生长 4.土壤温度对微生物的影响
5.土温对植物生长发育之所以有很大的影响，除了直接影响植物生命活动外，还对土壤肥力有巨大的影响
7土壤水汽扩散的特点。
答：土壤空气中水分扩散速度远小于大气中水分扩散速率.
①土壤孔隙数量是一定的，其中孔隙一部分被液态水占有，留给水汽扩散的空间就很有限。
②土壤中孔隙弯弯曲曲，大小不一，土壤过干过湿都不利于扩散（土壤湿度处于中等条件下最适宜扩散）
8土壤蒸发率（概念）的阶段？
答：土壤蒸发率：单位时间从单位面积土壤上蒸发损失的水量。阶段性：
a．大气蒸发力控制阶段（蒸发率不变阶段） b．土壤导水率控制阶段（蒸发率下降阶段）
c．扩散控制阶段（决定于扩散的速率）
二.简答题
1.衡量土壤耕性好坏的标准是什么?
答: 土壤宜耕性是指土壤的性能.
①耕作难易:耕作机具所受阻力的大小,反映出耕后难以的程度,直接影响劳动效率的高低.
②耕作质量:耕作后能否形成疏松平整,结构良好，适于植物生长的土壤条件.
③宜耕期的长短:土壤耕性好一般宜耕期长.
2.试论述团粒结构的肥力意义?
答: 1小水库:团粒结构透水性好可接纳大量降水和灌水,这些水分贮藏在毛管中.
2小肥料库:具有团粒结构的土壤，通常有机质含量丰富,团粒结构表面为好气作用，有利于有机质矿质化,释放养分，团粒内部有利于腐殖质化,保存营养.
3空气走廊:团粒之间孔隙较大，有利于空气流通。
3.团粒结构形成的条件是什么?
答:①大量施用有机肥 ②合理耕作 ③合理轮作 ④施用石膏或石灰 ⑤施用土壤结构改良剂
4.砂土,粘土,壤土的特点分别是什么?
答:1.砂质土类:
①水→粒间孔隙大,毛管作用弱,透水性强而保水性弱,水汽易扩散,易干不易涝.
②气→大孔隙多,通气性好,一般不会积累还原性物质.
③热→水少汽多,温度容易上升,称为热性土,有利于早春植物播种.
④肥→养分含量少,保肥力弱,肥效快,肥劲猛,但不持久,易造成作物后期脱肥早衰.
⑤耕性→松散易耕,轻质土.
2.粘质土类:
①水→粒间孔隙小,毛管细而曲折,透水性差,易产生地表径流,保水抗旱能力强,易涝不易旱.
②气→小孔隙多,通气性差,容易积累还原性物质.
③热→水多汽少,热容量大,温度不易上升,称为冷性土,对早春植物播种不利.
④肥→养分含量较丰富且保肥能力强,肥效缓慢,稳而持久,有利于禾谷类作物生长,籽实饱满,早春低温时,由于肥效缓慢易造成作物苗期缺素.
⑤耕性→耕性差, 粘着难耕,重质土.
3.壤质土类:土壤性质兼具砂质土,粘质土的优点,而克服了它们的缺点.耕性好,宜种广,对水分有回润能力,是理想的土壤类别.
5.影响阳离子凝聚能力强弱的因素?
答：土壤胶体通常有负电荷，带负电的土壤胶粒，在阳离子的作用下，发生相互凝聚。
a高价离子凝聚能力大于低价离子。
b水化半径大的离子凝聚能力弱，反之较强（离子半径愈小，水化半径愈大）
c增加介质中电解质浓度也可以。以及有机质，简单无机胶体。
d比表面积越大凝聚能力越强。
一.影响阳离子交换能力的因素:
答:①电荷电价有关 ②离子半径及水化程度 ③离子浓度 ④土壤pH值 ⑤T的高低
二.影响阳离子交换量的因素:
答:①质地(土壤质地越粘重,含粘粒越多,交换量越大) ②腐殖质,含量↑,交换量↑
③无机胶体的种类,粘粒的硅铁铝率↑,交换量↑(腐>蒙>伊>高>非晶质含水氧化物) ④土壤酸碱性
三.阳离子交换作用的特征:
答: 特征：a可逆反应 b等价离子交换 c反应受质量作用定律支配
四.土壤吸收养分作用方式有几种?
答:①土壤离子代换吸收作用（即，物理化学吸收作用）:对离子态物质的保持。
②土壤机械吸收作用:对悬浮物质的保持。是指疏松多孔的土壤能对进入其中的一些团体物质,进行机械阻留。
③土壤物理吸附作用:对分子态物质的保持。是指土壤对可溶性物质中的分子态物质的保持能力。
④土壤吸附作用:对可溶性物质的沉淀保持。是指由于化学作用，土壤可溶性养分被土壤中某些成分所沉淀，保存于土中。
⑤生物吸附作用:植物和土壤微生物对养分具有选择吸收的能力。从而把养分吸收，固定下来，免于流失。
五.土壤胶体的类型（按成分及来源）有哪些?
答：成分: ①无机胶体(各种粘土矿物) ②有机胶体(腐殖质) ③有机无机复合体(存在的主要方式)
来源：
一.影响阳离子交换能力的因素:
答:①电荷电价有关 ②离子半径及水化程度 ③离子浓度 ④土壤pH值 ⑤T的高低
二.土壤阳离子交换量(CEC):在一定pH值时,土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，用每Kg土壤的一价离子的厘摩尔数表示,即Cmol(+)/Kg.(pH为7的中性盐溶液)
我国土壤阳离子交换量：由南→北，由西→东，逐渐升高的趋势。
一种土壤阳离子交换量的大小,基本上代表分了该土壤保存养分的能力.即通常说的饱肥性的高低.交换量大的土壤,保存速效养能力大,反之则小.可作为土壤供肥蓄肥能力的指标.
三.影响阳离子交换量的因素:
答:①质地(土壤质地越粘重,含粘粒越多,交换量越大)②腐殖质,含量↑,交换量↑③无机胶体的种类,粘粒的硅铁铝率↑,交换量↑(腐>蒙>伊>高>非晶质含水氧化物)④土壤酸碱性⑤
四.土壤盐基饱和度(BSP):交换性盐基离子占全部交换性阳离子的百分率.
我国土壤盐基饱和度:南→北↑,西→东↓
五.交换性阳离子的有效度:
答: 1根系←→溶液←胶粒 离子交换 2根系←→胶粒 接触交换
六.互补离子(陪伴离子):与某种交换性阳离子共存的其他交换性阳离子.
七.土壤吸收养分作用方式有几种?
答:①土壤离子代换吸收作用（即，物理化学吸收作用）:对离子态物质的保持。
②土壤机械吸收作用:对悬浮物质的保持。是指疏松多孔的土壤能对进入其中的一些团体物质,进行机械阻留。
③土壤物理吸附作用:对分子态物质的保持。指土壤对可溶性物质中的分子态物质的保持能力。
④土壤吸附作用:对可溶性物质的沉淀保持。是指由于化学作用，土壤可溶性养分被土壤中某些成分所沉淀，保存于土中。
⑤生物吸附作用:植物和土壤微生物对养分具有选择吸收的能力。从而把养分吸收，固定下来，免于流失。
八.粘土矿物的基本构造单元是什么?
答：是硅氧四面体和铝水八面体。
一.土壤酸性的形成:
1.土壤中氢离子的来源:①水的解离 ②碳酸的解离 ③有机酸的解离 ④无机酸 ⑤酸雨
2.土壤中铝的活化。
二.土壤碱性的形成机理（即土壤中OH根的来源）:土壤溶液中氢氧根的来源主要是钙、镁、钠、碳酸盐和重碳酸盐以及土壤胶体表面吸附的交换性钠水解的结果:
1.碳酸钙水解 2.碳酸钠水解 3.交换性钠的水解
三.土壤酸度的指标:土壤酸性一方面是由土壤溶液中的氢离子引起的,另一方面也可以由被土壤胶体所吸附的致酸离子(氢,铝)所引起.前者为活性酸,后者潜性酸.
酸性强度排列:潜性酸＞水解酸＞代换性酸＞活性酸
四.土壤碱性的指标:指总碱度和碱化度（见名词解释）
五.土壤缓冲性产生的原因:
①土壤具有代换性,可以吸附H,K,Na等很多阳离子②土壤中存在许多弱酸及其盐类,构成缓冲系统
③土壤中有许多两性物质,可中和酸碱 ④在酸性土壤中,Al离子能起缓冲作用.
六.土壤缓冲性的强弱指标及其影响因素:
强弱指标即缓冲量,影响因素有①粘粒矿物类型②粘粒的含量③有机质的影响
七. 土壤酸碱性差异的原因:
八.石灰改良酸性土的作用?
①中和土壤酸性②增加土壤中钙素营养，有利于微生物活动促进有机质分解③改良土壤结构
石灰用量=土壤体积×容重×阳离子交换量×(1－BSP) 单位:Kg/公顷
土壤计算题：
1.已知某田间持水量为26%,土壤容重为1.5,当土壤含水量为16%,如灌一亩地使0.5m深的土壤水分达到田间持水量,问灌多少水?
解：（26－16）%×1.5×667×0.5=50（m3/亩）
2.容重为1.2g/cm3的土壤，初始含水量为10%，田间持水量为30%，降雨10mm，全部入渗，可使多深土层达到田间持水量？
解：10%×1.2=12% 30%×1.2=36%
土层厚度=10/（36%－12%）=41.7mm
3.一容重为1g/ cm3的土壤，初始含水12%，田间持水量为30%，要使30cm厚的土层含水达到80%，需灌水多少？
解：12%×1=12% 30%×80%=24% 24%－12%=12%
12%×0.3×667=24 m3
4.某红壤的pH值5.0，耕层土重2250000kg/hm2，含水量位20%，阳离子交换量10cmol/kg，BSP60%，计算pH=7时，中和活性酸和潜性酸的石灰用量。
解：2250000×20%×（10-5－10-7）=4.455molH+/hm2
4.455×56÷2=124.74g/hm2
2250000×10×1%×40%=90000mol H+/hm2
90000×56÷2=2520000g
5.一种石灰性土壤，其阳离子交换量为15 cmol（+）/kg，其中Ca2+占80%，Mg2+占15%，K+占5%，则每亩（耕层土重15万kg/亩）土壤耕层中Ca2+，Mg2+，K+的含量为多少？
解：150000×15×1%=22500mol
22500×80%÷2×40=360000g
22500×15%÷2×24=40500g
22500×5%×39=43875g
6.土壤容重为1.36t／立方米，则一亩（667平方米）地耕作层，厚0.165m的土壤重量是多少？该土壤耕层中，现有土壤含水量为5％，要求灌水后达到25％，则每亩灌水定额为多少？
解：667×0.165=110.055t 110.055÷1.36×(25－5)％=16.185立方米