专利名称：一种土壤水气传导率原位测量系统与测量方法
技术领域：
本发明涉及土壌物理学技术领域，具体地讲是ー种土壤水气传导率原位測量系统与测
量方法。
背景技术：
土壌饱和导水率*1与土壌导气率Jte是表征土壤水、气运移特性的关键參数t与Jte
除了与土壤孔隙的几何特征、连通性及收缩性密切相关，还受土壤结构、质地及土地利用方式等因素的影响。土壌中的水、气含量及其运移特征影响土壌肥力，对植物生长起着决定性的作用。研究土壌中水、气的运移规律，确定其相关參数，是合理灌溉、改善植物土壌根区通气环境、提高农业生产的基础，同时对治理水土流失、地表水和地下水污染也具有十分重要
的意义。因此，快速、准确获取土壌水、气运移參数非常重要k和I可以采集土壌后在室
内測量，也可以在田间直接原位測定，由于从室外采集的土 tr不可避免的受到一定程度的破坏，同时从孤立的土芯获取的土壌水气运移參数并不能准确反映田间土壤的总体特征，因而进行田间原位測量是最合理的。目前，国内外学者提出了多种测量土壌饱和导水率*的方法，例如单环入渗法、双环入渗法、Guelph入渗、盘式入渗仪、Philip-Dunne入渗、模拟降水等方法,其中以单环入渗法和双环入渗法应用最为广泛。然而无论采用单环还是双环入渗，在实际测量中都存在一些问题，比如在滲透性能较差的土壤中测量往往需要较长的时间，而在滲透性能较好的
土壤中则需要消耗大量的水。由于土壤饱和导水率**与土壌导气车t 密切相关，Karletta
chief等在美国西部萨比诺峡谷地区田间持水率条件下，分析了土壤导气率与饱和导水率的关系，基于土壤导气率建立了饱和导水率的求算方法，王卫华，王全九等在长武小麦试验田采集土样，在室内分析了原状土和扰动土的土壤导气率与饱和导水率的关系。土壤导气率測量速度较快，且对土壤扰动性较小，利用土壤导气车ん预测饱和导
水率ち具有很好的应用前景。目前研究者一般采用专门的仪器(用PL — 300型土壤空气
扩散率测定仪)測量土壌的h然后再利用有关仪器和方法測定土壌的<，測定* 和< 的土芯在采集过程中难免被扰动，測量结果与野外实际情况有较大的出入。而有关田间原位同一土芯上測量t 和ち的方法还未见报道。

发明内容
本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种土壤水气传导率原位測量系统。本发明的另ー目的是提供一种土壤水气传导率原位測量方法。本发明主要解决现有測定*:β和ち的过程中土芯被扰动及測量结果与野外实际情况有较大出入等问题。为了达到上述目的，本发明是这样实现的一种土壤水气传导率原位測量系统，其特殊之处在于它由供气源、测量圆筒、气压测量计、三通、橡皮塞及连接软管组成，所述橡皮塞与测量圆筒密闭连接，三通的一个支管与橡皮塞相连，供气源通过连接软管与三通的另一个支管密封相串连，气压測量计通过连接软管与三通的第三个支管密封相连。进ー步的，所述的供气源为打气筒或其他供气的设备。进ー步的，所述的测量圆筒直径为5 20cm，高度为30 60cm，是由硬质材料制成的两端开ロ的圆筒，圆筒不变形且易于打入土壌中。采用上述装置进行土壌水气传导率原位測量方法， 其特殊之处在于，包括以下步骤
(1)在待测位置钻取ー深度为L的钻孔，L为10-20Cm，钻孔直径和测量圆筒直径D —致，安装布置測量系统，在测量圆筒外部涂抹凡士林，防止测筒外壁与钻孔之间漏气；
(2)利用供气源向测量圆筒供气，当气压测量计测定的测筒内压カ到达预定值P(O)时
停止供气；
(3)停止供气同时开始计时，并观测气压测量计所测测量圆筒压カ的变化，按照先疏后密的原则记录测筒压力P(t)变化过程对应的累积时间t，当测量圆筒内的压カ接近大气压时，停止观测；
(4)以时间t为因变量，测量圆筒的相对压カ(測筒压カ减去大气压カ即P(t)-Patm)的自然对数值In (P (t)-Patm)为自变量，确定二者的数量关系，并以二者确定的直线斜率的绝对值作为被测土壌的空气传导特征參数S ；
(5)将得到的空气传导特征參数S代入以下公式中来计算土壌的导气率ka:
(羞ベ)ゅS
却咖
(6)测量完土壤导气參数后将橡皮塞从测量圆筒内取出，此时可采取Philip- Dunne入渗方法利用测量圆筒原位測量土壌的饱和导水率。本发明所述的ー种土壤水气传导率原位測量系统与测量方法与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步1、土壌饱和导水率和导气率的測量在野外原位进行，对土壤扰动性极小，所测结果真实反映了土壌的实际导水导气状況；2、选好测量点后，先測量土壌的导气率，接着測量土壌饱和导水率，避免了水分对土壤导气率的影响；3、土壌饱和导水率和导气率两个參数的測量在同一位置连续进行，两參数之间具有很好的对应关系；4、该系统结构简单，成本远远低于目前常用的測量设备，且使用和管理维修方便。


图I为本发明的连接结构示意图。具体实施方法
为了更好地理解与实施，下面结合附图给出具体实施例详细说明本发明ー种土壤水气传导率原位測量系统与测量方法。实施例1，參见图1，利用土钻在待测位置钻取ー深度为L的钻孔，L为10-20 cm,钻孔直径和测量圆筒2直径D —致，将测量圆筒2打入该钻孔内，为保持原状土不受扰动，在打入的过程中尽量使测量圆筒2的顶端保持水平，测量圆筒2直径为5 20cm，高度为30 60cm，测量圆筒2采用不锈钢材质制成两端开ロ的圆筒，也可采用其它硬质材料制成；把橡皮塞5插入测量圆筒2上端，确保两者连接紧密不漏气，将三通4的一个支管穿过橡皮塞5与测量圆筒2相通，将供气源I通过连接软管6与三通4的另ー个支管密封相串连，再将气压测量计3通过连接软管6与三通4的第三个支管密封相连；所述供气源I为打气筒，也可为其他供气设备；组装成本发明的一种土壤水气传导率原位測量系统。采用上述測量系统进行土壌水气传导率原位測量，其方法包括如下步骤(1)在测量圆筒外部涂抹凡士林，防止测量圆筒外壁与钻孔之间漏气；
(2)利用打气筒向测量圆筒供气，当气压测量计测定的测量圆筒内压カ到达预定值P(O)时停止供气；
(3)停止供气同时开始计时，并观测气压测量计所测测量圆筒压カ的变化，按照先疏后密的原则记录测筒压力P(t)变化过程对应的累积时间t，当测量圆筒内的压カ接近大气压时，停止观测； (4)以时间t为因变量，测量圆筒的相对压カ(測量圆筒压カ减去大气压カ即P (t)-Patm)的自然对数值In (P (t)-Patm)为自变量，确定二者的数量关系，并以二者确定的直线斜率的绝对值作为被测土壌的空气传导特征參数S ；
(5)将得到的空气传导特征參数S代入以下公式中来计算土壌的导气率ka:-LyfiS
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(6)测量完土壤导气參数后将橡皮塞从测量圆筒内取出，此时可采取Philip- Dunne入渗方法利用测量圆筒原位測量土壌的饱和导水率。
权利要求
1.一种土壤水气传导率原位測量系统，其特征在于它由供气源(I)、测量圆筒(2)、气压测量计(3)、三通(4)、橡皮塞(5)及连接软管(6)组成，所述橡皮塞(5)与测量圆筒(2)密闭连接，三通(4)的一个支管与橡皮塞(5)相连，供气源(I)通过连接软管(6)与三通(4)的另一个支管密封相串连，气压测量计(3 )通过连接软管(6 )与三通(4 )的第三个支管密封相连。
2.根据权利要求I所述的ー种土壤水气传导率原位測量系统，其特征在于所述的供气源(I)为打气筒或其他供气的设备。
3.根据权利要求I所述的ー种土壤水气传导率原位測量系统，其特征在于其所述的测量圆筒(2)直径为5 20cm，高度为30 60cm，是由硬质材料制成的两端开ロ的圆筒。
4.采用权利要求I的装置实现土壌水气传导率原位測量方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)在待测位置钻取ー深度为L的钻孔，钻孔直径和测量圆筒直径D—致，安装布置测量系统，在测量圆筒外部涂抹凡士林，防止测筒外壁与钻孔之间漏气； (2)利用供气源向测量圆筒供气，当气压测量计测定的测量圆筒内压カ到达预定值P(O)时停止供气； (3)停止供气同时开始计时，并观测气压测量计所测测量圆筒压カ的变化，按照先疏后密的原则记录测筒压力P(t)变化过程对应的累积时间t，当测量圆筒内的压カ接近大气压时，停止观测； (4)以时间t为因变量，测量圆筒的相对压カ(測量圆筒压カ减去大气压カ即P (t)-Patm)的自然对数值In (P (t)-Patm)为自变量，确定二者的数量关系，并以二者确定的直线斜率的绝对值作为被测土壌的空气传导特征參数S ； (5)将得到的空气传导特征參数S代入以下公式中来计算土壌的导气率ka:K= ~ ; (6)测量完土壤导气參数后将橡皮塞从测量圆筒内取出，此时可采取Philip- Dunne入渗方法利用测量圆筒原位測量土壌的饱和导水率。
5.根据权利要求4所述的土壌水气传导率原位測量方法，其特征在于(I)步骤所述的在待测位置钻取ー深度为L的钻孔，L为10-20 cm。
全文摘要
本发明公开了一种土壤水气传导率原位测量系统与测量方法，它包括供气源(1)、测量圆筒(2)、气压测量计(3)、三通(4)、橡皮塞(5)及连接软管(6)，其特殊之处在于橡皮塞(5)可与测量圆筒(2)密闭连接，三通(4)的一个支管与橡皮塞(5)相连，供气源(1)通过连接软管(6)与三通(4)的另一个支管密封相串连，气压测量计(3)通过连接软管(6)与三通(4)的第三个支管密封相连；该系统可以实现在原位对土壤导气率和土壤饱和导水率连续观测，减少了对所测土壤的扰动，使测量结果更准确反应实际状况，并保证土壤导气率和土壤饱和导水率测量土体一致，为建立二者正确的定量关系奠定了基础。
文档编号G01N7/00GK102692359SQ201210143479
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者张富仓, 张振华, 潘英华, 牛文全 申请人:张振华