土壤水分特征曲线

土壤水分特征曲线是指土壤基质势与土壤含水量间定量函数关系，反映了土壤水分静态能量特征。由于土壤水基质势一般为负值，仅当土壤达到饱和时，基质势为0。因此土壤基质势是随着土壤含水量增加而升高。为了应用方便起见，习惯将负的基质势称为土壤水吸力。因此土壤水分特征曲线也可解释为土壤水吸力与含水量之间函数关系。随着土壤含水量增加，土壤水吸力降低。

土壤水分特征曲线因土壤质地不同存在明显差别，一般土壤黏粒含量愈高，同一吸力下，土壤含水量愈高。土壤质地不仅影响土壤含水量所对应的土壤吸力大小，而且影响土壤水分特征曲线形状。对于砂质土壤而言，一般在高吸力区曲线比较陡，而在低吸力部分土壤水分特征曲线比较平缓。土壤水分特征曲线也受到土壤容重影响，一般随着容重增加，土壤水分特征曲线愈向黏性土壤水分特征曲线所具有特征方向发展。在同一吸力下，土壤含水量随着容重增加而增加。此外土壤温度通过改变土壤水分黏滞性和表面张力而影响土壤水分特征曲线。一般随着温度升高，基质势增加。土壤水分特征曲线与土壤水分变化过程也存在密切关系。在其他条件一致情况下，在脱湿和吸湿过程中测定的土壤水分特征曲线也存在明显差别。在同样含水量条件下，脱湿过程的吸力较吸湿过程要大，将这一现象定义为滞后效应。目前对滞后效应的解释存在三种理论，即瓶颈理论、接触角理论和弯月面延迟形成理论。这些理论目前仅能做定性解释，无法对其进行定量描述。同时根据土壤滞后效应将土壤水分特征曲线分为脱湿曲线和吸湿曲线。从实测资料来看滞后效应明显存在，但实际应用中很难严格考虑滞后效应，一般在入渗过程中采用吸湿曲线，而蒸发过程中采用脱湿曲线。

土壤基质势是由土壤颗粒表面张力和毛管作用引起的，而这种作用关系又相当复杂，目前仍未找到土壤水吸力与土壤含水量间的理论关系，通常利用经验公式进行描述。常用的经验公式有：

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在式（1-22）中a、b为参数。式（1-23）是Brooks-Corey（1964）提出的土壤水分特征曲线表达式，其中θs是饱和土壤含水量，θr滞留土壤含水量，hd是进气吸力，h为土壤吸力，N为形状系数。当土壤处于饱和状态时，土壤吸力等于进气吸力，因此该公式描述了脱水过程的土壤水分特征曲线。同时进气吸力也不是严格测定的进气吸力，而是通过曲线拟合所得到的表观进气吸力。式（1-24）是van Genuchten（1980）提出的描述土壤水分特征曲线公式，式中α是与进气吸力相关的参数，n和m是形状系数。当土壤含水量处于饱和状态时，土壤水吸力为零，因此该公式描述了土壤吸湿过程的土壤水分特征曲线。同时由于该公式能够配合大部分土壤水分特征曲线的形状，因此得到了广泛应用。为了比较式（1-23）和式（1-24）所包含参数间关系，现将式（1-24）近似简化。忽略式（1-24）右边括号中的1，这样式（1-24）变为：

式（1-25）中的α＝1／hd，mn＝N，因此van Genuchten（1980）与Brooks-Corey（1964）模式间存在一定的联系。当然这种转化存在一定误差，但可看出两模式参数间大体关系及其代表的物理意义。