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目录1

第1章 土壤基质及基质特征1

1.1 土粒的粒径分布1

1.1.1 土粒的粒级1

1.1.2 土粒的粒径分布和分析4

1.1.3 土壤质地7

1.2 土壤结构10

1.2.1 粘粒矿物的结构10

1.2.2 粘团的形成12

1.2.3 粘团的再团聚13

1.2.4 土壤团粒的稳定性和团粒粒径分布14

1.2.5 土壤结构15

1.3 土壤的比表面积和孔隙状况16

1.3.1 土壤的比表面积16

1.3.2 土壤的孔隙状况19

1.4 土壤的胀缩20

1.4.1 粘粒的水化作用21

1.4.2 渗透压的作用21

1.5 土壤基质的三相物质比22

1.5.1 土粒密度23

1.5.2 土壤容重23

1.5.3 总容重23

1.5.4 孔隙度24

1.5.5 土壤湿度24

1.5.6 土壤水量25

1.5.7 充气孔隙度fa26

习题一26

参考文献27

第2章 土壤水的保持和运动28

2.1 水的几个物理性质28

2.1.1 水分子的结构28

2.1.2 表面张力29

2.1.3 弯曲液面下的附加压强30

2.1.4 浸润现象32

2.1.5 毛细现象34

2.2 土壤含水量的测定35

2.1.6 液体的粘滞性35

2.2.1 烘干法36

2.2.2 中子法36

2.2.3 γ射线法38

2.2.4 TDR法39

2.3 土壤水的能态40

2.3.1 基准系统41

2.3.2 土水势41

2.3.3 土水势的分势42

2.3.4 两个术语45

2.3.5 平衡条件下土水势分析46

2.4.5 基质势47

2.4.4 压力势47

2.4.3 气压势47

2.4.2 溶质势47

2.4.1 重力势47

2.4 土水势几个分势的测定47

2.5 土水势的热力学基础50

2.5.1 自由能50

2.5.2 土壤水的自由能51

2.5.3 土—水—气系统的自由能52

2.6 土壤水特征曲线53

2.6.1 土壤水特征曲线的定义54

2.6.2 土壤水特征曲线在分析土壤水保持和运动中的几个用途54

2.6.3 影响土壤水特征曲线的因素57

2.6.4 土壤水特征曲线的滞后现象58

2.6.5 土壤水特征曲线的测定60

2.7 土壤水流概述62

2.7.1 毛细管中的层流运动63

2.7.2 土壤水流简化模型64

2.8 饱和流65

2.8.1 Darcy定律65

2.8.2 Darcy定律的适用范围67

2.8.3 导水率68

2.9 非饱和流74

2.9.1 非饱和流与饱和流的比较74

2.9.2 Buckingham-Darcy通量定律75

2.9.3 非饱和导水率75

2.9.4 非饱和导水率的毛细管模型76

2.9.5 稳定状态下的非饱和流问题80

2.10 连续性方程84

2.11 Richards方程86

2.11.1 Richards方程的含水量形式（θ方程）86

2.11.2 Richards方程的基质势形式（h方程）87

2.11.3 测定非饱和导水率的瞬时剖面法87

2.11.4 零通量面（ZFP—Zero Flux Plane）89

2.12 Richards方程的柱坐标形式90

习题二93

参考文献96

第3章 田间水分循环97

3.1 入渗97

3.1.1 概述97

3.1.2 经验入渗模型99

3.1.3 Green-Ampt入渗模型100

3.1.4 Philip入渗模型102

3.1.5 非均匀土壤剖面的入渗108

3.1.6 二维入渗110

3.2 再分布111

3.2.1 土壤水的再分布111

3.2.2 关于田间持水量的讨论113

3.2.3 非饱和导水率的田间测定114

3.3 通过大孔隙的土壤水流115

3.4 土面蒸发116

3.4.1 概述116

3.4.2 土面蒸发的三个阶段117

3.4.3 蒸发条件下土壤水运动的定解问题118

3.4.4 地下水位一定时的稳态土面蒸发120

3.4.5 无地下水（或地下水埋深很深）时的非稳态土面蒸发122

3.4.6 降低蒸发123

3.5 植物存在情况下田间土壤水循环124

3.5.1 辐射124

3.5.2 地面能量平衡126

3.5.3 蒸散率E1和显热H的估算127

习题三131

参考文献132

第4章 土壤温度和热流133

4.1 土壤的热状况133

4.1.1 土壤的热容133

4.1.2 Fourie热传导定律和热导率κ134

4.1.3 土壤的热扩散率α137

4.2 土壤热流基本方程138

4.2.1 土壤热流基本方程138

4.2.2 土壤热流基本方程的解139

4.3 温度对土壤水、气保持和运动的影响142

4.3.1 温度对土壤水吸力的影响142

4.3.2 温度梯度影响下土壤水、气的再分布143

4.3.3 非恒温条件下非饱和土壤水运动144

习题四144

参考文献145

第5章 土壤空气146

5.1 土壤空气的组成146

5.2 土壤空气与植物生长147

5.3 土壤中的气流149

5.3.1 气体质量守恒方程149

5.3.2 土壤中的气体对流150

5.3.3 土壤中的气体扩散151

5.3.4 气体传输方程153

5.4 几种情况下气体传输方程的解153

5.4.1 稳态情况下无反应气体的传输153

5.4.2 稳态情况下土壤中O2的传输和消耗154

5.4.3 稳态情况下土壤中CO2的传输和变化156

5.4.4 在植物根界面O2的消耗157

5.5 通过土壤的水汽流158

5.5.1 水汽通量方程158

5.5.2 近似的水汽通量定律159

习题五160

参考文献161

第6章 土壤溶质和溶质运移162

6.1 土壤溶质的形成形式162

6.2 溶质质量守恒公式163

6.2.1 守恒公式的推导163

6.2.2 土壤中溶质的存储164

6.2.3 通过土壤的溶质通量164

6.2.4 对流-弥散模型165

6.3 对流-弥散方程166

6.3.1 无反应、无吸附溶质运移166

6.3.2 无反应、有吸附溶质的输运170

6.3.3 土壤结构对溶质运移的作用172

6.4 土壤中的化学反应174

6.4.1 一阶衰变（first-order decay）174

6.4.2 对流-弥散方程和一阶衰变175

6.4.3 活塞流模型和一阶衰变175

6.5 通过土壤的可挥发有机化合物的运移176

6.5.1 相分配定律176

6.5.2 线性分配定律177

6.5.3 有效液—气扩散178

6.5.4 总的溶质通量179

6.5.5 化学物质从土壤中的挥发179

6.6 溶质运移的传递函数模型181

6.6.2 溶质生存时间及传输时间分布函数182

6.6.1 溶质运移容积182

6.6.3 传递函数方程183

6.6.4 传递函数参数的测定183

6.6.5 传递函数模型的分布函数185

6.6.6 随机-对流传递函数模型185

6.6.7 模型参数的估计187

习题六189

参考文献190

第7章 土壤的空间变异191

7.1 传统统计学研究方法192

7.1.1 合理取样数目的确定192

7.1.2 Monte-Carlo模拟的应用195

7.2 Inverse-Distance Method199

7.3.2 随机过程（时间序列）的概念200

7.3 区域化变量（regionalized variables）和它的随机函数200

7.3.1 区域化变量200

7.3.3 随机场和区域化变量的表示201

7.4 区域化变量的数字特征202

7.4.1 区域化随机变量的一阶矩202

7.4.2 区域化随机变量的二阶矩202

7.5 二阶平稳假设和本征假设（内蕴假设）203

7.5.1 二阶平稳假设204

7.5.2 本征假设（内蕴假设）204

7.5.3 二阶平稳假设与本征假设的比较205

7.5.4 准二阶平稳假设及准本征假设205

7.6 半方差模型206

7.6.2 实际计算中的几个问题207

7.6.1 半方差值的估算207

7.6.3 半方差函数的功能209

7.6.4 半方差函数的理论模型212

7.7 取样尺寸、取样间距对半方差函数的影响216

7.7.1 支撑尺寸（size of support） 正则化（regularization）216

7.7.2 套合模型（nested models）216

7.8 横互相关218

7.9 克里格插值（Kriging）219

7.9.1 克里格插值219

7.9.2 半方差函数的检验223

习题七224

参考文献226