土壤水分運(yùn)動(dòng)特征及其參數(shù)確定

土壤水分運(yùn)動(dòng)特征及其參數(shù)確定一、本文概述土壤水分運(yùn)動(dòng)是土壤學(xué)、水文學(xué)、農(nóng)業(yè)工程等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域共同關(guān)注的重要問題。土壤水分的運(yùn)動(dòng)特征及其參數(shù)確定對于理解土壤水文學(xué)過程、評估土壤水資源、優(yōu)化農(nóng)田灌溉、預(yù)測土壤侵蝕等方面具有重要意義。本文旨在深入探討土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本特征，闡述其關(guān)鍵參數(shù)的確定方法，以期為提高土壤水資源管理效率和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。本文將對土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本原理進(jìn)行簡要介紹，包括土壤水分的主要存在形式、水分運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力以及影響因素等。在此基礎(chǔ)上，文章將重點(diǎn)分析土壤水分運(yùn)動(dòng)的主要特征，如水分?jǐn)U散、滲透、蒸發(fā)等過程的機(jī)理和規(guī)律。本文將詳細(xì)探討土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定方法。這些參數(shù)包括土壤水分?jǐn)U散系數(shù)、滲透系數(shù)、持水曲線等，它們的準(zhǔn)確測定對于理解和模擬土壤水分運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要。文章將介紹傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測定方法以及近年來新興的遙感、數(shù)值模擬等間接確定方法，并比較各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。本文還將結(jié)合實(shí)際案例，對土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)在農(nóng)田灌溉、水土保持等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行案例分析，以展示其在實(shí)際工作中的重要性和應(yīng)用價(jià)值。通過本文的研究，我們期望能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域的研究人員和實(shí)踐工作者提供有益的參考和啟示，推動(dòng)土壤水分運(yùn)動(dòng)研究的深入發(fā)展。二、土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本原理土壤水分運(yùn)動(dòng)是土壤物理學(xué)中的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，它涉及到水分在土壤中的分布、流動(dòng)和存儲(chǔ)等多個(gè)方面。了解土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本原理對于農(nóng)業(yè)、環(huán)境工程、水資源管理等領(lǐng)域都具有重要意義。土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本原理主要基于達(dá)西定律和毛細(xì)管作用。達(dá)西定律描述了水分在土壤孔隙中流動(dòng)的規(guī)律，它指出水分流動(dòng)的速率與土壤的水力傳導(dǎo)系數(shù)和水分梯度成正比。水力傳導(dǎo)系數(shù)是土壤的一種物理屬性，它反映了土壤對水分流動(dòng)的阻力大小。水分梯度則是指土壤中水分含量的差異，它驅(qū)動(dòng)了水分在土壤中的流動(dòng)。毛細(xì)管作用是土壤水分運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)重要原理。由于土壤顆粒之間的空隙形成了毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，當(dāng)土壤中的水分含量高于或低于某一閾值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)管力，驅(qū)動(dòng)水分在土壤中上升或下降。這種作用在農(nóng)業(yè)灌溉中尤為重要，它決定了灌溉水在土壤中的分布和滲透深度。除了達(dá)西定律和毛細(xì)管作用外，土壤水分運(yùn)動(dòng)還受到重力、蒸騰力等多種因素的影響。重力是土壤水分向下運(yùn)動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力，而蒸騰力則是由植物根部吸收水分并通過蒸騰作用釋放到大氣中產(chǎn)生的拉力，它驅(qū)動(dòng)了水分在土壤中的向上運(yùn)動(dòng)。土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本原理涉及到達(dá)西定律、毛細(xì)管作用、重力、蒸騰力等多個(gè)方面。了解這些原理有助于我們深入理解土壤水分的運(yùn)動(dòng)和分布規(guī)律，為農(nóng)業(yè)灌溉、水資源管理和環(huán)境工程等領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù)。三、土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)及其確定方法土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)是描述土壤水分運(yùn)動(dòng)特性的關(guān)鍵指標(biāo)，對于理解土壤水分動(dòng)態(tài)、預(yù)測土壤水分分布和制定合理的水資源管理策略具有重要意義。這些參數(shù)主要包括土壤水分?jǐn)U散系數(shù)、土壤導(dǎo)水率以及土壤持水能力等。土壤水分?jǐn)U散系數(shù)：擴(kuò)散系數(shù)是衡量土壤水分?jǐn)U散能力的參數(shù)，反映了土壤內(nèi)部水分分子或水分團(tuán)在濃度梯度作用下的擴(kuò)散速度。擴(kuò)散系數(shù)的確定通常通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測定，如土柱擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)、瞬時(shí)剖面法等。這些方法能夠提供較為精確的擴(kuò)散系數(shù)值，有助于深入理解土壤水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律。土壤導(dǎo)水率：導(dǎo)水率是衡量土壤傳導(dǎo)水分能力的參數(shù)，反映了土壤在水分梯度作用下水分的流動(dòng)速度。導(dǎo)水率的確定方法包括室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測定和野外原位測定。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測定方法如常水頭法、變水頭法等，而野外原位測定方法如井滲法、雙環(huán)法等。這些方法能夠較為準(zhǔn)確地反映土壤導(dǎo)水率的實(shí)際情況，為土壤水分運(yùn)動(dòng)模擬和預(yù)測提供重要依據(jù)。土壤持水能力：持水能力是衡量土壤保持水分能力的參數(shù)，反映了土壤在不同含水量下的水分保持能力。持水能力的確定通常通過土壤質(zhì)地、土壤容重、土壤孔隙度等土壤基本性質(zhì)的測定和分析來間接推算。也可通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測定土壤水分特征曲線，從而獲取土壤持水能力的相關(guān)信息。土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定方法多種多樣，包括室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測定、野外原位測定以及基于土壤基本性質(zhì)的間接推算等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)具體研究目的和條件選擇合適的方法。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的測定技術(shù)和方法不斷涌現(xiàn)，為土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的研究提供了更多可能性和選擇。四、土壤水分運(yùn)動(dòng)模型的建立與應(yīng)用土壤水分運(yùn)動(dòng)模型的建立對于理解和預(yù)測土壤水分的動(dòng)態(tài)變化，以及指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義。本文將從模型的建立和應(yīng)用兩個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。在模型的建立方面，我們主要采用了Richards方程作為土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本模型。Richards方程是一個(gè)非線性偏微分方程，能夠準(zhǔn)確描述土壤水分在三維空間中的運(yùn)動(dòng)過程，包括水分的擴(kuò)散、對流和源匯項(xiàng)的影響。在模型的建立過程中，我們充分考慮了土壤的物理性質(zhì)，如土壤質(zhì)地、容重、孔隙度等，以及環(huán)境因素，如溫度、壓力、降雨等，對水分運(yùn)動(dòng)的影響。通過合理的參數(shù)化處理和數(shù)值求解方法，我們成功建立了適用于本研究區(qū)域的土壤水分運(yùn)動(dòng)模型。在模型的應(yīng)用方面，我們主要利用所建立的模型對土壤水分動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行預(yù)測和模擬。通過收集和整理研究區(qū)域的土壤和水文數(shù)據(jù)，對模型進(jìn)行驗(yàn)證和校準(zhǔn)。然后，利用校準(zhǔn)后的模型對土壤水分的時(shí)空分布進(jìn)行預(yù)測，分析不同條件下土壤水分的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和變化趨勢。我們還利用模型對農(nóng)業(yè)灌溉和排水方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出合理的灌溉和排水策略，以提高水資源的利用效率，減少水資源的浪費(fèi)。土壤水分運(yùn)動(dòng)模型的建立和應(yīng)用對于理解和預(yù)測土壤水分的動(dòng)態(tài)變化，以及指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義。未來，我們將進(jìn)一步完善模型的理論基礎(chǔ)和數(shù)值求解方法，提高模型的預(yù)測精度和適用范圍，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源管理提供更加科學(xué)、有效的支持。五、土壤水分運(yùn)動(dòng)研究的前沿和展望隨著全球氣候變化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，土壤水分運(yùn)動(dòng)研究的重要性日益凸顯。當(dāng)前，該領(lǐng)域的研究前沿主要集中在以下幾個(gè)方面：土壤水分運(yùn)動(dòng)與生態(tài)環(huán)境關(guān)系研究：在氣候變化背景下，土壤水分運(yùn)動(dòng)與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系受到了廣泛關(guān)注。例如，土壤水分變化對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、多樣性和功能的影響，以及如何通過調(diào)控土壤水分運(yùn)動(dòng)來改善土壤生態(tài)環(huán)境等。土壤水分運(yùn)動(dòng)與農(nóng)業(yè)水肥一體化技術(shù)：隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，土壤水分運(yùn)動(dòng)與農(nóng)業(yè)水肥一體化技術(shù)的結(jié)合成為研究熱點(diǎn)。通過精確控制土壤水分運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水肥的高效利用，對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。土壤水分運(yùn)動(dòng)過程的數(shù)值模擬與智能預(yù)測：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，土壤水分運(yùn)動(dòng)過程的數(shù)值模擬和智能預(yù)測成為研究前沿。通過建立精確的數(shù)值模型，實(shí)現(xiàn)對土壤水分運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測和預(yù)測，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。土壤水分運(yùn)動(dòng)與全球氣候變化的關(guān)系研究：在全球氣候變化背景下，深入研究土壤水分運(yùn)動(dòng)與氣候變化的關(guān)系，揭示土壤水分運(yùn)動(dòng)對氣候變化的響應(yīng)機(jī)制，為應(yīng)對氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。土壤水分運(yùn)動(dòng)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的融合研究：將土壤水分運(yùn)動(dòng)研究與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展相結(jié)合，通過優(yōu)化土壤水分管理策略，提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。土壤水分運(yùn)動(dòng)研究的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用推廣：加強(qiáng)土壤水分運(yùn)動(dòng)研究的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用推廣，將研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源管理提供有力支撐。土壤水分運(yùn)動(dòng)研究在生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和全球氣候變化等方面具有廣闊的應(yīng)用前景和研究價(jià)值。未來，該領(lǐng)域的研究將繼續(xù)深化拓展，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和全球生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出重要貢獻(xiàn)。六、結(jié)論本研究對土壤水分運(yùn)動(dòng)特征及其參數(shù)確定進(jìn)行了深入的分析和探討。通過一系列的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，我們得出以下土壤水分運(yùn)動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的過程，受到多種因素的影響，包括土壤類型、溫度、濕度、壓力等。這些因素共同決定了土壤水分的運(yùn)動(dòng)特征和參數(shù)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要綜合考慮這些因素，以更準(zhǔn)確地描述和預(yù)測土壤水分的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定對于土壤水文學(xué)、農(nóng)業(yè)灌溉、地下水動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域的研究具有重要意義。通過本研究，我們發(fā)現(xiàn)土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)與土壤的物理性質(zhì)密切相關(guān)，如土壤質(zhì)地、孔隙度、滲透率等。因此，我們可以通過測量這些物理性質(zhì)來間接確定土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供有力支持。本研究還發(fā)現(xiàn)土壤水分運(yùn)動(dòng)特征及其參數(shù)具有一定的空間和時(shí)間變異性。這意味著在不同的地理位置和時(shí)間點(diǎn)，土壤水分運(yùn)動(dòng)特征和參數(shù)可能會(huì)有所不同。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體情況選擇合適的模型和參數(shù)，以更好地描述和預(yù)測土壤水分的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。本研究提出了一些改進(jìn)土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定方法的建議。例如，可以通過引入先進(jìn)的測量技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法來提高參數(shù)確定的準(zhǔn)確性和精度；還可以考慮將環(huán)境因素納入?yún)?shù)確定的過程中，以更全面地反映土壤水分運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況。本研究對土壤水分運(yùn)動(dòng)特征及其參數(shù)確定進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和探討，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了有益的參考和借鑒。未來，我們將繼續(xù)深入研究土壤水分運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和機(jī)制，為實(shí)際應(yīng)用提供更好的理論支持和技術(shù)保障。參考資料：土壤水分特征曲線是描述土壤含水率與基質(zhì)吸力之間關(guān)系的曲線，對于農(nóng)業(yè)灌溉、土壤物理學(xué)以及地下水管理等研究領(lǐng)域具有重要意義。然而，土壤水分特征曲線的參數(shù)優(yōu)化問題是一個(gè)復(fù)雜的非線性優(yōu)化問題，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法往往難以找到全局最優(yōu)解。因此，本文提出了一種基于改進(jìn)螢火蟲算法的土壤水分特征曲線參數(shù)優(yōu)化方法。螢火蟲算法是一種基于種群的啟發(fā)式優(yōu)化算法，通過模擬螢火蟲群體的行為來尋找最優(yōu)解。為了解決土壤水分特征曲線參數(shù)優(yōu)化問題，我們提出了一種改進(jìn)的螢火蟲算法。具體來說，我們在螢火蟲算法中引入了局部搜索策略和精英保留策略，以提高算法的搜索效率和全局尋優(yōu)能力。土壤水分特征曲線的參數(shù)優(yōu)化問題可以描述為一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題。我們采用NSGA-II算法來對優(yōu)化問題進(jìn)行求解。該算法可以在多目標(biāo)空間中搜索非支配解，并通過擁擠度比較算子對解進(jìn)行排序，以獲得更優(yōu)的解集。為了驗(yàn)證本文提出的改進(jìn)螢火蟲算法在土壤水分特征曲線參數(shù)優(yōu)化問題上的有效性，我們進(jìn)行了一系列數(shù)值實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的螢火蟲算法可以在較短的時(shí)間內(nèi)找到更優(yōu)的解，且解的分布均勻，沒有陷入局部最優(yōu)。同時(shí)，對比傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，本文提出的算法具有更好的尋優(yōu)性能和全局搜索能力。本文提出了一種基于改進(jìn)螢火蟲算法的土壤水分特征曲線參數(shù)優(yōu)化方法，通過引入局部搜索策略和精英保留策略，提高了算法的搜索效率和全局尋優(yōu)能力。數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以有效地解決土壤水分特征曲線參數(shù)優(yōu)化問題，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了新的思路和方法。土壤水是植物吸收水分的主要來源（水培植物除外），另外植物也可以直接吸收少量落在葉片上的水分。土壤水的主要來源是降水和灌溉水，參與巖石圈-生物圈-大氣圈-水圈的水分大循環(huán)。土壤水分主要來源于大氣降水和灌溉水，地下水上升和大氣中水汽的凝結(jié)也是土壤水分的來源。水分由于在土壤中受到重力、毛管引力、水分子引力、土粒表面分子引力等各種力的作用，形成不同類型的水分并反映出不同的性質(zhì)。土壤吸濕水的含量主要決定于空氣的相對濕度和土壤質(zhì)地。空氣的相對濕度愈大，水汽愈多，土壤吸濕水的含量也愈多；土壤質(zhì)地愈粘重，表面積愈大，吸濕水量愈多。腐殖質(zhì)含量多的土壤，吸濕水量也較多。吸濕水受到土粒表面分子的引力很大，最內(nèi)層可以達(dá)到pF值0，最外層為pF值4．5。所以吸濕水不能移動(dòng)，無溶解力，植物不能吸收，重力也不能使它移動(dòng)，只有在轉(zhuǎn)變?yōu)槠麘B(tài)水的先決條件下才能運(yùn)動(dòng)，因此又稱為緊束縛水，屬于無效水分。其主要吸附力為分子引力和土壤膠體顆粒帶有負(fù)電荷產(chǎn)生的強(qiáng)大的吸引力。膜狀水指由土壤顆粒表面吸附所保持的水層，其厚度可達(dá)幾十或幾百個(gè)以上的水分子。薄膜水的含量決定于土壤質(zhì)地、腐殖質(zhì)含量等。土壤質(zhì)地粘重，腐殖質(zhì)含量高。膜狀水含量高，反之則低。膜狀水的最大值叫最大分子持水量。由于膜狀水受到的引力比吸濕水小，一般為pF值4．5～3．8，所以能由水膜厚的土粒向水膜薄的土粒方向移動(dòng)，但是移動(dòng)的速度緩慢。薄膜水能被植物根系吸收，但數(shù)量少，不能及時(shí)補(bǔ)給植物的需求，對植物生長發(fā)育來說屬于弱有效水分。又稱為松束縛水分。吸附力為土粒剩余的引力。毛管水是靠土壤中毛管孔隙所產(chǎn)生的毛管引力所保持的水分，稱為毛管水。土壤孔隙的毛管作用因毛管直徑大小而不同，當(dāng)土壤孔隙直徑在5mm時(shí)，毛管水達(dá)到最大量，土壤孔隙在1～001mm范圍內(nèi)毛管作用最為明顯，孔隙小于001mm，則毛管中的水分為膜狀水所充滿，不起毛管作用，故這種孔隙可稱無效孔隙。毛管水又可以分為兩種類型。1．毛管懸著水土體中與地下水位無聯(lián)系的毛管水稱毛管懸著水。在毛管系統(tǒng)發(fā)達(dá)的壤質(zhì)土壤中，懸著水主要存在于持水孔隙中，但毛管系統(tǒng)不發(fā)達(dá)的砂質(zhì)土壤，懸著水主要圍繞著砂粒相互接觸的地方，稱為觸點(diǎn)水。2．毛管支持水（毛管上升水）土體中與地下水位有聯(lián)系的毛管水稱毛管支持水。毛管支持水與地下水有密切聯(lián)系，常隨地下水位的變化而變化。其原因是地下水受毛細(xì)管作用（毛管現(xiàn)象）上升而形成的。其運(yùn)動(dòng)速度與毛細(xì)管半徑有密切聯(lián)系。毛管水是土壤中最寶貴的水分，因?yàn)橥寥缹γ芩奈χ挥衟F值0～8，接近于自然水，可以向各個(gè)方向移動(dòng)，根系的吸水力大于土壤對毛管水的吸力，所以毛管水很容易被植物吸收。毛管水中溶解的養(yǎng)分也可以供植物利用。當(dāng)進(jìn)入土壤的水分超過田間持水量后，一部分水沿著大孔隙受重力作用向下滲漏，這部分受重力作用的土壤水稱重力水。重力水下滲到下部的不透水層時(shí)，就會(huì)聚積成為地下水。所以重力水是地下水的重要來源。地下水的水面距地表的深度稱為地下水位。地下水位要適當(dāng)，不宜過高或過低。地下水位過低，地下水不能通過毛管支持水方式供應(yīng)植物；地下水位過高不但影響土壤通氣性，而且有的土壤會(huì)產(chǎn)生鹽漬化。若重力水在滲漏的過程中碰到質(zhì)地粘重的不透水層可透水性很弱的層次，就形成臨時(shí)性或季節(jié)性的飽和含水層，稱為上層滯水。這層水的位置很高，特別是出現(xiàn)在犁底層以上會(huì)使植物受漬，通常把根系活動(dòng)層范圍的上層滯水叫潛水層，對植物生長影響較大。重力水雖然能被植物吸收，但因?yàn)橄聺B速度很快，實(shí)際上被植物利用的機(jī)會(huì)很少。上述各類型的水分在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，例如：超過薄膜水的水分即成為毛管水；超過毛管水的水分成為重力水；重力水下滲聚積成地下水；地下水上升又成為毛管支持水；當(dāng)土壤水分大量蒸發(fā)，土壤中就只有吸濕水。土壤水存在于土壤孔隙中，尤其是中小孔隙中，大孔隙常被空氣所占據(jù)。穿插于土壤孔隙中的植物根系從含水土壤孔隙中吸取水分，用于蒸騰。土壤中的水氣界面存在濕度梯度，溫度升高，梯度加大，因此水會(huì)變成水蒸汽蒸發(fā)逸出土表。蒸騰和蒸發(fā)的水加起來叫做蒸散，是土壤水進(jìn)入大氣的兩條途徑。表層的土壤水受到重力會(huì)向下滲漏，在地表有足夠水量補(bǔ)充的情況下，土壤水可以一直入滲到地下水位，繼而可能進(jìn)入江、河、湖、海等地表水。土壤中水分的多少有兩種表示方法：一種是以土壤含水量表示，分重量含水量和容積含水量兩種，二者之間的關(guān)系由土壤容重來換算。另一種是以土壤水勢表示，土壤水勢的負(fù)值是土壤水吸力。土壤含水量有三個(gè)重要指標(biāo)。一個(gè)是土壤飽和含水量，表明該土壤最多能含多少水，此時(shí)土壤水勢為0。第二是田間持水量，是土壤飽和含水量減去重力水后土壤所能保持的水分。重力水基本上不能被植物吸收利用，此時(shí)土壤水勢為-3巴。第三是萎蔫系數(shù)，是植物萎蔫時(shí)土壤仍能保持的水分。這部分水也不能被植物吸收利用，此時(shí)土壤水勢為-15巴。田間持水量與萎蔫系數(shù)之間的水稱為土壤有效水是植物可以吸收利用的部分。當(dāng)然，一般在田間持水量的60%時(shí)，即土壤水勢-1巴左右就采取措施進(jìn)行灌溉。土壤水分重力勢以土壤水面與土表面相平時(shí)為0。水面高于土表面時(shí)為正值（此時(shí)也稱為壓力勢）。水面低于土表面時(shí)為負(fù)值（土壤水吸力為正值）。土壤基模勢指土壤中礦質(zhì)顆粒表面和有機(jī)質(zhì)顆粒表面對水所產(chǎn)生的張力。它的值永遠(yuǎn)是負(fù)值，即總是將土壤表面的水分向土體內(nèi)吸進(jìn)來。土壤水分溶質(zhì)勢與土壤溶液中所含溶質(zhì)數(shù)量有關(guān)，溶質(zhì)越多，溶質(zhì)勢越?。丛截?fù)）。點(diǎn)水源入滲時(shí)，水沿濕度梯度從高水勢處向低水勢處流動(dòng)，逐漸形成一個(gè)干濕交界分明的橢球體形狀，稱為濕潤球，球面各處土壤水勢相等。該球面稱為入滲鋒，在水頭固定不變時(shí)，入滲鋒的前進(jìn)速度隨著時(shí)間的延長而減慢。大部分植物養(yǎng)分都是溶于水后隨水移動(dòng)運(yùn)輸?shù)街参锔当晃盏摹o論根系以質(zhì)流、擴(kuò)散、截獲哪種方式吸收植物養(yǎng)分都在土壤溶液中進(jìn)行。本標(biāo)準(zhǔn)用于測定除石膏性土壤和有機(jī)土（含有機(jī)質(zhì)20%以上的土壤）以外的各類土壤的水分含量。土壤樣品在105±2℃烘至恒重時(shí)的失重，即為土壤樣品所含水分的質(zhì)量。1風(fēng)干土樣：選取有代表性的風(fēng)干土壤樣品，壓碎，通過1mm篩，混合均勻后備用。2新鮮土樣：在田間用土鉆取有代表性的新鮮土樣，刮去土鉆中的上部浮土，將土鉆中部所需深度處的土壤約20g，捏碎后迅速裝入已知準(zhǔn)確質(zhì)量的大型鋁盒內(nèi)，蓋緊，裝入木箱或其他容器，帶回室內(nèi)，將鋁盒外表擦拭干凈，立即稱重，盡早測定水分。取小型鋁盒在105℃恒溫箱中烘烤約2h，移入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重，準(zhǔn)確至001g。用角勺將風(fēng)干土樣拌勻，舀取約5g，均勻地平鋪在鋁盒中，蓋好，稱重，準(zhǔn)確至001g。將鋁盒蓋揭開，放在盒底下，置于已預(yù)熱至105±2℃的烘箱中烘烤6h。取出，蓋好，移入干燥器內(nèi)冷卻至室溫（約需20min），立即稱重。風(fēng)干土樣水分的測定應(yīng)做兩份平行測定。將盛有新鮮土樣的大型鋁盒在分析天平上稱重，準(zhǔn)確至01g。揭開盒蓋，放在盒底下，置于已預(yù)熱至105±2℃的烘烤箱中烘烤12h。取出，蓋好，在干燥器中冷卻至室溫（約需30min），立即稱重。新鮮土樣水分的測定應(yīng)做三份平行測定。水分（分析基），%=〔（m1－m2）/（m1－m0）〕×100………………（1）水分（干基），%=〔（m1－m2）/（m2－m0）〕×100………………（2）3平行測定結(jié)果的相差，水分小于5%的風(fēng)干土樣不得超過2%，水分為5～25%的潮濕土樣不得超過3%，水分大于15%的大粒（粒徑約10mm）粘重潮濕土樣不得超過7%（相當(dāng)于相對相差不大于5%）。FDS土壤水分傳感器是國內(nèi)自主開發(fā)的產(chǎn)品,我們是國內(nèi)為數(shù)不多的自主開發(fā)單位之一。FDS100水分傳感器是基于介電理論并運(yùn)用頻域測量技術(shù)自主研制開發(fā)的，能夠精確測量土壤和其它多孔介質(zhì)的體積含水量?？膳c溫室環(huán)境監(jiān)測、土壤墑情采集、自動(dòng)灌溉控制等系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)水分的長期動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測。也可與SMC系列數(shù)據(jù)記錄儀組成便攜式土壤水分測量系統(tǒng)。非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)是農(nóng)業(yè)、環(huán)境和地球科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題。本文對非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬研究進(jìn)行了綜述，重點(diǎn)介紹了數(shù)值模擬的方法、模型和應(yīng)用。非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)是指土壤水分在土壤孔隙中的遷移過程，是水文學(xué)和土壤物理學(xué)的重要研究領(lǐng)域。非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)在農(nóng)業(yè)灌溉、地下水補(bǔ)給、污染物遷移等方面具有重要意義。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的不斷發(fā)展，數(shù)值模擬已成為研究非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)的重要手段。有限差分法是一種常用的數(shù)值模擬方法，它將偏微分方程離散化為差分方程，通過迭代求解離散點(diǎn)上的數(shù)值。該方法適用于規(guī)則網(wǎng)格，計(jì)算精度較高，但計(jì)算量大，對邊界條件處理復(fù)雜。有限元法是一種將連續(xù)的求解域離散化為有限個(gè)小的單元，并對每個(gè)單元進(jìn)行插值的方法。該方法適用于不規(guī)則網(wǎng)格，能處理復(fù)雜的邊界條件，但計(jì)算量大，精度相對較低。有限體積法是將求解域劃分為一系列控制體積，通過求解每個(gè)控制體積上的離散方程來近似求解原方程。該方法精度較高，計(jì)算量相對較小，對邊界條件處理簡單。Richards方程是描述非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)的偏微分方程，適用于描述土壤水分運(yùn)動(dòng)過程。Richards方程模型基于土壤水動(dòng)力學(xué)原理，考慮了土壤水分的蒸發(fā)、蒸騰、入滲等過程，是研究非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)的重要模型。分?jǐn)?shù)導(dǎo)數(shù)模型是一種描述非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)的偏微分方程，適用于描述非均質(zhì)土壤中的水分運(yùn)動(dòng)。該模型考慮了土壤水分的非線性特征和入滲過程中的滯后效應(yīng)，能更好地模擬實(shí)際水分運(yùn)動(dòng)過程。非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬在農(nóng)業(yè)灌溉、地下水補(bǔ)給、污染物遷移等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。通過數(shù)值模擬可以預(yù)測土壤水分的分布和遷移規(guī)律，優(yōu)化農(nóng)業(yè)灌溉方案，提高水資源利用效率。數(shù)值模擬還可以用于研究地下水補(bǔ)給過程、污染物遷移路徑等問題，為環(huán)境保護(hù)和地球科學(xué)研究提供重要支持。未來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的不斷發(fā)展，非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬將更加精細(xì)化和智能化，能夠更好地應(yīng)用于實(shí)