一种测定土壤饱和含水量的仪器及方法与流程

本发明涉及土壤饱和含水量的测量领域，具体涉及一种测定土壤饱和含水量的仪器及方法。

背景技术：

在森林水文观测中，对土壤饱和含水率的研究是十分重要的内容之一。现有的方法主要采用固定时间长度的环刀浸泡法，根据土壤质地，浸泡若干小时后对环刀进行称重，然后计算土壤饱和含水量。该方法需要预先明确土壤质地，然后选择时间长度。对于壤土，一般浸泡环刀8-12小时，对于粘土含量较高的土壤，则需要延长环刀浸泡时间；研究中发现，对环刀的浸泡时间太长或者过短，都会影响土壤饱和含水量测定精度；此外，土壤水达到饱和的时间作为一个间接反映土壤质地的变量，在森林水文研究中未被重视，目前还没有方法研究土壤含水量达到饱和所需要的时间。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种测定土壤饱和含水量的仪器及方法，该仪器及方法有效解决了传统的环刀浸泡法存在的缺陷，并作出了一些改进地方。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种测定土壤饱和含水量的仪器，包括两个底座，所述底座上分别竖直安装有立柱，所述立柱之间设有横梁，所述横梁上设有若干个拉力传感器，所述拉力传感器下方连有尼龙线，所述拉力传感器通过尼龙线连接有铁丝笼，所述铁丝笼为固定环刀用，所述环刀用于采集土壤，所述铁丝笼外放置有容器，用于盛装水；

所述拉力传感器均连有导线，所述拉力传感器通过导线连接有电子控制箱。

进一步改进在于，所述电子控制箱包括电池和无纸记录仪，所述电子控制箱还设有开关。

进一步改进在于，所述环刀由环刀体和两个环刀盖组成，所述两环刀盖分别位于环刀体的上端和下端，所述环刀盖上开有若干圆孔。

一种如权利要求3所述环刀的加工方法，加工组件为环刀体、环刀顶盖以及环刀底盖，其特征在于：首先在环刀顶盖上进行钻孔或者冲孔加工，形成若干孔径为1mm圆孔；然后用防水胶带在环刀顶盖、环刀底盖与环刀体连接处缠绕两圈，以确保环刀在浸泡过程均由有孔环刀盖位置浸水。

一种测定土壤饱和含水量的方法，包括以下步骤：

a、调节铁丝笼与拉力传感器之间尼龙线的长度，使环刀刃一端的环刀盖刚好能没入水中；

b、打开电子控制箱开关，预先设置无纸记录仪的时间测定步长，将铁丝笼静置，并在无纸记录仪上进行归零处理；

c、将环刀置于铁丝笼，确保环刀刃一端向上，铁丝笼用以固定环刀位置，静置，然后将铁丝笼轻轻放入盛有水的容器内，并悬置于水中；

d、浸泡一定的时间之后，下载无纸记录仪中的数据，其中包括：环刀及所采集土样的重量m₀、环刀及铁丝笼刚刚置于容器中的拉压力传感器读数m₁、不同时间点拉压力传感器读数m_x，以及浸泡过程中达到最大读数时的m_max，以及各读数所对应的时间t₀、t₁、t_x、t_max；

e、结束后，取下环刀上缠绕的防水胶带，打开环刀盖，将环刀体及环刀盖放烘箱中于105℃烘干至恒重，将取下的防水胶带，连同烘干的环刀体(含土壤)及环刀盖称重m₀₀，洗净环刀体内的土壤，并烘干后，对环刀体(不含土壤)及环刀盖称重m₀₁

f、根据公式计算得出，自然含水量＝(m₀-m₀₁)/(m₀₀-m₀₁)×100％，饱和含水量＝(m_max-m₁+m₀-m₀₁)/(m₀₀-m₀₁)×100％。

本发明的有益效果是：

1)可精确测定出达到土壤含水率达到饱和的时间，无需预先知道土壤质地，即可精确测定出土壤样品在不同时间的吸水量及最大吸水量，并精确计算出土壤饱和含水率；

2)可比较不同土壤样品在浸泡时间过程中含水率的变化过程；

3)根据无纸记录仪通道数量，可以同时对多组上述参数进行测定。

附图说明

图1为本发明介绍的仪器的结构示意图；

图2为环刀分解后各部件的示意图；

图3为环刀组装时的示意图

其中，1-底座，2-立柱，3-横梁，4-拉力传感器，5-尼龙线，6-铁丝笼，7-环刀，71-环刀体，72-环刀底盖，73-环刀顶盖，74-圆孔，75-防水胶带，8-容器，9-导线，10-电子控制箱。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种测定土壤饱和含水量的仪器，包括两个底座1，底座1分别竖直安装有立柱2，立柱2之间设有横梁3，横梁3上设有若干个拉力传感器4，拉力传感器4下方连有尼龙线5，拉力传感器4通过尼龙线5连接有铁丝笼6，铁丝笼6内固定设有环刀7，用于采集并盛放土壤，铁丝笼6外放置有容器8，用于盛装水；

拉力传感器4均连有导线9，拉力传感器4通过导线9连接有电子控制箱10，电子控制箱包括电池和无纸记录仪(图中未示出)，所述电子控制箱还设有开关(图中未示出)。如图2所示，环刀7由环刀体71和两个环刀盖72组成，所述两环刀盖72分别位于环刀体71的上端和下端，所述环刀盖72上开有若干圆孔73。

如图2和图3所示，上述环刀7的加工组件为环刀体71、环刀顶盖73以及环刀底盖72，首先在环刀顶盖73上进行钻孔或者冲孔加工，形成若干孔径为1mm圆孔74；然后用防水胶带75在环刀顶盖73、环刀底盖72与环刀体71连接处缠绕两圈，以确保环刀7在浸泡过程均由有孔环刀盖位置浸水。

上述测定土壤饱和含水量的仪器在测量时采用以下步骤，包括：

a、调节铁丝笼6与拉力传感器4之间尼龙线5的长度，使环刀刃一端的环刀盖刚好能没入水中；

b、打开电子控制箱10开关，预先设置无纸记录仪的时间测定步长，将铁丝笼6静置，并在无纸记录仪上进行归零处理；

c、将环刀7置于铁丝笼6，确保环刀刃一端向上，铁丝笼6用以固定环刀7位置，静置，然后将铁丝笼6轻轻放入盛有水的容器8内，并悬置于水中；

d、浸泡一定的时间之后，下载无纸记录仪中的数据，其中包括：环刀7及所采集土样的重量m₀、环刀7及铁丝笼6刚刚置于容器8中的拉压力传感器4读数m₁、不同时间点拉压力传感器4读数m_x，以及浸泡过程中达到最大读数时的m_max，以及各读数所对应的时间t₀、t₁、t_x、t_max；

e、结束后，取下环刀7上缠绕的防水胶带，打开环刀盖，将环刀体及环刀盖放烘箱中于105℃烘干至恒重，将取下的防水胶带，连同烘干的环刀体(含土壤)及环刀盖称重m₀₀，洗净环刀体内的土壤，并烘干后，对环刀体(不含土壤)及环刀盖称重m₀₁

f、根据公式计算得出，自然含水量＝(m₀-m₀₁)/(m₀₀-m₀₁)×100％，饱和含水量＝(m_max-m₁+m₀-m₀₁)/(m₀₀-m₀₁)×100％。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。