土壤颗粒组成与常用的土壤水分物理性质参数关系研究进展

土壤颗粒组成与常用的土壤水分物理性质参数关系研究进展

发表时间：2019-01-04T11:03:30.477Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第27期作者：刘昱

[导读] 土壤的这种特性直接影响着土壤中固、液、气三相物质组成的协调，是土壤的重要物理性质之一。

陕西地建土地勘测规划设计院有限责任公司陕西西安 710015

摘要：土壤水分物理性质是土壤的物理性质和与其相适应的土壤中水分动态的特征，反映了土壤的结构状况、养分状况、持水性能、保水能力及渗透能力，是评价土壤质量的重要指标，也是研究土壤水分传输的前提和基础。良好的土壤水分物理性质对涵养水源、保持水土、增强土壤抗蚀、抗冲性能有重要的意义。。

关键词：土壤物理性质；土壤质地；土壤水分

一、土壤质地参数

土壤是由固相、液相和气相组成的复杂多孔体［1］。土壤孔隙度是土壤固体颗粒之间形成的不同形状和大小的孔隙的数量、比例和分布的总称。土壤的这种特性直接影响着土壤中固、液、气三相物质组成的协调，是土壤的重要物理性质之一。

土壤质地是具有不同机械组成的土壤的外部特征，是人们在农业活动中认识、利用和改良土壤的重要依据。以砂质土为例，该种质土壤物理含沙量大于80%，土壤孔隙度高，渗透性强，通气性好，蓄水能力差，常缺水缺肥，通气性好；粘性土壤颗粒间孔隙小，毛细管孔隙丰富，保水保肥性好，但土壤通气性差，干旱易列出，耕作不良，耕作周期短。

土壤孔隙中的水分受不同形式的力的影响，表现为不同类型的土壤水分。土壤水分主要受土壤颗粒分子力、土壤孔隙毛细管力和地球重力的影响。土壤颗粒对水分子的吸引力称为分子力。其主要作用于靠近土壤颗粒表面的水分子。离土壤颗粒越远，分子力的作用越小，在几十个水分子的厚度下几乎不起作用。

由土壤分子力固定的土壤水称为结合水，可分为两类：吸湿水和膜水。吸湿水在干燥的土壤颗粒表面被分子重力强烈吸收。由于水分子受到土壤颗粒表面的强烈吸引，分子之间的距离小于液态水分子之间的距离，所以吸水性水表现出固体水的性质。吸湿水不能移动，对作物生长影响不大。

土壤孔隙是一种非常细的毛细管，相互连接，可以在孔隙中的水上产生毛细作用力。通过毛细管力固定在土壤中的水称为毛细水。根据毛管水与地下水的相互作用，可分为上升毛管水和毛管悬浮水。地下水可以通过毛细作用进入土壤孔隙，称为上升毛管水；在降雨或灌溉后通过毛细作用保留在土壤表面，与地下水没有直接的水力关系为悬浮毛细水。

根据上面讨论的土壤水分形态学概念，所有类型的土壤水分都可以用一个典型的土壤水分来表示。这个值通常对于土壤的特定条件和特定质地是相对稳定的，称为土壤水分常数。土壤水分常数表明，土壤水分常数一般可分为：

1、吸湿系数。当空气中的水汽达到饱和时，当干燥土壤的吸湿量达到最大值时，土壤中的水分含量达到最大，也称为吸湿系数。吸湿系数是土壤颗粒的强分子力所固定的土壤水分的最大值。

2、调萎系数。当土壤含水量下降到一定程度时，作物根系由于无法吸水而产生永久凋萎，此时的土壤含水量称之为凋萎系数。

3、最大分子持水量。膜状水和吸湿水达到最大量时的土壤含水率称为最大分子持水量。

4、毛管断裂含水量。当土壤中的悬着毛管水减少到一定程度时，其连续程度会遭到破坏而断裂，从而停止悬着毛管水的运动，此时的土壤含水率成为毛管断裂含水量。

5、田间持水量。从数量上讲，田间持水能力是指当最大量的毛管水悬浮在土壤中时，土壤含水量，包括所有的吸湿水、膜水和毛管水。

6、土壤全持水量。当土壤中的毛管孔隙都充满水分时土壤的含水率称之为土壤全持水量。

二、研究进展

近10年来，黄土丘陵区的生态建设经历了急剧的土地利用变化。在不同的土地利用方式作用下，土壤水物理参数和生态水文特征受到影响，土地利用方式也呈现出多种结构，但目前尚无系统的认识。充分认识不同土地利用方式下土壤水分物理特征的差异，是合理利用土地资源、改善土地利用方式、发展可持续农业的前提土壤水分的物理因素包括土壤含水量、饱和导水率、各种持水能力、土壤容重和孔隙度及其空间变化。对土壤水分和养分等有重要影响［2］。同时，也是评价生态工程效果的重要依据，也是开展各种生态水文研究和规划的基础。

1994，张航等人[3]研究了陕西省主要农业土壤（0-15）X105 Pa的保水特性及其与其它土壤性质的关系。采用离心法研究了陕西省5种主要农业土壤的保水特性，结果表明，经验方程θ=AS-b拟合土壤保水曲线的效果最好，土壤保水能力、孔隙大小分布和比水量均达到最佳值。

土壤是一种具有自相似结构的多孔介质，具有明显的分形特征。分形维数D可以用来表征土壤颗粒大小和质地组成的均匀性。宋孝玉等人[4]研究了黄土高原沟壑区不同地貌类型和土地利用方式下土壤颗粒大小的分形特征；苏永中、赵哈林[5]研究了荒漠化程度与土壤颗粒分形维数的关系。王康、张仁铎[6]利用连续分形理论研究了科尔沁沙地土壤的非饱和导水率。黄冠华等[7]利用分形方法研究水力传导系数的空间变异性，刘建华等。徐少辉和刘建华[8]采用分形方法测定土壤水分特征曲线，估计不同质地。张伟[9]对宁夏扶贫扬黄灌区一期工程土壤颗粒组成、质地，比重，容重，天然含水量，饱和含水量，毛细水容量，田间最大持水量、吸湿系数与凋萎系统、土壤吸水速度与渗透系结果表明，上述指标在项目建设前均达到了预期目标，能有效改善当地农业发展状况，实现当地农业经济的可持续发展。

三、结论与展望

根据目前国内外有关土壤水热方面的理论和实验研究状况，结合我国的实际情况，应该在以下几个方面进行深入和开拓性的研究。（1）土壤水分物理特性除了受到土地利用的影响外，还与土地的空间异质性和土壤母质关系密切，空间分布一定意义上制约了土地利用类型，而母质从本质上影响和决定了土壤水分物理性质。此外，不同季节的测定也对其有一定影响。

（2）目前国内关于时间尺度和母质对土壤水分物理性质影响的研究较少，这也是该区今后该加强研究的方向之一。参考文献