土壤水分、水分运动及测量方法
水是农业生产中最关键的组成部分。植物从土壤中吸收水分；在体内运输、转化并维持生命周期。然而，植物不仅需要水，还需要适量的水。过多和过少都有害。
为了实现这种平衡，必须正确理解定义土水关系的物理、化学和生物机制。土壤水分、水分运动和测量方法在灌溉计划中非常重要。
本文将对土壤的：
✔ 蓄水能力
✔ 水分运动原理
✔ 水分形式
✔ 孔隙结构
✔ 入渗-渗透机制
✔ 水分测量方法
✔ 介电传感器技术
✔ 毛细行为
✔ 实验室计算
✔ 基于频率的水分测量
✔ EC（电导率）关系
✔ 体积和重量水分数据
✔ 现场传感器验证测试
以科学和应用的完整性进行阐述。
什么是土壤？物质相和内部结构
土壤由三相组成：
| 相 | 说明 |
|---|---|
|
固体 |
矿物质和有机结构 |
|
液体 |
水和溶解盐 |
|
气体 |
空气间隙 |
这三相中，固体部分（矿物质和有机矿物质）通常占一半。另一半则由水和空气组成。这三相之间的比例决定了土壤：
- 如何持水
- 如何导水
- 如何将其提供给植物
。影响土壤内部结构有两个主要特征：
质地（结构）
砂-粉砂-粘土比例。就质地而言，壤土质地最好。
- 粘性土 小孔隙 → 高毛细管持水
- 沙质土 大孔隙 → 高排水性
结构（构造）
土壤颗粒结合的方式。 当结构受损时，水分入渗和根系发育会变弱。粒状（最好）、块状、棱柱状、片状（最差）、无结构（无团聚体*）。
团聚体：土块。
土壤的容重和比重
容重 (Bulk Density, BD):
它是土壤干重与总体积的比率。在烘箱干燥（105°C）的土壤中进行。单位：g/cm³。
ρb = M干 / V总
ρb : Bulk density（容重）
容重：沙质土>壤土>粘性土>有机土。
随着容重升高：
- 孔隙减少。
- 有效水减少。
- 萎蔫点升高。
- 水被保持但无法运动。
- 导水性下降。
比重 (Particle Density, PD):
仅为固相的密度。通常被认为是常数：
ρk = Mk / Vk
土壤 ρk ≈ 2.65 g/cm³
ρk : Particle density（比重）。
随着有机质增加，比重下降。通常变化较小。
什么是孔隙率？公式是什么？
孔隙率是土壤中总孔隙体积与总体积的比率。无单位，通常以 % 表示：
随着孔隙率增加：
✔ 入渗增加
✔ 水分运动加速
✔ 空气交换增强
容重增加，孔隙率减少 → 入渗下降。
土壤中的水分类型
吸湿水
它是被 吸附 在土壤颗粒表面极薄的一层水。
特征：
- 植物无法吸收
- 结合非常紧密
- pF 值高
- 不蒸发 / 不运动
- 即使土壤看起来完全“干燥”也存在
这种水即使土壤干燥也不会分离；只有烘箱干燥才能去除。
毛管水
它是靠 毛细管力 保持在土壤孔隙中的水。
特征：
- 植物可吸收的 主要水分
- 能量需求低
- pF 处于中等水平
- 在细孔（粘土）土壤中较多
- 植物根系从此获取水分
这种水是田间水分灵敏度测量的主要区域。
重力水
受重力影响迅速向下渗透且不被土壤保持的水。
特征：
- 对植物无益
- 过量水 → 渗透损失
- 从大孔隙流走
- 在沙质土中更明显
它是灌溉后通过流动而排走的多余水分。
| 水分类型 | 植物可以使用吗？ | 能量水平 | 运动状态 | 孔隙类型 |
|---|---|---|---|---|
|
吸湿水 |
无法使用 |
极高 |
无 |
微孔隙 |
|
毛管水 |
可以使用 |
中等 |
有限 |
小孔隙 |
|
重力水 |
无法使用 |
极低 |
高 |
大孔隙 |
土壤水分常数
正确建立土壤水分、植物水分胁迫与灌溉时机之间的关系，对于植物的健康生长和水分效率至关重要。
有效持水能力 (STK)
是指植物可以从土壤中获得的总水量。
STK = TK – SN
TK = 田间持水量： 土壤能保持水分的最高水平。
SN = 萎蔫点： 植物无法再吸收水分的阈值。
从田间持水量到萎蔫点的范围代表了 植物的有效水。
允许消耗量 (İVT / RAM)
植物在不进入胁迫状态下可以利用的水分：
İVT = TK – KS
KS = 临界水平： 植物开始遭受胁迫的下限。
TK 与 KS 之间的范围称为“易利用水”。
胁迫区 (SB)
从临界水平到萎蔫点的范围：
SB = KS – SN
进入该区域后，植物代谢下降，开始出现产量损失。
水分百分比 – 重量法和体积法测量
土壤水分主要以两种基本方式表示：
重量百分比 (Pw) – 重量含水量
根据质量变化计算。
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