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(基質勢)之間的聯系曲線。它反映了土壤水能量與土壤水含量的函數聯系,因而它是表明土壤根本水力特性的主要目標,對研討土壤水停留與運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勢(或基質吸力)和土壤含水量之間的聯系。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,可依據土壤水分特征曲線查得基質勢值,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 

經過實驗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驗室和田間辦法，如張力計法、壓力膜法、離心機法、砂芯漏斗法、平衡水汽壓法等，而前3種運用**為遍及。①張力計法：是土壤經過陶土杯從張力計中吸收水分構成必定的真空度或吸力，當土壤與外界到達平衡時，測出土壤基質勢，再測出陶土杯周圍的土壤含水量，不斷改動土壤含水量并測相應的吸力，就可完成土壤水分特征曲線的測定。張力計法可用于脫水和吸水2個進程，可測定擾動土和原狀土的特征曲線，是用于田間監測土壤水分動態改動主要的手法，在實踐作業中得到廣泛運用。但張力計僅能測定低吸力規模0～0．08Mpa的特征曲線。②壓力膜法：是加壓使土壤水分流出，致使土壤基質勢下降直到基質勢與所加壓力平衡停止，測定此刻的土壤含水量．經過改動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。壓力膜法可運用于擾動土和原狀土，測定特征曲線的形狀與土壤固有的特征曲線相符，可運用于土壤水分動態模仿，但測定周期長，存在著土壤容重改動的疑問。③離心機法：測定某吸力下所對應的含水量，原理和實驗進程同壓力膜法相似，但其壓力來源于離心機高速旋轉發生的離心力。離心機法可運用于擾動土和原狀土，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，可用于土壤水分動態模仿?？墒请x心機僅可測定脫水進程，且在測定進程中土壤容重改動很大，若能對容重的影響進行校對，可望有較高的測定準確度。邵明安(1985)從土壤蒸騰實驗的猜測與實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勢的不一樣及準確性，成果表明考慮容重改動的離心機法有較高的準確度。④砂芯漏斗法：即是用一個砂芯漏斗和銜接懸掛水柱的陶土板構成對土樣的吸力。它適用于擾動土和原狀土，可測定吸水和脫水2個進程，可是只合適在室內運用。⑤平衡水汽壓法：是依據在一個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，但費時、吃力、費資金，在測定規模上也有較大的約束，不能獲取整個含水量規模內的土壤水分特征曲線，在田間測定水分特征曲線時還存在較大的不斷定性。 1．3.2直接法 

由干直接法在實踐運用中存在很多疑問，特別是在區域標準上進行實踐疑問研討時，這類辦法多數是不可行的，乃**是不可能的，因而很多土壤物理學家嘗試著用數學表達（經歷公式）來描繪水分特征曲線，經過估量表達式中的參數來斷定土壤水分特征曲線。這種辦法稱為參數估量法(或直接推求法)。現在對比常用的經歷公式有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個模型的話應性進行了剖析，以為Van Genuchten模型無論是對粗質地土壤，仍是較粘質地的土壤，其擬合作用均較好；夏清潔等[4]經過對G內外土壤水動力學參數研討成果進行剖析也得出，該樣型不只擬合作用較好，并能和土壤的機械構成和容重等聯系起來，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模型以其線型與實測數據曲線擬合程度好而得到廣泛運用[5]。**小**等[5]人聯系了Matlab軟件對傳統耕耘和免耕耕耘兩種辦法下土壤水分特征曲線進行剖析,建立相應的Van Genuchten模型,并對模型進行查驗和運用，其他們的成果表明Van Genuchten模型適應性好,能夠運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模型的具體表達形式 #p#分頁標題#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是經歷擬合參數(或曲線性狀參數),而m=1-1/n。為適于現在土壤水分測定辦法的習氣,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模型研討進展 

由于Van Genuchten模型得到了廣泛的運用，很多科學作業者都對其進行了進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]依據一維土壤水分運動的Richards方程提出了推求土壤Van Genuchten模型和Brooks模型參數的簡略入滲法；**金生等［8］將**小二乘法和非線性單純形法相聯系擬合了Van Genuchten模型參數；徐紹輝等［9］也憑借**小二乖法并聯系Picard迭代法擬合了砂質粘壤土的Van Genuchten模型參數；李春友等［10］也使用單純形調優法擬合Van Genuchten模型的參數；魏義長等［11］運用Matlab編程軟件對遼西琳溶褐土Van Genuchten模型的參數進行了推導估算。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驗，要么算法需求編程，或許憑借于Matlab軟件。特別是關于Matlab軟件來說，它的功用雖然強壯，但其作業界面對中G科學作業者來說較難適應，并且請求十分專業的數學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內土壤物理*域的運用規模，存在著耗時、吃力和使用功率低一級疑問。劉賢趙等［12］運用DPS數據處理系統求解Van Genuchten模型中的4個參數，不需求雜亂的運算符號和繁瑣的數學推導，具有操作簡略、求解快速、可讀性強的憂點，真正使雜亂數學疑問完成了“所想即所見，所見即所得”。DPS數據處理系統供給的麥夸特(Marquardt)算法,以肯定平方和為**小目標,獲取待估參數,成功地對Van Genuchten模型的參數進行了求算，與Matlab軟件核算的參數值一樣具有很高的精度。從實用作用上講，其工效和通用性有顯著的進步。然后為土壤學作業者供給了一條運用數值核算辦法的新途徑。除此之外，宋孝玉等[13]關于Van Genuchten模型參數較多的情況下，在實驗的基礎上建立了土壤水分特征曲線的單一參數模型，該模型猜測的土壤水分特征曲線與實測土壤水分特征曲線對比挨近，且該模型參數少，結構簡略，省時省力，可進一步推廣運用。 

2.土壤水分特征曲線的運用 

2.1可進行基質勢和含水量的彼此換算 

依據土壤水分特征曲線可將土壤濕度換算為土壤基質勢,依據基質勢可判別土壤水分對作物的有用程度。也能夠將基質勢換算為含水量,依據土壤水分特征曲線可查得田間持水量、凋萎濕度和相應的有用水規模[2]。 

2.2表明比水容量 

土壤水分特征曲線的斜率(縱坐標為含水量,橫坐標為基質勢)或其倒數(縱坐標為基質勢,橫坐標為含水量),即單位基質勢改動所導致含水量的改動,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主要目標。假如作物以一樣的能量吸水,在不一樣基質勢下從各種土壤中所吸收的水量因比水容量不一樣而構成很大的不一樣,比水容量愈高,作物吸水量愈大，通常比水容重在高基質勢段高于低基質勢段。在高基質勢段輕質地土壤的比水容量高于重質地的土壤，而在低基質勢段卻低于重質地的土壤[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成和土壤土壤結構決議，土壤水分特征曲線受顆粒構成的影響。若土壤中空地設想為各種孔徑的圓形毛管，那么水吸力S和毛孔直徑d聯系可簡略表明為                    S=4σ/d 

式中σ為水的表面粘力系數，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的聯系可表明為d=300/S，由此公式核算出的孔徑稱為當量孔徑或有用孔徑。由此可剖析土壤通氣和透水、土壤水分的吸持、移動以及作物吸收的難易程度。 

2.4可判別土壤質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。