土壤饱和含水量的测定装置的制造方法

文档序号:9920967阅读:1765来源:国知局
土壤饱和含水量的测定装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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,Ig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。
[0004]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1cm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WO;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Wl;将铝盒盖半掩在铝盒上,将其放入105°C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) % = (Wl-W2)/(ff2-ff0) X 100%。
[0005]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:
[0006]一、环刀内土壤存在部分损失的问题
[0007]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。
[0008]二、难以始终保持环刀土面与水位一致
[0009]整个浸水过程即指环刀内土壤的水逐渐饱和的过程,如果环刀外部的水位下降,环刀内部的水位也会随之下降,重力水流失;在实际操作中,浸水过程仅加水一两次,当水面至环刀上表面的边缘,毛管水的不断上升会导致水位的下降,尤其是在大量环刀同时浸水,更容易出现水面下降的现象。此外,整个浸水过程耗时24小时或更长的时间,期间水箱内水的蒸发同样会导致水位下降;在多个环刀同时浸泡的容器中,取出环刀亦会使水位下降,最终导致剩余环刀中的重力水流出。因此,浸水过程需要始终确保环刀外部的水位始终处于环刀顶部边缘的位置。依靠人工浇水需要不时地观察水位,加水过程难以控制,即难以始终保持环刀土面与水位一致。
[0010]三、烘干水分的测定欠准确
[0011]从环刀中取出待测定土壤,测定其中的土壤饱和含水量,由于烘干过多待测土壤所需时间较多,因此,一般只取出部分土样进行称量和烘干。从水箱中取出环刀后,土壤中的水分在重力作用下不断从底部滤纸漏出,造成土壤的水分含量在垂直方向上存在分异性,若仅取其上部区域、下部区域或中间区域的土壤进行测定,则测定结果会偏离实际的土壤水分含量。由于颗粒较粗的土壤的保水性能低,如果局限在环刀的中上部取样,由于重力水的下移,势必会导致中上部土壤水分的降低。因此,这一误差在颗粒较粗的土壤中尤其明显。即使把环刀里面的土壤均倒出来经混匀后,再取样进行水分含量测定,但由于重力水以及部分毛管水聚集在混合后的土体下部,难以再进行收集,从而影响水分含量的测定。整体环刀土壤进行烘干,但也存在烘干时间过长的问题。
[0012]综上所述,由于现有技术的土壤饱和含水量的测定装置在测定饱和含水量的过程中存在以上三大问题,导致最终的土壤饱和含水量的测定值与实际值之间的误差较大,即测量精度低。

【发明内容】

[0013]本发明的目的在于提供一种土壤饱和含水量的测定装置,以解决现有技术中存在的土壤饱和含水量测定装置的测定精度低的技术问题。
[0014]为达到上述目的,本发明实施例采用以下技术方案:
[0015]一种土壤饱和含水量的测定装置,包括:
[0016]环刀装置;
[0017]内装设所述环刀装置的恒定水位水箱,所述恒定水位水箱的侧面上开设有出水口,所述出水口与所述环刀装置的顶端平齐;
[0018]循环水箱,其水位液面低于所述出水口,所述循环水箱连接有进水管道,所述进水管道的末端沿所述恒定水位水箱与所述环刀装置之间的间隙进入所述恒定水位水箱的箱体内,且所述进水管道的末端低于所述环刀装置;
[0019]装设在所述进水管道上的驱动栗体,使用时,通过所述驱动栗体驱动所述循环水箱中的循环水,进入所述恒定水位水箱中的循环水由所述环刀装置的底部进入所述环刀装置,当所述恒定水位水箱的水位到达所述出水口时,循环水通过所述出水口返回所述循环水箱。
[0020]作为上述技术方案的进一步改进,所述恒定水位水箱的底部装设有水平放置的搁置板,所述搁置板上开设有多个第一穿水孔,所述环刀装置装设在所述搁置板上。
[0021 ]进一步地,所述进水管道的末端低于所述搁置板。
[0022]作为上述技术方案的进一步改进,所述环刀装置为多个,单个所述环刀装置包括:
[0023]本体,为圆筒型结构,所述本体的轴线垂直所述搁置板,使用时,将所述环刀装置装设于所述恒定水位水箱中后,所述本体的顶端与所述出水口平齐;
[0024]上盖体,装设在所述本体的上端,所述上盖体与所述本体之间装设有第一密封件;
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