张力计法测定土壤水分特征曲线
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
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。
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
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。
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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。
滴灌棉田粉砂壤土的水分特征曲线试验研究
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]。
土壤物理名词解释和填空
第一章 土壤基质及基质特征土壤基质：指土壤的固体部分，它是一个分散和多孔的体系。
土壤基质的分散性：是指土壤的固体物质由不同比例的、粒径粗细不一、形状和组成各异的颗粒所组成的。
粒径分布：土壤基质中各级粗细土粒的数量和比例，也成为土壤的机械分布。
土壤的孔隙状况：土壤基质的孔隙度，各级不同孔径孔隙的数量比，孔隙的形状、弯曲和连接程度。
土壤的基质特征有：1.土粒和团粒的粒径分布；2.土壤比表面积和土壤孔隙的孔径分布；3.有机胶体的数量和黏粒矿物的种类。
当量粒径：与土粒沉降速度相同的球体土粒的直径。
通常分为砾、砂粒、粉粒、粘粒四个大的粒级。
粒级分析通常分为三步：土粒的分散、粗土粒的筛分、细土粒的沉降分离；分散剂的选择：酸性土壤加氢氧化钠，中性土壤加草酸钠，碱性土壤加六偏磷酸钠。
常用测量方法有：比重计法和吸管法。
土壤质地：土壤中各粒级占土壤重量的百分比组合。
土壤比表面积：单位质量土粒的总表面积，或单位容积土粒的总表面积，或单位容积土壤的总表面积。
土壤的孔径分布：各级粗细不同孔径孔隙所占总容积的百分数。
土粒密度应成为土壤固相密度或土粒平均密度：s s sm V ρ=，常取2.65g/cm 3. 干容重，又称土壤密度：()s s b t s w a m m V V V V ρ==++ 总容重，指单位容积土壤湿土壤的质量：()()t s w t t s w a m m m V V V V ρ+==++ 孔隙度：表示单位容积干土壤（即土壤基质）中孔隙所占百分数：1ss t s b s b s t s bm m V V f m V ρρρρρ--===- 质量含水量，指水与干土粒的质量比或重量比：w m sm m θ= 容积含水量，指单位容积土壤中水所占的容积，w V tV V θ=。
与质量含水量的关系：V b m θρθ= 饱和度，指土壤中水的容积与孔隙容积之比，即()w w f w a V V s V V V ==+，且sf θ=。
张力计使用说明书
负压式土壤湿度计（张力计）使用说明书一、原理与特点土壤湿度计是测定土壤水分的一种仪器。
众所周知，土壤水分受土壤孔隙的毛管引力和土粒的分子引力的作用，使土壤孔隙中的水分处于负压（吸力）状态，土壤吸力愈大，土壤孔隙中的水分愈少，土壤含水量也就愈低；反之，土壤吸力愈小，土壤孔隙中的水分愈多，则土壤含水量愈高。
所以土壤湿度计指示的数据就能大致反应出土壤的含水量状况，负压试土壤湿度计（也称张力计）就是测定这种土壤吸力（或称土壤基质势）的仪器。
负压式土壤湿度计由陶土头、腔体、集气室、计量指标器等部件组成。
陶土头是仪器的感应部件，具有许多微小的孔隙，陶土头被水浸润后，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。
当充满水且密封的土壤湿度计插入水分不饱和的土壤时，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。
当忽略了重力势、温度势、溶质势后，系统的水势即为压力势和基质势之和，土壤的压力势（以大气压力参考）为零，仪器里无基质，基质势为零，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，仪器中就产生真空度或吸力（抵于大气参照压力的压力）。
这样仪器内的负压便计量器或传感器测行，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，基地势为负值，吸力为正值，张力计较多地用于非饱和土壤上，其基质势为负值，矿张力计又称负压计。
土壤水吸力是土壤水势的强度指标和土壤水的流动，对植物的有效性有密切的关系。
与土壤含水率的含义不同，它是在土壤水势的强弱上面不是在多寡上反映土壤的干湿程度。
一般来说，土壤吸力愈大含水量愈小；土壤吸力愈小含水量愈多。
张力计法测定土壤水分特征曲线
力计法测定土壤水分特征曲线一、实验LI 的及耍求L I:壤水分特征曲线：表示在半衡条件下,上壤水的能量和数量 Z 间的关系.它是山实测I:壊水堆模势 £相应的 得 到的土壤水在脱水（「燥）和吸水（湿润）过程中的水分特征曲线■因为 土壤水的滞后現象.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。
实践屮必须;i 总 血区别应用。
木实验II 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：通过木次实验•耍求学生学会利用张力计法测定土壤水分特征 曲线,初步『解I:壤含水量和匕壤基质势Z 间的内在关系。
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土壤水分特征曲线的测定及经验模型对比
土壤水分特征曲线的测定及经验模型对比作者：李金鸥来源：《中国科技纵横》2016年第01期【摘要】土壤水的基质势或土壤水吸力是土壤含水率的函数，它们之间的关系曲线称为土壤水分特征曲线。
该曲线反映了土壤水的能量与数量关系，是反映土壤水分运动基本特征的曲线[1]。
它是表示土壤基本水力特征的重要指标，对研究土壤水滞留与运移有十分重要的作用。
【关键词】土壤水分特征曲线压力膜仪经验模型参数拟合1研究意义土壤水分运动是陆地水循环的重要组成部分，是地表水与地下水相互作用的纽带。
是降雨—产流计算、农田灌溉与排水设计、地下水补给计算、土壤植物水分定量关系预测的基础[2]。
土壤水分运动3个参数中以预测非饱和导水率最为困难，土壤水分特征曲线则最容易得到，准确性也最好，方法较多，且通过水分特征曲线模型可以推求其他2个参数，因此，水分特征曲线的获取对预测土壤水分运动参数至关重要。
2水分特征曲线测试方法（1）直接方法。
分实验室法和田间方法两种方式。
实验室内测定主要有张力计法、砂性漏斗法、压力膜法、离心机法和热电偶温度计测定等。
田间原位测定大都用张力计法。
（2）经验公式法。
经验公式法中比较常用的有：Brooks-Corey（1964）模型，van-Genuechten（1980）模型、Gardner-Russo（1988）模型等。
（3）间接推求法。
可以分为3类：土壤转换函数方法、物理—经验方法、分形几何方法。
土壤转换函数就是利用已有的土壤基本性质（如粒径分布、容重、有机质含量等）通过某种算法构建起来的预测吸力与水分含量之间关系的函数[3]。
3水分特征曲线的影响因素（1）土壤质地和结构：相同的含水量下，质地越细，水吸力就愈大，曲线愈陡；反之质地越粗，吸力就越小，曲线愈平缓。
（2）温度：在同一吸力条件下，温度升高，土壤持水量减少，温度低时，其持水能力增强；或者，在同一含水量条件下，温度高时，吸力较低，而温度降低时，则吸力升高。
（3）滞后现象：土壤水分特征曲线的滞后作用对任何质地的土壤均存在，吸水和脱水过程，负压与含水率曲线是不同的。
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：
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。
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 检测，再使用。
[土壤,水分,曲线]土壤水分特征曲线的测定及经验模型对比
![[土壤,水分,曲线]土壤水分特征曲线的测定及经验模型对比](https://img.taocdn.com/s3/m/ecb14de067ec102de3bd89c7.png)
土壤水分特征曲线的测定及经验模型对比【摘要】土壤水的基质势或土壤水吸力是土壤含水率的函数，它们之间的关系曲线称为土壤水分特征曲线。
该曲线反映了土壤水的能量与数量关系，是反映土壤水分运动基本特征的曲线[1]。
它是表示土壤基本水力特征的重要指标，对研究土壤水滞留与运移有十分重要的作用。
【关键词】土壤水分特征曲线压力膜仪经验模型参数拟合1研究意义土壤水分运动是陆地水循环的重要组成部分，是地表水与地下水相互作用的纽带。
是降雨―产流计算、农田灌溉与排水设计、地下水补给计算、土壤植物水分定量关系预测的基础[2]。
土壤水分运动3个参数中以预测非饱和导水率最为困难，土壤水分特征曲线则最容易得到，准确性也最好，方法较多，且通过水分特征曲线模型可以推求其他2个参数，因此，水分特征曲线的获取对预测土壤水分运动参数至关重要。
2水分特征曲线测试方法（1）直接方法。
分实验室法和田间方法两种方式。
实验室内测定主要有张力计法、砂性漏斗法、压力膜法、离心机法和热电偶温度计测定等。
田间原位测定大都用张力计法。
（2）经验公式法。
经验公式法中比较常用的有：Brooks-Corey（1964）模型，van-Genuechten（1980）模型、Gardner-Russo（1988）模型等。
（3）间接推求法。
可以分为3类：土壤转换函数方法、物理―经验方法、分形几何方法。
土壤转换函数就是利用已有的土壤基本性质（如粒径分布、容重、有机质含量等）通过某种算法构建起来的预测吸力与水分含量之间关系的函数[3]。
3水分特征曲线的影响因素（1）土壤质地和结构：相同的含水量下，质地越细，水吸力就愈大，曲线愈陡；反之质地越粗，吸力就越小，曲线愈平缓。
（2）温度：在同一吸力条件下，温度升高，土壤持水量减少，温度低时，其持水能力增强；或者，在同一含水量条件下，温度高时，吸力较低，而温度降低时，则吸力升高。
（3）滞后现象：土壤水分特征曲线的滞后作用对任何质地的土壤均存在，吸水和脱水过程，负压与含水率曲线是不同的。
用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置及其使用方法[发明专利]
![用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置及其使用方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/fd0fe661bceb19e8b9f6bac4.png)
专利名称：用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置及其使用方法
专利类型：发明专利
发明人：薛建福,杨文彪,祁泽伟,李莹,张慧芋,高志强,孙敏
申请号：CN201910244729.6
申请日：20190328
公开号：CN109900589A
公开日：
20190618
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置，包括张力计、环刀、可拆卸支架、电子天平；所述张力计由探管、负压表、陶土头构成，所述环刀包括环刀和它的实盖，所述可拆卸支架由固定架、支撑杆和底座构成，所述负压表固定在固定架上，所述陶土头插入环刀内的饱和土样中，所述支撑杆的下端固定在底座上，上端固定着固定架；所述底座及环刀置于电子天平上。
该测定装置的使用方法，包括如下步骤：（1）测定装置基础数据；（2）组装测定装置；（3）实验数据记录；（4）计算逐日体积含水率；（5）依据逐日的土壤体积含水率ω1，ω2，ω3…和张力计数值P1,P2,P3…，便可绘制土壤水分特征曲线。
申请人：山西农业大学
地址：030801 山西省晋中市太谷县铭贤南路兴农街1号
国籍：CN
代理机构：太原华弈知识产权代理事务所
代理人：李毅
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土壤—水吸力的测定—张力计法
FHZDZTR0014 土壤 水吸力的测定 张力计法F-HZ-DZ-TR-0014土壤—水吸力的测定—张力计法1 范围本方法适用于小于85KPa 的土壤水吸力的测定。
2 原理土壤水吸力是反映土壤水能量状态与植物吸水关系特征的一个指标。
根据土壤水吸力与土壤含水量的关系绘制成的水分特性曲线表征土壤持水性能，用以研究土壤水分的能态变化规律。
田间测定土壤水吸力的最简便方法是张力计法，张力计法一般有真空表式张力计和U 形汞柱形张力计两种，后者测量的精度较高，能检出微小的差异。
张力计的量程较窄，仅能测定小于85KPa 的土壤水吸力。
将充满水、密封后的张力计陶土头插入非饱和水的土壤中，张力计内的自由水通过多孔陶土头的壁与土壤水建立水力上的联系，在达到平衡后，仪器内产生的负压值由负压表指示出来，即为土壤水吸力。
3 仪器3.1 真空表型张力计，分辨率2KPa(图1)。
3.2 U 形汞柱型张力计，分辨率0.13KPa(图2)。
3.3土钻。
4 操作步骤图1 真空表型张力计图2 U 形汞柱型张力计4.1 真空表型张力计操作步骤4.1.1 仪器除气：使用前先在张力计内灌满经煮沸、密封冷却的无气水(用于张力计的水均为无气水，以下不再注明)，竖直插放在木架上10min~20min ，水通过陶土头向外渗出。
再向张力计中重新注满水，在集气管口塞上一个插有注射器针头的橡皮塞，用注射器抽气，真空表指针开始转动，待表内有空气逸出时，缓慢拔去塞子，继续加满水、抽气，如此重复3次~4次，真空表内的空气已大部分除去。
此时再将仪器注满水，加环形密封圈和盖子密封，在通风处让陶土头蒸发，埋藏的空气随负压的增大逐渐逸出。
轻轻敲打张力计管壁，使气泡集中到集气管中。
将陶土头浸在水中吸水，真空表指针即退回。
打开仪器盖，反复注水、密封、蒸发，直到真空表指针指示值≥85KPa 。
待吸水指针较快地退回，集气管内膨大的空气收缩成极小的气泡，则表明仪器内空气已基本除尽。
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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：
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)。
尼龙管
(H)
毛细玻璃管 有机玻璃 多孔土盒 支架 水银槽 陶土头
初始脱湿过程 主要脱湿过程
张力计杆
主要吸湿过程
土壤含水率（θ）
图1. 土壤水分特征曲线
图2. 土壤水分特征曲线测定装置
四、操作步骤
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 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。
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。 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 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。
t
w
( Pt P0 )
二、实验原理
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 势相等即： w0 wt
P0 ＝1个大气压在此情形下：