土壤水分特征曲线,也称土壤pF曲线,主要用于表征土壤水的能量与数量之间的关系,是描述及研究水在包气带和地下饱和蓄水层土壤中运移的关键资料,其准确性直接影响土壤水分运动和溶质运移的预测精度。该曲线是评价土壤持水特性、土壤水分时效性和土壤中孔隙大小分布状况的重要依据。
目前,实验室内测定土壤水分特征曲线的方法主要有自然蒸发法、离心法、压力板法、沙箱法和压力膜仪法等。
1.自然蒸发法
在自然蒸发条件下,利用插入环刀土样内2个不同深度(1.25cm和3.75cm) 的微型张力计测得土样的水势,同时由天平测得土壤重量,采用计算软件获得干化法土壤水分特征曲线及模型参数。
该方法可以连续自动地监测土壤吸力与含水量,可得到大量数据,测量精度高,配置方式灵活,操作简单,数据分析软件内置多种经典模型。但是,自然蒸发法只适用于低吸力范围,不能测定高吸力段的水分特征曲线。
2.离心法
采用离心的方法可得到土壤的吸力、容重和重量含水量三者的关系离心法比其他方法操作简单、省时,可测定较宽的吸力范围。但是测量过程中土壤密度、离心时间、测量误差对其结果影响较大。
3.压力板法
压力板法通过调节水头和土壤样品之间的高差来调节土壤样品的水势,其特点是系统完全自动化,测量过程中不需要任何操作;并且可以在很小的水势范围内,进一步细分为不同的水势梯度;此外,压力板法还可以测量土壤的滞后现象。 但是,该方法的测量范围局限于0~0.1bar
4.沙箱排干法
沙箱法的原理是饱和环刀土样在由悬挂水柱产生的一系列低负压(-2.5cm、-10cm、-31.6cm、-63.1cm和-100cm) 条件下通过水力学排水使环刀土样含水量达到平衡后称重,测得低吸力段的干化法水分特征曲线。
5.压力膜仪排干法
压力膜仪法是通过施加外来压力使水分从土壤中流出,从而获得不同压力下的土壤含水量。压力膜仪法为测量土壤水分特征曲线的经典方法,具有测量范围广,精度高等特点,但是该方法也有测点过少,测量时间长,测量过程中噪音过大等不足。
针对现有土壤水分特征曲线测定方法各自存在的优缺点和适用范围差异,建议采用不同的方法分别测量低吸力和高吸力区间内土壤的水分特征曲线。对于低吸力范围,可以采用压力板法,对于低吸力范围,推荐采用自然蒸发法,对于高吸力范围,建议采用压力膜法。
所有的测量结果可以使用自然蒸发法的配套的软件拟合为一条完整的曲线。