三、土壤水分和空气
土壤水分和空气同存在于土壤孔隙中，土壤空隙若未充满水分，就必然被空气充满，两者互相消长着。
（一）土壤水分
土壤水分（Soil moisture）是土壤的重要组成成分之一。它不仅是植被生活不可缺少的生存因子，而且它和可溶性盐构成土壤溶液，成为向植物供给养分的介质。
1．土壤水分的来源及其耗损 土壤水分主要来自大气降水、灌溉水、地下水。此外，水汽的凝结也会增加土壤水分的含量，但这种水分含量很少，不占重要地位。
大气降水是土壤水的最大来源，而且是一切土壤水的原始补给源，但大气降水在渗入土壤的过程中，会受到不同形式的消耗和损失，不可能全部进入土壤中。大气降水到达地面之前，首先受到地面植物的截留，其截留量大约有30％。不同植物类型截留量有很大差异，一般木本植物（森林）的截留量大于草本植物（草地）。降到地面的水分，有一部分来不及渗入土壤内部而形成地表径流，进入湖泊、河流和海洋，这部分水分约占总降水量的5％。到达地面的水分，有一部分由地面蒸发，进入大气，这部分水分约占总降水量的10％。渗入到土层中的水分，约占总降水量的55％。可见降水中的大部分是被土壤吸收了。进入土壤中的水分，一部分被植物根系吸收，一部分直接沿大空隙直接渗漏到地下水层，一部分变为土壤中侧向流水，剩下的部分被土壤吸收保蓄。
土壤水分的消耗主要有土壤蒸发、植物吸收和蒸腾，水分渗漏和径流损失等，其中地面蒸发和水分渗漏最为重要。
土壤水分的蒸发分为两个阶段。第一阶段是在大气物理条件下，即在日照、气温、相对湿度、风速等起决定作用的条件下，土壤水分由饱和状态降低到田间持水量；第二阶段是在土壤本身特性起决定作用的条件下，土壤水分从田间持水量进一步下降到更低含水量的过程。例如，毛管孔隙多的土壤中，土壤水分不断通过毛管蒸发而损失，团粒结构好，非毛管孔隙多的土壤，毛管蒸发弱，水分消耗慢，土壤干层只限于上层，下层保水状况较好。
降水到达地表后，先由土壤孔隙吸收水分，孔隙充满水后，多余水分受重力作用向下渗漏，这种孔隙吸收水和重力作用的渗漏水分，叫做土壤透水性，或渗透性。透水性大小影响土壤保蓄水能力的强弱。
土壤透水性的大小常用渗透系数表示。渗透系数是指水压梯度等于1时，单位时间内渗透过单位面积的水量，以毫米每秒、厘米每秒、厘米每小时，或米每日来表示。土壤透水性主要决定于土壤孔隙的大小，也与土壤质地、结构、松紧度等有关。透水性强的土壤渗透系数达1米每日，不透水的土壤则小于0.001米每日。大多数土壤剩余水分一天内能排走，一般也不超过2－3天。
2．土壤水量的平衡 土壤水分含量受土壤水分的收入和消耗制约，当水分收入大于消耗时，土壤水含量增大，相反则减少，当收入和消耗相等时，土壤水含量保持不变。土壤水分的收入和消耗使土壤水含量相应变化时情况，叫做土壤水量的平衡（图1－19），其表达式为：
△水=水收入-水支出
土体水分的收入包括：大气降水输入量；地表径流输入量；土内侧流流入量；毛管上升水输入量；汽态水输入量；若有灌溉还应包括灌溉水量。
土体水分的支出包括：土壤蒸发量；植物蒸腾量；地表径流输出量；土内径流流出量；土壤渗漏量等。
不同气候条件下，土壤水分的收支状况是有差别的，维索茨基（Высоцкий Т．Н．）根据水分的收支情况，将土壤水分平衡分为三种类型，即淋溶型、非淋溶型和渗出型。实际上，自然界中还存在着三种类型之间的过渡类型，因此可划分为下列几种类型：
淋溶型：在年降水量大于年蒸发量的地区，土壤水分在土体中以向下流为主，使土体中的物质受到淋溶或机械迁移，森林土壤和酸性土壤多属此种水分状况类型。
非淋溶型：在降水量低于蒸发量的地区，降水量不能渗透湿润到底土层，只能达到土体的有限深度，因此，土体中的物质只被淋洗到一定深度而淀积下来，这种土壤水分状况称非淋溶型。干旱、半干旱草原土壤大多属于这种水分状况类型。
渗出型或上升型：降水量小于蒸发量，因蒸发强烈，下层可溶性盐随毛管水带到表层，从而引起土壤盐渍化，这种水分状况类型多出现在干旱和半干旱地区地下水位高的地方。
停滞型或滞水型：在地势低洼排水不良地区，土壤水分长期停滞，沼泽化土壤常具有此种水分状况类型。
冻结型：在高纬地带或高山、高原地区，土壤温度常低于0℃，土壤中水分形成永冻层，苔原、冰沼土往往有这种水分状况类型。
3．土壤水分类型及其特性 水分进入土壤后，受到重力、分子引力、毛管力等作用，存在不同的形态和运动形式，通常把土壤水分划分为：固态水、汽态水、吸湿水、膜状水、毛管水、重力水等几种类型（表1-8）。
1）固态水：固态水是以固体状态存在的水分。当土壤温度在0℃以下时，土壤液态发生冻结成为固态水，在高纬度地带及高山区的冰沼有永冻层的固态水存在，此外在冬季寒冷的中纬度地带，土壤有季节性固态水。固态水不能为植物所利用。
2）气态水：一般情况下，土壤中存在着气体状态的水分，它与土壤空气形成气态混合物，土壤空气被水汽饱和达100％时，土壤中水汽含量约为0.001％。土壤空气中湿度低于100％时，温度增高，土壤中水汽压力随之增大。水汽在土壤孔隙中靠扩散作用进行运动，而且单位距离内水汽压力相差越大，扩散越快。温度降低水汽压力随着降低，水汽则由温度高处向低处运动，而且可导致空气被水汽饱和和水汽凝结。可见气态水含量虽然很少，但由于它能自由移动，并能调节其他形态的水分，故其重要性不能忽视。
3）化合水和结晶水：化合水和结晶水统称为化学束缚水。化合水是指参与粘土矿物晶格组成，并被矿物所牢固保存的水，如Fe（OH）3、Al（OH）3等，只有在温度大于105℃，甚至大于300－500℃时才能释放出来的水分。结晶水是和矿物晶格相结合不够牢固的水分，如石膏CaSO4·2H2O、芒硝Na2SO4·10H2O等，它在较低的温度，如石膏60－65℃，芒硝20－25℃时就可分离出来。这两种水分不能直接参与土壤的物理作用，也不能为植物所利用（图1-20）。