张力计法测定土壤水分特征曲线

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。
w ，水的密度(在 Pt - P0 范围内假定不发生变化)。
Pt ，张力计内水承受的压力。
二、实验原理
P0 ＝1个大气压在此情形下： Pt P0
τ是张力计表头上的读数，称之为土壤水张力是土壤基模势相反的 数，土壤水张力是正值。
张力计系统平衡时，在有基模势存在时土壤水压力势 p ＝0，
土壤水与张力计内水中溶质通过水的交换达到平衡而内外溶质
1．将干土捣碎过筛，去掉石子，加入少量的水，使土壤达到5~10%含 水率，按土盒体积和土容重，计算所需土壤重量，取其一半装入土盒中 压实，从张力计孔插入一支13mm钻头，再装填另一半土压实，取出钻 头，插入张力计杆，旋紧固定螺帽。
2．打开张力计后盖，用注射器给张力计内注入无气水，使张力计杆、 尼龙管、毛细管內充满水没有气泡为止，加橡皮塞旋紧。
检测，再使用。
六、问题与思考
1．从土壤水分特征曲线分析土壤的孔径分布。 2．测试高基模势下的水分特征曲线要用原状土的意义。 2．脱水与吸水曲线在实践中的应用。
三、仪器设备
试验装置主要由有机玻璃多孔土盒、 张力计杆、瓷头、毛细玻璃管、水银槽、 尼龙管、支架等组成(见图2)。
(H)
尼龙管
初始脱湿过程 主要脱湿过程
主要吸湿过程
土壤含水率（θ）
图1. 土壤水分特征曲线
毛细玻璃管 支架
水银槽
有机玻璃 多孔土盒
张力计杆
陶土头
图2. 土壤水分特征曲线测定装置
四、操作步骤
当达到平衡时，土壤水的化学势( w0 )与张力计内水的（ wt ）相等。
即： w0 wt
在不考虑温度影响时，得
w0 w0 p m R
式中：
0 w
wt
0 w
st
1
w
Hale Waihona Puke ，在标准状态下纯自由水的化学势；
( Pt
P0 )
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；
值达到最大值，取土烘干，求得残余含水率，即完成了主要脱湿过程。 7.绘制水分特征曲线。
五、注意事项
1．按图2安装水分特征曲线测定装置，加入300克水银。 2．使用之前给张力计注满无气水，用干吸纸（或干细土）包
张力计瓷头，使水银上升到650mm汞柱以上。 如试验过中水银上升不到650mm汞柱，更换瓷头。然后重新
3．安装完毕后，将土盒放入水中从下往上饱和后，取出土盒称重。 4．初始脱湿过程 让土壤水自然蒸发，每天早、晚各称重一次并读负压
值，一直到负压读数不能继续升高为止，即完成初始脱湿过程。 5．吸湿过程 给土均匀加入少量的水，加盖防止水蒸发，第二天称重读
数，重复上述过程，直到负压为零，即可测得主要吸湿过程。 6. 主要脱湿过程 再进行土壤脱水蒸发，每天称重读负压值，直到负压
势相等即： w0 wt
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。