第二节 土壤含水量及水分常数

为描述土壤水分随时间和空间的动态变化规律，通常用土壤含水量来表示它们的大小和变化特性，而将处于某些特征条件下的土壤含水量值称为土壤水分常数。它们反映一定条件下的土壤含水量的变化特性，是标志土壤水分的形态和性质发生明显变化时的一些土壤含水量的特征值。

一、土壤含水量的表示方法

土壤含水量又称为土壤湿度，也称为土壤含水率，它表示一定量的土壤中所含有水分的数量。土壤含水量是土壤的一个重要的水理性质指标，是分析土壤的各种物理、力学特性以及决定土壤水分运动和保持水分的重要参数。土壤含水量可用一定容积土壤中三相物质含量的相对比例关系来表示，最常用的土壤含水量表示方法有以下几种。

1.土壤重量含水量

土壤重量含水量是指在某一土样中，水分的重量W_ω与干土重量W_S的比，用百分数表示，即

利用称重的方法，测量湿土样重量和其烘干后的重量，容易求得W_ω、W_S值。但重量含水率是一个相对指标，不能表示含水量的绝对值，难以对不同土壤及同一土壤不同层次间的土壤含水量进行比较。因为，土壤重量含水量不仅与实际的含水量有关，还与土壤容重有关。如两种土壤具有相同的重量含水率，且均为20%，但二者容重分别为1500kg/m³和1000kg/m³，则二者的水分绝对数量并不相同，前者的含水量为后者的1.5倍，因此很难进行比较。

2.土壤容积含水量

土壤容积含水量，也称为体积含水量，是指土壤中水分体积与土壤体积的比，用百分数表示，即

式中：V为土壤的总体积，m³；V_ω为水的体积，m³。

体积含水率θ能表示土壤所含水分的绝对值大小，表明土壤水分填充土壤孔隙的程度。在土壤学和水文学中被广泛采用。

两种土壤含水量的计量指标可以相互转换。因为

式中：γ_ω为水的容重，γ_ω=1000kg/m³；γ₀为土壤干容重，kg/m³。

3.饱和度

一定体积土壤中水的体积与土壤孔隙体积的比称为土壤水饱和度，表示孔隙被水充满的程度，即

式中：α为饱和度；V_ω为水的体积，m³；V_v为孔隙体积，m³。

饱和度与体积含水量之间的关系为

式中：n_p为孔隙度。

4.土壤蓄水量

为便于同降雨、径流及蒸发量比较与计算，对土壤水分有个绝对量的概念，常将某个土层H的含水量以相应的水层厚度h来表示［以后各章节，常采用W（mm）表示土壤相对含水量或蓄水量］。

式中：h为土壤蓄水量，有时也称为土壤含水量，mm。

此外，为研究土壤含水量的空间分布及时程变化的动态规律，常绘制测点含水率垂向分布曲线、测点土壤含水率过程线以及土壤含水率空间分布等值线图。

二、土壤水分常数

土壤水分形态和运动特性发生明显变化的特征值，称为土壤水分常数。土壤水分的不同存在形式及形态，与它们所受到的作用力密切相关，不同形态水分的存在反映土壤不同的持水量级，通常用一些土壤含水量的特征值来表示。

1.最大吸湿量（吸湿系数）

最大吸湿量是指在饱和空气条件下土壤颗粒所能吸收水分的最大量，它表示土壤颗粒吸附气态水的能力。

2.最大分子持水量

最大分子持水量是指土壤颗粒的分子力所能结合水分的最大量。此时薄膜水厚度达到最大值（包括吸湿水和薄膜水的总和）。

3.凋萎系数

植物无法从土壤中吸收水分，以致开始凋萎枯死时的土壤含水量，也称为凋萎含水量。植物根系的吸力约为15.19×10⁵Pa，当土壤对水分吸力大于或等于15.19×10⁵Pa时的土壤含水量就是凋萎含水量。由此可见，大于凋萎含水量的水分才是参与水分交换的有效水量。凋萎系数总是大于最大吸湿量，而小于最大分子持水量。一般来说，凋萎系数约为最大吸湿量的2.5倍，是最大分子持水量的38%～75%。

4.田间持水量

土壤中毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持水量，它是不受地下水影响条件下土壤在田间或自然状况时所能保持水分的最高数量，也就是说，降雨或灌溉水进入土壤后，若超过田间持水量，则超过部分将不能为土壤保持而以自由重力水形式向下渗透。因此，田间持水量是将土壤水划分为土壤持水量和向下渗透水分的“门槛”。土壤含水量达到田间持水量时，土壤颗粒对水分子的吸引力约为1/10～1/3个大气压。

5.毛管断裂含水量

毛管悬着水的连续状态开始断裂时的含水量称为毛管断裂含水量。当土壤含水量大于此值时，悬着水向土壤水分的消失点或消失面（被植物吸收或蒸发）运行。在此值以下时，连续供水状态遭到破坏，土壤水分为吸湿水或薄膜水，这时，水分交换将以薄膜水或水汽形式进行。毛管断裂含水量约为田间持水量的65%左右。

6.饱和含水量

土壤中所有孔隙都为水分所充满时的土壤含水量称为饱和含水量。如用容积含水率表示饱和含水量，则它与孔隙率是一致的。饱和含水量与田间持水量之差即为受重力支配的自由重力水。当土壤含水量达到饱和含水量时，土壤颗粒对外层水分子的吸引力大约只有0.001个大气压。从田间持水量到饱和含水量之间的水量，是受重力作用向下运动的自由重力水。地下水面以下，土壤含水量经常处于饱和状态，属于饱和渗透水流特性。

各水分常数与作用力的关系见图5-3。

不同种类、性质和质地的土壤，其土壤水分常数不同。同一种类的土壤也往往因为疏紧程度，孔隙大小以及土地的利用情况，土壤水分常数也发生变化。土壤水分常数大小及变化取决于土壤的特性，并与土壤水运动和水文现象有着密切的关系。

土壤水分参与水文循环的部分是大于凋萎含水量的水分，而其中具有积极作用的部分是大于毛管断裂含水量的水分。高于田间持水量的水分属于运动性较强的水分，可以直接形成表层流或地下径流，而在田间持水量与毛管断裂含水量之间的水分，具有中等的运动特性，它是土壤水与外界交换的主要部分。