[发明专利]一种土壤凝结水全自动测量装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于土壤学领域，尤其是涉及一种土壤凝结水全自动测量装置及其使用方法， 可以准确、自动测量干旱半干旱地区土壤表层凝结水量及其来源。

背景技术

土壤凝结水在干旱半干旱生态系统起着十分重要的作用，它是组成生物结壳的细菌、 小动物和植物重要水源，因此对其测量研究具有非常重要的生态与环境意义。土壤凝结 水来源于吸湿水、大气水汽凝结水和土壤水汽凝结水，在干旱半干旱地区，凝结水主要 产生于地面以下0-15cm，20cm以下凝结水产生很少；而对凝结水的测量工作主要在 18:00-8:00进行，一般每2h测量一次。

目前，国际上还没统一的测量土壤凝结水的装置和方法，从Duvdevani凝结水计量 器法、人造凝结面法、Hiltnor凝结水平衡法、热脉冲法、同位素法以及测重法等都曾被 科研人员用于土壤凝结水测定，以上方法或多或少存在一些不足。众所周知，Duvdevani 凝结水计量器观测的凝结水量仅仅是不同点的平均值，并不能得到凝结水的持续时间； 所观察的量和自然表面沉积的凝结水量之间的关系是不确定的；所用的木块可能会褪色， 这不利于冰点以下的测量。人造凝结面法的不足之处在于不能估算凝结水形成的速率或 形成时间。Hiltnor凝结水平衡法其所用的装置容易受到风等气象因素的影响，其使用性 还需要研究。热脉冲法通常使用一种新发展起来的测量介电常数的时域反射 (Time-DomainReflectometry)技术进行测量，常见的测量装置有HH2MoistureMeter、 TDR水分测试仪和TSCⅡ智能化土壤水分快速测试仪等，该技术的量精度容易受到土壤 含盐量的影响；装置成本非常高。同位素法的缺点在于它会受到环境温度、湿度等环境 因素影响，另外测量成本也很高。测重法是国内外使用最为普遍的测量土壤凝结水的方 法，一般都是采用不同材料的自制手动的微型测渗计，其共同缺点普遍是没有实现自动 化测量，使得工作量比较大，此外，或装置边界效应较大，或装置材料导热性过高等。

例如，采用“测重法”的以下专利：中国专利CN204302141U公开了一种土壤凝结水 测定装置，可测定干旱半干旱区不同深度土壤凝结水量，但没有实现自动化测量，每2h 手动测量一次，工作量和误差引发率非常大；中国专利CN204154594U公开了一种适应于 砂性土壤的自动微型蒸渗仪，虽然在每次数据测量时不用将微渗仪取出来，减轻了部分 工作量，但并没有真正实现自动测量，研究人员还是要每隔2h测量一次，这对研究人员 的精力、安全等都是一个重要的考验；并且，该装置是通过多个滑轮进行重量传输，钢 丝与滑轮之间摩擦阻力增加了测量误差，对试验结果影响较大。

综上所述，目前无论是手动还是自动测量土壤凝结水的装置，或工作量尤其是夜间 工作量过大，或没有实现测量真正自动化，或影响因素较多导致测量误差较大，或成本 较高，或材料导热性过高。

发明内容

本发明的目的是提供一种集数据存储、显示于一体的高精度的土壤凝结水全自动测 量装置及其使用方法，它能按照研究要求，设定每隔一定时间自动测量一次数据并存储 起来，该装置大大降低了科研人员的工作量，与此同时，测量数据质量也符合科研要求， 该装置适用于干旱半干旱地区生态系统土壤凝结水的测量。

为实现上述发明目的，本发明提供一种土壤凝结水全自动测量装置，包括自动测量 系统，微型测渗仪，外套管以及套设在外套管内的内套管，其中自动测量系统包括底盘， 微型质量传感器，电源，导线，单片机，内置有SD卡的SD卡槽，LED显示器和连接PC 的数据交换口，所述底盘中部为空心圆柱体，多个微型质量传感器均匀嵌套在底盘的空 心圆柱体的边缘，所述底盘上设置有环形导线槽，导线沿着环形导线槽将多个微型质量 传感器连接起来并伸出到外套管外与单片机连接，所述单片机分别与SD卡槽，LED显示 器，电源以及连接PC的数据交换口连接，SD卡槽，LED显示器和连接PC的数据交换口 分别与电源连接，微型测渗仪包括测渗仪裸身，尼龙网，内夹环和外夹环，所述内夹环 和外夹环之间设置有尼龙网，尼龙网通过内夹环和外夹环固定在测渗仪裸身的两端，所 述微型测渗仪设置在微型质量传感器上。

进一步，所述底盘的空心圆柱体的直径大小与微型测渗仪的外径相适应。

进一步，所述微型质量传感器的数量至少为四个，微型质量传感器的上表面略低于 底盘上表面。