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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fa 26

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κ 134

4.1.3 土壤的热扩散率α 137

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 Method 199

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