1.土壤水分特征曲線的研討 

1.1土壤水分特征曲線的概念 

土壤水分特征曲線是描繪土壤含水量與吸力(基質(zhì)勢)之間的聯(lián)系曲線。它反映了土壤水能量與土壤水含量的函數(shù)聯(lián)系,因而它是表明土壤根本水力特性的主要目標(biāo),對研討土壤水停留與運(yùn)移有十分主要的作用[1]。 

1.2土壤水分特征曲線的含義 

土壤水分特征曲線反映的是土壤基質(zhì)勢(或基質(zhì)吸力)和土壤含水量之間的聯(lián)系。土壤水分對植物的有用程度終究決議于土水勢的高低而不是自身的含水量。假如測得土壤的含水量,可依據(jù)土壤水分特征曲線查得基質(zhì)勢值,然后可判別該土壤含水量對植物的有用程度[2]。 

1.3土壤水分特征曲線的測定辦法 

1.3.1直接法 

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)辦法直接測定土壤水分特征曲線的辦法稱為直接法。直接法中有很多的實(shí)驗(yàn)室和田間辦法，如張力計(jì)法、壓力膜法、離心機(jī)法、砂芯漏斗法、平衡水汽壓法等，而前3種運(yùn)用**為遍及。①張力計(jì)法：是土壤經(jīng)過陶土杯從張力計(jì)中吸收水分構(gòu)成必定的真空度或吸力，當(dāng)土壤與外界到達(dá)平衡時(shí)，測出土壤基質(zhì)勢，再測出陶土杯周圍的土壤含水量，不斷改動(dòng)土壤含水量并測相應(yīng)的吸力，就可完成土壤水分特征曲線的測定。張力計(jì)法可用于脫水和吸水2個(gè)進(jìn)程，可測定擾動(dòng)土和原狀土的特征曲線，是用于田間監(jiān)測土壤水分動(dòng)態(tài)改動(dòng)主要的手法，在實(shí)踐作業(yè)中得到廣泛運(yùn)用。但張力計(jì)僅能測定低吸力規(guī)模0～0．08Mpa的特征曲線。②壓力膜法：是加壓使土壤水分流出，致使土壤基質(zhì)勢下降直到基質(zhì)勢與所加壓力平衡停止，測定此刻的土壤含水量．經(jīng)過改動(dòng)壓力逐漸獲取不一樣壓力下的含水量即可得到水分特征曲線。壓力膜法可運(yùn)用于擾動(dòng)土和原狀土，測定特征曲線的形狀與土壤固有的特征曲線相符，可運(yùn)用于土壤水分動(dòng)態(tài)模仿，但測定周期長，存在著土壤容重改動(dòng)的疑問。③離心機(jī)法：測定某吸力下所對應(yīng)的含水量，原理和實(shí)驗(yàn)進(jìn)程同壓力膜法相似，但其壓力來源于離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)發(fā)生的離心力。離心機(jī)法可運(yùn)用于擾動(dòng)土和原狀土，測定周期短。特征曲線的相對形狀與土壤固有的特征曲線相符，可用于土壤水分動(dòng)態(tài)模仿。可是離心機(jī)僅可測定脫水進(jìn)程，且在測定進(jìn)程中土壤容重改動(dòng)很大，若能對容重的影響進(jìn)行校對，可望有較高的測定準(zhǔn)確度。邵明安(1985)從土壤蒸騰實(shí)驗(yàn)的猜測與實(shí)測的含水量的違背程度開始研討了以上3種辦法測定土壤基質(zhì)勢的不一樣及準(zhǔn)確性，成果表明考慮容重改動(dòng)的離心機(jī)法有較高的準(zhǔn)確度。④砂芯漏斗法：即是用一個(gè)砂芯漏斗和銜接懸掛水柱的陶土板構(gòu)成對土樣的吸力。它適用于擾動(dòng)土和原狀土，可測定吸水和脫水2個(gè)進(jìn)程，可是只合適在室內(nèi)運(yùn)用。⑤平衡水汽壓法：是依據(jù)在一個(gè)平衡體系中各相的自由能持平的原理。讓土壤水自然蒸騰，使其與容器中的水汽到達(dá)平衡。只需測出密封容器中的相對濕度和溫度，就可核算出19分子土壤水的勢值。它要精確測定密封容器中的相對濕度，對恒溫、密封條件請求對比高，可是其測定的土水勢規(guī)模較寬[3]。 

以上辦法在概念上相對清晰，是測定土壤水分特征曲線的常用辦法，但費(fèi)時(shí)、吃力、費(fèi)資金，在測定規(guī)模上也有較大的約束，不能獲取整個(gè)含水量規(guī)模內(nèi)的土壤水分特征曲線，在田間測定水分特征曲線時(shí)還存在較大的不斷定性。 1．3.2直接法 

由干直接法在實(shí)踐運(yùn)用中存在很多疑問，特別是在區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行實(shí)踐疑問研討時(shí)，這類辦法多數(shù)是不可行的，乃**是不可能的，因而很多土壤物理學(xué)家嘗試著用數(shù)學(xué)表達(dá)（經(jīng)歷公式）來描繪水分特征曲線，經(jīng)過估量表達(dá)式中的參數(shù)來斷定土壤水分特征曲線。這種辦法稱為參數(shù)估量法(或直接推求法)?，F(xiàn)在對比常用的經(jīng)歷公式有Brooks-Corey(1964)模型、Gardner(1970)模型、Van Genuchten(1980)模型和Gardner-Russo(1988)模型。徐紹輝等對此4個(gè)模型的話應(yīng)性進(jìn)行了剖析，以為Van Genuchten模型無論是對粗質(zhì)地土壤，仍是較粘質(zhì)地的土壤，其擬合作用均較好；夏清潔等[4]經(jīng)過對G內(nèi)外土壤水動(dòng)力學(xué)參數(shù)研討成果進(jìn)行剖析也得出，該樣型不只擬合作用較好，并能和土壤的機(jī)械構(gòu)成和容重等聯(lián)系起來，從土壤自身特性上找到其含義。因而，在所有描繪土壤水分特征曲線的很多樣型中，Van Genuchten模型以其線型與實(shí)測數(shù)據(jù)曲線擬合程度好而得到廣泛運(yùn)用[5]。**小**等[5]人聯(lián)系了Matlab軟件對傳統(tǒng)耕耘和免耕耕耘兩種辦法下土壤水分特征曲線進(jìn)行剖析,建立相應(yīng)的Van Genuchten模型,并對模型進(jìn)行查驗(yàn)和運(yùn)用，其他們的成果表明Van Genuchten模型適應(yīng)性好,能夠運(yùn)用于不一樣耕耘條件下的土壤水分剖析。 

1.3.3 Van Genuchten模型的研討及其進(jìn)展 1.3.3.1 Van Genuchten模型 

土壤水分特征曲線Van Genuchten模型的具體表達(dá)形式 #p#分頁標(biāo)題#e#

θ= θr+(θS- θr)/〔1+(α·h)n〕m 

式中:θ是土壤體積含水量(cm3/cm3);h是壓力水頭(-cm);θr和θS別離代表土壤的剩下體積含水量和飽滿體積含水量(cm3/cm3);α(cm-1)和n是經(jīng)歷擬合參數(shù)(或曲線性狀參數(shù)),而m=1-1/n。為適于現(xiàn)在土壤水分測定辦法的習(xí)氣,這篇文章以土壤水吸力值(+)替代壓力水頭(-),以分量含水量(g/g)替代體積含水量(cm3/cm3)來研討此模型的參數(shù)求解。由于這篇文章的意圖在于研討Van Genuchten模型求參的辦法,因而不受所選單位的影響[5]。 

1.3.3.2土壤水分特征曲線 Van Genuchten模型研討進(jìn)展 

由于Van Genuchten模型得到了廣泛的運(yùn)用，很多科學(xué)作業(yè)者都對其進(jìn)行了進(jìn)一步的研討并開展了一些用以斷定Van Genuchten模型的辦法。邵明安，**全九等[6-7]依據(jù)一維土壤水分運(yùn)動(dòng)的Richards方程提出了推求土壤Van Genuchten模型和Brooks模型參數(shù)的簡略入滲法；**金生等［8］將**小二乘法和非線性單純形法相聯(lián)系擬合了Van Genuchten模型參數(shù)；徐紹輝等［9］也憑借**小二乖法并聯(lián)系Picard迭代法擬合了砂質(zhì)粘壤土的Van Genuchten模型參數(shù)；李春友等［10］也使用單純形調(diào)優(yōu)法擬合Van Genuchten模型的參數(shù)；魏義長等［11］運(yùn)用Matlab編程軟件對遼西琳溶褐土Van Genuchten模型的參數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)估算。盡管這些辦法均得到了較好的擬合成果，但這些辦法要么憑借干土柱入滲實(shí)驗(yàn)，要么算法需求編程，或許憑借于Matlab軟件。特別是關(guān)于Matlab軟件來說，它的功用雖然強(qiáng)壯，但其作業(yè)界面對中G科學(xué)作業(yè)者來說較難適應(yīng)，并且請求十分專業(yè)的數(shù)學(xué)知識和較高的外語水平，算法需求編程，這在必定程度上約束了在G內(nèi)土壤物理*域的運(yùn)用規(guī)模，存在著耗時(shí)、吃力和使用功率低一級疑問。劉賢趙等［12］運(yùn)用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)求解Van Genuchten模型中的4個(gè)參數(shù)，不需求雜亂的運(yùn)算符號和繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，具有操作簡略、求解快速、可讀性強(qiáng)的憂點(diǎn)，真正使雜亂數(shù)學(xué)疑問完成了“所想即所見，所見即所得”。DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)供給的麥夸特(Marquardt)算法,以肯定平方和為**小目標(biāo),獲取待估參數(shù),成功地對Van Genuchten模型的參數(shù)進(jìn)行了求算，與Matlab軟件核算的參數(shù)值一樣具有很高的精度。從實(shí)用作用上講，其工效和通用性有顯著的進(jìn)步。然后為土壤學(xué)作業(yè)者供給了一條運(yùn)用數(shù)值核算辦法的新途徑。除此之外，宋孝玉等[13]關(guān)于Van Genuchten模型參數(shù)較多的情況下，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了土壤水分特征曲線的單一參數(shù)模型，該模型猜測的土壤水分特征曲線與實(shí)測土壤水分特征曲線對比挨近，且該模型參數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡略，省時(shí)省力，可進(jìn)一步推廣運(yùn)用。 

2.土壤水分特征曲線的運(yùn)用 

2.1可進(jìn)行基質(zhì)勢和含水量的彼此換算 

依據(jù)土壤水分特征曲線可將土壤濕度換算為土壤基質(zhì)勢,依據(jù)基質(zhì)勢可判別土壤水分對作物的有用程度。也能夠?qū)⒒|(zhì)勢換算為含水量,依據(jù)土壤水分特征曲線可查得田間持水量、凋萎濕度和相應(yīng)的有用水規(guī)模[2]。 

2.2表明比水容量 

土壤水分特征曲線的斜率(縱坐標(biāo)為含水量,橫坐標(biāo)為基質(zhì)勢)或其倒數(shù)(縱坐標(biāo)為基質(zhì)勢,橫坐標(biāo)為含水量),即單位基質(zhì)勢改動(dòng)所導(dǎo)致含水量的改動(dòng),稱之為比水容量或水容量。比水容量是衡量土壤水分對植物的有用性和反映土壤持水性能的一個(gè)主要目標(biāo)。假如作物以一樣的能量吸水,在不一樣基質(zhì)勢下從各種土壤中所吸收的水量因比水容量不一樣而構(gòu)成很大的不一樣,比水容量愈高,作物吸水量愈大，通常比水容重在高基質(zhì)勢段高于低基質(zhì)勢段。在高基質(zhì)勢段輕質(zhì)地土壤的比水容量高于重質(zhì)地的土壤，而在低基質(zhì)勢段卻低于重質(zhì)地的土壤[2]。 

2.3可直接反映土壤空地的散布 

土壤空地散布主要由顆粒構(gòu)成和土壤土壤結(jié)構(gòu)決議，土壤水分特征曲線受顆粒構(gòu)成的影響。若土壤中空地設(shè)想為各種孔徑的圓形毛管，那么水吸力S和毛孔直徑d聯(lián)系可簡略表明為                    S=4σ/d 

式中σ為水的表面粘力系數(shù)，室溫條件下通常為75×10-5N/cm，若吸力的單位為Pa，空地直徑為mm，則空地直徑d和吸力S的聯(lián)系可表明為d=300/S，由此公式核算出的孔徑稱為當(dāng)量孔徑或有用孔徑。由此可剖析土壤通氣和透水、土壤水分的吸持、移動(dòng)以及作物吸收的難易程度。 

2.4可判別土壤質(zhì)地情況和土壤水分在吸力段的散布情況 

 只需作出土壤水分特征曲線的圖，就能夠直觀的判別有用水的吸力程度。