土壤水動力學(xué)1(77)

土壤水動力學(xué)SoilWater

Dynamics主講：曹紅霞西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院參考書目：雷志棟等編《土壤水動力學(xué)》，清華大學(xué)出版社，1988.《地下水與土壤水動力學(xué)》,張蔚榛主編,中國水利水電出版社D.希勒爾著，華孟等譯，土壤和水-物理原理與過程，農(nóng)業(yè)出版社，1982.《土壤溶質(zhì)運(yùn)移》，李韻珠等編著，科學(xué)出版社物理的土壤學(xué)（中譯本）,D.Hillel著，羅煥杰等譯，土壤水動力學(xué)的計算機(jī)模擬，農(nóng)業(yè)出版社，1979.康紹忠等編，《農(nóng)業(yè)水管理學(xué)》，中國農(nóng)業(yè)出版社，1996.SoilWater,Nielson等著，1985.秦耀東主編《土壤物理學(xué)》，高等教育出版社，2002。參考期刊SoilScienceJ.（美國，土壤科學(xué)雜志）WaterResour.Res.（美國，水資源研究）SoilSci.Sco.Am.J.（美國，土壤學(xué)會雜志）Trans.ASAE(SoilandWater)（美國農(nóng)業(yè)工程，土壤和水）JournalofHydrology（美國，水文學(xué)雜志）水利學(xué)報土壤學(xué)報農(nóng)業(yè)工程學(xué)報水科學(xué)進(jìn)展灌溉排水學(xué)報第一章土壤水分研究的回顧和展望一、土壤水系統(tǒng)簡介土壤水(Soilwater,Soilmoisture)：存在于土壤孔隙里的水。飽和水(Saturatedwater)：水全部充滿土壤孔隙。非飽和土壤水(Unsaturatedwater)：部分土壤孔隙被水占據(jù)。隔離水（不動水）(InsulatewaterorImmobilewater)：存在于土壤中封閉孔隙中的水分。二、土壤水的研究概況研究概況

古希臘：構(gòu)成自然界的2個元素：土壤，水

但真正的土壤水科學(xué)作為研究土壤中物質(zhì)和能的狀態(tài)和運(yùn)轉(zhuǎn)的科學(xué)，卻是非常年輕的。它比起土壤學(xué)其它分支的發(fā)展，如土壤發(fā)生學(xué)和土壤化學(xué)要晚1或2個世紀(jì)。

如同其它學(xué)科一樣，它也經(jīng)歷了一個由經(jīng)驗(yàn)到理論，由靜態(tài)到動態(tài)，由定性到定量（數(shù)值計算，電子計算機(jī)的發(fā)展），由宏觀到微觀的研究發(fā)展過程。

在土壤水分的研究方面，對飽和土壤的水分運(yùn)動的研究有較長的歷史。其科學(xué)理論始于150前的法國工程師Darcy所進(jìn)行的試驗(yàn)，經(jīng)不斷發(fā)展和完善，形成了現(xiàn)在的地下水動力學(xué)。

從1856年達(dá)西（Darcy)公式的提出算起，土壤水分的試驗(yàn)研究也就是150年的歷史。二、土壤水的研究概況研究概況

非飽和土壤中的水分問題一直是土壤學(xué)研究的重要課題。

1877年布利格斯（Briggs）提出的毛管假設(shè)，把土壤孔隙組成的孔道，看作是大小不等的毛細(xì)管，同時認(rèn)為表面張力是土壤水分保持的主要原因。在此基礎(chǔ)上，他最早把土壤水分分為吸著水、毛管水和重力水。

前蘇聯(lián)學(xué)者羅戴（A.A.Poge)等又對各種形態(tài)的土壤水分進(jìn)行了大量的研究，并系統(tǒng)地提出了水分形態(tài)的分類方法，并且現(xiàn)在還在沿用。

由于形態(tài)學(xué)方法研究土壤水分的局限性，因而，在20世紀(jì)初出現(xiàn)了土壤水分的能量觀點(diǎn)。1907年白金漢（Buckingham）提出了毛管勢的概念，它是土壤水分勢能概念的最初形式，給土壤水分的研究開辟了一條用能量概念研究土壤水分的新途徑。二、土壤水的研究概況研究概況

1931年理查茲（Richards）在用能量概念研究土壤水的基礎(chǔ)上對達(dá)西定律進(jìn)行了推廣，使其適用于非飽和土壤，大大推動了土壤水的動態(tài)研究，也使土壤水運(yùn)動的數(shù)學(xué)模擬得到了發(fā)展。

近幾十年來，土壤水的研究已成為土壤物理學(xué)中一個重要分支，一個最活躍的領(lǐng)域。隨著電子計算機(jī)的大量應(yīng)用和各學(xué)科的相互滲透，非飽和土壤水運(yùn)動的研究發(fā)生了由經(jīng)驗(yàn)到理論，從定性到定量的深刻變化，從而形成相對獨(dú)立的一個領(lǐng)域——土壤水動力學(xué)。

土壤水分的研究已成為土壤物理、農(nóng)田水利、水文學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域的前沿課題。如國家自然科學(xué)基金委員會的自然科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略的報告中，自然地理和土壤學(xué)科均把土壤圈（或地表）物質(zhì)（水、熱、鹽）循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換列為優(yōu)先資助領(lǐng)域。水利學(xué)科中的地表水、土壤水、地下水三水之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律、SPAC水分傳輸理論等列為優(yōu)先研究。目前土壤水分研究方面的發(fā)展趨向可以歸納以下幾點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)室（機(jī)理）

野外大田（調(diào)控）由單純、孤立研究土壤水分運(yùn)動和保持

土壤-植物-大氣系統(tǒng)（SPAC）水分傳輸

土壤圈由單純的研究土壤圈水分運(yùn)動（循環(huán)）

研究水、熱、溶質(zhì)（養(yǎng)分）的運(yùn)動和耦合由均質(zhì)土壤

非均質(zhì)或?qū)訝钔寥溃ù罂紫读?、指流等?yōu)先流問題），從點(diǎn)

面

區(qū)域新理論、新技術(shù)的應(yīng)用：地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)理論，分形理論，測試技術(shù)，3S技術(shù)等三、土壤水的研究趨向我國：雖在土壤水分領(lǐng)域開展了許多工作，但用數(shù)學(xué)物理方法定量研究土壤中的水分、溶質(zhì)和熱量的運(yùn)移問題，處于初級階段。過去以單一的研究土壤水分較多，發(fā)展用系統(tǒng)的、動態(tài)的理論和方法把土壤-植物-大氣作為一個連續(xù)體進(jìn)行研究，另外研究土壤-植物關(guān)系為中心的農(nóng)田土壤水分最優(yōu)調(diào)控問題。我國大部分地區(qū)水資源相當(dāng)緊缺，糧食生產(chǎn)對調(diào)節(jié)農(nóng)田水分的要求愈來愈高，了解農(nóng)田土壤水分的變化規(guī)律很重要，如蒸發(fā)、入滲不僅對農(nóng)田土壤水分有影響，而且也牽涉地下水利用和降水入滲等問題。三、土壤水的研究趨向研究內(nèi)容：以土壤中水分的能態(tài)為基礎(chǔ)，研究非飽和土壤中水分以及與此有關(guān)的溶質(zhì)和熱量運(yùn)移問題的學(xué)科。

課程目的：搞清土壤水分的運(yùn)動和演變規(guī)律，地表水、土壤水-地下水之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，土壤-植物-大氣連續(xù)體之間的水分傳輸問題，科學(xué)預(yù)測土壤水分的動態(tài)變化，進(jìn)行有效的土壤水分管理。所以土壤水動力學(xué)的研究對水文(Hydrology)、農(nóng)田水利（IrrigationandDrainage）、水資源（WaterResources）、水土保持（Soilandwaterconservation）、農(nóng)業(yè)土壤、生態(tài)和環(huán)境等部門都是很需要的。四、土壤水動力學(xué)的研究內(nèi)容作為土壤水關(guān)系的研究，主要包括以下內(nèi)容：土壤水分的存在形式及其對作物的有效性土壤水分運(yùn)動的基本原理和過程（入滲和蒸發(fā)）土壤中溶質(zhì)和熱量運(yùn)移的基本方程土壤-植物-大氣連續(xù)體（SPAC）水分傳輸土壤水分的動態(tài)預(yù)報土壤水分運(yùn)動參數(shù)的測定技術(shù)土壤特性的空間變異性及土壤水分問題的標(biāo)定田間土壤水分管理四、土壤水動力學(xué)的研究內(nèi)容第二章土壤和水的基本概念農(nóng)田水分存在的形式汽態(tài)水(Vapor)：存在于土壤空隙中的水汽。吸著水(Hygroscopicwater)：吸濕水和薄膜水。吸濕水：緊束在土粒表面，不能自由移動薄膜水：吸附于吸濕水外部，只能沿土粒表面做微小的移動各種土壤水分形態(tài)及特征（一）吸著水的物理解釋土粒表面對水分子的吸附力（Adhesion）和水分子之間的粘著力（Cohesion）作用各種土壤水分形態(tài)及特征（二）毛管水（CapillaryWater)受毛管力的作用保持在土壤中的水分各種土壤水分形態(tài)及特征（二）毛管水的物理解釋表面張力作用水分子相互間的粘著力（Cohesion）與毛管（土粒）表面對水的吸附力（Adhesion）的共同作用毛管水的上升高度：毛管力與重力的作用結(jié)果πr2hdg=2πrTcosαTαrh上升毛管水：地下水在毛管作用下上升并保持在土壤中的水分。懸著毛管水：當(dāng)?shù)叵滤惠^深時，降雨或灌溉后因毛管力的作用而保持在土壤里的水分。重力水（GravitationalWater）：受重力支配不能為土壤所保持的水分。毛管現(xiàn)象的演示土壤含水率一定量的土壤中所含水分的數(shù)量（1）土壤重量含水率（MassWaterContent）

=實(shí)際水重/烘干土重×100(%)（2）土壤容積含水率（VolumetricWaterContent）

=水分容積/土壤容積×100(%)=土壤重量含水率(%)×土壤容重土壤水分常數(shù)吸濕系數(shù)(HygroscopicCoefficient):

吸濕水達(dá)到最大時的土壤含水率。最大分子持水率：

薄膜水達(dá)到最大時的土壤含水率。凋萎系數(shù)（WiltingPoint）：

作物產(chǎn)生永久凋萎時的土壤含水率。田間持水率（FieldCapacity）：

懸著毛管水達(dá)到最大時的土壤含水率。飽和含水率（Saturation）：

所有土壤孔隙都為水所充滿時的土壤含水率。土壤水分常數(shù)土壤水分狀況：干濕大氣壓：10003115～166.25

1/31/100土水之間的引力土壤水分常數(shù)105℃下烘干土吸濕系數(shù)凋萎系數(shù)最大分子持水量毛管斷裂含水量田間持水量毛管持水量全持水量吸濕水膜狀水毛管懸著水毛管上升水重力水無效水難有效水易有效水多余水65％田持灌水下限吸著水毛管水重力水植物根系能吸收的有效水凋萎含水量田間持水量土壤水分狀況與土壤質(zhì)地的關(guān)系關(guān)于土壤水分的幾點(diǎn)補(bǔ)充水分的形態(tài)是變化的，可以互相轉(zhuǎn)化的。土壤水分的有效性是從作物能否直接吸收而言，是相對的。土壤水分常數(shù)隨土質(zhì)而變化。田間持水率通常以灌水兩天后土壤所能保持的含水率表示，國外一般以灌水24小時后的土壤含水率表示。一、土壤水分物理性質(zhì)的測定土壤比重土壤容重孔隙度土壤含水量田間持水量凋萎含水量體積質(zhì)量空氣水固相MwMsMa

?0MtVaVwVsVfVt土壤比重PARTICLEDENSITY(PD)PD=Ms/Vs

變化范圍：

2.6-2.7g/cm3體積質(zhì)量空氣水固相MwMsMa

?0MtVaVwVsVfVtPD=Ms/Vs土壤容重BULKDENSITY(BD)BD=Ms/Vt=Ms/(Va+Vw+Vs)沙質(zhì)土壤>>粘質(zhì)土壤變化范圍[1.1-1.9g/cm3]體積質(zhì)量空氣水固相MwMsMa

?0MtVaVwVsVfVtBD=Ms/VtBD=Ms/(Va+Vw+Vt)土壤孔隙度POROSITY

P=1.0–

土壤容重(BD)/土壤比重(PD)

=

Vf

/Vt=(Va+Vw)/(Va+Vw+Vs)土壤的范圍[40-75%]重量含水量GRAVIMETRICWATERCONTENT(GWC)GWC=Mw/Ms100%qg體積含水量VOLUMETRICWATERCONTENT(VWC)VWC=Vw/Vt

100%=Vw/(Vs+Vf)=GWC

BD/DWDW=水的密度（densityofwater）qv貯水深度HDepthequivalentofsoilwater單位面積（A）和厚度（h）土體中所含的水量相當(dāng)于同面積上水層的厚度：H=h·Ａ·

qv／Ａ

=h·q(cm)=10h·q(mm)飽和度WDegreeofsaturationW是指土壤中水的體積與孔隙體積的比值，表示孔隙被水充滿的程度：W=Vw／Vf

=Vw／(Va+Vw)（一）土壤含水量的測定

土壤含水量是進(jìn)行灌溉試驗(yàn)必測的項(xiàng)目，它是計算作物需水量或耗水量以及確定灌水時間和灌水量的重要指標(biāo)。土壤含水量可用重量含水率（或稱土壤絕對含水率）表示，也可用容積（體積）含水率和土壤相對含水率表示。土壤重量含水率(%)=實(shí)際水重/烘干土重×100(%)土壤容積含水率=土壤重量含水率(%)×土壤容重土壤相對含水率（%）=土壤含水率(%)/田間持水量(%)在灌溉試驗(yàn)中土壤水分控制的上、下限常用土壤相對含水率表示。土壤含水率的測定一般采用烘干法、中子儀、張力計和TDR法測定。1、烘干測定法

儀器設(shè)備：土鉆、鋁盒（已知重量和編號）、烘箱、剖面刀和電子天平（或分析天平）儀器準(zhǔn)備取土稱重烘干稱重計算操作步驟：土壤含水量=土壤水分測定成果表烘干法優(yōu)點(diǎn)：

精確，儀器測定法常用取土烘干法來標(biāo)定。

缺點(diǎn)：比較費(fèi)勁，測定速度慢。

中子法是目前測定土壤含水量較先進(jìn)的方法之一。此方法不用取樣，不擾動土壤，不受水分物理狀態(tài)（如冰凍、結(jié)晶水）的影響，鋁導(dǎo)管埋好后，可以長期使用，測量速度快。缺點(diǎn)是不能測定表層土壤水分，精度稍差，而且由于使用放射性元素需謹(jǐn)慎操作。測定原理：

利用中子熱化原理，快中子源發(fā)出的中子在遇到氫原子后，失去部分動能轉(zhuǎn)化成慢中子，儀器根據(jù)測出的慢中子數(shù)量計算出被測物含水量。2、中子儀測定法

組成：探頭：由快中子源（50毫居里镅-241/鈹源）和一個慢中子檢測器組成計數(shù)器：監(jiān)測被測物散射的慢中子通道操作步驟：測定導(dǎo)管的安裝標(biāo)定田間測定選擇直立的、薄壁（0.03㎝）的，管徑略大于中子源探頭的管材，截成所需的長度，管底密封并略呈錐形以便入土，管口的密封蓋要便于裝卸。標(biāo)準(zhǔn)曲線即慢中子計數(shù)（Ri）或慢中子計數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)（Rs）的比值（Ri／Rs）與土壤容積含水量（θv）的相關(guān)直線。CPN503DR中子儀（美國產(chǎn)）

4301/4302中子儀（美國產(chǎn)）

應(yīng)用中子儀測定土壤水分4、TDR法

時域反射儀（TDR）是80年代發(fā)展起來的快速準(zhǔn)確測定土壤容積含水量的儀器，它可以定點(diǎn)定位地、周期反復(fù)地測定土壤容積含水量的變化。由于它具有許多優(yōu)點(diǎn)，如無核輻射，與稱重法測定土壤含水量相比，它極其快速，與土壤類型沒有關(guān)系，又不大受溫度和壓力的影響，因此，它已成為土壤水分測定的一項(xiàng)重要的新工具，得到了國際上的公認(rèn)。TDR的另一個用途是通過測定土壤電導(dǎo)率而測出總鹽量。近年來國內(nèi)外開發(fā)了不同類型的利用TDR原理測定土壤水分的儀器。原理：

TDR是根據(jù)探測器發(fā)出的電磁波在土壤中傳播的速度依賴于土壤的介電特性和土壤含水率而設(shè)計的。它通過測定電磁脈沖的傳播速度，求出介電常數(shù)Ka，再根據(jù)內(nèi)部Ka與體積含水率θv之間的標(biāo)定曲線求出體積含水率θv。(1)探針型的TDR測定儀早期有代表性的儀器：TRASE多點(diǎn)土壤水分監(jiān)測儀

波導(dǎo)探頭：分表層型和可埋型（包括帶涂層）讀數(shù)表：LCD顯示(256×128)，可靈活調(diào)整參數(shù)，自帶RS232口，多工口組成：

TDR探針在土壤剖面中可垂直放置、水平安放或任意放置，各種放置形式都可以給出探針長度的平均含水量。

缺點(diǎn)：

可埋式的探針測定時有時出現(xiàn)讀數(shù)為0的狀況，有可能因土壤失水收縮，使得土壤與探針接觸不良所致。Ml2x土壤水分速測儀（英國）

儀器發(fā)射一定頻率的電磁波，電磁波沿探針傳輸，到達(dá)底部后返回，檢測探頭輸出的電壓，由于土壤介電常數(shù)的變化通常取決于土壤的含水量，由輸出電壓和水分的關(guān)系則可計算出土壤的含水量。AZS-2便攜式土壤水分測量儀（中國）儀器由探頭、讀表或數(shù)據(jù)采集器組成。

利用土壤介電常數(shù)的變化通常取決于土壤體積含水量的性質(zhì)，計算土壤的含水量。SWR和TSC型智能化土壤水分速側(cè)儀（中國農(nóng)大研制）TDR探針式土壤水分儀（美國）

優(yōu)點(diǎn)：測定上層土壤的含水量較方便（0~20cm）缺點(diǎn)：測定下層的土壤含水量需挖剖面，不便于測定。（2）TDT帶狀土壤水分測試儀（新西蘭）

探頭分布于3米長的柔性軟管內(nèi)，使探頭可靈活的以各種形狀埋于植物的根區(qū)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了大面積土壤水分的監(jiān)測，大大減少了偶然性誤差；排除溫度和鹽分干擾，能同時測量土壤溫度；基于Windows界面友好的分析軟件，可方便的繪制水分、溫度變化圖。（3）ECHO尺狀土壤水分探測儀（美國）不帶存儲

五通道帶存儲（4）TDR桿式土壤水分探測儀（美國）可長期埋設(shè)長度增加，提高測量的準(zhǔn)確性容易攜帶，使用簡單能耗極低最經(jīng)濟(jì)的TDR原理水分探頭測量范圍：0-100%Vol.重復(fù)性誤差：〈1%全部尺寸：直徑：3/4”（19mm）長度：27”(635mm)

如德國產(chǎn)的TRIME-IPH管式土壤含水量測試儀。利用TDR原理，根據(jù)探測器發(fā)出的電磁波在不同介電常數(shù)物質(zhì)中的傳輸時間的不同，計算出被測物含水量。

T3管狀探頭：圓柱式探頭外包PVC塑料外殼，四個彈性鋁條為TDR波導(dǎo)體P3表層探頭：三柱插針式FM水分表：可離線式讀出探頭水分測量值探管：由TECANAT塑料制成組成：n

長度：最大3米n

內(nèi)徑：42毫米n

外徑：44.3毫米（5）管式TDR土壤水分測定儀鉆孔埋導(dǎo)管讀數(shù)表（存儲器、采集器）CMP管式土壤水分測試儀（美國）

探頭：圓柱式讀數(shù)表：可隨時讀出探頭水分測量值，并存儲和下載數(shù)據(jù)。探管：由PVC塑料制成，成本低。土鉆直徑1.75inches(44.45mm)，探管內(nèi)徑2.00inches(50.8mm)外徑：60mm重復(fù)性：±0.24%Vol.測量范圍：0-60%Vol.探頭測量有效區(qū)域：4“（101.6mm）高，直徑10”(254mm)圓組柱體的平均含水量?？纱鎯?0000個數(shù)據(jù)

自動記錄測量時間和日期超大液晶屏顯示（二）土壤容重的測定

土壤容重，是指土壤在自然結(jié)構(gòu)狀態(tài)下單位體積土壤的重量。以克/厘米3或噸/米3表示。土壤容重數(shù)值本身可以做為土壤肥力指標(biāo)之一。一般講土壤容重小，表明土壤比較疏松，孔隙多，保水保肥能力強(qiáng)。反之，土壤容重大，表明土體緊實(shí)，結(jié)構(gòu)性差，孔隙少，耕性、透水性、通氣性不良，保水能力差。土壤容重是計算田間灌水量、作物耗水量不可缺少的參數(shù)之一。土壤容重還可以用來計算土壤的孔隙率和空氣含量，換算土壤中相對含水率和計算土層中養(yǎng)分的基本的數(shù)據(jù)。測定土壤容重的方法一般采用環(huán)刀法。

儀器設(shè)備：

容重為100立方厘米帶有編號的環(huán)刀。天平（感量0.1克稱重200克）或電子天平（0.01g）。小鐵鏟、剖面刀、皮尺、木棰、凡士林，測含水率的全套設(shè)備。操作步驟：

挖一剖面坑。其深度達(dá)到測定所需的深度，剖面坑長、寬以操作方便為宜。一般是每一層取一容重，重復(fù)三個環(huán)刀，若層次很厚，則可以隔20-30厘米取一次。先將剖面削齊鏟平，用帶有環(huán)套的環(huán)刀垂直壓入逐層土內(nèi)，再用剖面刀挖掘周圍土壤取出環(huán)刀。結(jié)果計算：式中：S—烘干土壤容重（克/厘米3）

V—環(huán)刀體積（100厘米3）

WS—環(huán)刀筒內(nèi)干土重（克）將粘附在環(huán)刀外面的土除去，用削土刀細(xì)微地切去環(huán)刀兩端多余的土，使土壤恰和環(huán)刀齊平，兩端蓋好蓋子，按土層和環(huán)刀編號記錄下來。取環(huán)刀時按劃定的層次自下而上的取樣。將環(huán)刀內(nèi)的土壤全部無損地移入巳知重量的鋁盒中，烘干至恒重。或從環(huán)刀內(nèi)取一部分土壤放于已知重量的鋁盒中，烘干至恒重。求出土壤含水量后，再將環(huán)刀內(nèi)的濕土用下列公式換算成干土。原狀取土鉆法：

(三）田間持水量的測定

田間持水量一般都直接在田間用圍框淹灌法測定。田間測定有困難時，亦可采取原狀土樣在室內(nèi)用威爾科克斯（Wilcox）法測定，其結(jié)果常比田間實(shí)測值約小2－3%，然其方法遠(yuǎn)較田間測定簡便。田間測定（圍框淹灌法）

在田間，經(jīng)過大量降雨或灌水使土壤飽和，待排除重力水后，在沒有蒸發(fā)和蒸騰的條件下，測定土壤水分達(dá)到平衡時的含水量。地下水埋深大于3m的土層所保持的主要是毛管懸著水，系真正的田間持水量。當(dāng)?shù)叵滤粶\到測定土層處于毛管支持水范圍時，地下水位越淺，測得的田間持水量值越大，故報告測定結(jié)果時必須注明地下水的深度。

主要儀器：木框正方形，框內(nèi)面積為1m2，框高20－25cm，下端削成楔形，并用白鐵皮包成刀刃狀，便于插入土內(nèi)。提水桶；鋁盒；土鉆；鐵鍬；l／100天平；干燥箱；塑料布（正方形，面積約為5m2）；青草或干草；米尺；木板等。操作步驟：選擇測試地塊。在地塊中央插入木框，一般插入10cm深（或達(dá)犁底層），框內(nèi)為測試區(qū)。在其周圍筑一正方形的堅(jiān)實(shí)土埂，埂高40cm，埂頂寬30cm，框與土埂間為保護(hù)區(qū)。在測試區(qū)附近挖一土壤剖面，觀察土壤特征，按發(fā)生層次在剖面壁采樣測定各層土壤自然含水量、容重和比重。根據(jù)測得的土壤含水量算出待測土層（約1米左右）中的總貯水量，再求出待測土層全部孔隙為水充滿所需補(bǔ)充灌入的水量。為了保證土壤濕透并達(dá)到預(yù)測深度，實(shí)際灌水量將為計算出的水量的1.5倍。按下式計算測試區(qū)和保護(hù)區(qū)的灌水量：

Q=H（a－W）×

dv×S×h

式中：Q——灌水量，m3；

a——土壤飽和含水量，%;

W——土壤自然含水量，%；

dv——土壤容重，g/cm3;

S——測試區(qū)面積，m2；

h——土層需要灌水的深度，m；

H——使土壤達(dá)飽和含水量的保證系數(shù)。

灌水前，在測試區(qū)和保護(hù)區(qū)各插厘米尺一根。灌水時為防止土壤沖刷，應(yīng)在灌水處鋪墊草或席子。先在保護(hù)區(qū)灌水，灌到一定程度后立即向測試地塊灌水，使內(nèi)外均保持5cm厚的水層,一直灌完為止。灌水滲入土壤后，為避免土表蒸發(fā)，可在上面覆蓋青草或麥稈，再在草上蓋一塊塑料布，以防雨水淋入。輕質(zhì)土壤在灌水后24小時即可采樣測定，而粘質(zhì)土壤必須經(jīng)48小時或更長時間才能采樣測定。按木框的對角線位置掀開土表覆蓋物，用土鉆打三個鉆孔，每個鉆孔自上而下依土壤發(fā)生層次分別采土15—20g放入鋁盒，蓋上盒蓋，帶回實(shí)驗(yàn)室測定含水量。以后每天測定一次，直到前后兩天的含水量無顯著差異，水分運(yùn)動基本平衡時為止。一般砂土需l－2晝夜，壤土3—5晝夜，粘土5－10晝夜才基本達(dá)到平衡。結(jié)果計算:計算某一土層的田間持水量，只需在該層逐次測得的土壤含水量%中取結(jié)果相近的平均值即可。在計算整個土壤剖面的田間持水量時，由于土壤各層次的厚度、含水量和容重各不相同，應(yīng)當(dāng)用加權(quán)平均法來計算。計算公式如下：

田間持水量，%=式中W1,W2……Wn—各層土壤含水量，%；

dv1，dv2……dvn—各層土壤容重，g/cm3；

h1，h2……h(huán)n—各土層厚度，cm。(四）凋萎含水量的測定

凋萎含水量，亦稱凋萎系數(shù)。是指作物凋萎時的土壤水分，