測量土壤質(zhì)量含水率的體積置換方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測量土壤質(zhì)量含水率的體積置換方法，具體步驟如下：將任意體積待測土樣裝入容積為已知的恒容容器，稱待測土樣質(zhì)量；向裝有待測土樣的恒容容器中注滿水，稱量加滿水后恒容容器內(nèi)土樣與水的總質(zhì)量；按照公式計算土壤質(zhì)量含水率。本發(fā)明還提供本發(fā)明方法所用的設(shè)備，由恒容容器、稱重設(shè)備、注水設(shè)備組成，其中恒容容器用于盛放待測土樣，注水設(shè)備用于往恒容容器中注水，稱重設(shè)備用于稱量質(zhì)量。本發(fā)明的方法可適用于任意質(zhì)地土壤的含水率測量，操作過程簡單、方便，克服了測量含水率的烘干法較費(fèi)時且不適合野外作業(yè)，燃燒法消耗能源、測量精度相對較低的問題。
【專利說明】測量土壤質(zhì)量含水率的體積置換方法及設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土壤學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種測量土壤質(zhì)量含水率的體積置換方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】 [0002]土壤質(zhì)量含水率是表征一定深度土層干濕程度的物理量，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一項重要參數(shù)，土壤水分測定是進(jìn)行土壤水分分析的基礎(chǔ)工作，它的直接測量是相關(guān)研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)，在土壤力學(xué)、作物栽培、農(nóng)田灌溉、生態(tài)環(huán)境等研究和實踐中十分重要，所以準(zhǔn)確地獲取土壤質(zhì)量含水率的信息極為重要。特別是隨著水資源危機(jī)日益突出，國內(nèi)外對節(jié)水農(nóng)業(yè)研究都給予高度重視，土壤質(zhì)量含水率也就成了節(jié)水農(nóng)業(yè)研究中經(jīng)常測定的項目。在生產(chǎn)建設(shè)、農(nóng)業(yè)、水利等工程中，需要簡便、快速測定土壤質(zhì)量含水率。
[0003]目前，直接測量土壤質(zhì)量含水率的方法主要有烘干稱質(zhì)量法或燃燒法，作為直接測量土壤水分含量的唯一方法，其中烘干稱質(zhì)量法為標(biāo)準(zhǔn)方法。這兩種方法是其他所有間接測量方法的基礎(chǔ)，在測量精度上具有其它間接測量方法不可比擬的優(yōu)勢。傳統(tǒng)測量含水率的烘干法比較費(fèi)時間且不適合野外作業(yè)；燃燒法消耗能源，測量精度相對較低。其他間接測量方法(如TDR、FDR、伽馬射線、電容傳感器、中子儀等)，必須采用上述兩種直接測量方法之一進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定，同時存在價格昂貴、不易操作、可能對人體危害較大等多方面的缺陷。因此，簡單、方便的直接測量方法非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服長期以來測量土壤質(zhì)量含水率的方法存在的操作復(fù)雜等問題，本發(fā)明旨在提供一種測量土壤質(zhì)量含水率的體積置換方法及設(shè)備。
[0005]本發(fā)明測量土壤質(zhì)量含水率的體積置換方法的原理如下:
[0006]土壤是由土壤顆粒、水和氣體組成的三相混合體?？諝獾馁|(zhì)量在計算中可以忽略不計，所以所取的待測土樣質(zhì)量主要由土壤顆粒質(zhì)量和待測土樣含水質(zhì)量確定。
[0007]由于土樣裝得緊密還是裝得松散都僅影響土壤中充氣孔隙的情況，不會影響土壤顆粒密度、土壤顆粒體積、待測土樣含水質(zhì)量、待測土樣含水體積，因此取樣時可以任取待測土樣。
[0008]將任意體積待測土樣裝入恒容容器中，稱得待測土樣質(zhì)量m后向容器中注滿水，稱質(zhì)量得到加滿水后恒容容器內(nèi)土樣與水的總質(zhì)量為m’，此時，容器中物質(zhì)的質(zhì)量包括土壤顆粒質(zhì)量、待測土樣含水質(zhì)量以及補(bǔ)充水分的質(zhì)量之和，則質(zhì)量關(guān)系表達(dá)式為:
[0009]m，=ms+mw+mr (I)
[0010]其中，1?為向恒容容器中補(bǔ)充的水分質(zhì)量，單位g。
[0011]注水的過程是將土樣和恒容容器中的氣體置換出來。補(bǔ)充的水分的質(zhì)量已知，原有的充氣空隙(原始土樣與恒容容器)即為被注入的水置換的體積。根據(jù)體積關(guān)系，可以計算得到待測土樣含水體積與土壤顆粒體積之和，為恒容容器的容積與補(bǔ)充水分的體積之差。如下列關(guān)系式:
[0012]vs+vw=v’-mr/P w(2)
[0013]土樣中土壤顆粒與水的質(zhì)量分別等于它們各自的體積與密度的乘積。
[0014]所以得到:
【權(quán)利要求】
1.一種測量土壤質(zhì)量含水率的體積置換方法，具體步驟如下: 將待測土樣裝入容積已知的恒容容器，稱待測土樣質(zhì)量；向裝有待測土樣的恒容容器中注滿水，稱量加滿水后恒容容器內(nèi)土樣與水的總質(zhì)量；按照以下公式計算土壤含水率:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，水密度Pw取值l.0OOg/cm3，土壤顆粒密度 P s 取值 2.653g/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述注滿水，為往恒容容器內(nèi)加水到液面接近恒容容器口，蓋上液面定位蓋，通過注水口緩慢向內(nèi)滴水至溢水口處有水滴出現(xiàn)為止。
4.權(quán)利要求1-3任一項所述方法所用的設(shè)備，其特征在于，由恒容容器、稱重設(shè)備、注水設(shè)備組成；其中恒容容器用于盛放待測土樣，注水設(shè)備用于往恒容容器中注水，稱重設(shè)備用于稱量質(zhì)量。
5.權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述稱重設(shè)備為天平。
6.權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述稱重設(shè)備為電子天平。
7.權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述注水設(shè)備為滴管。
8.權(quán)利要求1-3任一項所述方法在測定土壤物理性質(zhì)中的應(yīng)用。
【文檔編號】G01N5/00GK103604717SQ201310492931
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】雷廷武, 馬玉瑩, 莊曉暉, 吳雨陽 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)