CN109900589A - 用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置，包括张力计、环刀、可拆卸支架、电子天平；所述张力计由探管、负压表、陶土头构成，所述环刀包括环刀和它的实盖，所述可拆卸支架由固定架、支撑杆和底座构成，所述负压表固定在固定架上，所述陶土头插入环刀内的饱和土样中，所述支撑杆的下端固定在底座上，上端固定着固定架；所述底座及环刀置于电子天平上。该测定装置的使用方法，包括如下步骤：（1）测定装置基础数据；（2）组装测定装置；（3）实验数据记录；（4）计算逐日体积含水率；（5）依据逐日的土壤体积含水率ω1，ω2，ω3…和张力计数值P1,P2,P3…，便可绘制土壤水分特征曲线。
Description
技术领域
本发明属于科研仪器技术领域，尤其是涉及一种用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置及其使用方法。
背景技术
在农业科研过程中，土壤水分特征曲线是土壤水分入渗，土壤侵蚀及溶质迁移过程等研究中的重要资料。一般可根据土壤水分基质势在不同体积含水率下的变化获得实测值，绘制土壤水分特征曲线。常用拟合土壤水分特征曲线的模型拟合分析土壤水分。而拟合模型的应用（如Van-Genuchten模型）常常需要测定土壤体积含水率、土壤基质势、残余含水率等参数，这些参数的获取常常采用压力模（板）法、离心机法、张力计法等。而目前常用的压力模板法和离心机法实验仪器设备常常价格昂贵，仪器笨重。并且离心机法测定水分特征曲线的过程中土壤容重会发生变化，需要考虑土壤的收缩特性，并利用数学模型进行校正。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种结构简易的用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置及其使用方法，该装置较现有仪器设备仪器轻巧，造价较低，操作更加灵活、方便。
本发明是通过下列技术方案实现上述目的的。
一种用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置，包括张力计、环刀、可拆卸支架、电子天平 4。所述张力计由探管1-1、负压表1-2、陶土头1-3构成。所述环刀包括环刀2-1和它的实盖2-2。所述可拆卸支架由固定架3-1、支撑杆3-2和底座3-3构成。所述负压表1-2固定在固定架3-1上，所述陶土头1-3插入环刀2-1内的饱和土样中，所述支撑杆3-2的下端固定在底座3-3上，上端固定着固定架3-1。所述底座3-3及环刀2置于电子天平4上。
进一步地，所述的探管1-1长40cm，负压表1-2量程0--0.1Mpa（0--1kg/cm3），陶土头1-3长6cm，环刀2内径10cm，高8cm，固定架3-1和支撑杆3-2可拆卸，固定架3-1长和宽为10cm，厚5cm，中间有凹槽卡住负压表1-2，电子天平4最大量程5kg，精确到0.01g。
本发明用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置的使用方法，包括如下步骤：
（1）测定装置基础数据设定取土环刀和实盖的质量为M，体积为V，埋入环刀的部分探管和陶土头的体积记V1，装满水的张力计与可拆卸支架组装后，称得总质量为M1。
（2）组装测定装置环刀取土后使土样吸水饱和，用小取土器把环刀中心的土样钻一个与陶土头直径相同的孔，将负压表卡入固定架的凹槽内，将陶土头插入环刀的土样中，再用取出的土加水混合制成泥浆灌入缝隙中，防止陶土头与土样接触不紧密。待测系统组装完成后，电子天平测得的质量为M2。
（3）实验数据记录每天同一时间记录一次张力计负压表数值(MPa)，第一天为P1，第二天为P2，第二天为P3...；记录电子天平的读数：第一天为M2A, 第二天为M2B, 第三天为M2C...；记录探管内与满水状态下相差的水量：第一天为M3A,第二天为M3B，第三天为M3C...（可通过探管内水位高度和其内径计算得到），直到负压表达到-0.08MPa）。实验过程应在通风处进行，使土样中的水分蒸发量大于探管中渗出的水量。经过8-12天的记录后，将环刀中的陶土头取出，将陶土头带出的土样刮入环刀，并用少量的水冲洗，再将带有湿土的环刀放入烘箱，在105℃条件下使土壤脱水12h，然后称得质量为M4。
（4）计算逐日体积含水率一般水的密度为1 g/cm3，因而以上测得的土壤质量含水量即为对应的土壤水分体积数，通过以上参数可得出每天的土壤体积含水率分别为：
第一天土壤体积含水率为:ω1=[（M2A-M1-M4+M3A）/（V-V1）]*100%；
第二天土壤体积含水率为:ω2=[（M2B-M1-M4+M3B）/（V-V1）]*100%；
之后每天的土壤含水率以此类推。
（5）依据逐日的土壤体积含水率（ω1，ω2，ω3…）和张力计数值（P1,P2,P3…），便可绘制土壤水分特征曲线。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：（1）通过本发明可直接获得测定土壤水分特征曲线的基础参数，进而通过简单的计算绘制出土壤水分特征曲线。（2）本发明系统组装简易，造价低廉，易于操作，适用于实验室、工作站、课堂教学等场景。（3）本发明采用了原状土测定结果，避免了离心机测土壤水分特征曲线中土壤收缩的情况。本发明测定的数据也可以作为实测值应用于土壤水分特征曲线拟合模型。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中： 1-1、探管，1-2、负压表，1-3、陶土头，2-1、环刀，2-2、实盖，3-1、固定架，3-2、支撑杆，3-3、底座，4、电子天平。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置，包括张力计、环刀、可拆卸支架、电子天平 4。所述张力计由探管1-1、负压表1-2、陶土头1-3构成。所述环刀包括环刀2-1和它的实盖2-2。所述可拆卸支架由固定架3-1、支撑杆3-2和底座3-3构成。所述负压表1-2固定在固定架3-1上，所述陶土头1-3插入环刀2-1内的饱和土样中，所述支撑杆3-2的下端固定在底座3-3上，上端固定着固定架3-1。所述底座3-3及环刀2置于电子天平4上。所述的探管1-1长40cm，负压表1-2量程0--0.1Mpa（0--1kg/cm3），陶土头1-3长6cm，环刀2内径10cm，高8cm，固定架3-1和支撑杆3-2可拆卸，固定架3-1长和宽为10cm，厚5cm，中间有凹槽卡住负压表1-2，电子天平4最大量程5kg，精确到0.01g。
本发明用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置的使用方法，包括如下步骤：
（1）测定装置基础数据设定取土环刀和实盖的质量为M，体积为V，埋入环刀的部分探管和陶土头的体积记V1，装满水的张力计与可拆卸支架组装后，称得总质量为M1。
（2）组装测定装置环刀取土后使土样吸水饱和，用小取土器把环刀中心的土样钻一个与陶土头直径相同的孔，将负压表卡入固定架的凹槽内，将陶土头插入环刀的土样中，再用取出的土加水混合制成泥浆灌入缝隙中，防止陶土头与土样接触不紧密。待测系统组装完成后，电子天平测得的质量为M2。
（3）实验数据记录每天同一时间记录一次张力计负压表数值(MPa)，第一天为P1，第二天为P2，第二天为P3...；记录电子天平的读数：第一天为M2A, 第二天为M2B, 第三天为M2C...；记录探管内与满水状态下相差的水量：第一天为M3A,第二天为M3B，第三天为M3C...（可通过探管内水位高度和其内径计算得到），直到负压表达到-0.08MPa）。实验过程应在通风处进行，使土样中的水分蒸发量大于探管中渗出的水量。经过8-12天的记录后，将环刀中的陶土头取出，将陶土头带出的土样刮入环刀，并用少量的水冲洗，再将带有湿土的环刀放入烘箱，在105℃条件下使土壤脱水12h，然后称得质量为M4。
（4）计算逐日体积含水率一般水的密度为1 g/cm3，因而以上测得的土壤质量含水量即为对应的土壤水分体积数，通过以上参数可得出每天的土壤体积含水率分别为：
第一天土壤体积含水率为:ω1=[（M2A-M1-M4+M3A）/（V-V1）]*100%；
第二天土壤体积含水率为:ω2=[（M2B-M1-M4+M3B）/（V-V1）]*100%；
之后每天的土壤含水率以此类推。
（5）依据逐日的土壤体积含水率（ω1，ω2，ω3…）和张力计数值（P1,P2,P3…），便可绘制土壤水分特征曲线。
Claims (3)
1.一种用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置，其特征在于，包括张力计、环刀、可拆卸支架、电子天平；所述张力计由探管、负压表、陶土头构成，所述环刀包括环刀和它的实盖，所述可拆卸支架由固定架、支撑杆和底座构成，所述负压表固定在固定架上，所述陶土头插入环刀内的饱和土样中，所述支撑杆的下端固定在底座上，上端固定着固定架；所述底座及环刀置于电子天平上。
2.根据权利要求1所述的用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置，其特征在于，所述的探管长40cm，负压表量程0--0.1Mpa，陶土头长6cm，环刀内径10cm，高8cm，固定架和支撑杆3-2可拆卸，固定架长和宽为10cm，厚5cm，中间有凹槽卡住负压表。
3.权利要求1所述的用于绘制土壤水分特征曲线的测定装置的使用方法，包括如下步骤：
（1）测定装置基础数据 设定取土环刀和实盖的质量为M，体积为V，埋入环刀的部分探管和陶土头的体积记V1，装满水的张力计与可拆卸支架组装后，称得总质量为M1；
（2）组装测定装置 环刀取土后使土样吸水饱和，用小取土器把环刀中心的土样钻一个与陶土头直径相同的孔，将负压表卡入固定架的凹槽内，将陶土头插入环刀的土样中，再用取出的土加水混合制成泥浆灌入缝隙中，防止陶土头与土样接触不紧密，待测系统组装完成后，电子天平测得的质量为M2；
（3）实验数据记录 每天同一时间记录一次张力计负压表数值，第一天为P1，第二天为P2，第二天为P3...；记录电子天平的读数：第一天为M2A, 第二天为M2B, 第三天为M2C...；记录探管内与满水状态下相差的水量：第一天为M3A,第二天为M3B，第三天为M3C...直到负压表达到-0.08MPa；经过8-12天的记录后，将环刀中的陶土头取出，将陶土头带出的土样刮入环刀，并用少量的水冲洗，再将带有湿土的环刀放入烘箱，在105℃条件下使土壤脱水12h，然后称得质量为M4；
（4）计算逐日体积含水率 一般水的密度为1 g/cm3，因而以上测得的土壤质量含水量即为对应的土壤水分体积数，通过以上参数可得出每天的土壤体积含水率分别为：
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