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測量土壤質量含水率的體積置換方法及設備的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種測量土壤質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土樣與水的總質量；按照公式計算土壤質量含水率。本發明還提供本發明方法所用的設備，由恒容容器、稱重設備、注水設備組成，其中恒容容器用于盛放待測土樣，注水設備用于往恒容容器中注水，稱重設備用于稱量質量。本發明的方法可適用于任意質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時且不適合野外作業，燃燒法消耗能源、測量精度相對較低的問題。
【專利說明】測量土壤質量含水率的體積置換方法及設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及土壤學領域，具體涉及一種測量土壤質量含水率的體積置換方法及設備。
【背景技術】 [0002]土壤質量含水率是表征一定深度土層干濕程度的物理量，是農業生產中的一項重要參數，土壤水分測定是進行土壤水分分析的基礎工作，它的直接測量是相關研究和應用的基礎，在土壤力學、作物栽培、農田灌溉、生態環境等研究和實踐中十分重要，所以準確地獲取土壤質量含水率的信息極為重要。特別是隨著水資源危機日益突出，國內外對節水農業研究都給予高度重視，土壤質量含水率也就成了節水農業研究中經常測定的項目。在生產建設、農業、水利等工程中，需要簡便、快速測定土壤質量含水率。
[0003]目前，直接測量土壤質量含水率的方法主要有烘干稱質量法或燃燒法，作為直接測量土壤水分含量的唯一方法，其中烘干稱質量法為標準方法。這兩種方法是其他所有間接測量方法的基礎，在測量精度上具有其它間接測量方法不可比擬的優勢。傳統測量含水率的烘干法比較費時間且不適合野外作業；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行校準和標定，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。

【發明內容】

[0004]為了克服長期以來測量土壤質量含水率的方法存在的操作復雜等問題，本發明旨在提供一種測量土壤質量含水率的體積置換方法及設備。
[0005]本發明測量土壤質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。空氣的質量在計算中可以忽略不計，所以所取的待測土樣質量主要由土壤顆粒質量和待測土樣含水質量確定。
[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，稱得待測土樣質量m后向容器中注滿水，稱質量得到加滿水后恒容容器內土樣與水的總質量為m’，此時，容器中物質的質量包括土壤顆粒質量、待測土樣含水質量以及補充水分的質量之和，則質量關系表達式為:
[0009]m，=ms+mw+mr (I)
[0010]其中，1?為向恒容容器中補充的水分質量，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。補充的水分的質量已知，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。根據體積關系，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充水分的體積之差。如下列關系式:
[0012]vs+vw=v’-mr/P w(2)
[0013]土樣中土壤顆粒與水的質量分別等于它們各自的體積與密度的乘積。
[0014]所以得到:
【權利要求】
1.一種測量土壤質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土樣與水的總質量；按照以下公式計算土壤含水率:

2.根據權利要求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.根據權利要求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滴水至溢水口處有水滴出現為止。
4.權利要求1-3任一項所述方法所用的設備，其特征在于，由恒容容器、稱重設備、注水設備組成；其中恒容容器用于盛放待測土樣，注水設備用于往恒容容器中注水，稱重設備用于稱量質量。
5.權利要求4所述的設備，其特征在于，所述稱重設備為天平。
6.權利要求5所述的設備，其特征在于，所述稱重設備為電子天平。
7.權利要求4所述的設備，其特征在于，所述注水設備為滴管。
8.權利要求1-3任一項所述方法在測定土壤物理性質中的應用。
【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 優先權日:2013年10月18日
【發明者】雷廷武, 馬玉瑩, 莊曉暉, 吳雨陽 申請人:中國農業大學