土壤水势和土壤水分特征曲线

土壤水势

土壤水势表征土壤孔隙水相对于参考点（通常是纯水）的“能量状态”。具体来说，可定义为在温度恒定状态下，使单位体积或质量的土壤孔隙水摆脱土壤颗粒以及土壤盐溶液的束缚，达到自由水（纯水）状态，所需要做的功。从这个定义出发，土壤水势的单位可用J/m3或J/kg来表示。

土壤水势常用单位
常用的土壤水势单位有：J/kg，kPa，MPa，Bar。它们之间的换算关系是
1J/kg=1kPa=0.001Mpa=0.01Bar。

另外，还可以用水柱高度来表示土壤水势，单位是cm，1cm=0.981hPa。将土壤水势换算成水柱高度后，乘以-1后取以10为底的对数，这个计算值用符号pF表示。

土壤孔隙水会沿水势梯度从高往低运动。植物根系吸水就可以用水势梯度来解释：土壤水势高，植物根系水势低，在这种水势梯度下，根系能从土壤孔隙中获得水分；干旱发生时，由于土壤和植物根系水势逐渐持平，水势梯度消失，水分运动就不再发生；当干旱加剧，土壤水势进一步下降，当其比植物根系水势还低时，水势梯度逆转，植物根系失水，植物就面临失水死亡的风险。因此，土壤水势在理解水分在”土壤-植物-大气连续体”中的运动具有重要意义。

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土壤水分特征曲线

土壤水的基质势（或土壤水吸力）随土壤含水量的变化而变化，其关系曲线称为土壤水分特征曲线，英文名称为soil water characteristic curve1。

一般，该曲线以土壤含水量Q（以体积百分数表示）为横坐标，以土壤水吸力S（以大气压表示）为纵坐标。

土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低，而不是自身的含水量。如果测得土壤的含水量，可根据土壤水分土特征曲线查得基质势值，从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度。

土壤水分特征曲线可反映不同土壤的持水和释水特性，也可从中了解给定土类的一些土壤水分常数和特征指标。曲线的斜率倒数称为比水容量，是用扩散理论求解水分运动时的重要参数。曲线的拐点可反映相应含水量下的土壤水分状态，如当吸力趋于0时，土壤接近饱和，水分状态以毛管重力水为主；吸力稍有增加，含水量急剧减少时，用负压水头表示的吸力值约相当于支持毛管水的上升高度；吸力增加而含水量减少微弱时，以土壤中的毛管悬着水为主，含水量接近于田间持水量；饱和含水量和田间持水量间的差值，可反映土壤给水度等。故土壤水分特征曲线是研究土壤水分运动、调节利用土壤水、进行土壤改良等方面的最重要和最基本的工具。

土壤水分特征曲线主要有以下几方面的应用：

①进行基质势和含水量的相互换算。

根据土壤水分特征曲线可将土壤湿度换算成土壤基质势，依据基质势可判断土壤水分对作物的有效度。也可将基质势换算成含水量，根据土壤水分特征曲线可查得田间持水量、凋萎湿度和相应的有效水范围。土壤水分特征曲线斜率的倒数，即单位基质势变化所引起含水量的变化，称之为比水容重，是衡量土壤水分对植物的有效性和反映土壤持水性能的一个重要重要指标。

②表示比水容重。

土壤水分特征曲线斜率的倒数，即单位基质势变化所引起含水量的变化，称之为比水容重，是衡量土壤水分对植物的有效性和反映土壤持水性能的一个重要重要指标。

③可以间接反映土壤孔隙的分布。

若将土壤中的孔隙设想为各种孔径的圆形毛细管，那么S和毛细管直径d的关系可简单的表示为S=4σd。式中σ为水的表面张力系数，室温条件下一般为75×105N/cm。应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时，水分特征曲线是不可缺少的重要参数。

④可以判断土壤质地状况和土壤水分在吸力段的分布状况。

曲线的拐点可反映相应含水量下的土壤水分状态，如当吸力趋于0 时，土壤接近饱和，水分状态以毛管重力水为主；吸力稍有增加，含水量急剧减少时，用负压水头表示的吸力值约相当于支持毛管水的上升高度；吸力增加而含水量减少微弱时，以土壤中的毛管悬着水为主，含水量接近于田间持水量；饱和含水量和田间持水量间的差值，可反映土壤给水度等。故土壤水分特征曲线是研究土壤水分运动、调节利用土壤水、进行土壤改良等方面的最重要和最基本的工具。