[发明专利]测量土壤质量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质量含水率的体积置换方法及设备。

背景技术

土壤质量含水率是表征一定深度土层干湿程度的物理量，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质量含水率的信息极为重要。特别是随着水资源危机日益突出，国内外对节水农业研究都给予高度重视，土壤质量含水率也就成了节水农业研究中经常测定的项目。在生产建设、农业、水利等工程中，需要简便、快速测定土壤质量含水率。

目前，直接测量土壤质量含水率的方法主要有烘干称质量法或燃烧法，作为直接测量土壤水分含量的唯一方法，其中烘干称质量法为标准方法。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。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质量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质量含水率的体积置换方法及设备。

本发明测量土壤质量含水率的体积置换方法的原理如下：

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。

由于土样装得紧密还是装得松散都仅影响土壤中充气孔隙的情况，不会影响土壤颗粒密度、土壤颗粒体积、待测土样含水质量、待测土样含水体积，因此取样时可以任取待测土样。

将任意体积待测土样装入恒容容器中，称得待测土样质量m后向容器中注满水，称质量得到加满水后恒容容器内土样与水的总质量为m’，此时，容器中物质的质量包括土壤颗粒质量、待测土样含水质量以及补充水分的质量之和，则质量关系表达式为：

m'=m_s+m_w+m_r     （1）

其中，m_r为向恒容容器中补充的水分质量，单位g。

注水的过程是将土样和恒容容器中的气体置换出来。补充的水分的质量已知，原有的充气空隙（原始土样与恒容容器）即为被注入的水置换的体积。根据体积关系，可以计算得到待测土样含水体积与土壤颗粒体积之和，为恒容容器的容积与补充水分的体积之差。如下列关系式：

v_s+v_w=v'-m_r/ρ_w      （2）

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。

所以得到：

vs=m-ρwv0ρs-ρw---(3)]]>