[发明专利]一种土壤水分特征曲线测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤物理学领域，特别是关于一种土壤水分特征曲线测量装置及其测量方法。

背景技术

土壤水分特征曲线也叫做土壤特征曲线或土壤pF曲线，它表述了土壤水势和土壤水分含量之间的关系。压力膜仪是目前广泛使用的土壤水分特征曲线测量仪器设备，国际上广泛接受这种设备所测定获得的数据，在国内外很多领域都有应用。它的原理是用高压气体(如高压氮气)向一个密封的容器中充气加压，压力范围可调，一般为0～15bar(巴，压强单位)。土壤样品置于压力容器中，土壤样品下垫有特制陶瓷板，用于通过其排水。由于气体不能通过陶瓷板，因此，可以维持压力容器内的压力稳定。在稳定压力下进行排水，将稳定压力下土壤中排出的水分通过陶瓷板转移至压力容器外部，待土壤样品的排水完成，水分保持恒定后取出土壤样品，称重，烘干，再称重，测定土壤样品的含水量，从而得到上述设定压力下对应的土壤含水量。在其他设定压力下，重复上述步骤，测出不同压力所对应的土壤含水量，则得到土壤水分特征曲线。

土壤水分特征曲线测量的标准步骤如下。将饱和土壤样品放在充分饱和的陶瓷板上，要求土壤样品与陶瓷板建立可靠的水力连续，然后将其放入压力容器中加压，一般在陶瓷板上放置多个土壤样品。当在某一设定压力下达到水力平衡后，将一定数量的(一般为3-6个)土壤样品取出，称重，烘干，再称重，计算该设定压力下土壤含水量。经烘干后的土壤样品不再重复使用。再用其余的土壤样品继续加压至下一设定压力，然后再将一定数量的土壤样品取出，称重，烘干，再称重，计算该设定压力下的土壤含水量。如此重复上述过程，直至完成需要测定的所有压力点及其对应的土壤含水量。这种标准方法需要制备大量的土壤样品，并且需要多次开启和关闭压力容器，在新的设定压力下重新加压平衡。上述步骤要消耗大量的时间，根据土壤类型及待测定压力点的数量，一般完成一条完整的土壤水分特征曲线测量需要1～3个月的时间，具体时间与被测量土壤的性质有关。

土壤水分特征曲线测量还可以采用一种简化的测试步骤。其中，土壤样品的制备等步骤同上，测量步骤有一定差异。当待测土壤样品在压力室内达到水力平衡后，取出土壤样品，称量湿重；然后将取出的土壤样品(再饱和后)放入压力容器重新利用，并在土壤样品与陶瓷板接触面加水，使其保持可靠的水力连续。重复上述过程，直至完成所有测定压力点的测量。在最后一次取出土壤样品，称量湿重后，烘干，再称量干重，并计算所有测量压力点对应的土壤含水量。这种方法最大程度的减少了所需土壤样品的数量。但由于重复利用的土壤样品需要与陶瓷板重新建立水力连续，操作很难得到保证；同时，由于这种方式也需要在每个设定测试压力点下打开与密闭压力容器，取出土壤样品，并且重复利用的土壤样品与陶瓷板重新取得水力连续也要消耗时间。因此，这种简化的测试步骤消耗的时间较标准步骤更长，重复利用的土壤样品与陶瓷板重新取得水力连续可靠性较差，同时由于土壤滞后性的影响，测量的重复性或精度也难以保证。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种不需要制备大量土壤样品，能够保证可靠水力连续，测量效率及精度高，且在一定压力范围内能够连续自动完成土壤水分特征曲线测量的装置及其测量方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种土壤水分特征曲线测量装置，其特征在于：它包括一压力容器、一电子天平、一陶瓷板部件、一套排水系统、一套进气系统和一控制器；所述压力容器包括压力锅体和设置在其顶部的压力容器盖；所述电子天平设置在所述压力锅体内，所述电子天平电连接所述控制器；所述陶瓷板部件设置在所述电子天平上，所述陶瓷板部件包括上下分层设置的陶瓷板和陶瓷板密封橡胶，所述陶瓷板上设置有一出水口；所述陶瓷板上设置有若干土壤样品；所述排水系统包括连接所述陶瓷板上所述出水口的出水管，所述出水管穿出所述压力锅体的端部上设置有一电磁阀，所述电磁阀电连接所述控制器；所述进气系统包括高压气源，所述高压气源通过进气管连接入所述压力锅体内，所述进气管上依次设置有电控减压阀和压力传感器；所述电控减压阀和压力传感器均电连接所述控制器；所述控制器设置在所述压力锅体的外部。

所述陶瓷板部件通过若干支撑块设置在所述电子天平上。

所述土壤样品包括土壤与环刀，所述土壤设置在所述环刀内。

所述排水系统中的所述出水管包括一直接连接所述陶瓷板的所述出水口的柔性连接管，所述柔性连接管连接一锅体出水管，所述锅体出水管穿出所述压力锅体，所述电磁阀设置在所述锅体出水管上。