CN106769629A - 一种土壤质量含水量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种土壤质量含水量检测方法，涉及土壤特征研究领域。本发明为解决现有技术中测量仪器昂贵，测量周期长的问题。本发明的一种土壤质量含水量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：取风干后的土样过筛，并均分成两份；步骤二：取第一份土壤，测定多个不同容重土壤下的饱和含水量w_s(g g^‑1)；步骤三：取第二份土壤，测定多个不同容重土壤下的毛管持水量w_MC(g g^‑1)。

Description

一种土壤质量含水量检测方法

技术领域

本发明涉及土壤特征研究领域，尤其涉及一种土壤质量含水量检测方法。

背景技术

土壤水分特征曲线是指土壤水吸力随土壤含水量变化的关系曲线。其反映了土壤水的能量和数量之间的关系，是研究土壤水分保持与运动的基本参数，具有重要的理论和实用价值。目前，土壤水分特征曲线的表述方法有van Genuchten方程、Brooks-Coren方程和Garden方程等。这些水分特征曲线方程通常采用实测方法获得，即通过压力膜仪、高速离心机、吸力平板仪等方法测定土壤不同水吸力值及其对应的土壤含水量，然后通过数学软件拟合方程。该方法的主要不足之处是耗时很长，根据土壤类型的差异，通常需要一个月到几个月不等的时间；另外，该方法需要的仪器很昂贵，如压力膜仪、高速离心机价格在十几万至几十万不等，吸力平板仪在几万元左右，普通的土壤学实验室很少能够配备这些仪器。

发明内容

本发明提供了一种土壤质量含水量检测方法，以解决现有技术中测量仪器昂贵，测量周期长的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案实施如下：一种土壤质量含水量检测方法，包括以下步骤：

步骤一：取风干后的土样过筛，并均分成两份；

步骤二：取第一份土壤，测定多个不同容重土壤下的饱和含水量w_s(g g^-1)；

步骤三：取第二份土壤，测定多个不同容重土壤下的毛管持水量w_MC(g g^-1)；

步骤四：根据毛管持水量w_MC和饱和含水量w_s的直线回归方程[1]，计算出经验系数λ；

w_s＝λw_MC [1]

步骤五：根据饱和含水量w_s与土壤容重D_b关系方程[2]，计算出经验系数m和n；

w_s＝mD_b+n [2]

步骤六：将步骤五中测得的经验系数λ代入方程[3]中，求解出参数k；

步骤七：建立土壤水分特征曲线方程，

w＝(klnh+1)(mD_b+n) [4]。

式中，w为土壤质量含水量(g g^-1)，h为土壤水吸力(cm)。

进一步地，步骤二中利用第一份土样测定其饱和含水量w_s的过程为：

将第一份土样按一定容重装入100cm³环刀中，盖好该环刀的上、下孔盖，放于盛水的搪瓷盘内，下孔盖一端朝下，搪瓷盘内水面较环刀上孔盖边缘低1～2毫米，让水分饱和土壤24小时；取出装有土样的环刀，取掉环刀上孔盖，从环刀内取出15～20克土样，放入已知重量w₁的铝盒中，称重为w₂，然后放入烘箱在105℃烘干至恒重，再称重为w₃；采用公式计算获得土壤获取饱和含水量w_s。

进一步地，步骤三中的利用第二份土样测定毛管持水量w_MC的过程为：

将第二份土样装入环刀中，盖好该环刀的上、下孔盖，放于盛有2～3毫米水层的瓷盘中，让土壤毛细管吸水4～12小时；取出装有土样的环刀，取掉环刀上孔盖，从环刀内取出15～20克土样，放入已知重量w₄的铝盒中，称重为w₅，然后放入烘箱在105℃烘干至恒重，再称重为w₆；采用公式获取毛管持水量w_MC。

本发明具有如下有益效果：本发明提供了一种土壤质量含水量检测方法，该方法能够准确获取土壤水分特征曲线。另外，本发明只需测定土壤的饱和含水量w_s和土壤毛管持水量w_MC，采用的实验设备简单廉价，在短时间内即可获取曲线方程参数，值得推广应用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的在生产实践中的效果做进一步说明：

实施例1：

本实施方式的具体步骤如下：

①将风干后的土壤过2mm筛，按容重1.0、1.1、1.2、1.3、1.4和1.5g cm^-3装入100cm³的环刀，盖好环刀的上、下孔盖，放于盛水的搪瓷盘内，下孔盖一端朝下，搪瓷盘内水面较环刀上孔盖边缘低1～2毫米，勿使环刀上面淹水。让水分饱和土壤24小时，取出装有土样的环刀，取掉环刀上孔盖，从环刀内取出15～20克土样，放入已知重量w₁的铝盒中，称重为w₂，然后放入烘箱在105℃烘干至恒重，再称重为w₃；采用公式获取不同容重土壤的w_s。

②将风干后的土壤过2mm筛，按容重1.0、1.1、1.2、1.3、1.4和1.5g cm^-3装入100cm³的环刀，盖好该环刀的上、下孔盖，放于盛有2～3毫米水层的瓷盘中，让土壤毛细管吸水8小时；取出装有土样的环刀，擦干环刀外壁水分，放入已知重量w₄的铝盒中，称重为w₅，然后放入烘箱在105℃烘干至恒重，再称重为w₆；采用公式获取不同容重土壤的w_MC。

③建立w_s与w_MC间的线性回归方程：

w_s＝1.046w_MC

因此，获得参数λ＝1.046；根据方程[4]求得参数k＝–0.054；建立饱和含水量(w_s)与土壤容重(D_b)的关系方程：

w_s＝-0.523D_b+1.045

④根据上述测定结果建立的土壤水分特征曲线方程为：

w＝(1-0.054lnh)(1.045-0.523D_b)

数据分析：

由表1可知，由土壤水分特征曲线计算获取的土壤含水量数据与土壤实测含水量数据几乎相等，这说明，本发明提供的土壤水分特征曲线的获得方法在实际应用中是正确的。

表1 壤质土不同水吸力与容重对应的土壤水分含量实测值与计算值。

实施例2：

本实施方式的具体步骤如下：

①测定土壤饱和含水量(w_s)，测定过程与实例一相同；

②测定土壤毛管持水量(w_MC)，测定过程与实例一相同；

③建立w_s与w_MC间的线性回归方程：

w_s＝1.027w_MC

因此，获得参数λ＝1.027；根据方程[4]求得参数k＝–0.034；建立饱和含水量(ws)与土壤容重(D_b)的关系方程：

w_s＝-0.304D_b+0.813

④根据上述测定结果建立的土壤水分特征曲线方程为：

w＝(1-0.034ln h)(0.813-0.304D_b)

数据分析：

由表2可知，由土壤水分特征曲线计算获取的土壤含水量数据与土壤实测含水量数据几乎相等，这说明，本发明提供的土壤水分特征曲线的获得方法在实际应用中是正确的。

表2 壤质土不同水吸力与容重对应的土壤水分含量实测值与计算值。

表3 采用的仪器及价格

上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种土壤质量含水量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：取风干后的土样过筛，并均分成两份；

步骤二：取第一份土壤，测定多个不同容重土壤下的饱和含水量w_s(gg^-1)；

步骤三：取第二份土壤，测定多个不同容重土壤下的毛管持水量w_MC(gg^-1)；

步骤四：根据毛管持水量w_MC和饱和含水量w_s的直线回归方程[1]，计算出经验系数λ；

w_s＝λw_MC [1]

步骤五：根据饱和含水量w_s与土壤容重D_b关系方程[2]，计算出经验系数m和n；

w_s＝mD_b+n [2]

步骤六：将步骤五中测得的经验系数λ代入方程[3]中，求解出参数k；

$k=\frac{ln2ln\mathrm{\λ}}{{\left(ln\mathrm{\λ}\right)}^2-{\left(ln2\right)}^2}{\[\frac{ln\mathrm{\λ}+ln2}{ln\mathrm{\λ}}\]}^{-ln\mathrm{\λ}/\ln 2}---\[3\]$

步骤七：建立土壤水分特征曲线方程，

w＝(klnh+1)(mD_b+n) [4]。

式中，w为土壤质量含水量(gg^-1)，h为土壤水吸力(cm)。

2.根据权利要求1所述的土壤质量含水量检测方法，其特征在于：步骤二中利用第一份土样测定其饱和含水量w_s的过程为：

将第一份土样按一定容重装入100cm³环刀中，盖好该环刀的上、下孔盖，放于盛水的搪瓷盘内，下孔盖一端朝下，搪瓷盘内水面较环刀上孔盖边缘低1～2毫米，让水分饱和土壤24小时；取出装有土样的环刀，取掉环刀上孔盖，从环刀内取出15～20克土样，放入已知重量w₁的铝盒中，称重为w₂，然后放入烘箱在105℃烘干至恒重，再称重为w₃；采用公式计算获得土壤获取饱和含水量w_s。

3.根据权利要求1所述的土壤质量含水量检测方法，其特征在于：步骤三中的利用第二份土样测定毛管持水量w_MC的过程为：

将第二份土样装入环刀中，盖好该环刀的上、下孔盖，放于盛有2～3毫米水层的瓷盘中，让土壤毛细管吸水4～12小时；取出装有土样的环刀，取掉环刀上孔盖，从环刀内取出15～20克土样，放入已知重量w₄的铝盒中，称重为w₅，然后放入烘箱在105℃烘干至恒重，再称重为w₆；采用公式获取毛管持水量w_MC。