张力计法测定基质空气和水分容量

      基质物料类型和化学成分对基质性质影响较大，但基质物理性质对基质性质和植物生长影响更大。基质水吸力小于1KPa的水量就是基质的空气容量；基质水吸力1-10kPa的水分容量就是有效水量；基质水吸力大于10kPa的水量就是基质无效水量。基质水理性质一般采用欧盟EN13041标准沙箱法测定，但EN13041方法操作复杂，测定范围偏窄，结果不确定性较高。加之基质水势存在一定滞后现象，因此EN13041方法有必要进一步改进。

基质的质量取决于其中所含的营养、水、气容量以及将其运送到植物根部的能力，而评估这种能力的重要参数就是基质的持水曲线。德国米切尔里奇土壤肥力研究所的U. Schindler采用扩展蒸发法（EEM）和HYPROP装置（水理性质分析仪）测定了六种不同基质的持水曲线和不饱和导水率。根据各个基质的持水曲线和水吸力指标就可以查到基质的空气孔隙、易效水孔隙、缓效水孔隙和无效水孔隙。

1，测试基质：

基质（1）低分解白泥炭和高分解黑泥炭组成，灰分8.9%，容重0.2。

基质（2）低分解白泥炭（H3-H5）组成，灰分6.2%，容重0.15。

基质（3）泥炭50％，堆肥和粘土共50％。灰分36.2%，容重0.24.

基质（4）泥炭30%，堆肥70%。灰分72.4%，容重0.46

基质（5）泥炭30％，椰槺40％和珍珠岩30％。灰分86%，容重0.29

基质（6）无泥炭，堆肥、椰槺和粘土组成。灰分23.3，容重0.2

2，测定装置

      基质水理性质测定装置由一个实时重量测定装置、带有两个不同高度陶土管张力计的样品杯以及记录和数据处理系统组成。随着样品杯中基质水分散失，基质水吸力和基质重量也随时变化并通过导线自动记录在计算机中。测定结束后，由预制软件将基质重量变化和基质水吸力变化过程作图，就获得了基质持水曲线。根据不同水势下的水量就可以计算出基质的空气孔隙、有效水孔隙和无效水孔隙。利用样品杯中两个不同高度张力计存在的水势差，可以计算出样品的水力传导度，表征基质对水分的运移能力。

3，测定步骤

      用250毫升基质填充样品杯，将样品杯放在计重电子衡器上。容器上部开放，让水分自由蒸发。以一定时间间隔同时测量基质水势和样品重量，然后将数据做持水曲线图。测量时间取决于蒸发速率和蒸发水量，时间在3-10天之间。如果设定多个测定装置，则可以进行平行测量。

4，结果与讨论

      科学研究已经证明，小于1kPa吸力的基质水分会渗滤出基质，为空气腾出空间，所以可以记为基质的空气孔隙。1-10kPa吸力下的基质水分可以被植物吸收，所以称为有效水。而基质水势大于10kPa，其水分已经不能被植物吸收利用，所以称为无效水。张力计法最大的好处是根据基质持水曲线，直接计算出不同空气、水分的容量。

      6种基质的饱和水含量介于79-90％之间。随着水分散失，水含量逐渐降低。持水曲线记录了这些基质的水分散失过程，根据不同基质在各个水势节点的水分变化值，就可以计算出不同基质的空气容量、易效水容量值和无效水容量。从下图可见，1-4号基质在饱和水势和10hPa(即1kPa)水势内的水量变化是2-4%，说明空气容量较低，5-6号基质在饱和水势和10hPa(即1kPa)内水量变化是9-10%，说明空气容量较高。在10-100hPa水势之间的水量变化是基质有效水量，1、2和5号基质的水量变化为42-55%，有效水含量较高，而3、5、6号基质的水量变化38%，有效水含量较低。

      将张力计和EN13041测定方法结果对比，可以发现张力计法测定的基质空气容量比EN13041小，有效水含量与EN13041相差不大。但张力计法的好处是基质水势与基质水分含量紧密联系并可以同步测试，而EN13041的基质水势则是要通过固定比例的细沙配制而成，基质水势并非是测定出来的，数据直观性不好。

5，结论

      张力计法能高质量和可重复性对基质进行复杂水物理分析。但在张力计法和EN 13041相比，空气容量测定存在很大差异，而基质空气容量是一个非常关键指标。因此使用张力计法测定基质水理性质，必须突破空气容量数据偏的难题，特别要注意从张力计水势测量数据迟滞现象入手解决问题。