土壤田间持水量土样制作方法、装置和测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于土壤墒情监测技术领域，具体涉及一种土壤田间持水量土样的制作方 法、采用的制作装置以及基于该土样测量土壤田间持水量的方法。
【背景技术】
[0002] 土壤田间持水量是重要的土壤水分常数，其含义是指:地下水较深和排水良好的 土壤经过充分灌水或降水后，允许水分充分下渗并防止蒸发，经过一定时间，土壤所能维持 的较稳定的重量含水量。田间持水量是土壤所能保持悬着水的最大值，是对作物有效的最 高土壤含水量。
[0003] 由于土壤实际的含水量占田间持水量的百分数为相对含水量，而相对含水量是评 价旱情等级的重要指标，因此土壤田间持水量对于抗旱工作意义重大。此外，田间持水量的 测定对灌溉也具有指导作用，当灌溉水量超过土壤田间持水量时，土壤不能维持多余的水 量，这些多余的水量流失下渗，这就造成了水资源的浪费。
[0004] 测定土壤田间持水量的关键步骤是制作达到田间持水量状态的土壤样品。目前的 水利行业和农业行业标准中，均采用环刀法制作达到田间持水量状态的土壤样品，具体方 法是将待测土样浸泡到饱和后，经过排出重力水达到田间持水量状态，然后采用烘干法测 定土壤含水量，即为该土壤的田间持水量。但该方法存在很多问题:例如制作过程中浸泡时 间和排水时间过长，土样经浸泡后会出现涨出环刀端口或土壤表面"液化"等情况，环刀内 土样原有孔隙度发生了变化，土壤细微颗粒在排水时会沉积在环刀下部的土壤内阻塞原有 孔隙，导致土样内水分下渗缓慢，从而难以掌握排水至田间持水量状态的时间，此外还存在 同一环刀内土壤含水量垂向分布差异较大，吸取能力不能重现等等情况，这些都影响了测 定结果的准确性。因此，基于现有方法获得的土壤田间持水量土样测得的田间持水量精确 度低，同一土壤多次实验的结果往往误差较大。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明公开了土壤田间持水量土样的制作方法，并为此设计了 专用的制作装置，在实验室采用吸水法将土样从较低含水量状态直接吸水至达到田间持水 量状态，土壤制作快速方便，测量结果准确。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 土壤田间持水量土样的制作方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤1，使用环刀采集若干份土样；
[0009] 步骤2，令环刀内土样一端依次覆盖有第一过滤层和第二过滤层，所述第一过滤层 空隙大于第二过滤层；
[0010] 步骤3,采用一设有进水管和排水管的容器，容器内铺有石英砂，石英砂表面高于 排水管底面，通过进水管向容器内石英砂缓慢渗水，石英砂表面保持平整，向进水管内进 水，保持排水管处于有水缓慢排出的状态，在石英砂表面覆盖第二过滤层;将环刀放在石英 砂上并令其具有过滤层的一端与石英砂上的第二过滤层相接触，遮盖容器口；吸水一段时 间后，取出环刀进行称重，当多次称重数据没有变化时，即得土壤田间持水量土样。
[0011] 进一步的，所述步骤1中采集土样后，在环刀上下两端分别覆盖顶盖和有孔底盖， 所述有孔底盖内预先放入第二过滤层。
[0012] 进一步的，所述步骤2包括如下步骤:取下有孔底盖后，保留土样一端的第二过滤 层，并在第二过滤层上覆盖第一过滤层后进行固定。
[0013] 进一步的，所述第一过滤层包括纱布，所述第二过滤层包括滤纸。
[0014] 土壤田间持水量土样的测量方法，包括如下步骤：
[0015] 采用前述的土壤田间持水量土样的制作方法制作土壤田间持水量土样，采用烘干 法计算环刀内土样含水量，计算每个深度下若干份土样田间持水量和干容重的平均值，即 得到该深度的田间持水量。
[0016] 土壤田间持水量土样的制作装置，包括容器，所述容器侧壁上连接有进水管和排 水管，进水管和排水管上分别设有阀门，所述进水管连接有渗水管，渗水管横向设置在容器 底部，渗水管上设有渗水孔，所述渗水孔上覆盖有第一过滤层，所述排水管口覆盖有第二过 滤层，所述容器内铺有石英砂，所述石英砂表面高于排水管底面。
[0017] 进一步的，所述石英砂表面高出排水管底面3-5mm。
[0018] 进一步的，所述渗水管上的渗水孔均匀分布。
[0019] 进一步的，所述第一过滤层包括纱布，第二过滤层包括滤纸。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
[0021]本发明通过土壤田间持水量土样专用制作装置和方法，可持续稳定向环刀内土壤 供水，使土壤通过土壤基质势吸取吸水容器内水分直接达到田间持水量状态，避免了浸泡 到饱和状态土样孔隙度变化的问题，保证土样没有重力水。本发明可有效缩短测定时间，避 免了以往饱和状态土样排水到田间持水量状态难以掌控的问题，令同一环刀内粘土含水量 垂向分布均匀，确保土样达到标准的田间持水量状态。基于本发明方法制作的土壤田间持 水量土样能够测定土壤田间持水量和土壤干容重数据，结果稳定可靠，误差极低。
【附图说明】
[0022]图1为本发明使用环刀采集原状土的分层位置示意图；
[0023]图2为采集完土样的环刀组件结构示意图；
[0024] 图3为土样表面经过处理后的环刀组件示意图；
[0025]图4为采用土样制作装置制作土壤田间持水量土样的状态图；
[0026] 图5为环刀土样称重示意图。
[0027] 附图标记列表：
[0028] 1-吸水容器，2-盖子，3-进水阀，4-进水管，5-渗水管，6-渗水孔，7-堵头，8-排水 阀，9-排水管，10-石英砂，11-滤纸，12-饱和水位线，13-饱和水位线与石英砂表面距离，20-环刀组件，201-顶盖，202 -环刀本体，203-底盖，204-底盖孔，205-环刀中心线，206 -土壤， 207-圆形滤纸，208-纱布，209-橡皮筋，30-天平，301-托盘。
【具体实施方式】
[0029] 以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体 实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0030] 本发明提供了一种制作土壤田间持水量土样的方法，包括以下步骤：
[0031] 1、采集土样，首先需使用环刀在监测地块不同深度采集各采集原状土若干份带回 实验室。
[0032]人工墒情站监测地块土壤质地应能代表当地大田土壤，同一采集深度的土壤质地 基本相同。采集土壤样品应避开地表积水日和降水日，避开土壤较湿润或较干燥状态。较湿 润状态的土壤在削平环刀刃口时会破坏土壤孔隙结构，产生"抹平"效应;较干燥状态的土 壤在削平环刀刃口时会造成环刀内土壤松脱，影响原状土采集。较理想的采样时机是土壤 处于半干半湿具有一定可塑性时。建议在一次有效降水过后采样，或采用人工干预(浇水） 后米样。
[0033] 采样需开挖土壤水平剖面，首先应根据采集深度和环刀高度确定开挖深度，开挖 深度按公式(1)计算。
[0034] /2 = //-- _(1)_ 2
[0035] 式中：h 开挖深度;Η 米集深度;L 环刀尚度。
[0036] 以尺寸为Φ 50.46 X 50mm，容积100cm3的环刀为例，当采集10cm深度土样时，Η = 10cm，L = 5cm则开挖深度= 10-4 = 7.5 c?。在此深度上铲平土壤表面，下压环刀至完全没 2. 入土壤，此时环刀中心线205恰好位于10cm处，如图1所示。
[0037] 环刀组件20包括顶盖201、环刀本体202、底盖203，底盖203上具有若干个均匀分布 的底盖孔204。环刀使用前，应将环刀本体202和环刀顶盖底盖进行编号以便于记录。用干净 抹布蘸少量凡士林，均匀涂抹在环刀内壁上，涂抹层厚度既要保证润滑，使土壤能顺利进入 环刀，又不影响环刀内土柱容积和孔隙。
[0038]取样时，避开植物根须、石块等杂质，将环刀刃口垂直向下平放在开挖好的土壤横 剖面，盖上环刀手柄。垂直下压环刀手柄，用力要缓慢均匀，直至环刀完全没入土壤，环刀内 土壤表面高出环刀上沿1~2mm。注意下压深度靠目测及经验控制，不使用环刀手柄小孔窥 视土壤是否充满环刀的方式。环刀难以下压时，可用橡皮锤敲击环刀手柄进行下压。使用橡 皮锤敲击力度要适当、落点要准确，尽量减小震动，避免造成环刀内土壤孔隙结构改变。当 土壤质地接近沙土，难以使