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。