土壤湿度传感器--它们是如何工作的？为什么有些不是研究级的
TDR、FDR、电容、电阻：常见土壤湿度传感方法的比较、优缺点及其独特应用。
土壤水分释放曲线--它们是什么？为什么需要它们。如何使用它们。
土壤水分释放曲线（也称为土壤水特征曲线或土壤保水曲线）就像物理指纹一样，对每种土壤都是独一无二的。研究人员利用它们来了解和预测特定湿度条件下水在特定土壤中的去向。水分释放曲线可以回答一些关键问题，例如：土壤在什么含水量下会永久枯萎？应该灌溉多长时间？水分会很快从土壤中排出还是会滞留在根部？它们是用于预测植物吸水、深层排水、径流等情况的强大工具。
什么是土壤水分释放曲线？
水势和体积含水量之间存在一定的关系，可以用图表来说明。这些数据共同构成了一条曲线，称为土壤水分释放曲线。土壤水分释放曲线的形状对每种土壤来说都是独一无二的。它受到许多变量的影响，如土壤质地、容重、有机质含量和孔隙结构的实际构成，这些变量在不同地点和不同土壤中都会有所不同。
图 1 显示了三种不同土壤的示例曲线。X 轴为对数标度的水势，Y 轴为体积含水量。土壤含水量与水势（或土壤吸力）之间的这种关系使研究人员能够了解和预测特定土壤类型中的水分供应和水分流动情况。例如，在图 1 中，您可以看到每种土壤类型的永久枯萎点（右侧垂直线）的含水量都不同。细沙壤土在含水量为 5%时会出现永久枯萎，而淤泥质壤土在含水量接近 15%时会出现永久枯萎。
广泛变量与密集变量
要了解土壤水分释放曲线，有必要解释一下广泛特性与密集特性。大多数人只用一个变量来看待土壤水分：土壤含水量。但要描述环境中的物质或能量状态，还需要两类变量。广泛变量描述的是物质或能量的范围（或数量）。而密集变量描述的是物质或能量的强度（或质量）。
| 广泛的变量 | 强化变量 |
|---|---|
| 卷数 | 密度 |
| 含水量 | 水势 |
| 热含量 | 温度 |
土壤含水量是一个广泛的变量。它描述了环境中的含水量。土壤水势是一个强度变量。它描述了环境中水的强度或质量（大多数情况下是可用性）。要理解这一点，可以从热量的角度来考虑广变量和集约变量。热量含量（广义变量）描述的是房间内储存了多少热量。温度（密集变量）描述的是房间的质量（舒适度）或人体对热量的感受。
图 2 显示的是北极地区的一艘大船和一根刚在火中加热过的热棒。这两种物品哪一种的热量更高？有趣的是，北极的船比热棒的热量高，但热棒的温度更高。
如果我们将热棒与船接触，哪个变量会影响能量的流动？密集变量--温度--决定了能量的流动方式。热量总是从高温流向低温。
与热量类似，土壤含水量只是一个量。它不会告诉我们水将如何流动，也不会告诉我们植物的舒适度（植物可用的水）。但土壤水势这个密集变量却能预测水分的可用性和流动情况。如何预测？
植物可用水分：水势测量清楚地表明了植物的可用水量，与含水量不同的是，水势测量有一个简单的参考范围--植物的最适水位大约在-2-5 千帕（非常湿润）到-100 千帕（较干燥）之间。低于此值，植物将处于缺水状态，超过 -1000 千帕，植物就会开始缺水。 根据植物的不同，水势低于 -1000 至 -2000 千帕会导致植物永久性枯萎。
水分移动： 土壤水总是从高水势向低水势移动。例如，如果土壤的水势为 -50 kPa，水就会向负 100 kPa 的土层移动。
这也近似于植物-土壤-大气连续体中的情况。在图 4 中，土壤的负压为-0.3 兆帕，而根系的负压稍高，为-0.5 兆帕。这意味着根系会将水从土壤中吸上来。然后，水分会通过木质部向上移动，穿过这个电位梯度从叶片流出。大气中的-100 兆帕是推动这一梯度的动力。因此，水势决定了水在系统中移动的方向。
水分释放曲线数据从何而来？
土壤水分释放曲线可在原地或实验室绘制。在野外，使用土壤传感器监测土壤含水量和土壤水势。
METER 的介电传感器简单可靠，可直接通过ZL6 数据记录器向cloud ( ) 报告近乎实时的土壤湿度数据。ZENTRA Cloud).这节省了大量的工作和费用。TEROS 12可测量含水量，使用TEROS 钻孔安装工具即可轻松安装。TEROS 21是一种易于安装的现场水势传感器，TEROS 32是一种维护成本低的张力计，也可测量水势。
在实验室中，您可以将 METER 的 HYPROP和 WP4C自动生成整个土壤湿度范围内的完整土壤水分释放曲线。
如何使用土壤水分释放曲线
土壤水分释放曲线将体积含水量这一广泛变量与水势这一密集变量联系在一起。将广泛变量和密集变量绘制成图，可以让研究人员和灌溉人员回答一些关键问题，如土壤水将向何处流动。例如，在下图 5 中，如果下面的三种土壤是含水量为 15% 的不同土壤层，那么壤质细沙中的水分将开始向细砂壤层移动，因为细砂壤层的负水势更大。
土壤水分释放曲线还可用于灌溉决策，如何时开水，何时关水。为此，研究人员或灌溉人员必须了解体积含水量 (VWC) 和水势。容积含水量告诉种植者需要灌溉多少水。而水势则显示作物的可用水量以及何时停止灌溉。下面是其工作原理。
图 6 显示了壤土、粉质壤土和粘土的典型水分释放曲线。在-100 千帕时，沙质土壤的含水量低于 10%。但在淤泥质土中，含水量约为 25%，而在粘土中，含水量接近 40%。田间持水量通常在 -10 至 -30 千帕之间。永久枯萎点约为 -1500 千帕。比永久枯萎点更干的土壤不会向植物供水。而湿度超过田间容水量的土壤中的水会从土壤中流出。研究人员/灌溉人员可以通过观察这些曲线，了解每种土壤的最佳含水量。
图 7 是同样的水分释放曲线，显示了田间容量范围（绿色垂直线）、通常为灌溉作物设定的下限（黄色）和永久枯萎点（红色）。利用这些曲线，研究人员/灌溉人员可以看出淤泥质壤土的水势应保持在 -10 至 -50 千帕之间。而与这些水势相对应的含水量则告诉灌溉人员，淤泥质壤土的含水量必须保持在 32% 左右（0.32 立方米/立方米）。土壤水分传感器可以在高于或低于这一最佳限度时发出警报。
ZENTRA 化繁为简
一旦从释放曲线中收集到信息，METER 的ZL6 数据记录器和 ZENTRA Cloud简化了保持最佳湿度水平的过程。上下限可在ZENTRA cloud 中设置，并显示为叠加在近实时土壤水分数据（蓝色阴影）上的阴影带，便于了解何时打开或关闭水源。当接近或超过这些限制时，甚至会自动发出警告。
实验室曲线--现在比以往任何时候都更容易
15-20 年前，在实验室里绘制完整、详细的土壤水分释放曲线需要花费数月时间，但现在我们已经取得了长足的进步。为什么？
水分释放曲线一直有两个薄弱环节：0 至 -100 kPa 之间的数据跨度有限，而 -100 kPa 至 -1000 kPa 之间则没有仪器可以进行精确测量。在 0 到 -100 千帕之间，土壤会失去一半或更多的含水量。使用压力板为这部分的水分释放曲线创建数据点，意味着该曲线仅基于五个数据点。
这就是差距。最低的张力计读数在-0.085 兆帕时中断，而历史上最高的 WP4 水势测量仪量程勉强达到-1 兆帕。这就在植物可用范围的正中间留下了一个缺口。
2008 年，德国METER Group AG 发布了HYPROP ，该仪器能够在 0 至 -0.1 MPa 范围内生成 100 多个数据点。这就解决了分辨率问题，该曲线部分后面的数据量是原来的 20 多倍。
2010 年，METER Group 发布了重新设计的WP4C 水势仪。现在，WP4C 的精度和量程都有了显著提高，可以读出张力计量程以内的良好读数。使用 HYPROP与重新设计的 WP4C，熟练的实验人员现在可以做出完整的高分辨率水分释放曲线。有关如何在实验室制作完整的土壤水分释放曲线的深入信息，请参阅我们的《水分释放曲线应用指南》。
现场的水分释放曲线？是的，可以。
水势传感器和土壤水分传感器的就地定位为研究人员的知识库增加了更多的水分释放曲线。而且，由于岩土工程师和灌溉科学家最关心的主要是非饱和土壤的就地性能，因此在实验室生成的曲线上增加就地测量是最理想不过的了。
在下面的网络研讨会中，METER 研究科学家Colin Campbell 博士总结了最近在泛美非饱和土壤会议上发表的一篇论文。坎贝尔等人（2018 年）撰写的论文《原位土壤水分特征曲线与实验室生成的土壤水分特征曲线的比较》说明了使用TEROS 21校准的母势传感器和 METER含水量传感器 原位生成的 SWCC 与实验室生成的 SWCC 的比较结果。
等等，还有更多
土壤水分释放曲线可以提供超出本文范围的更多见解和信息。研究人员利用它们来了解土壤收缩膨胀能力、阳离子交换能力或土壤特定表面积等许多问题。在下面的视频中，土壤水分专家利奥-里维拉（Leo Rivera）详细介绍了如何使用水分释放曲线来分析不同土壤在水分方面的表现。
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