1.土壤水分特征曲线的研讨
1.1土壤水分特征曲线的概念
土壤水分特征曲线是描绘土壤含水量与吸力(基质势)之间的联系曲线。它反映了土壤水能量与土壤水含量的函数联系,因而它是表明土壤根本水力特性的主要目标,对研讨土壤水停留与运移有十分主要的作用[1]。
1.2土壤水分特征曲线的含义
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联系。土壤水分对植物的有用程度终究决议于土水势的高低而不是自身的含水量。假如测得土壤的含水量,可依据土壤水分特征曲线查得基质势值,然后可判别该土壤含水量对植物的有用程度[2]。
1.3土壤水分特征曲线的测定办法
1.3.1直接法
经过实验办法直接测定土壤水分特征曲线的办法称为直接法。直接法中有很多的实验室和田间办法，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种运用**为遍及。①张力计法：是土壤经过陶土杯从张力计中吸收水分构成必定的真空度或吸力，当土壤与外界到达平衡时，测出土壤基质势，再测出陶土杯周围的土壤含水量，不断改动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个进程，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改动主要的手法，在实践作业中得到广泛运用。但张力计仅能测定低吸力规模0～0．08Mpa的特征曲线。②压力膜法：是加压使土壤水分流出，致使土壤基质势下降直到基质势与所加压力平衡停止，测定此刻的土壤含水量．经过改动压力逐渐获取不一样压力下的含水量即可得到水分特征曲线。压力膜法可运用于扰动土和原状土，测定特征曲线的形状与土壤固有的特征曲线相符，可运用于土壤水分动态模仿，但测定周期长，存在着土壤容重改动的疑问。③离心机法：测定某吸力下所对应的含水量，原理和实验进程同压力膜法相似，但其压力来源于离心机高速旋转发生的离心力。离心机法可运用于扰动土和原状土，测定周期短。特征曲线的相对形状与土壤固有的特征曲线相符，可用于土壤水分动态模仿。可是离心机仅可测定脱水进程，且在测定进程中土壤容重改动很大，若能对容重的影响进行校对，可望有较高的测定准确度。邵明安(1985)从土壤蒸腾实验的猜测与实测的含水量的违背程度开始研讨了以上3种办法测定土壤基质势的不一样及准确性，成果表明考虑容重改动的离心机法有较高的准确度。④砂芯漏斗法：即是用一个砂芯漏斗和衔接悬挂水柱的陶土板构成对土样的吸力。它适用于扰动土和原状土，可测定吸水和脱水2个进程，可是只合适在室内运用。⑤平衡水汽压法：是依据在一个平衡体系中各相的自由能持平的原理。让土壤水自然蒸腾，使其与容器中的水汽到达平衡。只需测出密封容器中的相对湿度和温度，就可核算出19分子土壤水的势值。它要精确测定密封容器中的相对湿度，对恒温、密封条件请求对比高，可是其测定的土水势规模较宽[3]。
以上办法在概念上相对清晰，是测定土壤水分特征曲线的常用办法，但费时、吃力、费资金，在测定规模上也有较大的约束，不能获取整个含水量规模内的土壤水分特征曲线，在田间测定水分特征曲线时还存在较大的不断定性。 1．3.2直接法
由干直接法在实践运用中存在很多疑问，特别是在区域标准上进行实践疑问研讨时，这类办法多数是不可行的，乃**是不可能的，因而很多土壤物理学家尝试着用数学表达（经历公式）来描绘水分特征曲线，经过估量表达式中的参数来断定土壤水分特征曲线。这种办法称为参数估量法(或直接推求法)。现在对比常用的经历公式有Brooks-Corey(1964)模型、Gardner(1970)模型、Van Genuchten(1980)模型和Gardner-Russo(1988)模型。徐绍辉等对此4个模型的话应性进行了剖析，以为Van Genuchten模型无论是对粗质地土壤，仍是较粘质地的土壤，其拟合作用均较好；夏清洁等[4]经过对G内外土壤水动力学参数研讨成果进行剖析也得出，该样型不只拟合作用较好，并能和土壤的机械构成和容重等联系起来，从土壤自身特性上找到其含义。因而，在所有描绘土壤水分特征曲线的很多样型中，Van Genuchten模型以其线型与实测数据曲线拟合程度好而得到广泛运用[5]。**小**等[5]人联系了Matlab软件对传统耕耘和免耕耕耘两种办法下土壤水分特征曲线进行剖析,建立相应的Van Genuchten模型,并对模型进行查验和运用，其他们的成果表明Van Genuchten模型适应性好,能够运用于不一样耕耘条件下的土壤水分剖析。
1.3.3 Van Genuchten模型的研讨及其进展 1.3.3.1 Van Genuchten模型
土壤水分特征曲线Van Genuchten模型的具体表达形式 #p#分页标题#e#
θ= θr+(θS- θr)/〔1+(α·h)n〕m
式中:θ是土壤体积含水量(cm3/cm3);h是压力水头(-cm);θr和θS别离代表土壤的剩下体积含水量和饱满体积含水量(cm3/cm3);α(cm-1)和n是经历拟合参数(或曲线性状参数),而m=1-1/n。为适于现在土壤水分测定办法的习气,这篇文章以土壤水吸力值(+)替代压力水头(-),以分量含水量(g/g)替代体积含水量(cm3/cm3)来研讨此模型的参数求解。由于这篇文章的意图在于研讨Van Genuchten模型求参的办法,因而不受所选单位的影响[5]。
1.3.3.2土壤水分特征曲线 Van Genuchten模型研讨进展
由于Van Genuchten模型得到了广泛的运用，很多科学作业者都对其进行了进一步的研讨并开展了一些用以断定Van Genuchten模型的办法。邵明安，**全九等[6-7]依据一维土壤水分运动的Richards方程提出了推求土壤Van Genuchten模型和Brooks模型参数的简略入渗法；**金生等［8］将**小二乘法和非线性单纯形法相联系拟合了Van Genuchten模型参数；徐绍辉等［9］也凭借**小二乖法并联系Picard迭代法拟合了砂质粘壤土的Van Genuchten模型参数；李春友等［10］也使用单纯形调优法拟合Van Genuchten模型的参数；魏义长等［11］运用Matlab编程软件对辽西琳溶褐土Van Genuchten模型的参数进行了推导估算。尽管这些办法均得到了较好的拟合成果，但这些办法要么凭借干土柱入渗实验，要么算法需求编程，或许凭借于Matlab软件。特别是关于Matlab软件来说，它的功用虽然强壮，但其作业界面对中G科学作业者来说较难适应，并且请求十分专业的数学知识和较高的外语水平，算法需求编程，这在必定程度上约束了在G内土壤物理*域的运用规模，存在着耗时、吃力和使用功率低一级疑问。刘贤赵等［12］运用DPS数据处理系统求解Van Genuchten模型中的4个参数，不需求杂乱的运算符号和繁琐的数学推导，具有操作简略、求解快速、可读性强的忧点，真正使杂乱数学疑问完成了“所想即所见，所见即所得”。DPS数据处理系统供给的麦夸特(Marquardt)算法,以肯定平方和为**小目标,获取待估参数,成功地对Van Genuchten模型的参数进行了求算，与Matlab软件核算的参数值一样具有很高的精度。从实用作用上讲，其工效和通用性有显着的进步。然后为土壤学作业者供给了一条运用数值核算办法的新途径。除此之外，宋孝玉等[13]关于Van Genuchten模型参数较多的情况下，在实验的基础上建立了土壤水分特征曲线的单一参数模型，该模型猜测的土壤水分特征曲线与实测土壤水分特征曲线对比挨近，且该模型参数少，结构简略，省时省力，可进一步推广运用。
2.土壤水分特征曲线的运用
2.1可进行基质势和含水量的彼此换算
依据土壤水分特征曲线可将土壤湿度换算为土壤基质势,依据基质势可判别土壤水分对作物的有用程度。也能够将基质势换算为含水量,依据土壤水分特征曲线可查得田间持水量、凋萎湿度和相应的有用水规模[2]。
2.2表明比水容量
土壤水分特征曲线的斜率(纵坐标为含水量,横坐标为基质势)或其倒数(纵坐标为基质势,横坐标为含水量),即单位基质势改动所导致含水量的改动,称之为比水容量或水容量。比水容量是衡量土壤水分对植物的有用性和反映土壤持水性能的一个主要目标。假如作物以一样的能量吸水,在不一样基质势下从各种土壤中所吸收的水量因比水容量不一样而构成很大的不一样,比水容量愈高,作物吸水量愈大，通常比水容重在高基质势段高于低基质势段。在高基质势段轻质地土壤的比水容量高于重质地的土壤，而在低基质势段却低于重质地的土壤[2]。
2.3可直接反映土壤空地的散布
土壤空地散布主要由颗粒构成和土壤土壤结构决议，土壤水分特征曲线受颗粒构成的影响。若土壤中空地设想为各种孔径的圆形毛管，那么水吸力S和毛孔直径d联系可简略表明为 S=4σ/d
式中σ为水的表面粘力系数，室温条件下通常为75×10-5N/cm，若吸力的单位为Pa，空地直径为mm，则空地直径d和吸力S的联系可表明为d=300/S，由此公式核算出的孔径称为当量孔径或有用孔径。由此可剖析土壤通气和透水、土壤水分的吸持、移动以及作物吸收的难易程度。
2.4可判别土壤质地情况和土壤水分在吸力段的散布情况
只需作出土壤水分特征曲线的图，就能够直观的判别有用水的吸力程度。
