土壤毛细管水运动特性的验证实验

通过土壤结构的分析，我们明确了土粒半径与孔隙半径之间的数量关系，R=Ar。同时我们也明确了土壤孔隙度K%由土粒间孔隙度K_j%和土粒本身孔隙度K_b%组成。利用土壤结构理论值附表1的β%、δ%、γ%、ε%值，可以求解土粒间孔隙度K_j%和土粒本身孔隙度K_b%：

K_j%=0.2146﹙ $\frac{\varepsilon }{100}+\frac{\delta }{100}+\frac{\gamma }{100}$ ﹚+0.4085﹙ $\frac{\delta }{100}\times \frac{\beta }{100}$ ﹚     ﹙1﹚

K_b%=K%- K_j%=0.3208δ%γ% +0.2416β%δ%                                        （2）

这为土壤毛细管水运动规律的研究提供了理论根据。毛细管上升高度 $H=\frac{2\sigma cos\alpha }{\rho gR}$ ，常温下，当液体水完全湿润土壤时COSα=1,水的密度=1g·cm^-3，g=981cm·s^-2,σ=74dyn·cm^-1（1dyn=10^-5N,表面张力单位），代入毛细管上升高度公式得：

$H=\frac{0.15}{R}\left ( cm \right )=\frac{0.15}{Ar}\left ( cm \right )$                                  ﹙3﹚

6.4.1土壤毛细管水上升实验

   实验材料：

玻璃管20根，长度1.5m，直径约3cm；风干土。

实验方法：

用卡尺测定玻璃管的内径，精确到0.02mm, 玻璃管的下端用滤纸和铜丝网包好系牢，架盘天平称重。取自然状态下的沙土﹑壤土和黏土，风干后用标准筛筛出不同径级的土粒，然后随机取不同径级的土粒按一定的比例均匀混合，装入经滤定下端包好的玻璃管中，放入盛水的容器中，用直尺测量水分上升高度，架盘天平称重测定上升水的质量。实验材料的物理性质见表1。

表1玻璃管和土样的物理性质

在土壤毛细管水上升实验中，从装好土样的玻璃管放到盛水容器中开始，每到24小时﹑96小时﹑120小时测定毛细管水上升高度。当土壤毛细管水连续两天不再上升时，这是土壤毛细管水上升的最大高度H_max，最后一次测定毛细管水上升高度和质量。实验结果见表2。

表中部分实验数据进行如下处理：

自由水面以下的土壤吸水量Q₁，指的是盛水容器水平面到盛水容器底部这一段距离l，玻璃管下部这一段

距离长度的土壤完全浸入水中。Q₁可以通过下式计算：

Q₁=l×S×K%

                                        ﹙4﹚

   式中：S—玻璃管底面积（cm²）；

   K%—土壤孔隙度。

   Q_p——平均含水量，g·cm^-1，可以通过下式计算：

             Q_p= Q₁/l                               ﹙5﹚

土壤孔隙度K%由土粒间孔隙度K_j%和土粒本身空隙度K_b%组成，土粒间孔隙比较粗，而土粒本身孔隙是

土壤团粒的二级孔隙，因而比较细。盛水容器水面以上玻璃管中土壤湿润部分吸水量Q可以通过下式计算：

     Q= W-﹙W₁+W₂+ Q₁﹚

    式中：W—玻璃管﹑风干土﹑土壤毛细管水总的质量；  

          W₁—玻璃管的质量；

          W₂—风干土的质量。

土粒间孔隙水上升高度H_j以上至毛细管水上升的最大高度H_max之间水的质量Q₃可以通过﹙6﹚式计算：

Q₃=Q- Q₂                                           ﹙6﹚

式中：Q—盛水容器水面以上至土粒间孔隙水上升高度H_j以下这一段玻璃管中土壤吸水量。

表2毛细管水上升高度实验结果