【理论】土壤物理常识，值得收藏！

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1、土壤比重

土壤比重（soil specific gravity）为单位体积的土壤固体物质质量与同体积水的质量之比。由于比重和密度在数值上接近，故有时不严格区分。土壤矿物质的种类、数量，以及有机质（腐殖质较小，在1.25~1.40）对于土壤比重都有影响。一般土壤平均比重为2.65（2.6~2.7）左右。

2、土壤容重

土壤容重（bulk density）为单位原装土壤体积的烘干土重（g/cm³）。土壤矿物质、土壤有机质含量和孔隙状况都对土壤容重产生影响。一般矿物质土壤的容重为1.33 g/cm³。

3、土壤孔隙度

土壤孔隙度（porosity）为单位原状土壤体积中土壤孔隙体积所占的百分率。总孔隙度不直接测定，而是计算出来。总孔隙度=（1-容重/比重）×100%。孔隙的真实直径是很难测定的，土壤学所说的直径是指与一定土壤吸力相当的孔径，与孔隙的形状和均匀度无关。

4、饱和度

多孔介质中，流体体积与多孔介质总体积之比称为该流体的饱和度（saturation），可表示为

Se=Vi/Vt

式中，Vi和Vt分别表示多孔介质中流体体积和总孔隙体积。多孔介质中某一流体的饱和度介于0（空隙中无流体存在）~1（孔隙完全被流体所充满）。

土壤孔隙被多种介质（如空气、水和NAPL三种流体）所充满时，其总饱和度等于1，在一些受到液体污染的土壤中，液体污染物含量用饱和度表示，且其含量直接影响毛细管压力。

5、界面张力

以分子的观点来看，界面张力（interfacial）是某种流体的内在吸引力和流体表面所接触的另一流体的分子吸引力不同，界面上分子盈利因不连续二导致的引力差，或者说，因为有界面张力的存在，两不互溶的流体接触时，在两流体之间会出现一明显的界面。而表面张力（surface tension）则是指液体即其本身蒸汽见会出现一明显的界面。一般情况下，互不相容的液体之间所产生的界面张力小于两纯液体的表面张力的较大者。

6、湿润度

在两种非混合流体接触同一固体表面的情况下，必然有一种流体相比另外一种流体更容易覆盖在固体表面。这种于固体表面覆盖的难易程度称为湿润度月（wettability）。将容易覆盖于固体表面的流体称为浸润相流体（wetting phase fluid），而另一种流体称为非浸润相流体（nonwetting phase fluid）。影响湿润度的物理性质主要有液体的表面张力、液体被固体表面吸附的附着力（adhesion）及由液体的表面张力和黏滞度（viscosity）所组成的附着速度。以水和汽油接触到一固体表面为例，由于汽油的表面张力及黏滞度都小于水，汽油会以较快的速度吸附在固体表面上，之后因为固体表面吸附水的强度较吸附汽油的强度大，最后水将取代原先在固体表面的汽油而成为浸润相流体。

此外，接触角也是判断是否为浸润相流体的重要依据。不同的固体介质会产生不同的接触角，而不同的接触角则代表流体与固体介质不同的浸润程度。一般情况下，接触角介于0°~70°时，该流体称为浸润相流体；介于110°~180°时，称为非浸润相流体；介于70°~110°时，属于中性流体（Anderson，1986）。

7、毛管压力

水于非饱和土壤中流动的主要驱动力为重力和毛管力。接近饱和的土壤，如灌水后的湿润土壤，其中水分将在重力的作用下向下运动，当重力作用和表面张力作用大小相等时，重力排水停止，毛细作用则成为土壤水运动的主要影响因素。毛细张力指多孔介质中，非浸润相流体和浸润相流体之间在平衡状态下的压力差。

以水和汽油为例，毛细压力可以表示为

P_C=P_N－P_W

式中，P_N和P_W分别为汽油和水的压力。

Bear（1972）认为毛细压力是多孔介质孔隙吸引浸润相流体或排斥非浸润相流体的能力。由于毛细压力的作用，水保持在土壤孔隙中，并造成负压。土壤粒径大小、不同液体的浸入等都会影响土体中液体与毛细张力之间的关系。

8、残余饱和度

由于土壤固体颗粒分子力的作用，尽管毛细吸力增大，然而土壤中的水分不再排出，饱和度保持不变，孔隙中水体的残留量和孔隙体积比为一定值，即为残留饱和度。造成残留量的原因除了毛细压力的影响力外，流体和多孔介质的界面性质、介质孔隙的几何排布、流体黏度与密度，都对残留量产生影响。

参考文献：非饱和土壤水流运动及溶质运移-王康