田间持水量的快速测定装置及方法

技术领域

本发明涉及检测技术，具体涉及一种田间持水量的快速测定装置及方法。

背景技术

田间持水量是农田土壤水分管理的重要参数，田间持水量是指在地下水较深和排水良好的情况下，土壤经充分灌水或降水后，允许水分充分下渗同时防止蒸发，经过一定时间，土壤所能维持的较稳定的土壤含水量，即排除土壤重力水后土壤所能保持的悬着水最大值。田间持水量包括：吸湿水、膜状水、毛管悬着水。不同质地土壤的田间持水量存在差异，一般黏土>壤土>砂土。另外，土壤有机质含量、土壤剖面结构以及地下水埋深等因素均能影响田间持水量，准确测定田间持水量是土壤水分精确管理的重要依据，是合理灌溉和节水增效的重要决策参数。

目前田间持水量的测定方法可分为两类，一类是田间现场的围框淹灌法；另一类是室内测定法，包括砂箱法、环刀法（威尔科克斯法）等。围框淹灌法需要专门的设备，投资高，还需要大量的水源，测定周期长，且容易出现灌水和下渗不均匀的问题。砂箱法方法操作简便，但需要排水时间长。环刀法是实验室内测定田间持水量最常用的方法，但该方法受下垫土壤质地及含水量的影响非常大，也需要进行较长时间的排水。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种田间持水量的快速测定装置。此田间持水量的快速测定装置的操作简单，测量准确，可以减少排水时间，且可以批量测量。

同时，本发明的另一目的是提供了一种田间持水量的快速测定方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本田间持水量的快速测定装置，包括有机玻璃桶、有机玻璃盖、硅胶密封垫圈和砂芯片，所述砂芯片安装于有机玻璃桶内，且所述砂芯片与有机玻璃桶的内壁之间通过硅胶密封垫圈密封连接；所述砂芯片将有机玻璃桶的内腔分隔成位于上方的环刀室和位于下方的集水室；所述有机玻璃盖与有机玻璃桶的开口密封连接；所述环刀室连接有加压机构或所述集水室连接有负压机构。

优选的，所述的田间持水量的快速测定装置还包括有机玻璃盖与有机玻璃桶口之间垫有硅胶密封垫圈，且所述有机玻璃盖与有机玻璃桶通过卡扣锁紧连接。

优选的，所述集水室的侧壁的底部安装有排水阀。

优选的，所述加压机构包括进气管、第一调压阀、第一压力表和加压泵，所述加压泵通过进气管与环刀室连接，所述第一调压阀和第一压力表均安装于进气管。

优选的，所述负压机构包括抽气管、第二调压阀、第二压力表和抽气泵，所述抽气泵通过抽气管与集水室连接，所述第二调压阀和第二压力表均安装于抽气管。

田间持水量的快速测定方法，采用上述的田间持水量的快速测定装置，包括以下步骤：

S1、采集土样：采用环刀按土壤环刀样标准方法采集土壤样品，此土壤样品填充满环刀的内腔，连同环刀一起带回实验室；

S2、饱和土样：令环刀内的土壤样品在水中浸泡一定时间，使土壤样品的水分达到饱和状态，再将此水分饱和状态的土壤样品放置到环刀室内；

S3、排水：打开底部排水阀，启动加压机构，以增加环刀室的内压，令环刀室的内压稳定在预设值一定时间，并持续一定时间观察集水室中是否有水排出，待没有水排出一定时间后，关闭加压机构；

或者，

关闭底部排水阀，启动负压机构，以降低集水室的内压，并令集水室的内压稳定在预设值一定时间，并持续一定时间观察集水室中是否有水排出，待没有水排出一定时间后，关闭负压机构；

S4、含水量测定：取出环刀室内的土壤样品，并对此土壤样品的含水量进行测定，以确定田间持水量。

优选的，在步骤S1和S2之间，还包括以下步骤：向砂芯片加水，以令砂芯片持水饱和。

优选的，步骤S2中，土壤样品在水中浸泡的时间多于24小时。

优选的，步骤S3中，启动加压机构后，预设值为5.5~6.8kPa，同时稳定预设值的时间为大于或等于24h，持续观察的时间为大于或等于24h。

优选的，步骤S3中，启动负压机构后，预设值为-6.8~-5.5kPa，同时稳定预设值的时间为大于或等于24h，持续观察的时间为大于或等于24h。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、本发明采用加压机构对环刀室内的土壤样品施压，以加快排水速度，解决了自然重力下排水时间长的问题，大大提高了测定工作的效率；同时只需在设定好压力值后，观察水分不再排出即为达到田间持水量状态，不用进行频繁称重至恒重，解决了传统田间持水量测定方法费时，费力的问题，以及减少了由于工作人员技术水平、工作经验、敬业精神等因素造成的结果误差。

2、本发明采用负压机构调整集水室的内压，以加快排水速度，解决了自然重力下排水时间长的问题，大大提高了测定工作的效率；同时只需在设定好压力值后，观察水分不再排出即为达到田间持水量状态，不用进行频繁称重至恒重，解决了传统田间持水量测定方法费时，费力的问题，以及减少了由于工作人员技术水平、工作经验、敬业精神等因素造成的结果误差。

3、本发明采用砂芯片将有机玻璃桶的内腔分隔形成用于放置环刀的环刀室和收集水分的集水室，使环刀室和集水室成一体式结构，可防止取放环刀过程中发生泥土掉出或打翻情况 ，保证了检测的准确性；同时环刀室与集水室连接成一体，减少存放、使用空间，并能够有效收集样品排出的水分。

附图说明

图1是本发明实施例1的田间持水量的快速测定装置的结构示意图。

图2是本发明实施例2的田间持水量的快速测定装置的结构示意图。

其中，1为有机玻璃盖，2为硅胶密封垫圈，3为卡扣，4为第一压力表，5为进气管，6为加压泵，7为有机玻璃桶，8为装有土壤样品的环刀，9为砂芯片，10为排水阀，11为第一调压阀，12为环刀室，13为集水室，14为第二压力表，15为第二调压阀，16为抽气管，17为抽气泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示的田间持水量的快速测定装置，包括有机玻璃桶7、有机玻璃盖1、硅胶密封垫圈2和砂芯片9，所述砂芯片9安装于有机玻璃桶7内，且所述砂芯片9的外缘与有机玻璃桶7的内壁之间通过硅胶密封垫圈2密封连接；所述砂芯片9将有机玻璃桶7的内腔分隔成位于上方的环刀室12和位于下方的集水室13；所述有机玻璃盖1与有机玻璃桶7的开口密封连接；所述环刀室12连接有加压机构。所述加压机构包括进气管5、第一调压阀11、第一压力表4和加压泵6，所述加压泵6通过进气管5与环刀室12连接，所述第一调压阀11和第一压力表4均安装于进气管5。其中，砂芯片9的透气值大于10kPa，以保证检测的有效进行。

具体的，调整第一调压阀11至预设值，加压泵6启动，观察第一压力表4的数值是否稳定在预设值；待第一压力表4的数据稳定在预设值后，即则环刀室12的内压稳定在预设值后，再持续一段时间后观察是否有水排到集水室13，待没有水排到集水室13后，再稳定一段时间压力，以保证环刀室12内的土壤样品中的水分在预设压力值条件下充分排出。这种采用压力加快排水效率的方式，提高了检测的效率，且准确性高。

同时，环刀室12采用有机玻璃桶7、有机玻璃盖1、硅胶密封垫圈2和砂芯片9形成用于放置土壤样品的相对密封空间。此结构的环刀室12可减少漏土或打翻的风险，保证检测的有效进行。且环刀室12和集水室13是通过砂芯片9将有机玻璃桶7的内腔分隔而成，这一体式结构，既减少了存放和使用空间，同时保证环刀室12内的土壤样品中排出的水分可全部下落到集水室13；而且有机玻璃桶7、有机玻璃盖1、硅胶密封垫圈2和砂芯片9等构成的一体式的环刀室12和集水室13，可方便加压机构对环刀室12的压力进行调整，也方便负压机构对集水室13进行压力调整，以保证检测有效进行。

所述的田间持水量的快速测定装置还包括有机玻璃盖1与有机玻璃桶7口之间垫有硅胶密封垫圈2，且所述有机玻璃盖1与有机玻璃桶7通过卡扣3锁紧连接。硅胶密封垫圈2和卡扣3的设置保证了有机玻璃盖1与有机玻璃桶7之间的连接牢固性，以保证环刀室12和集水室13的密封效果。

所述集水室13的侧壁的底部安装有排水阀10。排水阀10的设置以方便集水室13内的水分排出，实验的有效进行。

田间持水量的快速测定方法，采用上述的田间持水量的快速测定装置，包括以下步骤：

S1、采集土样：采用环刀按土壤环刀样标准方法采集土壤样品，此土壤样品填充满环刀的内腔，连同环刀一起带回实验室；具体的，确定待测定的田间位置，在此田间位置先取平整的土层土面，使用环刀手柄将提前称过重量且编好号的直径50.46mm×高50mm的环刀（容积100立方厘米）的刀刃端切入土中。待环刀内充满土壤时停止切入，用铁铲挖开环刀周围土壤，将被土裹住的环刀整体取出，用削土刀先削去环刀外壁土壤，再削去两端多余土壤，使环刀内的土壤体积恰好为环刀的容积，盖好环刀的下盖和顶盖。

S2、饱和土样：令环刀内的土壤样品在水中浸泡一定时间，使土壤样品的水分达到饱和状态，再将此水分饱和状态的土壤样品放置到环刀室12内；具体的，在装满土壤样品的环刀底端盖上带小孔的铝盖，置平底容器内，在环刀外缓慢向容器加水，加至水位略低于环刀顶部，令容器内的水通过底部小孔在水压的作用下逐渐进入环刀内土壤中，维持水位24h，使土壤样品的水分达到饱和状态，再将此水分饱和状态的土壤样品放置到环刀室12内。将水分饱和状态的土壤样品放置到环刀室12之前，先向砂芯片9加水，以令砂芯片9持水饱和。以进一步提高检查的准确性。如图1所示，可将多个装有土壤样品的环刀同时放进环刀室12，从而实现批量的检测，提高了检测效率。

S3、排水：打开底部排水阀10，启动加压机构，以增加环刀室12的内压，令环刀室12的内压稳定在预设值一定时间，并持续一定时间观察集水室13中是否有水排出，待没有水排出一定时间后，关闭加压机构；其中，启动加压机构后，预设值为5.5~6.8kPa，同时稳定预设值的时间为大于或等于24h，持续观察的时间为大于或等于24h。预设值与待测土壤田间持水量对应的基质势相关，此预设值与待测土壤田间持水量对应的基质势的绝对值相等。不同的田间土壤，其田间持水量不同，如细沙在-6.0kPa~ -5.5kPa之间，黏土在-6.8~-6.2kPa，粘壤土在-5.5~-6.8kPa之间。因此，本实施例中的预设值根据土壤的类型选取合适的值。

S4、含水量测定：取出环刀室12内的土壤样品，并对此土壤样品的含水量进行测定，以确定田间持水量。

实施例2

本田间持水量的快速测定装置及方法除以下技术特征外同实施例1：

如图2所示，田间持水量的快速测定装置，包括有机玻璃桶7、有机玻璃盖1、硅胶密封垫圈2和砂芯片9，所述砂芯片9安装于有机玻璃桶7内，且所述砂芯片9的外缘与有机玻璃桶7的内壁密封连接；所述砂芯片9将有机玻璃桶7的内腔分隔成位于上方的环刀室12和位于下方的集水室13；所述有机玻璃盖1与有机玻璃桶7的开口密封连接；所述集水室13连接有负压机构。所述负压机构包括抽气管16、第二调压阀15、第二压力表14和抽气泵17，所述抽气泵17通过抽气管16与集水室13连接，所述第二调压阀15和第二压力表14均安装于抽气管16。

具体的，调整第二调压阀15至预设值，抽气泵启动，观察第二压力表14的数值是否稳定在预设值；待第二压力表14的数据稳定在预设值后，即则环刀室12的内压稳定在预设值后，再持续一段时间后观察是否有水排到集水室13，待没有水排到集水室13后，再稳定一段时间压力，以保证环刀室12内的土壤样品中的水分在预设压力条件下充分排出。这种采用负压加快排水效率的方式，提高了检测的效率，且准确性高。

田间持水量的快速测定方法，采用上述的田间持水量的快速测定装置，包括以下步骤：

S1、采集土样：采用环刀挖取土壤样品，此土壤样品填充满环刀的内腔；具体的，确定待测定的田间位置，在此田间位置先取平整的土层土面，使用环刀手柄将提前称过重量且编好号的直径50.46mm×高50mm的环刀（容积100立方厘米）的刀刃端切入土中。待环刀内充满土壤时停止切入，用铁铲挖开环刀周围土壤，将被土裹住的环刀整体取出，用削土刀先削去环刀外壁土壤，再削去两端多余土壤，使环刀内的土壤体积恰好为环刀的容积，盖好环刀的下盖和顶盖。

S2、饱和土样：令环刀内的土壤样品在水中浸泡一定时间，使土壤样品的水分达到饱和状态，再将此水分饱和状态的土壤样品放置到环刀室12内；具体的，在装满土壤样品的环刀底端盖上带小孔的铝盖，置平底容器内，在环刀外缓慢向容器加水，加至水位略低于环刀顶部，令容器内的水通过底部小孔在水压的作用下逐渐进入环刀内土壤中，维持水位24h，使土壤样品的水分达到饱和状态，再将此水分饱和状态的土壤样品放置到环刀室12内。将水分饱和状态的土壤样品放置到环刀室12之前，先向砂芯片9加水，以令砂芯片9持水饱和。

S3、关闭底部排水阀10，启动负压机构，以降低集水室的内压，并令集水室13的内压稳定在预设值一定时间，并持续一定时间观察集水室13中是否有水排出，待没有水排出一定时间后，关闭负压机构；其中，启动负压机构后，预设值为-6.8~-5.5kPa，同时稳定预设值的时间为大于或等于24h，持续观察的时间为大于或等于24h。预设值与待测土壤田间持水量对应的基质势相关，此预设值与待测土壤田间持水量对应的基质势相等。不同的田间土壤，其田间持水量不同，如细沙在-6.0kPa~ -5.5kPa之间，黏土在-6.8~-6.2kPa，粘壤土在-5.5~-6.8kPa之间。因此，本实施例中的预设值根据土壤的类型选取合适的值。

S4、含水量测定：取出环刀室12内的土壤样品，并对此土壤样品的含水量进行测定，以确定田间持水量。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。