质地对土壤水分特征曲线的影响

第一节 质地对土壤水分特征曲线的影响

土壤水分特征曲线是描述土壤含水量与吸力(基质势)之间的关系曲线。它表明了土壤水能态与土壤水含量之间的关系,土壤水吸力随着含水量增加而减小。目前测定土壤水分特征曲线的方法主要有张力计法、离心机法、压力膜法、砂芯漏斗法、平衡水汽压法等。张力计法操作简单,在田间条件下具有明显优势。

土壤水分特征曲线主要受土壤质地、土壤结构、土壤干容重、土壤温度等影响。此外,土壤膨胀收缩、吸附性离子的种类和数量等因素也影响土壤水分特征曲线。由于影响因素较多,且关系复杂,目前尚不能从理论上推求基质势与含水量之间的关系,一般常用经验公式或简单模型表示,如Brooks-Corey(1964)模型、van Genuchten(1980)模型、Campbell(1974)模型以及Mualem(1976)模型等。而Brooks-Corey模型和van图示Genuchten模型是目前应用最为广泛的模型,因此下面着重分析质地与两模型参数间关系。

Brooks-Corey模型可表示为:

图示

van Genuchten模型可表示为:

图示

式中:θ为体积含水量,cm3/cm3;θr为滞留含水量,cm3/cm3;θs为饱和含水量,cm3/cm3;h为土壤吸力,cm;hd为土壤进气吸力,cm;λ、m、n和α为拟合参数,其中m=1-1/n。(https://www.daowen.com)

由式(3-1)和式(3-2)可知,当土壤处于饱和状态时,式(3-1)中的土壤吸力h等于进气吸力,而式(3-2)中的土壤吸力h等于零。从这种意义上讲,Brooks-Corey模型更符合脱湿曲线,而van Genuchten模型更符合吸湿曲线。但由于两种模型在实际应用中各具特点,如Brooks-Corey模型形式简单,便于推求土壤水分运动模型,以及发展确定土壤水分运动参数的简单方法,而van Genuchten模型适用土壤质地范围比较宽,因此目前两模型的应用没有严格限制于脱湿或吸湿过程。同时Brooks-Corey模型与van Genuchten模型也可以进行简单转化,如省略van Genuchten模型等式右边分母项中1,式(3-2)就变为式(3-1)。

为了分析质地对土壤水分特征曲线的影响,选取西北地区有代表性的五种质地土样,即榆林土、安塞土、绥德土、西安土、新疆土。利用筛分法和吸管法进行土壤颗粒分析,五种土样颗粒组成如表3-1所示。

表3-1 五种土壤的颗粒组成(d为粒径)

图示

按照国际土壤分类标准,五种土样质地分别为粉黏壤土、粉壤土、沙壤土、沙壤土和壤质沙土。土样经风干、碾压和过筛后,按设计容重分层均匀装入实验土柱,实验土柱截面直径为9cm、高为9cm的圆筒,然后插入张力计。在实验过程中,首先测定吸湿曲线,待土壤饱和后开始定时蒸发脱水,测定脱湿曲线,实验结果如图3-1和图3-2所示。

图示

图3-1 土壤吸湿过程水分特征曲线