[發明專利]一種土壤孔隙度無損測定裝置及其方法

有效

• 申請號: 202010483885.0
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111610131B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 陳丁江;沈泓
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種土壤孔隙度無損測定裝置及其方法，第一玻璃容器和第二玻璃容器通過連通管相連通；第一玻璃容器上設有第一氣壓計、玻璃箱門和第一氣孔，第一氣孔通過第一橡膠真空泵管與外部的抽氣泵連接，第一橡膠真空泵管上設有第一蝶閥；第二玻璃容器上設有第二氣壓計和第二氣孔，第二氣孔通過第二橡膠真空泵管與外部的抽氣泵連接，第二橡膠真空泵管上設有第三蝶閥。本測定方法以克拉珀龍氣體方程為基本原理，僅需氣壓計測得的壓力進行公式換算即可得出孔隙度。本測定裝置主要考慮容器的密封性和材料的熱脹冷縮特性，具有構造簡單、材料易尋、價格較低、操作簡便的優勢，可實現對任意形狀的土壤樣品在無損性的情況下連續測定，且結果可靠。

技術領域

本發明屬于土壤實驗裝置技術領域，具體涉及一種土壤孔隙度無損測定裝置及其方法。

背景技術

土壤中土粒或團聚體之間以及團聚體內部的空隙叫做土壤孔隙，它是容納水分和空氣的空間，是物質和能量交換的場所，也是植物根系伸展和土壤動物、微生物活動的地方。土壤孔隙度是指單位容積土壤中孔隙容積占整個土體容積的百分數，代表土壤中各種大小孔隙度的總和。土壤孔隙度不僅是評價土壤質量的重要指標之一，可以指導農業生產、植樹造林等綠化工程實施等，還可用于測量和模擬土壤水力狀態等性質。因此，準確便捷地測定土壤孔隙度具有十分重要的意義和作用。

目前測定土壤孔隙度的方法主要有傳統實驗法、現代物理學方法、圖像分析法方法等，各種方法均有各自的優點和不足。

傳統實驗法主要以環刀法、蠟封法為代表。對于環刀法而言，測定工具簡單易得，操作簡便，但其結果的準確性受以下因素的影響。一是環刀取樣得到土壤樣品的規則性，實際計算中用環刀的體積代表土樣的體積存在一定的誤差；二是假設飽和水和毛管水各個部分的密度均為1.0g cm-3，但束縛水的密度通常大于1.0g cm-3，且在貼近土粒處可高達1.71g cm-3；三是土壤比重值一般采用常用值2.65g cm-3，但土壤比重一般在2.60-2.80gcm-3之間。因此，環刀法測得的土壤孔隙度在精度上存在不足。蠟封法一般用于測定一些不適用環刀取樣的呈不規則形狀的堅硬和易碎土壤的孔隙度，該方法的精度受土壤容重測定精度及土壤比重值的影響。一是測量過程中存在石蠟包裹不完全和石蠟填充孔隙等問題；二是計算過程中，土壤比重值一般采用常用值2.65g cm-3，和實際情況存在一定的差異；三是對于小團聚體(7～1mm)孔隙度測定的適用性有待考證。因此，蠟封法測定土壤孔隙度的結果也存在一定偏差。

總體而言，傳統實驗法通過對提取的樣品進行實驗室測試來獲得孔隙度，其具有操作簡單的優勢，但測定結果受取樣過程和計算過程參數的影響。

現代物理學方法包括溫納電阻率法、吸聲測量法和熱脈沖－時域反射技術原位測定法等，使用的儀器較為先進，價格也較為昂貴。溫納電阻率法需對土壤孔隙度和電阻率模型參數進行標定，即通過對已知飽和度和孔隙度的土壤進行電阻率測定，通過回歸分析確定土壤電阻率與孔隙度計算公式的待定系數和常數，建立計算模型，該方法測定結果的準確度受限于所構建計算模型的精度。吸聲測量法利用土壤具有的高吸聲性能，通過統計分析，可用土壤平均吸聲系數和體積濕度的函數來測定孔隙度，但是否適用于不同類型的土壤還有待考量，此外，考慮到不同樣品厚度的吸聲系數不同，需要重新建立函數也比較麻煩。熱脈沖－時域反射技術原位測定法可實現原位動態監測，但測量精度受到多種因素影響，探針間距和加熱過程中能量大小的不確定性是誤差的最主要來源，尤其是探針入土時的擺動會導致探針間距變化而影響測定結果。

圖像分析方法主要有應用SFS算法恢復土壤顯微圖像的三維結構測定法等。該方法可以較為客觀準確地計算出土壤孔隙度，但是對設備要求較高，且所得顯微圖像灰度閾值的選取沒有理想算法，一般憑借研究人員的經驗，沒有通用的標準。

發明內容

本發明的目的是提供一種土壤孔隙度無損測定裝置及其方法，實現無損情況下對任意形狀土壤樣品進行孔隙度測定，且測定方法操作簡單，所需裝置容易獲取，計算過程沒有不確定參數。

本發明通過以下具體技術方案實現土壤孔隙度的測定：