土壤水分特征曲线测量仪

土壤水分特征曲线可反映不同土壤的持水和释水特性，也可从中了解给定土类的一些土壤水分常数和特征指标，研究土壤水分特征曲线具有重大意义。笔者获悉，近期，上海卢湘仪离心机仪器有限公司研发了一款测定土壤pF曲线专用离心机——H1400pF土壤用高速冷冻离心机，该离心机的成功研发将可助攻于农业科技领域的发展。一、产品简介 土壤检测离心机，用于土壤含水量对应的pF（水势）值的曲线测试，是表达土壤水势和土壤水分含量关系。 二、产品特点 土壤水分特征曲线通常采用压力膜（室）和离心机等方法进行测定。离心机法比其他方法操作简单、省时，可测定较宽的吸力范围，广泛应用于土壤水分动态模拟。这款离心机用于测量土壤含水量对应的pF（水势）值。 三、离心机设计 上海卢湘仪设计了特有的土壤水特性曲线专用水平转子，达到水平转子在测试中的转速14000转/分，相对离心力25220*g ，设计有接水器、过滤板、过滤膜、离心套筒、离心上盖、密封圈等，土壤离心机转子设计保正了在做测定土壤水特性pf曲线数据时高速旋转无渗漏，有效保证了所收集的水准确无误，使计算参数和依据得到了保证。 为了避免因空气和转子在高速旋转时产生温升过高而造成水分挥发损失，离心机设置制冷系统和温度调节系统，使工作腔温度恒定在4度左右，可根据客户需求进行调整温度。电气方面采用变频交流调速，电脑控制，离心机设有门盖，不平衡，超温，超速安全保护措施，保证高速旋转下的安全性。据相关工作人员表示，该离心机是卢湘仪技术团队倾力打造的一款离心机产品，具有多方面的技术优势。 四、离心操作方法 操作离心机前首先检查离心机电源，打开离心机总开关，取出转子上4组离心筒组件，准备土壤，准备水、天平、打开离心套筒组件，根据使用说明书要求安装稀释好的土壤，称重配平，安装离心套筒组件，检查4个组件对称放置，关上离心机门盖，设置参数，启动离心机，离心机倒计开始运转时间为0停机，打开门盖，取出离心完的离心套筒，取出接水器，将水倒入并记录水量。 五、土壤水分特征曲线概念不同质地土壤水分特征曲线有所不同 土壤水的基质势（或土壤水吸力）随土壤含水量的变化而变化，其关系曲线称为土壤水分特征曲线，英文名称为soil water characteristic curve。 一般，该曲线以土壤含水量Q（以体积百分数表示，比如土壤含水量为10%，那么在横坐标上就是对应的数字10）为横坐标，以土壤水吸力S（以大气压表示）为纵坐标。有了横坐标和纵坐标就可以绘制出不同土壤的水特性曲线图了。 六、研究土壤水分特征曲线的意义 土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低，而不是自身的含水量。如果测得土壤的含水量，可根据土壤水分土特征曲线查得基质势值，从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度。 土壤水分特征曲线可反映不同土壤的持水和释水特性，也可从中了解给定土类的一些土壤水分常数和特征指标。曲线的斜率倒数称为比水容量，是用扩散理论求解水分运动时的重要参数。曲线的拐点可反映相应含水量下的土壤水分状态，如当吸力趋于0时，土壤接近饱和，水分状态以毛管重力水为主；吸力稍有增加，含水量急剧减少时，用负压水头表示的吸力值约相当于支持毛管水的上升高度；吸力增加而含水量减少微弱时，以土壤中的毛管悬着水为主，含水量接近于田间持水量；饱和含水量和田间持水量间的差值，可反映土壤给水度等。故土壤水分特征曲线是研究土壤水分运动、调节利用土壤水、进行土壤改良等方面的最重要和最基本的工具。 关于上海卢湘仪离心机仪器有限公司 上海卢湘仪离心机仪器有限公司是中国一家获得美国FDA认证的专业离心机企业，生产历史悠久、技术力量雄厚、生产设备精良、检测设备齐全。其以设计精巧、造型新颖、工艺精良而闻名，生产的离心机产品质量可靠、性能稳定、规格齐全，广泛应用于高等院校，科研单位，生物制药，医疗，石油化工等领域。 经过四十多年的发展，卢湘仪已先后设计生产各种领域的离心机产品，本次研发生产的H1400pF土壤用高速冷冻离心机是一款专业测定土壤pF曲线的离心机产品，该产品将对于农业发展以及教学方面具有重要意义。

【摘要】土壤含水量的时空异质性影响着土壤水和植物茎木质部水的同位素组成。然而，土壤水分条件对广泛报道的土壤水-植物茎木质部水同位素偏差的影响尚缺乏系统地评估。为此，本研究连续两年在两个土壤水分条件不同的样地测定了柠条茎木质部水和土壤水的δ2H和δ18O值（利用全自动真空冷凝抽提系统LI-2100，北京理加联合科技有限公司）提取土壤和植物茎木质部中的水分，然后进行同位素测量）。结果表明，在较湿润的样地1，茎木质部水与土壤水在两年中都表现出明显的同位素偏差（两者的重叠率20%），土壤水-茎木质部水lc-excess差值（Δlc-excess）平均值为10.7‰，茎水SW-excess的平均值为&minus 9.1‰。但在干旱年，茎木质部水与土壤束缚水高度匹配。在土壤含水量相对较低的样地2，茎木质部水与土壤水在湿润年发生同位素偏移，两者的重叠率为20%，Δlc-excess和SW-excess平均值分别为13.7‰和&minus 11.8‰。有趣的是，在干旱年份，茎木质部水与土壤水同位素的重叠率达到97%。样地2土壤含水量与Δlc-excess值呈正相关，与SW-excess值呈负相关。本研究表明土壤束缚水与柠条茎木质部水同位素之间较高的匹配度，支持了“两个水世界”假说。土壤水-植物茎木质部水同位素偏差极有可能与土壤含水量驱动的土壤水同位素异质性密切相关。该研究结果阐明了不同水分条件下植物茎木质部水和土壤水同位素信号的变化，有助于更好地理解植物在异质土壤中如何吸收水分。【研究区域】该试验是在中国黄土高原北部六道沟小流域 (38°46′-38°51′N，110°21′-110°23′E)进行。【研究方法】(1) 土壤束缚水同位素的计算本研究中，将张力计在&minus 60 kPa压力下收集到的水分视为土壤移动水，而压力值大于&minus 60 kPa时收集到的水分则视为土壤束缚水。在土壤水分特征曲线上，土壤水吸力为60 kPa时对应的土壤含水量被认为是土壤束缚水的最大含水量。土壤水的质量含水量可以通过野外试验测定。土壤水含水量与土壤束缚水最大含水量的差值为土壤移动水的含水量。最后，根据实测的土壤水与土壤移动水的同位素值，可以计算出土壤束缚水的同位素值。式中，δLMW 、δBW、δMW分别为土壤束缚水、土壤水和土壤移动水的同位素值，θLMW、θBW、θMW分别为土壤束缚水、土壤水和土壤移动水的土壤含水量。(2) lc-excess值的计算按照Landwehr and Coplen（2006）的方法，计算了土壤水和植物茎木质部水的lc-excess值，并利用两者的差值（Δlc-excess）评估同位素偏差。Δlc-excess值越大，表明植物茎木质部水与土壤水同位素偏差越大。式中，下标“s”代表样本，a和b分别是区域降水线LMWL的斜率和截距。(3) SW-excess 值的计算按照Barbeta et al.（2019）的方法，计算了柠条茎木质部水的SW-excess值，用以评估柠条茎木质部水与土壤水同位素之间的偏离程度。若SW-excess为负值，则在δ2H-δ18O双同位素图中茎木质部水位于土壤水的下方。SW-excess值越负，表明柠条茎木质部水与土壤水同位素偏差越大。式中，下标“s”代表柠条茎木质部样本，abw和bsw分别是2018-2019年每个月份土壤水线的斜率和截距。(4) 重叠面积法评估植物-土壤水同位素偏差利用R软件中的SIBER（Stable Isotope Bayesian Ellipses）模型计算了植物茎木质部水和土壤水的重叠面积，最后给出两者的重叠面积与茎木质部水面积的比值（%）。较高的比值意味着植物茎木质部水与土壤水同位素重合度高。【结果】图1 研究期间植物水和土壤水δ18O和δ2H值的标准椭圆（95% 置信区间）。图2 样地1-2土壤水-茎木质部水分lc-excess差值（Δlc-excess）及茎水SW-excess值。图3 不同吸力下土壤水分类型示意图及样地1-2水分特征曲线。图4 植物水和不同移动性的土壤水δ18O和δ2H值的标准椭圆（95% 置信区间）。图5 土壤含水量与（a）Δlc-excess和（b）SW-excess的关系。【结论】植物茎木质部水-土壤水同位素偏差是一个复杂的问题，涉及水分提取方法、植物生理和土壤水分动态等多个方面。前人的研究已经为植物茎水同位素异质性、水分提取方法和同位素分馏如何影响同位素偏差提供了令人信服的证据，但这些影响因素均不能为本研究结果提供合理的解释。本研究在两个土壤水分条件不同的采样点，连续两年对灌木种柠条茎木质部水和土壤水进行取样。结果发现湿润样地（样地1）在丰水年或干旱年以及干旱样地（样地2）在丰水年均发生了茎水-土壤水同位素偏差，而样地2在干旱年份，柠条茎木质部水与土壤水在δ2H-δ18O双同位素空间上高度重合。此外，样地1茎木质部水与土壤束缚水同位素趋于一致，进一步支持“两个水世界”假说。样地2土壤含水量与Δlc-excess呈正相关，与SW-excess呈负相关。这些研究结果表明，土壤水-植物茎木质部水同位素偏差极有可能与土壤含水量驱动的土壤水同位素异质性密切相关。该研究也提出了一些需要解决的问题。该试验是在自然条件下进行的，目前的数据限制了我们进一步明晰水分提取技术和植物茎水同位素异质性是否会对同位素偏差产生影响。尽管这些解释并不能完全适用于本研究，但仍然不能排除这些因素对本研究的潜在影响，有必要在未来研究中全面地加以考虑。无论如何，我们的研究有助于更深入地了解植物在不同水分条件下如何利用水分，并有助于预测它们对水文气候变化的响应。

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