[發明專利]測量土壤容重和含水率的體積置換方法及設備

有效

• 申請號: 201310492555.8
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN103592202A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 雷廷武;馬玉瑩;莊曉暉;吳雨陽
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G01N9/02
• 分類號: G01N9/02;G01N9/36
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君

技術領域

本發明涉及土壤學領域，具體涉及一種測量土壤容重和含水率的體積置換方法及設備。

背景技術

土壤含水率是表征一定深度土層干濕程度的物理量，定義為土中水的質量與土粒質量之比，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含水率的信息極為重要。

土的容重定義為單位體積土的重量，是一定容積的土壤（包括土粒及粒間的孔隙）烘干后的重量與同容積水重的比值。自然條件下的土壤容重由于受到成土過程、氣候、生物作用以及耕作的影響，是一個高度變異的土壤性質，它對土壤的透氣性、入滲性以及土壤的抗侵蝕能力都有非常大的影響，往往與土壤改良、作物生長等因素密切相關。所以，土壤容重的快捷、準確、經濟地有效測定在農業、林業生產中具有重要的應用意義。

目前，直接測量土壤含水率的方法主要有烘干法或燃燒法，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。一些測量土壤容重的方法如蠟封法、灌水法、灌砂法等，測量操作過程均較為復雜。因此，簡單、方便的直接測量方法非常重要。

發明內容

為了克服長期以來測量土壤容重和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容重和含水率的體積置換方法及設備。

本發明測量土壤容重和含水率的體積置換方法的原理如下：

用標準環刀取原狀待測土樣，將待測土樣裝入已知容積、質量的恒容容器；向裝有待測土樣的恒容容器中注滿水，注入的水將土樣中的氣體置換出來，使土壤顆粒與水充滿恒容容器。

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。空氣充滿土中孔隙，占有土樣的一部分體積。

m=m_s+m_w???（1）

v=v_s+v_w+v_a???（2）

式中，m、m_s、m_w分別為待測土樣質量、土壤顆粒質量、待測土樣含水質量，單位為g；v、v_s、v_a、v_w分別為環刀容積（即所取的待測土樣體積）、土壤顆粒體積、待測土樣含氣體體積、待測土樣含水體積（指待測土樣初始含水體積），單位為cm³。

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。ρ_w為水密度，一般取值1000kg/m³。土壤顆粒密度ρ_s大小與土壤的化學與礦物組成有關，一般土壤的顆粒密度多在2.6～2.8g/cm³范圍內。計算時通常采用的土壤顆粒密度值為2653kg/m³。根據土壤顆粒密度及水密度，聯立式（1）和式（2），確定土樣中土壤顆粒體積與待測土樣含水體積。

vs=m-ρwv0ρs-ρw---(3)]]>