张力计法测定土壤水分特征曲线

土壤水动力学学院：环境科学与工程学院专业：水土保持与沙漠化防治学号：姓名：土壤水分特征曲线的研究与运用摘要：土壤水的基质势随土壤含水量而变化，其关系曲线称为土壤水分特征曲线。

该曲线反映了土壤水分能量和数量之间的关系，是研究土壤水动力学性质必不可少的重要参数，在生产实践中具有重要意义。

本文总结并比较分析了前人在土壤水分特征曲线测定方法中的各种模型，其中对Van Genuchten模型的研究较为广泛。

但为之在DPS中求解Van Genuchten模型参数和在试验基础上建立的土壤水分特征曲线的单一参数模型结构较为简单，省时省力，可进一步的推广运用。

关键词：土壤水分特征曲线Van Genuchten模型运用1.土壤水分特征曲线的研究1.1土壤水分特征曲线的概念土壤水分特征曲线是描述土壤含水量与吸力(基质势)之间的关系曲线。

它反映了土壤水能量与土壤水含量的函数关系,因此它是表示土壤基本水力特性的重要指标,对研究土壤水滞留与运移有十分重要的作用[1]。

1.2土壤水分特征曲线的意义土壤水分特征曲线反映的是土壤基质势(或基质吸力)和土壤含水量之间的关系。

土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低而不是自身的含水量。

如果测得土壤的含水量,可根据土壤水分特征曲线查得基质势值,从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度[2]。

1.3土壤水分特征曲线的测定方法1.3.1直接法通过实验方法直接测定土壤水分特征曲线的方法称为直接法。

直接法中有众多的实验室和田间方法，如力计法、压力膜法、离心机法、砂芯漏斗法、平汽压法等，而前3种应用最为普遍。

①力计法：是土壤通过土杯从力计中吸收水分造成一定的真空度或吸力，当土壤与外界达到平衡时，测出土壤基质势，再测出土杯周围的土壤含水量，不断变更土壤含水量并测相应的吸力，就可完成土壤水分特征曲线的测定。

力计法可用于脱水和吸水2个过程，可测定扰动土和原状土的特征曲线，是用于田间监测土壤水分动态变化重要的手段，在实际工作中得到广泛应用。

土壤水分特征曲线实验
土壤水分特征曲线实验是一种常用的研究土壤水分运动规律的方法。

该实验通过测量土壤含水量与土壤水势之间的关系，得出土壤水分特征曲线，从而了解土壤水分的分布和运移特性。

在实验中，首先需要采集待测土壤样品，并进行筛分、烘干等处理，以去除杂质和调整土壤质量。

然后，将土壤样品装入特制的容器中，并按照一定的加水量进行灌溉，使土壤达到不同的含水状态。

接着，使用仪器测量不同含水状态下的土壤水势和含水量，记录数据并进行统计分析。

最后，根据实验结果绘制出土壤水分特征曲线图。

通过分析土壤水分特征曲线，可以得出以下结论：
1. 土壤水分特征曲线呈现出一个“S”形曲线，即随着土壤含水量的增加，土壤水势先逐渐降低，然后迅速升高，最后趋于稳定。

这是因为土壤中的水分分子会形成不同的聚集体，如单粒团、微团粒等，这些聚集体会影响土壤水的运动和分布。

2. 土壤水分特征曲线可以分为两个阶段：第一阶段是快速下降期，此时土壤含水量较高，但土壤水势仍然较低；第二阶段是缓慢下降期，此时土壤含水量较低，但土壤水势已经趋于稳定。

这两个阶段的转折点称为“拐点”。

3. 土壤水分特征曲线的形状和位置受到多种因素的影响，如土壤类型、质地、温度、湿度等。

因此，在进行实验时需要严格控制这些因素的变化范围，以确保实验结果的准确性和可靠性。

土壤水分特征曲线土壤水分特征曲线，即土壤水的基质势（或土壤水吸力）随土壤含水量而变化，是描述土壤水状态的重要工具。

在农业科学、环境科学、土壤物理学以及水利工程等多个领域，它都发挥着至关重要的作用。

本文将深入探讨土壤水分特征曲线的内涵、测定方法、影响因素以及实际应用。

一、土壤水分特征曲线的基本概念土壤水分特征曲线反映了土壤水的能量状态和数量之间的关系。

通常，土壤水的基质势随土壤含水量的增加而降低，二者呈负相关。

当土壤含水量很高时，土壤颗粒表面的水膜较厚，土壤水吸力较低，基质势较高；而随着土壤水分的蒸发和植物吸收，土壤含水量逐渐降低，土壤颗粒表面对水分的吸附力增强，土壤水吸力增大，基质势降低。

二、土壤水分特征曲线的测定方法实验室内测定土壤水分特征曲线的方法主要有压力膜法、离心机法、砂性漏斗法、张力计法等。

其中，压力膜法和离心机法是最常用的两种方法。

1. 压力膜法：通过在封闭的压力室内对土壤样品施加一系列递增的压力，迫使土壤水分在不同的基质势下排出，从而得到土壤水分特征曲线。

2. 离心机法：将土壤样品置于特制的离心管中，通过离心作用产生的离心力使土壤水分排出。

通过改变离心机的转速，可以得到不同基质势下的土壤含水量。

三、影响土壤水分特征曲线的因素土壤水分特征曲线受多种因素影响，主要包括土壤类型、土壤结构、土壤有机质含量、土壤盐分等。

1. 土壤类型：不同土壤类型的土壤颗粒组成、孔径分布等物理性质不同，导致土壤水分特征曲线存在显著差异。

例如，砂土的土壤颗粒较粗，孔径较大，对水分的吸附力较弱，其土壤水分特征曲线较陡；而黏土的土壤颗粒较细，孔径较小，对水分的吸附力较强，其土壤水分特征曲线较平缓。

2. 土壤结构：土壤结构是指土壤颗粒的排列方式和孔隙状况。

良好的土壤结构有利于水分在土壤中的运动和储存。

土壤团聚体的形成和稳定性对土壤水分特征曲线有重要影响。

团聚体含量高的土壤通常具有较好的持水能力和水分传导性能。

3. 土壤有机质含量：有机质是土壤中的重要组成部分，对土壤水分特征曲线具有显著影响。

土壤水分特征曲线测定实验一、实验原理土壤水分特征曲线（又称持水曲线，见图1）是土壤含水量与土壤水吸力的关系曲线，该曲线能够间接反映土壤孔隙大小的分布，分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性等，在水文学、土壤学等学科的研究与实践中都具有重要作用。

目前，负压计法是测量土壤水吸力最简单、最直观的方法，而时域反射仪（TDR）是测量土壤体积含水率的最常用、最便捷的方法之一。

图1 土壤水分特征曲线（一）负压计负压计由陶土头、腔体、集气管和真空（负压）表等部件组成（见图2）。

陶土头是仪器的感应部件，具有许多微小而均匀的孔隙，被水浸润后会在孔隙中形成一层水膜。

当陶土头中的孔隙全部充水后，孔隙中水就具有张力，这种张力能保证水在一定压力下通过陶土头，但阻止空气通过。

将充满水且密封的负压计插入不饱和土样时，水膜就与土壤水连接起来，产生水力上的联系。

土壤系统的水势不相等时，水便由水势高处通过陶土头向水势低处流动，直至两个的系统的水势平衡为止。

总土水势包括基质势、压力势、溶质势和重力势。

由于陶土头为多孔透水材料，溶质也能通过，因此内外溶质势相等，陶土头内外重力势也相等。

非饱和土壤水的压力势为零，仪器中无基质，基质势为零。

因此，土壤水的基质势便可由仪器所示的压力（差）来量度。

非饱和土壤水的基质势抵于仪器里的压力势，土壤就透过陶土头向仪器吸水，直到平衡为止。

因为仪器是密封的，仪器中就产生真空，这样仪器内负压表的读数这就是土壤的吸力。

土壤水吸力与土壤水基质势在数值上是相等的，只是符号相反，在非饱和土壤中，基质势为负值，吸力为正值。

图2 负压计结构图（二）TDR土壤水分对土壤介电特性的影响很大。

自然水的介电常数为80.36，空气介电常数为1，干燥土壤为3~7之间。

这种巨大差异表明，可以通过测量土壤介电性质来推测土壤含水量。

时域反射仪以一对平行棒（也叫探针）作为导体，土壤作为电介质，输出的高频电磁波信号从探针的始端传播到终端，由于终端处于开路状态，脉冲信号被反射回来。

土壤水分特征曲线测定实验实验原理张力计插入土样后，张力计中的纯自由水经过陶土壁与土壤水建立了水力联系。

在非饱和土壤中，仪器中的自由水的势值总是高于土壤水的势值，因此，仪器中的自由水就会透过陶土管进入土壤，但因陶土材料孔隙细小，孔隙中形成的水膜不能使空气通过，而只能让水或溶质液通过（但如果压力过高水膜破裂，空气就会透过，这时的压力称为透气值），因而在仪器内形成一定的真空度，由仪器上的负压表读出。

最后当仪器内外的势值趋于平衡时，仪器中水的总水势Φwd与土壤中土水势Φws应该相等，即：Φwd＝Φws土水势的完整表述为：Φ=Φm+Φp+Φs+Φg+ΦT因为陶土管为多孔透水材料，并非半透膜，故溶质也能通过，最后达到内外溶液浓度相等，内外溶质势Φs相等。

仪器内外温度相等，温度势ΦT相等。

坐标0点选在陶土头中心，则陶土头中心的内外重力势Φg相等。

这样仪器中和土壤中的总势平衡可表述为：Φm d＋Φpd＝Φm s＋Φps式中，Φps为土壤水的压力势，Φm s为土壤水的基质势，Φpd为仪器内自由水的压力势，Φm d为仪器内自由水的基质势。

在非饱和土壤中，土壤水所受的压力为大气压（基准状态），故Φps应为零，又仪器中自由水无基质势存在，故Φm d亦为零，所以：Φm s＝Φpd＝ΔP D+z式中，ΔP D为负压表显示的负压值（小于0），z为埋藏在土中的陶土管中心与土面以上负压表之间的静水压力即水柱高，（向上为正，大于0）。

即可得到土壤水的基质势。

按定义土壤水吸力为基质势的负值，因而即可测得吸力值。

S=－Φm s＝－ΔP D－z如果负压表读数记为P（大于0，即P＝－ΔP D），则S=P－z另外，在计算土样中水分的变化时，还应考虑集气管中水分的变化量。

实验内容与设计1. 土样：粘土、砂壤土2. 容重：1.3g/cm3 、1.4g/cm33. 方式：脱湿：配置饱和土样，在室内自然蒸发，测定整个过程中土壤含水率与吸力关系曲线。

土壤水动力学学院：环境科学与工程学院专业：水土保持与沙漠化防治学号：姓名：土壤水分特征曲线的研究与运用摘要：土壤水的基质势随土壤含水量而变化，其关系曲线称为土壤水分特征曲线。

该曲线反映了土壤水分能量和数量之间的关系，是研究土壤水动力学性质必不可少的重要参数，在生产实践中具有重要意义。

本文总结并比较分析了前人在土壤水分特征曲线测定方法中的各种模型，其中对Van Genuchten模型的研究较为广泛。

但为之在DPS中求解Van Genuchten模型参数和在试验基础上建立的土壤水分特征曲线的单一参数模型结构较为简单，省时省力，可进一步的推广运用。

关键词：土壤水分特征曲线 Van Genuchten模型运用1.土壤水分特征曲线的研究1.1土壤水分特征曲线的概念土壤水分特征曲线是描述土壤含水量与吸力(基质势)之间的关系曲线。

它反映了土壤水能量与土壤水含量的函数关系,因此它是表示土壤基本水力特性的重要指标,对研究土壤水滞留与运移有十分重要的作用[1]。

1.2土壤水分特征曲线的意义土壤水分特征曲线反映的是土壤基质势(或基质吸力)和土壤含水量之间的关系。

土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低而不是自身的含水量。

如果测得土壤的含水量,可根据土壤水分特征曲线查得基质势值,从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度[2]。

1.3土壤水分特征曲线的测定方法1.3.1直接法通过实验方法直接测定土壤水分特征曲线的方法称为直接法。

直接法中有众多的实验室和田间方法，如张力计法、压力膜法、离心机法、砂芯漏斗法、平衡水汽压法等，而前3种应用最为普遍。

①张力计法：是土壤通过陶土杯从张力计中吸收水分造成一定的真空度或吸力，当土壤与外界达到平衡时，测出土壤基质势，再测出陶土杯周围的土壤含水量，不断变更土壤含水量并测相应的吸力，就可完成土壤水分特征曲线的测定。

张力计法可用于脱水和吸水2个过程，可测定扰动土和原状土的特征曲线，是用于田间监测土壤水分动态变化重要的手段，在实际工作中得到广泛应用。

不同土地利用类型土壤水分特征曲线研究黄朗１，２，３王醒１，２，３黄卉１，２，３方荣杰１，２，３（１．桂林理工大学环境科学与工程学院；２．桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室；３．桂林理工大学岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心，广西桂林５４１００４）中图分类号：Ｓ１５７．２　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５３６６．２０２０．０６．０２摘要：以喀斯特地区典型峰丛坡地不同土地利用类型为例，结合野外调查与室内分析方法，应用Ｖａｎ－Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ模型研究灌木林地、橘子园地、西瓜耕地３种土地利用类型的土壤水分特征曲线，分析在不同土地利用类型下的土壤持水性能。

结果表明：喀斯特典型峰丛坡地土壤黏粒含量和密度大小依次为西瓜耕地＞橘子园地＞灌木林地，总孔隙度则呈相反趋势。

灌木林地土壤持水量显著高于橘子林地和西瓜耕地，且与坡位高低呈正比。

土壤持水能力与黏粒含量、土壤密度呈正相关趋势，与土壤总孔隙度呈负相关趋势，与坡位呈负相关趋势。

西瓜耕地的持水能力最强，橘子园地其次，灌木林地最弱。

土地利用类型是土壤水分特征曲线的主要影响因子。

关键词：喀斯特；土地利用类型；Ｖａｎ－Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ模型；水分特征曲线 中国西南喀斯特地区是全球喀斯特的集中区，主要集中分布在滇、黔、桂３省区，面积约３３．６万ｋｍ２，由于其二元结构特征，形成了脆弱的生态环境［１］。

生态环境变异敏感度高，稳定性差，成土缓慢导致土层浅薄且分布不均，地表与地下并存的二元结构导致雨水和地表水强烈渗漏，地表生境处于长期干旱状态。

土壤水是陆地植物赖以生存的原动力，也是提高农业生产种植的驱动力。

土壤水分特征曲线是描述土壤水分能量和数量的关系曲线，反映了土壤水基质势与土壤水含量的函数关系，对研究土壤水滞留与运移有重要作用［２，３］。

很多学者已经对土壤水分特征曲线进行了大量的研究，研究表明土壤水分特征曲线受到多重影响因子的制约，其中包括土壤颗粒的机械组成［４，５］、密度［６］、土壤结构［７］３大主要理化性质。

土壤水分特征曲线精选文档TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-土壤水动力学学院：环境科学与工程学院专业：水土保持与沙漠化防治学号：姓名：土壤水分特征曲线的研究与运用摘要：土壤水的基质势随土壤含水量而变化，其关系曲线称为土壤水分特征曲线。

该曲线反映了土壤水分能量和数量之间的关系，是研究土壤水动力学性质必不可少的重要参数，在生产实践中具有重要意义。

本文总结并比较分析了前人在土壤水分特征曲线测定方法中的各种模型，其中对Van Genuchten模型的研究较为广泛。

但为之在DPS中求解Van Genuchten模型参数和在试验基础上建立的土壤水分特征曲线的单一参数模型结构较为简单，省时省力，可进一步的推广运用。

关键词：土壤水分特征曲线 Van Genuchten模型运用1.土壤水分特征曲线的研究土壤水分特征曲线的概念土壤水分特征曲线是描述土壤含水量与吸力(基质势)之间的关系曲线。

它反映了土壤水能量与土壤水含量的函数关系,因此它是表示土壤基本水力特性的重要指标,对研究土壤水滞留与运移有十分重要的作用[1]。

土壤水分特征曲线的意义土壤水分特征曲线反映的是土壤基质势(或基质吸力)和土壤含水量之间的关系。

土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低而不是自身的含水量。

如果测得土壤的含水量,可根据土壤水分特征曲线查得基质势值,从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度[2]。

土壤水分特征曲线的测定方法1.3.1直接法通过实验方法直接测定土壤水分特征曲线的方法称为直接法。

直接法中有众多的实验室和田间方法，如张力计法、压力膜法、离心机法、砂芯漏斗法、平衡水汽压法等，而前3种应用最为普遍。

①张力计法：是土壤通过陶土杯从张力计中吸收水分造成一定的真空度或吸力，当土壤与外界达到平衡时，测出土壤基质势，再测出陶土杯周围的土壤含水量，不断变更土壤含水量并测相应的吸力，就可完成土壤水分特征曲线的测定。

⼟壤含⽔量、⼟⽔势和⼟壤⽔特征曲线的测定⼟壤含⽔量、⼟⽔势和⼟壤⽔特征曲线的测定3.1测定意义严格地讲，⼟壤含⽔量应称为⼟壤含⽔率，因其所指的是相对于⼟壤⼀定质量或容积中的⽔量分数或百分⽐，⽽不是⼟壤所含的绝⽆仅绝对⽔量。

⼟壤含⽔量的多少，直接影响⼟壤的固、液、⽓三相⽐，以及⼟壤的适耕性和作物的⽣长发育。

在农业⽣产中，需要经常了解⽥间⼟壤含⽔量，以便适时灌溉或排⽔，保证作物⽣长对⽔分需要，并利⽤耕作予以调控，达到⾼产丰收的⽬的。

近⼏⼗年来的研究表明，要了解⼟壤⽔运动及⼟壤对植物的供⽔能⼒，只有⼟壤⽔数量的观念是不够的。

举⼀个直观的例⼦：如果粘⼟的⼟壤含⽔量为20%，砂⼟的⼟壤含⽔量为15%，两⼟样相接触，⼟壤⽔应怎样移动？如单从⼟壤⽔数量的观念，似乎⼟壤⽔应从粘⼟⼟样流向砂⼟⼟样，但事实恰恰相反。

这说明，光有⼟壤⽔数量的观念，尚不能很好研究⼟壤⽔运动及对植物的供⽔，必须建⽴⼟壤⽔的能量的观念，即⼟⽔势的概念。

测定⼟壤⽔特征曲线（基质势与⼟壤含⽔量之间的关系曲线）需要特别的仪器设备，随着⼟壤科学的发展，越来越多的基层⼟壤⼯作者需要⼟壤⽔特征曲线这⼀基础资料，了解⼟壤⽔特征曲线的测定，对今后⼟壤⽔特征曲线（不管是⾃⼰测定还是由别的单位测定）的应⽤是有益的。

3.2⽅法选择的依据⼟壤含⽔量⽬前常⽤的⽅法有：烘⼲法、中⼦法、射线法和TDR法（⼜称时域反射仪法）。

后三种⽅法需要特别的仪器，有的还需要⼀定的防护条件。

⼟⽔势包括许多分势，与⼟壤⽔运动最密切相关的是基质势和重⼒势。

重⼒势⼀般不⽤测定，只与被测定点的相对位置有关。

测定基质势最常⽤的⽅法是张⼒计法（⼜称负压计法），可以在⽥间现场测定。

⼟壤⽔特征曲线是⽥间⼟壤⽔管理和研究最基本的资料。

通过⼟壤⽔特征曲线可获得很多⼟壤基质和⼟壤⽔的数据，如⼟壤孔隙分布及对作物的供⽔能⼒等等。

测定⼟壤⽔特征曲线最基本的⽅法是压⼒膜（板）法，它可以完整地测定⼀条⼟壤⽔特征曲线。

新疆农业大学学报2017,40(2) ：46〜150Journal of Xinjiang Agricultural University文章编号：1007-8611(2017)02-0116-05滴灌棉田粉砂壤土的水分特征曲线试验研究米力夏提•米那多拉，虎胆•吐马尔白，马合木江•艾合买提(新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐830052)摘要：为探究滴灌棉田粉砂壤土土层深度对土壤水分特征曲线的影响，采用张力计法对0〜20 c m，20〜4 0 c m，40〜60 c m 深度土层土壤水分特征曲线测定并分析，选用v a n G c n u c h e n模型进行拟合。

结果表明，随着土层深度的增加，土壤体积含水率随土壤水吸力的变幅降低，变化最快的土层为0〜20 c m，20〜40c m;在同一吸力下，土壤容重越大的土层，相应含水率越大，各土层含水率大小表现为：0〜20c m>20〜40c m>40〜60 c m;不同土层吸湿曲线与脱湿曲线不相同，有滞后现象存在。

试验区各土层吸湿与脱湿土壤水分特征曲线均与v a n G c nu c h tc n模型拟合较好，其中40〜60 c m 土层拟合最优，拟合相关系数0.8600〜0.9949,实测值与模拟值均方根误差均小于0.01。

关键词：土壤水吸力；吸湿曲线；脱湿曲线；v a n G c nu c h tc n模型中图分类号：S152.7 文献标识码：八Experimental Study on Water Retentioncurve ofSilty Sandy Loam in Drip Irrigation Cotton FieldMilixiati M inaduola，Hudan Tum arbay，Mahemujiang Aihemaiti (College of Water Conservancy and Civil Engineering,Xinjiang Agricultural University?Urumqi830052, China)Abstract：In order to explore the effect of soil depth on soil water retention curve,the soil water retention curve of 0 —20 cm，20 —40 cm and 40 —60 cm soil layers were measured and analyzed by tension meter method?and van Genuchten model was used to simulate and analyze.The results showed that with the in­crease of soil depth?the volumetric water content of soil decreased with the soil water suction amplitude and the fastest changing soil layer was the soil at 0 —20 cm，20 —40 cm.Under the same suction,the greater the soil bulk density，the greater the corresponding water content.The size of soil moisture content showed：0 —20 cm>20—40 cm>40—60 cm.The moisture absorption curves of different soil layers were different from the desorption curves and there was hysteresis in the process.The soil moisture retention curve of the soils in the test area were well fitted with the van Genuchten m ode peared at 40—60 cm layer.In addition,the correlation coefficient was between 0.8600 and 0.9949? and the root mean square error of the measured and simulated values was less than 0.01.Key word s：soil water suction;moisture absorption curve;desorption curve;van Genuchten model土壤水分特征曲线的测定方法有很多种，其中 张力计法的试验设备及操作简便，可测定室内扰动土样和原状土样的土壤水分特征曲线[1]。