土壤水吸力的大小与土壤中所含水量的多少有关。因此，非饱和土壤水的基质势是土壤含水率的函数 ，其关系曲线称为土壤水分特征曲线或土壤持水曲线。该曲线反映了土壤水吸力与土壤含水量之间 的关系，通过它可以了解土壤的持水性、土壤水分有效性，了解土壤中各级大小孔隙的分布，有利 于应用数学物理方法对土壤水分运动进行定量分析时提供有关的参数。了解土壤的水分特性对于研 究土壤水的贮存、保持、运动及土壤－植物－大气连续体中水流等的机理和状况都具有十分重要的 意义。１ 土样的采集与测定方法１．１ 土样采集选淳化泥河沟示区地埂花椒－小麦－苹果复合 模式试验地，挖１．５ｍ×１．５ｍ×２．０ｍ的土坑，分０～２０，２０～４０，４０～６０， ６０～８０，８０～１００，１００～１２０，１２０～１６０，１６０～２００ｃｍ共８层用环 刀取原状土，同时用环刀法测定每层土样干容重。１．２ 测定原理当土壤中的水分处于饱和状态 时，含水率为饱和含水率θ０，而吸力Ｓ或基质势ψｍ为０。若对土壤施以微小的吸力，土壤中尚 无水排出，则含水率维持饱和值；当吸力增加到某一临界值Ｓａ后，由于土壤中最大孔隙不能抗拒 所施加的吸力而继续保持水分，于是土壤开始排水，相应地含水率开始减小，随着吸力的不断增加 ，土壤中孔隙由大到小依次不断排水，含水率越来越小〔１〕。由于土壤水的基质势与含水率的关 系复杂，故水分特征曲线为了分析应用方便，常用实测结果拟合经验关系式。１．３ 试验装置及 试验方法试验过程中，首先把土样垫上滤纸放在用水浸润过的陶土压力板上，一并将其放于薄层水 中，将水位抬高到仅低于顶部几毫米处，历时１２～２４ｈ，让土壤充分吸水，达到饱和。开启压 缩气体源调节至所需压力，由低到高使气体通入压力室，直至水不再流出时即达到平衡。用滤纸吸 干引水管中未淌出的水，以免在减压时被倒吸入土样中。关闭加压气体源，打开排气阀慢慢排除压 力室内的气体，拆卸压力腔室，取出土样，迅速称重，再将土样重新装入压力室内，进行下一次试 验〔２，３〕。２ 结果与分析２．１ 土壤容重测定结果及分析一般土壤容重随土层深度的增加 而增加，但测定结果表明（表１），土壤容重并非随土壤深度的增加而增加，特别是在１２０ｃｍ 以后，容重有所减小，这可能与修建梯田时的填土过程有关。另外，０～４０ｃｍ层３个层次的土 壤干容重变化较大，４０ｃｍ以下层的土壤干容重变化较小。这说明，表层土壤由于耕作等原因， 经常受到扰动，其空间变异性较底层土壤大。表１ 各层土样干容重测定结果表Ｔａｂｌｅ１ Ｔ ｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｎｄｒｙｖｏｌｕｍｅｗｅｉｇｈｔｏｆｓｏｉｌｓａｍｐｌｅｓ分层／ｃ ｍ采样深度／ｃｍ土壤干容重／ｇ·ｃｍ－３１号样２号样３号样平均值采样时间０～２０１５１ ．２５８８１．２０９８１．２３３４１．２３３８２０～４０３０１．２８２０１．３０８３１ ．３４２２１．３１０８４０～６０５０１．３２１２１．３２０８１．３７８６１．３４０２６ ０～８０７０１．３７３５１．３６７７１．３９０１１．３７７１８０～１００９０１．４０６ ６１．４０１６１．４１３５１．４０７２１００～１２０１１０１．４３４９１．４２８７１． ４３６２１．４３３３１２０～１６０１３０、１５０１．３９５３１．３９６６１．４０３０１ ．３９８３１６０～２００１７０、１９０１．３５５９１．３４１２１．３５２２１．３４９８ 平均值１．３５６３１９９８－０５－１３１９９８－０５－１７１９９８－０５－２０图１ 土 壤水分特征曲线图Ｆｉｇ．１ Ｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅ２ ．２ 土壤水分特征曲线测定结果及分析将不同处理土样的实测结果，以体积含水量θｖ为纵坐标 ，吸力Ｓ为横坐标，点绘在同一方格坐标纸上，得到土壤水分特征曲线的测定结果，如图１ａ、ｂ 。从图中可以看出：该土壤的持水能力，在靠近作物利用的有效范围（０．０１ＭＰａ），曲线的 陡度很大，说明吸力稍有增加，含水率就显著减小，尔后曲线逐渐趋于平缓，说明随着土壤吸力的 不断增大，土壤孔隙中的液态水逐渐被吸空，之后土粒表面的水化膜的厚度也逐渐吸薄，因水的形 态改变，吸力的提高已不能将其从中吸出，所以曲线的变化平缓；在吸力接近０．０１ＭＰａ时变 化比较显著，这时的含水率可以作为该试验地作物的田间持水量的参考值。同一测定同一吸力对应 的不同土层的含水率差别较小，不同土层在吸力大时含水率要比在吸力小时的差别略大些，这是不 同土层基质势不同的具体反映。在吸力小于０．１０ＭＰａ时土壤整个剖面的含水率都较高，在２ ０％以上。土壤水分对作物的有效性是指土壤水分能否为作物所利用以及利用的难易程度。土壤中 的水分是否能为作物吸收利用，取决于作物根毛吸水能力和土壤吸水力两个方面的大小，而土壤吸 水力的大小是与土壤含水量有关的。在相同条件下，土壤水分越多，土壤吸水力越小。表２ 不同 土层土壤水分特征曲线经验公式表Ｔａｂｌｅ２ Ｅｍｐｉｒｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｅｏｆｓｏ ｉｌｗａｔｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅ土壤剖面分层（ｃｍ）参 数ａｂ Ｒ０～２００．００１７－１１．９７１４０．９９６２２０～４００．０１０８－９．９８０２ ０．９９０１４０～６００．００３２－９．９８７８０．９９６３６０～８００．０１１６－９ ．９０２９０．９８９４８０～１０００．００８０－９．２４４６０．９８３６１００～１２０ ０．００８９－１１．２３６９０．９８６９１２０～１６００．０２０２－９．１８２７０．９ ８６４１６０～２０００．０２０３－１１．３９１００．９９６９经验公式Ｓ＝ａ·θｂＳ—土 壤水吸力，θ—土壤含水量，Ｒ—相关指数，ａ，ｂ—系数对实测结果进行分析，拟合得到不同层 次的土壤水分特征曲线的经验公式（表２）。由表２可以看出，拟合的经验公式其相关指数均在０ ．９８以上，具有较好的拟合效果。利用上述经验公式，可以对这些土壤的吸力Ｓ和含水量θ进行 互算，用以指导水分管理。在非饱和土—水体系中，基质势主要由土壤中某种孔径的毛细管作用所 致。当基质吸力由Ｓ１增到Ｓ２时，就有相当容积的水释放出来，这部分水的容积等于毛管有效半 径在ｒ１和ｒ２之间的孔隙的容积。Ｓ和ｒ的关系为Ｓ＝２σ／ｒ（１）式中：Ｓ—基质吸力（Ｍ Ｐａ），σ—水的表面张力（ＭＰａ），ｒ—毛管半径（ｍｍ）。因此，土壤中毛管的孔径可看作 是土壤水吸力的一种表示。有效孔径和吸力成反比，毛细管越细，土壤水吸力越大。因此，根据有 效孔径和吸力的关系，可以分析在一定条件下，水分在土壤的土容大小孔隙中的分布情况，即根据 水分特征曲线可以计算有效孔径的分布。土壤水分特征曲线的斜率是每单位基质势的变化所导致的 含水量的变化，称为比水容，记为Ｃθ，即Ｃθ＝ｄθｄψｍ＝－ｄθｄＳ（２） 比水容Ｃθ 随吸力的不同而不同，这主要由于土壤中各种不同孔径的孔隙所占的比例不同之故。Ｃθ－Ｓ关系 中的峰值表明其相应的有效孔径的孔隙在该土壤中的优势。比水容Ｃθ于土壤水分储量和对植物有 效程度有关，还反映了土壤水分运动参数－导水率和扩散率之间的关系，是土壤的一个重要性质。 由上可见，土壤水分特征曲线可以反映在不同基质势范围中土壤能保持或释放的水量，以及土壤中 各种有效孔隙的分布情况，这对估计土壤水分对植物吸收的有效性是十分有用的。致谢：本文得到 了西北农业大学张富苍老师的指导，西北林学院９５级一班孙雪文，９６级一班刘纪根，李丽同学 做了部分实验室工作，在此表示感谢渭北旱塬梯田土壤水分特征曲线的测定及分析@朱首军$西北 林学院环境学院!陕西杨陵712100土壤水分特征曲线;;土壤水吸力;;土壤含水量采用压力仪法,在地埂花椒-小麦-苹果复合模式试验地内,分7个不同压力,测定8个土层的土壤水分特征曲线,并将实验结果拟合为经验公式。结果表明:该经验公式其相关指数均在0.98以上,具有较好的拟合效果。1 雷志栋,杨诗秀,谢森传.土壤水动力学〔M〕. 北京:清华大学出版社,1988
2 周钟瑜,逄春浩,林性粹等. 土壤水分测定方法〔M〕. 北京:水利电力出版社,1986
3 汪仁真, 陈志雄. 压力薄膜和压力薄板法在测定土壤吸力上的应用〔J〕. 土壤,1980, (2):64国家“九五”科技重点攻关项目!编号96-004-05-07 Ｅｍｐｉｒｉｃａ ｌｆｏｒｍｕｌａｅｏｆｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅ土壤剖面 分层（ｃｍ）参 数ａｂＲ０～２００．００１７－１１．９７１４０．９９６２２０～４０ ０．０１０８－９．９８０２０．９９０１４０～６００．００３２－９．９８７８０．９９６３ ６０～８００．０１１６－９．９０２９０．９８９４８０～１０００．００８０－９．２４４６ ０．９８３６１００～１２００．００８９－１１．２３６９０．９８６９１２０～１６００．０ ２０２－９．１８２７０．９８６４１６０～２０００．０２０３－１１．３９１００．９９６９ 经验公式Ｓ＝ａ·θｂＳ—土壤水吸力，θ—土壤含水量，Ｒ—相关指数，ａ，ｂ—系数对实测结 果进行分析，拟合得到不同层次的土壤水分特征曲线的经验公式（表２）。由表２可以看出，拟合 的经验公式其相关指数均在０．９８以上，具有较好的拟合效果。利用上述经验公式，可以对这些 土壤的吸力Ｓ和含水量θ进行互算，用以指导水分管理。在非饱和土—水体系中，基质势主要由土 壤中某种孔径的毛细管作用所致。当基质吸力由Ｓ１增到Ｓ２时，就有相当容积的水释放出来，这 部分水的容积等于毛管有效半径在ｒ１和ｒ２之间的孔隙的容积。Ｓ和ｒ的关系为Ｓ＝２σ／ｒ（ １）式中：Ｓ—基质吸力（ＭＰａ），σ—水的表面张力（ＭＰａ），ｒ—毛管半径（ｍｍ）。因 此，土壤中毛管的孔径可看作是土壤水吸力的一种表示。有效孔径和吸力成反比，毛细管越细，土壤水吸力越大。因此，根据有效孔径和吸力
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