如何测量土壤导水率——哪种方法适合您？

水力传导率：为什么需要它
土壤导水率，或土壤传输水的能力，几乎影响所有土壤应用。 它对于了解完整的水平衡至关重要，也可用于估算通过包气带的地下水补给量。水文学家需要水力传导率值进行建模，研究人员使用它来确定土壤健康或预测水将如何流经不同现场的土壤。农业决策基于确定灌溉率或预测侵蚀或养分浸出的水力传导率。它用于确定垃圾填埋场覆盖效果。岩土工程师需要它来设计蓄水池、路基、雨水花园或任何旨在收集径流的系统。它也被用来理解在无土基质中种植可用水。基本上，如果您想预测水将如何在您的土壤系统中移动，您需要了解水力传导率，因为它控制着水流。你如何衡量它？本文探讨了如何测量水力传导率、它是什么以及常用方法的优缺点。
 
什么是土壤导水率？
在科学术语中，水力传导率被定义为多孔介质（例如土壤）在饱和或接近饱和条件下传输水的能力。公式 1 说明了这意味着什么。如果i表示水通量（每单位时间单位面积的水量），则等于K（水力传导率）乘以水头dh/dz 中的梯度。水头梯度（或水势梯度）是使水在土壤中移动的力。K是该驱动力与土壤中水通量之间的比例因子。 水头（水势）可以扩展成它的两个主要组成部分。h m是基质水头（基质势），h g是重力水头（重力势）。换句话说，有使水穿过土壤的基质力和重力。 重力梯度dh g /dz等于 1。最初，当水被施加到土壤中时，基质力会迅速将水吸入土壤中。但是，如果渗透发生在土壤非常潮湿的地方，则该基质水头将变为 0。因此，在延长的时间内，渗透率大致等于水力传导率。这给人一种土壤水力传导率意味着什么的感觉。如果长时间浇水，水渗入土壤的速度将大约等于水力传导率。影响水力传导率的因素,导水率取决于诸如土壤质地、粒度分布、粗糙度、曲折度、形状和导水孔互连程度等因素。如果我们只考虑土壤质地，质地较粗的土壤通常比质地细的土壤具有更高的导水率。然而，土壤结构和孔隙结构会对土壤的透水能力产生重大影响。结构化土壤通常包含大孔隙，而无结构土壤具有较小的孔隙。说明了结构良好的黏土和结构差的黏土之间的区别，以及结构对导水率的重要性，尤其是在饱和或接近饱和时。如果生物孔、根系通道或动物洞穴含有水，它们会增加饱和导水率。如果它们因为没有到达表面而没有充满水，它们会降低电导率。土壤的压实或密度是另一个影响因素，以及土壤的含水量或水势。
水力传导率曲线：重要的预测工具
土壤要么是饱和的，要么是不饱和的，因此土壤导水率要么被指定为饱和导水率（K s /K fs）或不饱和导水率（K（Ψ））。研究人员使用实验室仪器创建水力传导率曲线，以绘制不同饱和度/不饱和度水平下特定土壤的电导率值。这些曲线预测了不同水势下各种土壤类型的水流量。三种不同土壤的水力传导率曲线。垂直轴右侧的值表示饱和电导率值。左边的值表示不饱和值。注意垂直轴是对数轴。因此，差异是数量级差异（10 倍，而不是 1 或 2 倍）。显示了三种不同土壤的土壤水力传导率曲线。纵轴位于 0 水头（水势）。右边的值表示饱和电导率值。左边的值表示不饱和值。结构不良的粘土（下线）的饱和电导率远低于砂质土壤。这是因为粘土由小孔隙组成，流动路径受到更多限制。但是，如果粘土（虚线）具有良好的结构（即它包含在这些聚集体之间具有大孔隙的聚集体，从而产生更好的流动路径），那么其饱和水力传导率可能高于沙子的传导率。左侧，水头（水势）为负，土壤开始去饱和，孔隙变空。随着孔隙（尤其是大孔隙）变空，水力传导率急剧下降。因此，不饱和电导率总是较小，并且在大多数情况下，比土壤饱和时小几个数量级。请注意，结构不良的粘土和结构良好的粘土的非饱和导水率最终会相交。这是因为在某一点大孔停止对流动有贡献，然后流动仅发生在土壤颗粒之间的中孔中。另请注意，无结构砂土的非饱和导水率曲线开始时高于粘土，但随着土壤干燥，非饱和导水率变得低于粘土。
 
场饱和不是饱和
饱和水力传导率 (K s ) 与田间饱和水力传导率 (K fs ) 不同。这是因为在实验室测量饱和导水率时，可以使土壤核心完全饱和。然而，在田间，很难使土壤完全饱和。为什么？通常，当从顶部渗透时，没有空气可以逸出的地方，因此土壤最终会夹带空气（。当土壤吸收水分时，它会形成一层水膜，附着在土壤颗粒上。还有充满空气的孔隙。在野外条件下，很难消除这些气隙。这种空气滞留是任何给定土壤类型的饱和百分比很少等于理论饱和最大值的原因。这导致不完全饱和的情况，因此称为场饱和导水率（K fs）。由于滞留的空气减缓了水的运动，K fs通常低于 K s。