水分特征曲线的测定
土壤离心机测量土壤水分特征曲线的方法及应用意义
土壤离心机测量土壤水分特征曲线的方法及应用意义土壤水分特征曲线一般也叫做土壤特征曲线或土壤pF曲线，它表述了土壤水势（土壤水吸力）和土壤水分含量之间的关系。
通常土壤含水量Q以体积百分数表示，土壤吸力S以大气压表示。
由于在土壤吸水和释水过程中土壤空气的作用和固、液而接触角不同的影响，实测土壤水分特征曲线不是一个单值函数曲线。
用非线性函数表示土壤水分特征曲线与渗透系数变化的理论模型有Van Genuchten模型(V-G模型)、Brooks-Corey模型等。
这些理论模型的参数需要通过对土壤水分特征曲线的观测加以确定。
土壤水分特征曲线是重要的土壤水力性质参数之一：土壤水的基质势或土壤水吸力是随土壤含水率而变化的,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，属于土壤的基本物理性质，是研究土壤水动力学性质比不可少的重要参数，对研究土壤水运动及其溶质运移有重要作用，在生产实践中具有重要意义。
已有的土壤水分特征曲线测定方法主要包括负压计法、砂性漏斗法、压力仪法、离心机法等。
土壤的渗透系数也随含水率变化,表现为曲线关系。
以土壤吸力表示土壤水分的状态，干燥的土壤对土壤水分的吸力强，湿润的土壤对水分的吸力弱，所以用土壤对水分吸力的大小，在一定范围内可以表示土壤水分状态和土壤水势。
土壤吸力一般用大气压表示，干燥土壤的吸水极强，可达几千甚至上万个大气压，为了书写方便起见，一般用与大气压相当的水柱高度的厘米数（负值）对数来表示，称pF。
检测土壤水分特征pF曲线高速冷冻离心机HR21M怎样用离心机法测土壤水分特征曲线?用土壤离心机测土壤水分特征曲线方法：去取原状土或者扰动土,在不同转速和时间下测量含水量做水分特征曲线即可。
根据离心机实测试验数据,分析不同质地土壤水分特征曲线变化趋势。
相同离心力下，随着黏粒含量增加,最佳离心时间变长。
用离心机法测土壤水分特征曲线意义：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。
土壤水分特征曲线实验
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。
水分特征曲线的测定
土壤水特征曲线的测定[压力膜（板）法]土壤水特征曲线是土壤水管理和研究最基本的资料，是非饱情况下，土壤水分含量与土壤基质势之间的关系曲线。
完整的土壤水特征曲线应由脱湿曲线和吸湿曲线组成，即土壤由饱逐步脱水，测定不同含水量情况下的基质势，由此获得脱湿曲线；另外，土壤可以由气干逐步加湿，测定不同含水量情况下的基质势，由此获得吸湿曲线。
这两条曲线是不重合的，我们把这种现象称为土壤水特征曲线的滞后作用。
通常情况下，由于吸湿曲线较难测定，且在生产与研究中常用脱湿曲线，所以只讨论脱湿曲线的测定。
土壤水特征曲线反映了非饱和状态下土壤水的数量和能量之间的关系，如果不考虑滞后作用，通过土壤水特征曲线可建立土壤含水量和土壤基质势之间的换算关系。
这样做，有时会带来一定的误差，但在大多数情况下，一场降雨或灌溉后，总是有很长时间的干旱过程，在这种情况下，由脱湿曲线建立的两参数之间的换算关系有一定可靠性。
如果将土壤孔隙概化为一束粗细不同的毛细管。
在土壤饱和时，所有的孔隙都充满水，而在非饱和情况下，只有一部分孔隙充满水。
通过土壤水特征曲线可建立土壤基质势与保持水分的最大土壤孔隙的孔径的函数关系，由此可推算土壤孔径的分布。
必须指出，由于我们将土壤孔隙概化为一束粗细不同的毛细管，与实际土壤孔隙不完全相同，因此称为实效孔径分布。
土壤水特征曲线的斜率反映了土壤的供水能力，即基质势减少一定量时土壤能施放多少水量，这在研究土壤与作物关系时有很大作用。
测定原理如图所示，将土样置于多孔压力板上，多孔压力板根据其孔径大小分为不同规格，压力板孔径大的承受较小的气压，孔径小的能承受较大的气压。
将压力板和土样加水共同饱和，将压力板置于压力容器内，加压，这时有水从土样中排出，并保持气压不变，等不再有水从土样中排出，打开容器，测定土样水分含量。
如所加气压值为P(Mpa)，土壤基质势为ψm，则ψm =－P，调整气压，继续实验，由此获得土壤基质势为ψm和其对应的土壤含水量θV由此获得若干对（ψm，θ），将这些测定值点绘到直角坐标系中，根据这些散V点可求得土壤水特征曲线。
土壤 水分特征曲线
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
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
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。
张力计法测定土壤水分特征曲线
0 w0 w p m R
0 wt w st
1
，在标准状态下纯自由水的化学势； 式中： p ，土壤水压力势； m ，土壤基模势； R ，土壤水溶质势； st ，张力计中水的溶质势； w ，水的密度(在 Pt - P0 范围内假定不发生变化)。 P ，张力计内水承受的压力。
Pt P0
进而得到：
m
1
w
( Pt P0 )
取 w＝1g/cm3 ，
则上面方程变为： m ( Pt P0 ) 所以张力计在系统达到平衡时测得的是土壤基模势。张力计内水承 受的压力在测定土壤基模势时都低于一个大气压，必然有空气 通过陶头和压力计水银或水往压力计不断地扩散到张力计中去， 这是因为气体在不同压力下在溶液中的溶解度不同和分压不同 所致。
张力计法测定土壤水分特征曲线
一、实验目的及要求
1．土壤水分特征曲线: 表示在平衡条件下，土壤水的能量和数量 之间的关系，它是由实测土壤水基模势或吸力与相应的土壤含水量得 到的土壤水在脱水(干燥)和吸水(湿润)过程中的水分特征曲线。因为 土壤水的滞后现象，得到的两条曲线并不完全相同，分别是脱水曲线 和吸水曲线。 实践中必须注意土壤干-湿的历史过程而区别应用。 本实验目的在于确定高基模势〔低吸力范围(0～-0.08MPa))的 脱水曲线和吸水曲线。 2．要求: 通过本次实验，要求学生学会利用张力计法测定土壤水分特征 曲线，初步了解土壤含水量和土壤基质势之间的内在关系。
二、实验原理
张力计工作原理:内部充满无气水的张力计(陶土头先饱和)，安设于土 壤中，要使陶土头与土壤紧密接触。从热力学观点来分析，可以把张力 计与土壤看作一个系统，这个系统中张力计内的水通过陶头多孔壁(或 称膜)与土壤孔隙中的水相联通。在平衡过程中有少量的水从陶头流入 土壤或从土壤流进陶头内。 当达到平衡时，土壤水的化学势( w 0 )与张力计内水的（ wt ）相等。 即：
一种利用离心机法测量土壤水分特征曲线的系统及测量方法
一种利用离心机法测量土壤水分特征曲线的系统及测量方法
离心机法测量土壤水分特征曲线的系统是一种利用离心力对土壤样品中的水分进行分离和测量的方法。
该系统包括以下几个组成部分：
1. 离心机：用于产生离心力的设备，可以采用常规离心机或专用的土壤离心机。
2. 土壤样品容器：用于装载土壤样品和水分离析后的液体。
容器应具有足够的密闭性，以防止液体的蒸发和外界空气的进入。
3. 预处理设备：包括土壤样品的收集和处理设备。
土壤样品应根据实际需要采取适当的处理方法，如破碎、筛选等。
4. 测量设备：用于测量离析后液体中的水分含量的设备，可以采用重量法、压力法、电导率法等方法。
离心机法测量土壤水分特征曲线的方法如下：
1. 准备土壤样品：选择代表性的土壤样品，并进行必要的处理，如破碎、筛选等。
2. 加入水分：将一定量的水分加入土壤样品中，使其达到一定的初始含水量。
3. 离心分离：将带有水分的土壤样品置于离心机中，通过离心力使土壤样品中的水分离析。
4. 测量水分含量：将离析后的液体取出，并使用相应的测量设备测量其水分含量。
5. 重复实验：根据需要，可以重复以上步骤，改变初始含水量的大小，以获得不同含水量下的土壤水分特征曲线数据。
6. 统计和分析：将测量得到的数据进行统计和分析，可以得到土壤水分特征曲线的参数和特性。
离心机法测量土壤水分特征曲线的优点是可以模拟土壤中的水分运动过程，具有较高的准确性和重复性。
然而，该方法需要较为复杂的设备和操作，且实验时间较长，需要充分考虑实际应用的可行性。
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土壤水特征曲线的测定[压力膜（板）法]
土壤水特征曲线是土壤水管理和研究最基本的资料，是非饱情况下，土壤水分含量与土壤基质势之间的关系曲线。
完整的土壤水特征曲线应由脱湿曲线和吸湿曲线组成，即土壤由饱逐步脱水，测定不同含水量情况下的基质势，由此获得脱湿曲线；另外，土壤可以由气干逐步加湿，测定不同含水量情况下的基质势，由此获得吸湿曲线。
这两条曲线是不重合的，我们把这种现象称为土壤水特征曲线的滞后作用。
通常情况下，由于吸湿曲线较难测定，且在生产与研究中常用脱湿曲线，所以只讨论脱湿曲线的测定。
土壤水特征曲线反映了非饱和状态下土壤水的数量和能量之间的关系，如果不考虑滞后作用，通过土壤水特征曲线可建立土壤含水量和土壤基质势之间的换算关系。
这样做，有时会带来一定的误差，但在大多数情况下，一场降雨或灌溉后，总是有很长时间的干旱过程，在这种情况下，由脱湿曲线建立的两参数之间的换算关系有一定可靠性。
如果将土壤孔隙概化为一束粗细不同的毛细管。
在土壤饱和时，所有的孔隙都充满水，而在非饱和情况下，只有一部分孔隙充满水。
通过土壤水特征曲线可建立土壤基质势与保持水分的最大土壤孔隙的孔径的函数关系，由此可推算土壤孔径的分布。
必须指出，由于我们将土壤孔隙概化为一束粗细不同的毛细管，与实际土壤孔隙不完全相同，因此称为实效孔径分布。
土壤水特征曲线的斜率反映了土壤的供水能力，即基质势减少一定量时土壤能施放多少水量，这在研究土壤与作物关系时有很大作用。
测定原理
如图所示，将土样置于多孔压力板上，多孔压力板根据其孔径大小分为不同规格，压力板孔径大的承受较小的气压，孔径小的能承受较大的气压。
将压力板和土样加水共同饱和，将压力板置于压力容器内，加压，这时有水从土样中排出，并保持气压不变，等不再有水从土样中排出，打开容器，测定土样水分含量。
如所加气压值为P(Mpa)，土壤基质势为ψm，则
ψm =－P
，调整气压，继续实验，由此获得土壤基质势为ψm和其对应的土壤含水量θ
V
由此获得若干对（ψm，θ
），将这些测定值点绘到直角坐标系中，根据这些散
V
点可求得土壤水特征曲线。
3.5.1仪器及设备
压力膜（板）水分提取器，如图所示；压力板由压力膜（板）水分提取器厂家提供，压力板直径约30㎝左右，根据压力板承受压力的大小，分为0.1Mpa,0.3Mpa,0.5Mpa,1.0Mpa,1.5MPa（1bar,3bar,5bar,10bar,15bar,bar为非标准量纲，厂家印在压力板上）；土环，几十个，高1㎝，直径5㎝左右（土环直径不严格限制）。
土环一般用铜制成，也有铝制的或橡胶制的；压力泵或高压气源；铝盒，用于土壤含水量测定；瓷盘；多孔板饱和时用；粗的定性滤纸；皮筋。
3.5.2测定步骤
制备土样。
按土壤实际容重将以剔除杂物（碎石、根须等）的土壤填入土环中，注意土环下部垫一层粗滤纸，用皮筋固定，也可在田间现场取样，方法类似土壤容重取样，只是土环底部要垫一层滤纸，用皮筋固定。
如果要测定一条完整的土壤水特征曲线，样品数量应在60个以上。
将制备好的土样置于多孔压力板上，一个多孔压力板大约可放置20多个土
样，将带有土样的多孔压力板置于瓷盘内，加水饱和土样和多孔压力板。
注意缓慢注水，不要一次注水淹过土样，使土样中的气泡不能排出。
应分几次注水，使水层逐步淹过土样。
至少保持水层24。
将饱和好的土样和多孔压力板置于水分提取器内（根需要选择不同规格的压力板），加盖密封，按实验要求调整气压，这时有水分从水分提取器内排出，保持气压不变，直到没有水分从水分提取器内排出。
这一过程大约需要2d～3d，有时会更长。
等没有水分从水分提取器内排出后，将气压调回0值，开盖取样，按烘干法测定土壤含水量。
通常一次应测定5个土样含水量，取其平均值，根据容重求得容积含水量。
于是求得一对基质势和土壤含水量之值。
继续以上测定，一条完整的土壤水特征曲线，一般需要测定0.001Mpa、0.01Mpa、0.03 Mpa、0.05 Mpa、0.1 Mpa、0.3 Mpa、0.5 Mpa、1 Mpa和1.5 Mpa9个点，需要时还要适当加密。
在条件允许情况下，0.1 Mpa以内的测定最好用原状土样。
3.5.3计算
）值在直角坐标系中点绘土壤水特征曲线，用光滑的曲由测定的（ψm，θ
V
的函数形式。
土壤基质势（ψm）的相反数称作土线连接，也可拟合成ψm和θ
V
壤水吸力（S），土壤水吸力与土壤实效孔径D的关系如下：
D=3/S
式中土壤水吸力S必须用量纲hPa（=100Pa），由此实效孔径D的量纲为mm。
土壤水特征曲线中，可以把吸力S座标换算成实效孔径D的座标（见图），当土壤水的吸力为S1时，则土壤中凡是等于及大于实效孔径D1的所有毛管中的水分将被排出土体，只有在孔径小于D1的毛管中才充满水，相应的含水量为θ
；当吸力S1提高到S2（S2> S1），相应的实效孔径D2，此时孔隙大于
1
D2的毛管中的水分被排出土体，只有在孔径小于D2的毛管中保持着水分，相应。
这说明当吸力变化范围为S1～S2时，土体中是实效孔径为D1～的含水量为θ
2
D2的那部分孔隙排水，相应地这部分孔径的容积为θ1～θ2。
土壤水特征曲线的斜率是变化着的，它对分析土壤水的保持和运动是一个重
要的参数，常把含水量θ对基质势ψm的导数称为比水容量（C
θ）。
Cθ=dθ/dψm
由于ψm=－S，所以也可表示为
Cθ=dθ/dS
由此可见，比水容量（C
θ）可用以说明在土壤基质势或土壤水吸力某一变化范围内，土壤所能释放或储存以供植物利用的水量。
图系含水量θ随吸力
S变化的水分特征曲线，θ-S和比水容量C
θ随吸力S变化的曲线Cθ-S。
从C
θ-S关系曲线可明显看到，比水容量Cθ是随吸力而变化的，这主要是由于土壤中各种不同孔径所占比例不同的缘故。
C
θ-S的峰值表明相应的实效孔径在该土壤中占优势。
3.5.4测定允许误差
测定土壤水特征曲线的允许差由土样的土壤含水量的差值决定。
一般要求有5个重复，5个重复的变异系数控制在1%以内。
但用原状土样测定常常很难达到这个精度，一般可放宽到变异系数5%以内。