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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