[发明专利]测量土壤容重和含水率的体积置换方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及土壤学领域，具体涉及一种测量土壤容重和含水率的体积置换方法及设备。

背景技术

土壤含水率是表征一定深度土层干湿程度的物理量，定义为土中水的质量与土粒质量之比，是农业生产中的一项重要参数。土壤水分测定是进行土壤水分分析的基础工作，它的直接测量是相关研究和应用的基础，在土壤力学、作物栽培、农田灌溉、生态环境等研究和实践中十分重要，所以准确地获取土壤含水率的信息极为重要。

土的容重定义为单位体积土的重量，是一定容积的土壤（包括土粒及粒间的孔隙）烘干后的重量与同容积水重的比值。自然条件下的土壤容重由于受到成土过程、气候、生物作用以及耕作的影响，是一个高度变异的土壤性质，它对土壤的透气性、入渗性以及土壤的抗侵蚀能力都有非常大的影响，往往与土壤改良、作物生长等因素密切相关。所以，土壤容重的快捷、准确、经济地有效测定在农业、林业生产中具有重要的应用意义。

目前，直接测量土壤含水率的方法主要有烘干法或燃烧法，作为直接测量土壤水分含量的唯一方法，其中烘干法为标准方法。这两种方法是其他所有间接测量方法的基础，在测量精度上具有其它间接测量方法不可比拟的优势。传统测量含水率的烘干法比较费时间且不适合野外作业；燃烧法消耗能源，测量精度相对较低。其他间接测量方法（如TDR、FDR、伽马射线、电容传感器、中子仪等），必须采用上述两种直接测量方法之一进行校准和标定，同时存在价格昂贵、不易操作、可能对人体危害较大等多方面的缺陷。一些测量土壤容重的方法如蜡封法、灌水法、灌砂法等，测量操作过程均较为复杂。因此，简单、方便的直接测量方法非常重要。

发明内容

为了克服长期以来测量土壤容重和含水率的方法存在的操作复杂等问题，本发明旨在提供一种测量土壤容重和含水率的体积置换方法及设备。

本发明测量土壤容重和含水率的体积置换方法的原理如下：

用标准环刀取原状待测土样，将待测土样装入已知容积、质量的恒容容器；向装有待测土样的恒容容器中注满水，注入的水将土样中的气体置换出来，使土壤颗粒与水充满恒容容器。

土壤是由土壤颗粒、水和气体组成的三相混合体。空气的质量在计算中可以忽略不计，所以所取的待测土样质量主要由土壤颗粒质量和待测土样含水质量确定。空气充满土中孔隙，占有土样的一部分体积。

m=m_s+m_w   （1）

v=v_s+v_w+v_a   （2）

式中，m、m_s、m_w分别为待测土样质量、土壤颗粒质量、待测土样含水质量，单位为g；v、v_s、v_a、v_w分别为环刀容积（即所取的待测土样体积）、土壤颗粒体积、待测土样含气体体积、待测土样含水体积（指待测土样初始含水体积），单位为cm³。

土样中土壤颗粒与水的质量分别等于它们各自的体积与密度的乘积。ρ_w为水密度，一般取值1000kg/m³。土壤颗粒密度ρ_s大小与土壤的化学与矿物组成有关，一般土壤的颗粒密度多在2.6～2.8g/cm³范围内。计算时通常采用的土壤颗粒密度值为2653kg/m³。根据土壤颗粒密度及水密度，联立式（1）和式（2），确定土样中土壤颗粒体积与待测土样含水体积。

vs=m-ρwv0ρs-ρw---(3)]]>