理论教育 研究土壤含水率的测定方法及应用

研究土壤含水率的测定方法及应用

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:土壤含水率是研究土壤水分物理性质的一项主要指标。表1-4-5烘干法测定土壤含水率记载表2)土壤水分含率用平行测定结果的算术平均值表示。(四)中子法中子法是目前测定土壤含水率较先进的方法之一。根据土壤的介电常数与土壤体积含水率的关系即可计算出所测土壤的含水率。TDR最适合测砂土和壤土且含水率较少时的土壤含水率。

研究土壤含水率的测定方法及应用

土壤含水率是研究土壤水分物理性质的一项主要指标。测定土壤含水率的方法很多,这些方法各有长短,实际应用时应根据实验要求和具体条件选用合适方法。下面介绍几种常用的测定方法。

(一)烘干法

烘干法是测定土壤含水率方法中最常用的一种经典方法,测定结果比较准确可靠,是其他测定方法的基准。但其测定过程繁冗,且不可避免要扰动土壤,较难用于长期定点监测土壤水分动态变化。

(1)方法原理:将土壤样品置于(105±2)℃的烘箱中烘至恒重,求算土壤失水重量占烘干土重的百分数,即为土壤重量含水量。在此温度下,土壤吸湿水可被蒸发,而结构水不致被破坏,土壤有机质一般也不致分解。

(2)仪器用品:烘箱、干燥器天平(感量0.001g)、铝盒等。

(3)操作步骤:

1)在田间选点,每点取土10g左右,分别放入已知重量的铝盒中,盖好,立即带回室内称重。

2)揭开铝盒盖,套在盒底下,放入已预热(105±2)℃的烘箱内烘24h。

3)把烘干的盛土铝盒取出,盖好,放入干燥器中冷却至室温,称重 (冷却时间约20min左右)。

4)含水量很高的黏质土壤必要时可再烘烤2~3h,直至恒重后称重。水分测定应做3份平行测定。

(4)结果计算:

1)计算公式:

以烘干土为基数的水分百分数

以湿土为基数的水分百分数(通常用于化学分析计算之用)

上两式中 θm——土壤重量含水率,%;

G0——铝盒重,g;

G1——铝盒+湿土重,g;

G2——铝盒+烘干土重,g。

为便于计算和检查,可采用表1-4-5形式进行记载。

表1-4-5 烘干法测定土壤含水率记载表

2)土壤水分含率用平行测定结果的算术平均值表示。

3)平行测定结果的相差,水分小于5%的风干土样不得超过0.2%,水分为5%~25%的潮湿土样不得超过0.3%,水分大于15%的大粒黏重潮湿土样不得超过0.7% (相当于相对误差不大于5%)。

(二)酒精燃烧法(www.daowen.com)

(1)方法原理:利用酒精和水能互相溶解及酒精易燃的特性,加酒精于待测的土壤中,使土中的水分在酒精燃烧过程中被蒸发散失,求出燃烧前后土壤重量之差,即可计算出土壤的含水量。

此法较简便,快速,适于田间测定。但由于燃烧时温度不易控制,土壤中有机质也易被烧失而使结果偏高,造成误差。所以,有机质含量较高(>5%)的土壤不宜采用此法。

(2)仪器用品:天平(感量0.001g)、铝盒、无水酒精、火柴等。

(3)操作步骤:

1)在田间选点,每点取土约5g放入已知重量的铝盒中。

2)向铝盒加酒精(4mL左右),使土壤全部浸没。

3)待土样全部被酒精浸透后,点燃酒精,使之燃烧完全后立即加盖,稍冷却,迅速称重。

4)再加2~3mL酒精,重复燃烧,冷却称重。如此反复,直至恒重后称重。同时做3次平行测定。

(4)结果计算:同烘干法。

(三)红外线

(1)方法原理:红外线法实际上是快速烘干法,即利用红外线灯照射的热能,使土壤中的水分迅速蒸发散失,根据照射前后土壤重量之差,计算出土壤的含水率。此法简便快速,但需严格掌握照射时间,以免造成误差。

(2)仪器用品:天平 (感量0.001g)、红外线灯或红外线干燥箱、铝盒、石棉板、铁架。

(3)操作步骤:

1)将红外线灯固定在铁架上,下面垫一块石棉板(与红外线灯中心相距5~10cm)。

2)称取土样约5g,放入已知重量的铝盒中,摊成一薄层,放在石棉板上红外线的照射中心。一个红外灯下每次可放置4~6个土样。

3)一般土壤照射7~15min后称重,有机质含量多的土壤照射3~7min即可。时间太长,容易引起有机质的碳化,造成误差。同时做3次平行测定。

(4)结果计算:同烘干法。

(四)中子法

中子法是目前测定土壤含水率较先进的方法之一。它不仅简便迅速,而且测定结果也比较精确。但是,中子仪法在测量土壤表层含水率时,特别是在测量低含水率时,由于中子容易散溢于大气,结果不够准确,且有辐射伤人的问题。

其测定方法原理是,把一个快速中子源和慢中子探测器,置于铝质通管中,然后放入待测的土壤内。由于快速中子源如镭—铍 (Ra—Be)、钋—铍 (Po—Be)或镅—铍(Am—Be)等,能以很高的速度放射中子,当这些中子遇到像水中的氢那样小的原子时,就会产生碰撞,并被改变运动的方向,同时又失去一部分能量而变成慢中子(即中子的慢化)。土壤中水分愈多,氢原子也愈多,产生的慢中子也就愈多,这表明快中子的慢化能力与土壤含水量有密切的关系。快中子被慢化后形成的慢中子流的强度大小,可以用探测器和定标器测量出来,然后经过校正,即可得出土壤水分含量。中子法测土壤含水量不会破坏土壤的自然结构,测出的结果也更具有代表性,因它不是代表某一点的土壤含水量,而是中子源周围土壤的平均含水量值。但在有机质含量较多的土壤中,由于有机质中的结合氢等也能与快中子同样发生碰撞而使其变化,影响测定结果的精确性。在土层变化频繁时,测量精度也较差。

当前国内外使用的中子探测仪 (图1-4-3)主要由中子源、慢中子探测器和计数系统所组成。中子源和慢中子探测器均安装在长约30cm,直径4~5cm的测管中,计数系统和慢中子探测器相连在一起,用以记录从探测器传来的脉冲数目,并根据率定的曲线换算成土壤含水率,从而可由中子测定仪中直接读出土壤含水率。

(五)时域反射仪 (TDR)法

TDR是新近发展起来的测定土壤含水率 (体积含水率)的方法。因其快速准确,操作简便,并可实现定点自动监测土壤水分动态变化等特点,被誉为测定土壤水分的最先进的方法。

TDR原理:电磁波的传播速度与传播媒体的介电常数有密切关系。土壤基质、水和空气的介电常数有很大差异,20℃时,水的介电常数为80,空气的介电常数为1,干燥土壤的介电常数介于3~7,故土壤介电常数大小决定于土壤含水率。由此根据TDR仪探测器发出的电磁波的传播速度,便可确定待测土壤的介电常数。根据土壤的介电常数与土壤体积含水率的关系即可计算出所测土壤的含水率。

TDR最适合测砂土和壤土且含水率较少时的土壤含水率。

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