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土壤含水量的测量方法

日期:2019-08-10 21:43
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摘要:

土壤含水量

科技名词定义

中文名称:
土壤含水量
英文名称:
soil water content
定义1:
存在于土壤孔隙和束缚在土壤固体颗粒表面的液态水量。
所属学科:
大气科学(上等学科) ;应用气象学(二级学科)
定义2:
包气带土壤的含水量。包括存在于土壤孔隙中的水气。
所属学科:
地理学(上等学科) ;水文学(二级学科)
定义3:
在105℃下将土壤烘干至恒重时失去的水量。以单位质量干土中水的质量或单位土壤总容积中水的容积表示。
所属学科:
生态学(上等学科) ;农业生态学(二级学科)
定义4:
105℃烘干至恒重时失去的水量。以单位质量干土中水的质量或单位土壤总容 积中水的容积表示。
所属学科:
土壤学(上等学科) ;土壤物理(二级学科)
定义5:
存在于土壤孔隙和束缚在土壤固体颗粒表面的液态水量。
所属学科:
资源科技(上等学科) ;气候资源学(二级学科)

百科名片

土壤含水量 (water content ofsoil)是土壤中所含水分的数量。一般是指土壤优良含水量,即100g烘干土中含有若干克水分,也称土壤含水率。土壤含水率是农业生产中一重要参数,其主要方法有称重法,张力计法,电阻法,中子法,r-射线法,驻波比法,时域反射击法及光学法等。土壤中水分含量称之为土壤含水率(SoilMoistureContent),是由土壤三相体(固相骨架、水或水溶液、空气)中水分所占的相对比例表示的,通常采用重量含水率(θg)和体积含水率(θv)两种表示方法。

体积含水率与重量含水率

  重量含水率是指土壤中水分的重量与相应固相物质重量的比值,体积含水率是指土壤中水分占有的体积和土壤总体积的比值。体积含水率与重量含水率两都之间可以换算。
 

  土壤含水量测量方法

( 1 )称重法(Gravimetric)

  也称烘干法,这是唯壹可以直接测量土壤水分方法,也是目前国际上的标准方法。用土钻采取土样,用0.1g 精度的天平称取土样的重量,记作土样的湿重 M,在 105℃的烘箱内将土 样 烘 6~8 小 时 至 恒 重 , 然 后 测定 烘 干 土 样 , 记 作 土 样 的 干 重 Ms
 
  土壤含水量=(烘干前铝盒及土样质量-烘干后铝盒及土样质量)/(烘干后铝盒及土样质量-烘干空铝盒质量)*100%

( 2 )张力计法(Tensiometer)

  也称负压计法,它测量的是土壤水吸力测量原理如下:当陶土头插入被测土壤后,管内自由水通过多孔陶土壁与土壤水接触,经过交换后达到水势平衡,此时,从张力计读到的数值就是土壤水(陶土头处)的吸力值,也即为忽略重力势后的基质势的值,然后根据土壤含水率与基质势之间的关系(土壤水特征曲线)就可以确定出土壤的含水率

( 3 ) 电阻法(Electricalresistance)

  多孔介质的导电能力是同它的含水量以及介电常数有关的,如果忽略含盐的影响,水分含量和其电阻间是有确定关系的电阻法是将两个电极埋入土壤中,然后测出两个电极之间的电阻。但是在这种情况下,电极与土壤的接触电阻有可能比土壤的电阻大得多。因此采用将电极嵌入多孔渗水介质(石膏、尼龙、玻璃纤维等)中形成电阻块以解决这个问题

( 4 ) 中子法(Neutronscattering)

  中子法就是用中子仪测定土壤含水率中子仪的组成主要包括:一个快中子源,一个慢中子检测器,监测土壤散射的慢中子通量的计数器及屏蔽匣,测试用硬管等。快中子源在土壤中不断地放射出穿透力很强的快中子,当它和氢原子核碰撞时,损失能量*大,转化为慢中子(热中子),热中子在介质中扩散的同时被介质吸收,所以在探头周围,很快的形成了持常密度的慢中子云

( 5 ) r-射线法(Gamma-rayattenuation)

  γ-射线法的基本原理是放射性同位素(现常用的是137Cs,241Am)发射的γ-射线法穿透土壤时,其衰减度随土壤湿容重的增大而提高。

( 6 ) 驻波比法(Standing wave ratio)

  自从 Topp等人在 1980年提出了土壤含水率与土壤介电常数之间存在着确定性的单值多项式关系,从而为土壤水分测量的研究开辟了一种新的研究方向,即通过测量土壤的介电常数来求得土壤含水率从电磁学的角度来看,所有的绝缘体都有可以看着是电介质,而对于土壤来说,则是于土壤固相物质、水和空气三种电介质组成的混合物。在常温状态下,水的介电常数约为80,土壤固相物质的介电常数约为 3~5,空气的介电常数为 1,可以看出,影响土壤介电常数主要是含水率。Roth等提出了利用土、水和空气三相物质的空间分配比例来计算土壤介电常数,并经 Gardner等改进后,为采用介电方法测量土壤水分含量提供了进一步的理论依据,并利用这些原理进行土壤含水率的测量。

( 7 )光学测量法(Optical)

  光学测量法是一种非接触式的测量土壤含水率方法。光的反射、透射、偏振也与土壤含水率相关。先求出土壤的介电常数,从而进一步推导出土壤含水率。

(8)时域反射法

  时域反射法(Timedomainreflectrometry,TDR)也是一种通过测量土壤介电常数来获得土含水率的一种方法。TDR的原理是电磁波沿非磁性介质中的传输导线的传输速度V= c /ε ,而对于已知长度为 L 的传输线,又有 V = L / t ,于是可得ε = (ct / L)2,其中 c 为光在真空中的传播速度, ε 为非磁性介质的介电常数, t为电磁波在导线中的传输时间。而电磁波在传输到导线终点时,又有一部分电磁波沿导线反射回来,这样入射与反射形成了一个时间差 T。因此通过测量电磁波在埋入土壤中的导线的入射反射时间差 T 就可以求出土壤的介电常数,进而求出土壤的含水率。

土壤含水量的测量方法比较与总结

  ( 1 )称重法具有各种操作不便等缺点,但作为直接测量土壤水分含量的唯壹方法,在测量精度上具有其它方法不可比拟的优势,因此它作为一种实验室测量方法并用于其它方法的标定将长期存在。
 
  ( 2 )张力计法由于其测量的直接对象为土壤基质势,因此在更大程度和其它土壤水分测量方法相结合用于测定土壤水分特征曲线
 
  ( 3 )电阻法由于标定复杂,并且随着时间的推移,其标定结果将很快失效,而且由于测量范围有限,精度不高等一系列原因,已经基本上被淘汰。
 
  ( 4 ) 基于辐射原理的中子法和γ-射线法虽然有着高精度,快速度等优点,但是由于它们共同存在着对人体健康造成危害的致命缺陷,近年来已经在发达国家遭到弃用,在国内也仅有少量用于实验研究。
 
  ( 5 ) 基于测量土壤介电常数的各种方法是近 20年来新发展起来的一种测量方法,在测量的实时性与精度上都比其它测量方法更具优势,而且在使用操作更加方便灵活,可适用于不同用途的土壤水分测量。是目前国内外广泛使用的一种土壤水分测量方法。
 
  ( 6 )光学测量法虽然具有非接触的优点,但由于受土壤变异性影响,误差大,适应性不强,其研究与开发的前景并不乐观
 
  ( 7 )TDR其优点是测量速度快,操作简便,**度高,能过到0.5%,可连续测量,既可测量土壤表层水分,也可用于测量剖面水分既可用于手持式的时实测量,也可用于远距离多点自动监测,测量数据易于处理。
 
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