水分保持曲線

保水曲線は、水分含有量θと土壌水分 ポテンシャルψの関係です。土壌水分曲線は土壌の種類によって特徴が異なるため、土壌水分特性とも呼ばれます。

これは、土壌の水分貯蔵量、植物への水分供給量（圃場容量）、および土壌団粒の安定性を予測するために使用されます。水が細孔を満たし、排水するヒステリシス効果により、異なる湿潤曲線と乾燥曲線を区別することができます。

水分保持曲線の一般的な特徴は、体積水分含有量θがマトリックポテンシャル に対してプロットされた図に示されています。ポテンシャルがゼロに近い場合、土壌は飽和に近く、水は主に毛細管力によって土壌に保持されます。θが減少するにつれて、水の結合は強くなり、ポテンシャルが小さい場合 (より負で、萎凋点に近づく)、水は、粒子間の接触点の最も小さな細孔や、粒子の周りの吸着力によって結合した膜として強く結合します。 ${\displaystyle \Psi _{m}}$

砂質土は主に毛細管結合を伴うため、高い電位でほとんどの水を放出しますが、粘着性および浸透結合を伴う粘土質土は、より低い（より負の）電位で水を放出します。任意の電位で、泥炭質土は通常、粘土質土よりもはるかに高い水分含有量を示します。粘土質土は砂質土よりも多くの水を保持することが予想されます。土壌の保水能力は、土壌の多孔性と結合の性質によって決まります。

水分保持曲線の形状はいくつかのモデルによって特徴付けられるが、そのうちの1つはヴァン・ゲヌヒテンモデルとして知られている。^[1]

${\displaystyle \theta (\psi )=\theta _{r}+{\frac {\theta _{s}-\theta _{r}}{\left[1+(\alpha |\psi |)^{n}\right]^{1-1/n}}}}$

どこ

${\displaystyle \theta (\psi )}$は水分保持曲線[L ³ L ⁻³ ]である。

${\displaystyle |\psi |}$吸引圧力（[L]またはcmの水）

${\displaystyle \theta _{s}}$飽和水分量[L ³ L ⁻³ ]

${\displaystyle \theta _{r}}$残留水分量[L ³ L ⁻³ ];

${\displaystyle \alpha }$は空気吸入吸引力の逆数（[L ⁻¹ ]、またはcm ⁻¹）に関係し、${\displaystyle \alpha >0}$

${\displaystyle n}$細孔サイズ分布の尺度（無次元）です。${\displaystyle n>1}$

このパラメータ化に基づいて、不飽和透水係数-飽和度-圧力関係の形状を予測するモデルが開発された。^[2]

1907年、エドガー・バッキンガムは最初の保水曲線を作成しました。^[2]これは砂から粘土まで質感の異なる6種類の土壌について測定され作成されました。データは高さ48インチの土壌柱で行われた実験から得られ、側面のチューブから定期的に水を追加することで、底から約2インチ上に一定の水位が維持されました。上端は蒸発を防ぐために閉じられていました。

ファン・ゲヌヒテンパラメータ（および）は、フィールドまたは実験室でのテストを通じて決定できます。方法の1つは瞬間プロファイル法です。^[3]この方法では、一連の吸引圧力測定に対する水分含有量（または有効飽和度）が決定されます。方程式は非線形であるため、非線形最小二乗法などの数値手法を使用して、ファン・ゲヌヒテンパラメータを解くことができます。^{[4] [5]}推定パラメータの精度は、取得したデータセット（および）の品質に依存します。水分保持曲線を非線形最小二乗法でフィッティングすると、構造的な過大評価または過小評価が発生する可能性があります。このような場合、非線形最小二乗法後に得られた残差にガウス過程回帰を適用することで、水分保持曲線の表現を精度と不確実性の点で改善できます。これは主にデータポイント間の相関によるもので、カーネル関数を介してガウス過程回帰で説明されます。^[6]${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle n}$ ${\displaystyle \theta }$ ${\displaystyle Se}$${\displaystyle \psi }$${\displaystyle \theta }$${\displaystyle \psi }$

• 土壌水分（保持）

• ブレイディ、ノースカロライナ州（1999年）。土壌の性質と特性（第12版）。アッパーサドルリバー、ニュージャージー州：プレンティスホール。pp. 183–9。ISBN 0-13-852444-0。

• 不飽和土水理特性の UNSODA モデル データベース (UNSODA ビューア)
• SWRC Fitは土壌水分保持データに土壌水理モデルを適合させる