山东十一选五大小走势图百度乐彩网: 室內測量土壤水分特征曲線的常用方法

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土壤水分特征曲線,也稱土壤pF曲線,主要用于表征土壤水的能量與數量之間的關系,是描述及研究水在包氣帶和地下飽和蓄水層土壤中運移的關鍵資料,其準確性直接影響土壤水分運動和溶質運移的預測精度。該曲線是評價土壤持水特性、土壤水分有效性和土壤中孔隙大小分布狀況的重要依據。
目前,實驗室內測定土壤水分特征曲線的方法主要有自然蒸發法、離心法、壓力板法、露點水勢儀法、沙箱法和壓力膜儀法等。
1. 自然蒸發法
在自然蒸發條件下,利用插入環刀土樣內2個不同深度(1.25cm和3.75cm) 的微型張力計測得土樣的水勢,同時由天平測得土壤重量,最后采用專業計算軟件獲得干化法土壤水分特征曲線及模型參數。假定土壤含水量及水勢在垂向上呈線性分布,因而取2個深度負壓的算術平均值為土壤樣品測定時的水勢。其具體操作步驟為:
(1)逆向飽和原狀環刀土樣( 250cm3,5cm高) 12~24h,在飽和的環刀土樣底部,利用配套工具挖出2個與張力計高度相匹配的孔洞,并注滿水。
(2)將張力計安裝到傳感器單元上,之后將飽和后的環刀土樣放置于傳感器單元上。
(3)將傳感器單元及天平的數據線與計算機連接,開始監測環刀土樣的負壓及質量變化。實驗過程中,土樣上表面自然裸露在空氣中,在自然蒸發條件下進行測量(保持室內溫度恒定,無外來風干擾)。
(4)實時觀察土壤水勢數據,當水勢達到峰值(一般為-800hPa)并開始下降時,結束蒸發法測定實驗。完成該實驗一般需要8~12d。
(5)取出環刀土樣放置在烘箱內,在105℃下烘干8~12h至恒重,稱重獲得干土質量及容重。
該方法可以連續自動地監測土壤吸力與含水量,可得到大量數據,測量精度高,配置方式靈活,操作簡單,數據分析軟件內置多種經典模型。但是,自然蒸發法只適用于低吸力范圍,不能測定高吸力段的水分特征曲線。

2. 離心法
采用離心的方法可得到土壤的吸力、容重和重量含水量三者的關系,分析土壤持水特征測定中的容重變化特征;采用土壤水分特征曲線冪函數模型和土壤收縮特征線性模型獲得容重與吸力間冪函數關系,由此獲得高精度的土壤水分特征曲線。離心法比其他方法操作簡單、省時,可測定較寬的吸力范圍。但是測量過程中土壤密度、離心時間、測量誤差對其結果影響較大。
3. 壓力板法
壓力板法通過控制水頭和土壤樣品之間的高差來控制土壤樣品的水勢,其特點是系統完全自動化,測量過程中不需要任何操作;并且可以在很小的水勢范圍內,進一步細分為不同的水勢梯度;此外,壓力板法還可以測量土壤的滯后現象。但是,該方法的測量范圍僅局限于0~0.1bar。
4. 露點水勢儀法
露點水勢儀采用冷鏡露點技術,通過測量封閉樣品室中空氣的露點溫度,然后根據內部函數計算樣品水勢,采用天平稱量所得的樣品重量,從而獲取某個特定時刻的土壤水勢和含水量的數據。
露點水勢法可快速得到測量結果,測量范圍廣。但是其參數設置復雜,影響測量精度。
5. 沙箱排干法
沙箱法的原理是飽和環刀土樣在由懸掛水柱產生的一系列低負壓(-2.5cm、-10cm、-31.6cm、-63.1cm和-100cm) 條件下通過水力學排水使環刀土樣含水量達到平衡后稱重,測得低吸力段的干化法水分特征曲線。
6. 壓力膜儀排干法
壓力膜儀法是通過施加外來壓力使水分從土壤中流出,從而獲得不同壓力下的土壤含水量。在沙箱內完成低吸力段的測定后,接著采用壓力膜儀測定高吸力段(-330cm、-500cm、1000cm、-5000cm和-15300cm)的干化水分特征曲線。聯合沙箱和壓力膜儀所測得的實驗數據,即可獲得全吸力段完整的土壤水分特征曲線。
壓力膜儀法為測量土壤水分特征曲線的經典方法,具有測量范圍廣,精度高等特點,但是該方法也有測點過少,測量時間長,測量過程中噪音過大等不足。
針對現有土壤水分特征曲線測定方法各自存在的優缺點和適用范圍差異,建議采用不同的方法分別測量低吸力和高吸力區間內土壤的水分特征曲線。對于超低吸力范圍,可以采用壓力板法,對于低吸力范圍,推薦采用自然蒸發法,對于高吸力范圍,建議采用露點水勢法或壓力膜法。最后所有的測量結果可以使用自然蒸發法的配套的專業軟件擬合為一條完整的曲線。


 最新文獻:
王紅蘭,唐翔宇,鮮青松等:紫色土水分特征曲線室內測定方法的對比。水科學進展,2016,27(2),240~248
主要結論:
紫色土孔隙大小呈兩極化分布,大、中孔隙豐富且空間分布高度不均一,其表層土壤通過田間自然蒸發作用失水往往較為強烈,建議采用Hyprop儀和露點蒸發法測定高吸力段( h<-330cm) 的水分特征曲線。而對于亞表層土壤,因其主要通過水力學滲漏方式失水,建議采用壓力膜儀排水法測定。
 
 
陳帥,陳強,孫濤等:黑土坡耕地秸稈覆蓋對表層土壤結構和導氣性的影響。水土保持通報,2016,36(1),17~21
主要結論:
秸稈覆蓋處理可提高水分特征曲線,即可增加土壤飽和含水量、田間持水量和土壤有效水量。隨著PF(土水勢水柱厘米數的對數值)的不斷增加,即水吸力不斷增加,2種處理土壤表層保持的土壤水分均會下降,且在同一PF值下,2種處理土壤表層保持的土壤水分數量不同,秸稈覆蓋處理的土壤表層保持的土壤水分數量要大于傳統耕作處理。由于土壤水分特征曲線的高低反映了土壤持水能力的強弱,即曲線越高,持水能力越強,因此可以看出秸稈覆蓋處理的表層土壤蓄水和持水能力高于傳統耕作處理。
 
 
Peters, A., S.C. Iden und W. Durner (2015): Revisiting the simplified evaporation method: Identification of hydraulic functions considering vapor, film and corner flow, Journal of Hydrology 527, 531-542.