[發明專利]一種非侵入式土壤導氣率瞬態測量系統及測量方法

無效

• 申請號: 201310026197.1
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103091199A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 張振華;楊潤亞;趙麗麗;潘英華
• 申請（專利權）人: 張振華
• 主分類號: G01N7/00
• 分類號: G01N7/00
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 曲顯榮;矯智蘭

技術領域：

本發明涉及土壤物理技術領域，具體地講是一種非侵入式土壤導氣率瞬態測量系統及測量方法。

背景技術：

導氣率是土壤重要的特性參數之一，是土壤重要的特征指標，導氣率狀況在土壤結構及結構穩定性研究中非常重要，并且土壤導氣率與土壤飽和導水率、土壤呼吸、植被根系生長等因素之間存在密切的關系。從供氣情況看，測量土壤導氣率的方法可分為兩大類，一類為穩態氣流測量方法，一類為瞬態氣流測量方法；從測量邊界條件看，測量土壤導氣率的方法可分為一維測量方法和三維測量方式，一維主要用于室內的測量，三維可用于原位的導氣率測量。從測量裝置與土體的接觸情況來分，測量土壤導氣率的方法可分為兩大類，一類為侵入式測量法，一類為非侵入式測量法。侵入式測量法對土壤的擾動性較大，測量結果有時不準確，而非侵入式測量方法對土壤幾乎沒有擾動，測量結果更加準確可靠。目前非侵入式測量主要在穩態氣流條件下進行，為了維持穩定的氣體壓力與流量需要消耗更多的電能，并且需要對氣體流量和壓力兩項指標進行觀測，同時控制絕對穩定的壓力與流量很難實現，一般會有一定的波動，只能說是達到了準穩態，從而對土壤導氣率的測量結果產生一定的影響。目前尚未出現瞬態流條件下非侵入式測量系統與方法的報道。

發明內容：

本發明的目的是克服已有技術的不足，而提供一種非侵入式土壤導氣率瞬態測量系統。

本發明的另一目的是提供一種非侵入式土壤導氣率瞬態測量方法。

本發明主要解決了現有的穩態氣流條件下進行的非侵入式測量穩態氣流控制較難影響測量結果的問題。

本發明的技術方案是：一種非侵入式土壤導氣率瞬態測量系統，其特殊之處在于，包括：

測筒，放置在土壤表面，并用來提供一定的氣體存儲空間；

供氣源，用來向測筒提供氣體；

氣壓測量計，用來測量測筒內的氣體壓力；

所述測筒上端用橡皮塞密封，兩根連接管分別經橡皮塞和測筒內部連通，并且外部分別和氣壓測量計及供氣源相連接，與供氣源相連接的連接管上設置一閥門，用以關閉或打開連接管的通氣狀態；測筒下端開通不封閉。

進一步，所述測筒為一內徑為d材質為硬塑料或者金屬的圓筒，材質強度應確保在試驗過程中筒體不變形，測筒與土壤表面接觸的下端被外徑為D的環型擋片所包圍，測筒與環型擋片結合緊密不透氣，并且二者處于同一水平面上。

采用上述測量系統進行土壤導氣率瞬態的測量方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

a將測筒放置到待測的土壤表面，在擋片下表面涂抹石蠟或者凡士林，防止擋片與地面之間漏氣；

b利用供氣源向測筒供氣，當氣壓測量計測定的測筒內壓力到達預定值P(0)時停止供氣，并關閉閥門；

c停止供氣同時開始計時，并觀測氣壓測量計所測測筒壓力的變化，按照先疏后密的原則記錄測筒壓力P(t)變化過程對應的累積時間t，當測筒內的壓力接近大氣壓時，停止觀測；

d以時間t為因變量，測筒的相對壓力（測筒壓力減去大氣壓力即P(t)-P_atm）的自然對數值ln（P(t)-P_atm)為自變量,確定二者的數量關系，并以二者確定的直線斜率的絕對值作為被測土壤的空氣傳導特征參數K;

e將得到的空氣傳導特征參數S代入公式???????????????????????????????????????????????即可計算土壤的導氣率ka，公式中V是測筒的容積m³，為空氣粘滯系數，與所處環境溫度T有關，；代表周圍的大氣壓力，；D是圓型擋片得直徑，m;?G為與有關的形狀系數,。

進一步的，所述預定值P(0)的相對壓力為10~100cm水柱的靜壓力，即0.981kPa~9.81kPa；所述當測筒內的壓力P(t)接近大氣壓時，停止觀測，停止觀測時測筒內的相對壓力等于2cm水柱的靜壓力，即0.196kPa。

本發明所述的一種非侵入式土壤導氣率瞬態測量系統及測量方法和已有技術相比具有突出的實質性特點和顯著進步：1、測量在野外原位進行，對土壤擾動性極小，所測結果真實反映了土壤的導氣狀況；2、利用瞬態土壤導氣原理測量土壤導氣率，測量過程簡單、耗時少，效率高；3、系統結構簡單、易于操作，成本遠遠低于目前常用的測量設備，且使用和管理維修方便。

附圖說明：

圖1為本發明的構造示意圖。

具體實施方式：