土壤水吸力（或基质势）是土壤水能量状态的一种表示方法。在土—水系统中，吸力是土水势（主要包括基质势和溶质势）的负值。吸力也可分为基质吸力和溶质吸力。在研究土壤水的保持和运动时，溶质势一般可不考虑，故通常所指的土壤水吸力 （s）即为基质吸力或基质势（ψm）

目前测定土壤水吸力的方法较多，除张力计法、压力膜法外，还有水汽压法、离心机法等，现仅介绍前两种测定方法。

（一）张力计法

张力计又叫土壤湿度计、负压计、灌溉计等，其真空表式湿度计的构造如图1-4-5所示。

1.张力计的使用和观测方法

（1）使用前必须先仔细检查，保证仪器密封，各部件符合要求，再充水排气。排气方法是：打开集气管的盖子和塞子，并使仪器倾斜，慢慢注入煮沸后冷却的无气水。充水时要避免有气泡堵塞在仪器管道中，务使整个仪器内部充满水。盖上塞子和盖子，使陶瓷头在空气中蒸发，数小时后，可见负压表上的负压升至60cb （相当于450mmHg，60kPa）或更高。此时轻轻振动仪器，便可见有气泡从陶瓷头连接管及负压表逸出而聚集到集气管中。使所有的气泡集中后，再将陶瓷头浸入无汽水中，此时指针即回至 “零”位。打开集气管的盖子和塞子，重新充满水，按上述步骤反复进行数次，最后负压可达640mmHg （85kPa）以上，此时如果不再有小气泡出现，即说明仪器的空气已被除尽，可供使用。使用过程中还应定期检查排气，若发现集气管中空气容量在2mL以上时，应重新充水排气。

（2）在需要测量的有代表性的田块上开孔 （孔的直径应与陶瓷头的直径相同），将土壤湿度计插入（孔底应垫有少量碎土，并灌水少许，然后插入仪器，再填少量碎土，将仪器上下移动，以使陶瓷头与周围的土壤紧密接触，最后再填上其余的土）。仪器安装好后，一般需2h至1d方与土壤吸力达到平衡，平衡之后即可进行观测读数。读数时间一般宜在早晨，以避免土温和仪器的温度差别过大。

（3）读数时先轻轻敲打弹簧管负压表，以消除读盘内的摩擦力，使指针达到应指示的吸力刻度。

2.零位校正及结果计算

由于埋藏在土中的测管与地面上的负压表之间有一段距离，在仪器充水时，陶瓷头会产生一静水压力，负压表上的读数实际上包括了这一静水压力。因此，应消去这一静水压力（也就是作零位校正），才能准确地表示出陶瓷头所在测点的土壤水吸力。

若用弹簧管负压表，可量出陶瓷头中部至负压表的距离，以10cm为1kPa计算零位校正值。将测量值减去零位校正值，即为测点的实际吸力。一般测表层土壤水吸力时，此校正值可忽略不计。

若使用U形水银柱负压表，其零位校正值为陶瓷头中部至U形管“0”点的距离再加上左边水银柱0以上高度（图1-4-6）。实际上，在计算吸力结果时已把零位校正值纳入计算公式中，所以无需另行校正。

如图1-4-6所示，使用U形水银柱负压表的吸力值计算公式为

式中 s——土壤水吸力，kPa；

ZHg——银柱高度（即左边水银柱顶至 “0”点的距离加右边水银柱顶至 “0”点的距离），cm；

图1-4-5　真空表式土壤湿度计

Z0——陶瓷头中部至右边水银柱顶的距离，cm。

图1-4-6　使用U形水银柱负压表计算土壤水吸力图

图1-4-7　试样罐形式图 （单位：mm）

3.用张力计测定土壤水分特征曲线

（1）仪器设备：

1）张力计：一般采用负压表式张力计 （陶瓷头测管直径1.2～2.0cm）或用U形水银柱负压计。

2）试样罐：由厚壁有机玻璃管或厚壁硬质塑料管制成 （图1-4-7）。罐底钻有1.5mm孔径的小孔，可湿润与饱和罐内土壤。另有一底托盘。为防止蒸发，上有一顶盖，顶盖中央钻有一直径比所用张力计陶瓷头 （或充水管）直径稍大的圆孔，以便安装张力计。

3）其他设备及工具：小土钻、击实锤、刮土刀、称量盒、天平、磅秤、烘箱等。条件可能时，应备有真空饱和装置，小型鼓风机或风扇等。

（2）方法步骤：

1）张力计的检查与准备：张力计使用前应先充水排气。然后检查张力计的读数范围及灵敏度，要求最大读数能达到640mmHg （85kPa）以上。将检查合格的张力计浸泡在无气水中备用（图1-4-8）。(www.daowen.com)

图1-4-8　张力计安装示意图

2）土样的制备与装填：制取通过1～5mm筛孔的风干土样，同时测定其含水量。

填装土样时为控制一定的土壤容重 （模拟实际土壤的容重）可按下式计算出需要装填的土样重量（G）

式中 γc——要求达到的干容重，g/cm3或t/m3；

V——试样罐的体积，cm3；

θm——土样含水量，%。

然后将按计算结果称好的土样分次装入垫有滤纸的试样罐内。边装填边用击锤夯实土样。装土的同时，应安装好张力计，保证陶瓷头与土样紧密结合。装填完毕后，刮平土壤表面加盖称重，准确求得其干容重。

3）试样的饱和：将装好土样的试样罐放在水池中（或搪瓷盘中），向池中加水，保持水面高度距试样罐上缘1～2mm，使其自然饱和（在条件具备时，最好采用真空饱和法）。然后计算试样的饱和度。并称量、记录盛满土样的试样罐和张力计的总重。

仪器安装好并经饱和之后，即可测定土壤水吸力和含水量的相互关系。

脱湿过程：为加速脱湿，可打开顶盖，放在小型风扇下吹干。定期 （每日1～2次）观测，记录张力计的读数，并同时称重，记录试样罐及张力计的总重，即可求得与各吸力值相应的土壤含水量。连续观测直至张力计读数达到640mmHg （85kPa）为止。

吸湿过程：脱湿结束后，将试样罐顶盖盖紧密封 （防止水分蒸发），然后将其浸置水中，水面高度不应高于土样底面2cm。水分通过罐底小孔靠毛管作用被吸入土壤，使土壤含水量不断增高，每次吸水量以5～10g为宜。每次吸水后，张力计读数需较长时间才能稳定。稳定标准以3d内读数变化不超过10mmHg （1.33kPa）为宜。当读数稳定时，该读数值即为此含水量下土样的吸力值。以后可继续浸水，求得下一级含水量时的吸力值，直到张力计读数降低到20mmHg （2.67kPa）以下时结束。

（二）压力膜法

压力膜法测出的土壤水吸力值范围较宽 （＜0.1～3.0MPa）。当测定低吸力（＜0.1MPa）时，可用“压力板”（陶土板）；测定高吸力时（0.1～3.0MPa）可用“压力膜”（玻璃纸）。

1.仪器构造

压力膜装置由以下3部分构成。

（1）压缩气源：一般采用压缩机制备压缩空气流，亦可用钢瓶贮存的压缩空气加压。

（2）压力控制器：通过减压阀门调节气流压力，输出气流分为供应低压和供应高压两路。每一通路均设有粗细调节阀门。

（3）压力室：其规格大小不一，大者可容十几个标本，小的仅容一个标本。它可分为底盘、室身和室盖三部分。底盘中央有凹槽可放陶土板，旁侧有水口，可让水进出。顶盖中央有输气管与压缩气源相接。压力室中最重要的是多孔陶土板和玻璃纸的选择。多孔陶土板能透过水和溶质，浸水后，因其孔隙水膜具有一定张力，能阻止空气通过。当水膜在一定压力下破裂时，此压力即称为漏气值。测定小于0.1MPa的土壤吸力的陶土板，漏气值应大于0.1MPa；测定大于0.1MPa的土壤吸力时，需采用孔隙更小的压力膜 （玻璃纸），其漏气值应大于1.5MPa（或更大）。测定时，将玻璃纸铺在陶土板上，安放土样后即可进行测定。陶土板或玻璃纸都应具有一定的透水性，在确保测量压力低于漏气值时，其透水性越大越好。

2.方法步骤

（1）测定前应首先检查压力室的密封性能。检查方法是在压力室内陶土板上加适量水，夹紧压力室上的螺丝，将压力室封严，通入最大测量压力流，见出水管水流停止后，用肥皂水涂其接缝处，如无漏气现象，则压力室可以使用。

（2）在陶土板上的盛土环中装入1cm厚的风干土样 （过1mm筛的），毛管湿润至饱和，放入压力室中，把压力室密封。

（3）开动气源，并调至欲测压力（通过压力表或水银压力计读出压力值），通入压力室。土样受压后，即有水流出。

（4）用陶土板测定较低的土壤吸力时，加压8～12h，如测高压值时，需加压24～48h，土样愈厚，其平衡时间愈长。

（5）如用同一土样连续测定各级压力的含水量，需记载各级压力下的出水量。

（6）加压后，取出土样，装入称量瓶中称重 （感量为1/1000的天平），于烘箱中烘干，测定其含水量。

（7）最后，将土壤吸力值与其含水量值绘于坐标纸上作出脱湿过程的土壤水分特征曲线，其实验记录表见表1-4-6。如果逐渐降低压力，则可求得吸湿过程的土壤水分特征曲线。

表1-4-6　土壤水分特征曲线实验记录表