[发明专利]土壤饱和含水量的测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及土壤含水量测定技术领域，尤其是涉及一种土壤饱和含水量的测定装置。

背景技术

在水资源的形成、转化与消耗过程中,土壤水是不可缺少的成分；在植物生态系统中,土壤水是农业和生态环境中各种植被赖以生存的基础；从生态系统的组成结构来看，土壤水是维持陆地生态系统营养链的纽带，具有重要的资源价值，也是世界上使用最为方便的淡水资源。土壤水在土壤中受到各种力的作用，由于各种力的不同作用，土壤水形成了具有不同水分物理特性的吸湿水、膜状水、毛管水及重力水。目前，用来描述土壤水的指标主要包括基于形态学特征的含水量指标以及基于能量学观点的水势指标。其中，饱和含水量是指土壤的孔隙全部充满水时土壤的含水量。从能量学观点来看，此时土壤水吸力的pF值等于零；从形态水分来看，此时它包含了土壤中所有的吸湿水、薄膜水、毛管水及重力水，因此，饱和含水量可以表征土壤的最大持水能力，常用来反应土壤的水源涵养功能。若需了解土壤的储水性能，则需对土壤的饱和含水量进行测定。

测定土壤饱和含水量的方法有两种，一种是依据土壤总孔隙度进行测定，这一方法的原理依据为：土壤饱和含水量是水充满土壤的孔隙时其所占的体积大小，该体积大小与土壤总孔隙度的含义一致。在计算方式上，土壤总孔隙度的数值可通过土壤密度及土粒密度获得。在实际操作中，土壤密度一般通过环刀法对原状土壤进行采集并测定而获得，土粒密度取为常数，一般采用2.65。然而，由于不同土壤成分存在差异，土粒密度采用统一的常数，在计算土壤孔隙度时，势必存在相应的误差。具体地，在饱和水和毛管水的测定和计算中，不能忽略束缚水所占的重量，土壤中束缚水的密度大于lg/cm³,在贴近土粒处可高达1.7g/cm³，按平均量计算，1g束缚水占据的体积为0.776cm³。因此,饱和水的克数不能视为毫升数，若将该克数视为毫升数,则总孔隙度和毛管孔隙度的测定将存在不可接受的误差,并且，测定值高于实际值。若直接把土壤总孔隙度看作土壤饱和含水量，则相当于将土壤水看作自由水，而实际上，在土壤总孔隙中，由于基膜存在吸力，会有更多的水占据总孔隙的空间。因此，利用土壤总孔隙度来代替土壤饱和含水量，所获得的测定结果有偏小的趋势。综上，由于土壤水吸力受土壤粘粒及有机质的影响较大，在测定土壤饱和含水量时需考虑土壤的特殊性质。

因此，现有技术中，经常采用另一种方法对土壤水的饱和含水量进行测定，该方法是对原状土壤进行浸水处理，用烘干法直接测定。具体步骤如下：首先使用环刀进行土壤取样，待取出环刀后，小心地进行修整，切除多余的部分并补满残缺部分，盖好环刀的上盖及装有滤纸的下盖，该下盖上开设有通孔。测定时，去掉环刀的上盖，将带有下盖的环刀放入高度大于10cm的塑料盒中，小心加水至环刀高度的1/3处，待水分升至土壤表层后，再加水至环刀上沿处，水通过底部滤纸进入环刀中的土壤，环刀内的土壤逐渐充满水，维持24小时或更长时间(根据研究的土质情况确定)，待环刀土样充分浸水后，小心将其取出，擦除外围的水分。进行浸水处理后，可将环刀直接称重后放入干砂表面，也可以直接取样测定环刀中土壤的水分含量。对于直接测定环刀内土壤饱和含水量，一般是取其一部分进行烘干。具体的过程为：称取空铝盒总重，记为W0；将进过浸水处理的环刀小心取出后，从环刀中取其中部分土样，放入铝盒中，并在天平上进行称量，记为W1；将铝盒盖半掩在铝盒上，将其放入105℃烘箱中，待烘干8-12h或达到恒重后，将铝盒取出盖好铝盒，放入干燥器冷却至室温并再次进行称量，记重W2，根据失水在土壤烘干中的比例进行计算，公式为：待测土样饱和含水量(C)％＝(W1-W2)/(W2-W0)×100％。

上述利用浸水法测定土壤饱和含水量的过程中，存在以下不足之处：

一、环刀内土壤存在部分损失的问题

理想状况下，水应该只从环刀下盖的通孔进入环刀内部，而下盖内部的滤纸则会阻挡内部土壤漏出环刀；而实际操作中，由于环刀下盖与环刀的接触并不紧密，尤其是粘土质土壤，会在浸泡过程中从下盖与环刀的缝隙中部分流出；另外，人工向水箱加水过程中，过快或角度不好都会造成水飞溅入环刀，存在将环刀中土样冲出的现象。

二、难以始终保持环刀土面与水位一致