水分持留曲線

砂土、粘壤土、黏土和泥煤的水分持留曲線。

水分持留曲線描述土壤含水量θ和土壤水勢ψ之間的關係。不同類型土壤的水分持留曲線都是特異的，因此該曲線也被叫做土壤水分特徵曲線。

該曲線常被用來估計土壤蓄水量、對植物的供水能力（田間持水量）以及土壤團聚體穩定性。由於水進入和離開土壤孔隙具有遲滯效應，潤濕和乾燥曲線也可以區分開。

水分持留曲線的總體特徵如圖所示，該圖橫縱坐標分別為體積含水量θ和基質勢$\Psi _{m}$。在勢能接近0處，土壤接近飽和，水分主要由毛細作用力保持在土壤中。當θ逐漸變小，水的結合力增強，在更小的勢能處（負值的絕對值變大，即接近凋萎點），水被緊緊留存在最小孔隙中、穀粒的接觸點間，以及被土壤吸附力保留在顆粒表面形成一層水膜。

砂土中的水主要是靠毛細作用來吸收的，因此在較高（較小絕對值）勢能下，大部分水會流失。然而黏土由於粘附和滲透的存在，會在較低勢能下才釋放水分。在任意勢能下，泥煤土的水含量通常比黏土要高，而後者的含水量一般比砂土高。任意土壤的持水性都和土壤孔隙度以及土壤結合力的特性有關。

形狀參數

有多種模型可以用來描述水分持留曲線的形狀，其中一種是van Genuchten模型：

$\theta (\psi )=\theta _{r}+{\frac {\theta _{s}-\theta _{r}}{\left[1+(\alpha |\psi |)^{n}\right]^{1-1/n}}}$

其中

$\theta (\psi )$ 是水分持留曲線[L³L⁻³]；

$|\psi |$是吸水壓力([L]，cm水柱)；

$\theta _{s}$是飽和水含量[L³L⁻³]；

$\theta _{r}$殘餘水含量[L³L⁻³];

$\alpha$與進氣吸力的倒數有關，$\alpha >0$ ([L⁻¹], or cm⁻¹)；

$n$是孔隙大小分佈的一個相關量，$n>1$ (無量綱)。

基於上述參數化方式，我們構建了一個能夠對不飽和導水率-飽和-壓力關係作出預測的模型。

歷史

1907年，物理學家埃德加·白金漢姆（Edgar Buckingham）利用從砂土到黏土質地各不相同的六種土壤，建立了第一條水分持留曲線。實驗所用土壤柱有48英寸高，在距離土壤柱地段2英寸的位置，通過周期性地利用側管補充水分，保持了一個穩定的水位。土壤柱的上端是封閉的以防止蒸發。

方法

范格魯切騰（Van Genuchten）參數（$\alpha$和$n$）可以通過田間或室內實驗來確定。一種方法是瞬時剖面法，利用該方法可以測定在一系列吸水壓力$\psi$下的土壤含水量$\theta$ （或有效飽和度$Se$）。由於該方程的非線性特徵，諸如非線性最小二乘法等數學技巧能夠用來解出范格魯切騰參數。被估計參數的精確度取決於已有數據集（$\theta$和$\psi$）的質量。

外部連結

• SWRC Fit （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）