土壤含水量、土水势和土壤水特征曲线的测定

土壤含水量、土水势和土壤水特征曲线的测定
土壤含水量、土水势和土壤水特征曲线的测定

土壤含水量、土水势和土壤水特征曲线的测定

3.1测定意义

严格地讲,土壤含水量应称为土壤含水率,因其所指的是相对于土壤一定质量或容积中的水量分数或百分比,而不是土壤所含的绝无仅绝对水量。

土壤含水量的多少,直接影响土壤的固、液、气三相比,以及土壤的适耕性和作物的生长发育。在农业生产中,需要经常了解田间土壤含水量,以便适时灌溉或排水,保证作物生长对水分需要,并利用耕作予以调控,达到高产丰收的目的。

近几十年来的研究表明,要了解土壤水运动及土壤对植物的供水能力,只有土壤水数量的观念是不够的。举一个直观的例子:如果粘土的土壤含水量为20%,砂土的土壤含水量为15%,两土样相接触,土壤水应怎样移动?如单从土壤水数量的观念,似乎土壤水应从粘土土样流向砂土土样,但事实恰恰相反。这说明,光有土壤水数量的观念,尚不能很好研究土壤水运动及对植物的供水,必须建立土壤水的能量的观念,即土水势的概念。

测定土壤水特征曲线(基质势与土壤含水量之间的关系曲线)需要特别的仪器设备,随着土壤科学的发展,越来越多的基层土壤工作者需要土壤水特征曲线这一基础资料,了解土壤水特征曲线的测定,对今后土壤水特征曲线(不管是自己测定还是由别的单位测定)的应用是有益的。

3.2方法选择的依据

土壤含水量目前常用的方法有:烘干法、中子法、射线法和TDR法(又称时域反射仪法)。后三种方法需要特别的仪器,有的还需要一定的防护条件。

土水势包括许多分势,与土壤水运动最密切相关的是基质势和重力势。重力势一般不用测定,只与被测定点的相对位置有关。测定基质势最常用的方法是张力计法(又称负压计法),可以在田间现场测定。

土壤水特征曲线是田间土壤水管理和研究最基本的资料。通过土壤水特征曲线可获得很多土壤基质和土壤水的数据,如土壤孔隙分布及对作物的供水能力等等。测定土壤水特征曲线最基本的方法是压力膜(板)法,它可以完整地测定一条土壤水特征曲线。

3.3土壤含水量的测定(烘干法)

烘干法又称质量法,具体操作是:用土钻采取土样,用感量0.1g的天秤称得土样的质量,记录土样的湿质量m t,在105℃烘箱内将土样烘6h~8h至恒重,然后测定烘干土样,记录土样的干质量m s,根据

θm=m w/m s×100%

计算土样含水量,式中:m w=m t-m s;θm表示土样的质量含水率,习惯上又称为质量含水量。

如果知道取样点的容重,则可求出土壤含水量的另一种表示形式——容积含水量θv:

θv=θmρb

在粘粒或有机质多的土壤中,烘箱中的水分散失量随烘箱温度的升高而增

大,因此烘箱温度必须保持在100℃~110℃范围内。

烘干法的优点是简单、直观,缺点是采样会干扰田间土壤水的连续性,取样后在田间留下的取样孔(尽管可填实),会切断作物的某些根并影响土壤水的运动。

烘干法的另一个缺点是代表性差。田间取样的变异系数为10%或更大,造成这么大的变异,主要是由于土壤水在田间分布的不均匀所造成的,影响土壤水在田间分布不均匀的因素有土壤质地、结构、以及不同作物根系的吸水作用和植冠对降雨的截留等。尽管如此,烘干法还是被看成测定土壤水含量的标准方法,避免取样误差和少受采样的变异影响的最好方法是按土壤基质特征如土壤质地和土壤结构分层取样,而不是按固定间隔采样(华孟、王坚,1993)

3.4土水势的测定(张力计法)

象自然界其它物质一样,土壤水也具有不同形式的不同量级的能量。以典热处理学将自然界的能分为动能和势能,动能是由物体运动的速度和质量所决定的,其值等于1/2mV2。由于土壤水也遵循这一普遍规律,若把土壤和其中的水当作一个系统来考虑,当土-水系统保持在恒温、恒压以及溶液浓度和力场不变的情况下,系统和环境之间没有能量交换,该系统称为平衡系统。由于水在流动过程中要作功,所以对每个平衡系统不是消耗了能量,就是获得了能量,一个平衡的土-水系统所具有能够作功的能量即为该系统的土壤水势能。当两个具有不同能量水平的土-水平衡系统接触时,水就从具有较高势能水平的系统流到具有较低能量水平的系统,直到两个系统的土水势值相等,于是水的流动也就停止了。

显然,在分析土壤水的保持和运动时,重要的不是在于某一系统本身的能量水平,而在于两个平衡系统之间的土水势之差,因此,可任意规定一个土-水平衡系统为基准系统,其土水势为零,国际土壤学会选定的基准系统是:假设一纯水池,在标准大气压下,其温度与土壤水温度相同,并处在任意不变的高度。由于假设水池所处高度是任意的,因此土壤中任意一点的土水势与标准状态相比并不是绝对的。

虽然如此,但在同一标准状态下,土壤中任意两点的土水势之差值是可以确定的。

3.4.1测定原理

土水势包括有若干分势,除盐碱土外,影响土壤水运动的分势主要是重力势和基质势。

重力势是地球重力对土壤水作用的结果,其大小由土壤水在重力场中相对于基准面的位置决定,基准面的位置可任意选定。

基质势是由于土壤基质孔隙对水的毛管力和基质颗粒对水的吸附力共同作用而产生的。取基准面纯水自由水面的土水势为0,则基质势为小于0的负值。

土水势的单位经常用的有单位重量土壤水的势能和单位容积土壤水的势能。单位重量土壤水的势能的量纲为长度单位,即cm、m等。单位容积土壤水的势能的量纲为压强单位,即Pa(帕),习惯上常用的还有bar(巴)或大气压为单位的。

基势通常用张力计测定(如图)。张力计有各种形式,但其基本构造相同,都是陶瓷杯(又称瓷头)、联结管、储气管和压力计等4部分组成。

测定时,事先在张力计内部充满无气水(将水煮沸排除溶解于水中的气体,然后将煮沸的水与大气隔绝降至气温,即为无气水),使瓷头饱和,并与大气隔绝。将张力计埋设在土壤中,瓷头要与土壤紧密接触。当土壤处于非饱和水状态,土壤通过瓷头从张力计中“吸取”少量水分,当与张力计瓷头接触土壤的土水势与张力计瓷头处的水势相等时,由张力计向土壤中的水运动停止,这时记录压力计读数并计算出土壤的基质势。

3.4.2仪器及设备

张力计,可在市场上购得各种形式的张力计;张力计土钻,根据张力计埋设的深度定作或加工,注意,土钻钻头直径要与张力计瓷头直径相同。

埋设及测定

根据测定的深度,用张力计钻在测定地点钻孔,将埋设深度处的土壤和成泥浆,注入钻孔中,将张力计埋入钻孔中,保证瓷头与土壤紧密接触。在张力计注入无气水并密封后24h,便可读数测定。为了少受气温的影响,最好在上午固定时间测定,测定时注意将张力计管内气泡排到储气管中,方法是用手指轻轻不断弹张力计联结管。测定数次后,张力计须重新注水。

图所示张力计适用于田间使用,(b),(c),(d)3种用水银柱作压力计的张力计适于实验使用,其水银的注入和连接请参考张力计说明书。(e)所示张力计需用特殊的负压测定仪器,这里不现赘述。

张力计测定范围在0cm~-800cm,这主要由于在田间温度下(如30℃上下),张力计内水分在低压下(-800cm以下)会发生大量汽化(达沸点),张力计工作状态被破坏。因此张力计一般只能测到-800cm。(Jury,1991)

计算

张力计的测定读数实际上指示的是负压表或水银柱计压力计的负压值,因此必须将这一个值换算成瓷头处(以瓷头中点为计算点)的值。现以图(b)为例,说明土壤基质势的计算:

ψm=-13.6h Hg+(h-h1)

式中:ψm——土壤基质势,cm

h Hg——水银上升高度,cm

h, h1——水柱高度,cm

3.4.3测定允许差

用张力计测定土壤基质势的精度一般由张力计所用压力读报最小读数决定。负压表的测定精度较粗,水银柱压力计的读数可精确到1mm汞柱,但由于肉眼的读数误差,常常达不到这个精度。

3.5土壤水特征曲线的测定[压力膜(板)法]

土壤水特征曲线是土壤水管理和研究最基本的资料,是非饱情况下,土壤水分含量与土壤基质势之间的关系曲线。完整的土壤水特征曲线应由脱湿曲线和吸湿曲线组成,即土壤由饱逐步脱水,测定不同含水量情况下的基质势,由此获得脱湿曲线;另外,土壤可以由气干逐步加湿,测定不同含水量情况下的基质势,由此获得吸湿曲线。这两条曲线是不重合的,我们把这种现象称为土壤水特征曲

线的

滞后作用。通常情况下,由于吸湿曲线较难测定,且在生产与研究中常用脱湿曲线,所以只讨论脱湿曲线的测定。

土壤水特征曲线反映了非饱和状态下土壤水的数量和能量之间的关系,如果不考虑滞后作用,通过土壤水特征曲线可建立土壤含水量和土壤基质势之间的换算关系。这样做,有时会带来一定的误差,但在大多数情况下,一场降雨或灌溉后,总是有很长时间的干旱过程,在这种情况下,由脱湿曲线建立的两参数之间的换算关系有一定可靠性。

如果将土壤孔隙概化为一束粗细不同的毛细管。在土壤饱和时,所有的孔隙都充满水,而在非饱和情况下,只有一部分孔隙充满水。通过土壤水特征曲线可建立土壤基质势与保持水分的最大土壤孔隙的孔径的函数关系,由此可推算土壤孔径的分布。必须指出,由于我们将土壤孔隙概化为一束粗细不同的毛细管,与实际土壤孔隙不完全相同,因此称为实效孔径分布。

土壤水特征曲线的斜率反映了土壤的供水能力,即基质势减少一定量时土壤能施放多少水量,这在研究土壤与作物关系时有很大作用。

测定原理

如图所示,将土样置于多孔压力板上,多孔压力板根据其孔径大小分为不同规格,压力板孔径大的承受较小的气压,孔径小的能承受较大的气压。将压力板和土样加水共同饱和,将压力板置于压力容器内,加压,这时有水从土样中排出,并保持气压不变,等不再有水从土样中排出,打开容器,测定土样水分含量。如所加气压值为P(Mpa),土壤基质势为ψm,则

ψm =-P

由此获得土壤基质势为ψm和其对应的土壤含水量θV,调整气压,继续实验,由此获得若干对(ψm,θV),将这些测定值点绘到直角坐标系中,根据这些散点可求得土壤水特征曲线。

3.5.1仪器及设备

压力膜(板)水分提取器,如图所示;压力板由压力膜(板)水分提取器厂家提供,压力板直径约30㎝左右,根据压力板承受压力的大小,分为0.1Mpa,0.3Mpa,0.5Mpa,1.0Mpa,1.5MPa(1bar,3bar,5bar,10bar,15bar,bar为非标准量纲,厂家印在压力板上);土环,几十个,高1㎝,直径5㎝左右(土环直径不严格限制)。土环一般用铜制成,也有铝制的或橡胶制的;压力泵或高压气源;铝盒,用于土壤含水量测定;瓷盘;多孔板饱和时用;粗的定性滤纸;皮筋。

3.5.2测定步骤

制备土样。按土壤实际容重将以剔除杂物(碎石、根须等)的土壤填入土环中,注意土环下部垫一层粗滤纸,用皮筋固定,也可在田间现场取样,方法类似土壤容重取样,只是土环底部要垫一层滤纸,用皮筋固定。如果要测定一条完整的土壤水特征曲线,样品数量应在60个以上。

将制备好的土样置于多孔压力板上,一个多孔压力板大约可放置20多个土样,将带有土样的多孔压力板置于瓷盘内,加水饱和土样和多孔压力板。注意缓慢注水,不要一次注水淹过土样,使土样中的气泡不能不排出。应分几次注水,使水层逐步淹过土样。至少保持水层24。

将饱和好的土样和多孔压力板置于水分提取器内(根需要选择不同规格的压

力板),加盖密封,按实验要求调整气压,这时有水分从水分提取器内排出,保持气压不变,直到没有水分从水分提取器内排出。这一过程大约需要2d~3d,有时会更长。

等没有水分从水分提取器内排出后,将气压调回0值,开盖取样,按烘干法测定土壤含水量。通常一次应测定5个土样含水量,取其平均值,根据容重求得容积含水量。于是求得一对基质势和土壤含水量之值。

继续以上测定,一条完整的土壤水特征曲线,一般需要测定0.001Mpa、0.01Mpa、0.03 Mpa、0.05 Mpa、0.1 Mpa、0.3 Mpa、0.5 Mpa、1 Mpa和1.5 Mpa9个点,需要时还要适当加密。在条件允许情况下,0.1 Mpa以内的测定最好用原状土样。

3.5.3计算

由测定的(ψm,θV)值在直角坐标系中点绘土壤水特征曲线,用光滑的曲线连接,也可拟合成ψm和θV的函数形式。土壤基质势(ψm)的相反数称作土壤水吸力(S),土壤水吸力与土壤实效孔径D的关系如下:

D=3/S

式中土壤水吸力S必须用量纲hPa(=100Pa),由此实效孔径D的量纲为mm。

土壤水特征曲线中,可以把吸力S座标换算成实效孔径D的座标(见图),当土壤水的吸力为S1时,则土壤中凡是等于及大于实效孔径D1的所有毛管中的水分将被排出土体,只有在孔径小于D1的毛管中才充满水,相应的含水量为θ

1

;当吸力S1提高到S2(S2> S1),相应的实效孔径D2,此时孔隙大于D2的毛管中的水分被排出土体,只有在孔径小于D2的毛管中保持着水分,相应

的含水量为θ

2

。这说明当吸力变化范围为S1~S2时,土体中是实效孔径为D1~D2的那部分孔隙排水,相应地这部分孔径的容积为θ1~θ2。

土壤水特征曲线的斜率是变化着的,它对分析土壤水的保持和运动是一个重要的参数,常把含水量θ对基质势ψm的导数称为比水容量(Cθ)。

Cθ=dθ/dψm

由于ψm=-S,所以也可表示为

Cθ=dθ/dS

由此可见,比水容量(C

θ

)可用以说明在土壤基质势或土壤水吸力某一变化范围内,土壤所能释放或储存以供植物利用的水量。图系含水量θ随吸力

S变化的水分特征曲线,θ-S和比水容量C

θ随吸力S变化的曲线C

θ

-S。

从C

θ-S关系曲线可明显看到,比水容量C

θ

是随吸力而变化的,这主要是由

于土壤中各种不同孔径所占比例不同的缘故。C

θ

-S的峰值表明相应的实效孔径在该土壤中占优势。

3.5.4测定允许误差

测定土壤水特征曲线的允许差由土样的土壤含水量的差值决定。一般要求有5个重复,5个重复的变异系数控制在1%以内。但用原状土样测定常常很难达到这个精度,一般可放宽到变异系数5%以内。

参考文献

华孟,王坚,1993,土壤物理学,45,北京农业大学出版社

Jury. W. A., W. R. Gardner and W. H. Gardner, 1991. Soil Physics(fifth edition),P60,John Wiley & Sons, INC. New York.

附录

1.KDY-9830凯氏定氮仪使用说明

1.1工作原理:KDY-9830凯氏定氮仪是根据凯氏法测氮设计的,它有三个步骤;消化、蒸馏、滴定。样品的消化是在KXL-100控温消煮炉上进行的,KDY-9830凯氏定氮仪完成全自动蒸馏、滴定过程。

1.2仪器的操作盘:仪器的操作盘采用薄膜轻触键式盘面,按键为薄膜轻触键,用法与计算器相

同。盘面功能见下图

1 显示屏(LED点阵式)

2 打印机工作状态指示灯,灯亮时表示打印机处在可打印工作状态

3 蒸气发生器加热指示灯,灯亮时表示蒸气发生器内的水下在加热。

4 打印机纸带出口。

1.3仪器的调整操作

打开冷凝水开关,接通电源,按下电源开关,显示R。将安全门上提拉开,装入一支有少量蒸馏水的消煮管。按各操作键观察其相应动作与显示并做好调整工作,手动蒸馏15分钟。

1.4自动测定

(1)空白测定:自动测定样品时,通常按先测定空白样品,取空白值(V0),输入空白参数值后,再测定样品,步骤如下:仪器在显示(R)或(DA TA)、(AUTO)状态时,逐次按(参数设置)键,选择标准酸摩尔数(M)、样品重量(W)为0、加碱量(A)、偏差校正系数(K)输入数值一般为1、空白值(V0)为0。将安全门上提拉开,装入一支空白样品消煮管于消煮管托盘上并检查是否密封,按(自动测定)键,显示序号(1),下拉安全门,仪器开始测定空白样品,并打印结果,得到滴定酸体积V作为空白值(V0),上提安全门,显示下一序号、循环按(参数设置)键设置参数、装入另一支空白样品消煮管于消煮管

托盘上并检查是否密封,下拉安全门,仪器开始测定另一个空白样品,得到另一个(V 0),通常测定两个空白样,取其平均值。

(2)样品测定:将安全门上提拉开,显示下一序号,逐次按(参数设置)键设置参数:样品编号(No )、酸摩尔数(M )、粗蛋白转换系数(C )为0、偏差较正系数(K )为1、样品重量(W )、加碱量(A )、空白值(V 0),换样品消煮管并检查是否密封,下拉安全门开始样品测定。

2.UV-120-02紫外-可见分光光度计操作说明

2.1仪器工作原理

朗伯-比耳定律是各类分光光度法定量测定的基础,其物理意义为:当一束平行的单色光通过一均匀的、非散射的吸光物质溶液时,其吸光度与溶液层厚度和浓度的乘积成正比。其数学表达式为A=㏒I

I 0=abc 式中A 为吸光度;I 0为入射光强度;I 透射光强度;a 为比例常数,它是与吸光物质性质、入射光波长及温度等因素有关,称为吸光系数;b 为液层厚度,以cm 为单位;c 为以g ·L -1为单位的质量浓度;则a 以cm -1·g -1·L 为单位;而A 为量纲为一的量。如果c 以mol·L -1为单位,此时的吸光系数称为摩尔吸光系数,用κ,它的单位为cm -1·mol -1·L 。上式可改为A=κbc ,κ为各种吸光物质在特定波长和溶济下的一个特征常数,数值等于在1㎝的溶液厚度为中吸光物质为1 mol·L -1时的吸光度,它是吸光物质的吸光能力的量度。κ值越大,表示该吸光物质对某一波长的吸光能力越强,则方法的灵敏度越高。

UV-120-02紫外-可见分光光度计的基本组成部件:

光源→单色器→吸收池→检测系统→读数指示器

UV-120-02紫外-可见分光光度计

1 比色室

2 100%T/0A 钮

3 数字化读数显示器

4 0%T 调零钮

5 曲线校正钮

6 测量选择钮

7 电源开关

8 钨灯开关

9 D2开关 10 灵敏度开关 11 波长选择钮

2.2操作说明

1.打开电源

2.打开钨灯电源

3.用波长选择钮选择波长

4.预热10分钟

5.仪器调零:将测量档推到0-100%T ,打开比色室盖子,用0%T 调零钮调零。

6.100%光通过调整:将测量选择钮推到ABS0-2,将比色杯装入标准曲线系列的空白溶液,盖上盖子,用100%T/0A 钮调零。

7.标准曲线测定:依次放入标准系列中各溶液进行吸收值A 测定并绘制标准曲线。

8.样品测定:将空白溶液放入,用100%T/0A 钮调零,依次放入其它样品测定吸收值A ,由标准曲线查得样品的浓度。

3.AA7001原子吸收光谱仪操作说明

3.1工作原理:

将被分析物质以适当方式变为溶液,并将溶液以雾状引入火焰中,在一定条件下进行原子化成为自由态(基态)原子,当特征波长的光通过火焰中的基态原子时,光能被基态原子吸收而减弱,在一定条件下,其减弱的程度(吸光度)与基态原子的数目(元素浓度)之间的关系遵守朗伯-比耳定律。其数学表达式为A=㏒I

I 0=KN 0L 式中A 为吸光度;I 0为入射特征谱线辐射光强度;I 透射特征谱线辐射光强度; A 为量纲为一的量。K 为在一定实验条件下的一个特征常数;N 0为单位体积原子蒸气中吸收辐射的基态原子数目即基态原子浓度;L 为辐射透过的光程。

在一定试验条件下,基态原子浓度正比于待测元素的总原子浓度,而待测元素的总原子浓度以与样品中待测元素的浓度C 成正比,因此,通过测定吸光度便可求出待测元素的浓度(A=KC ),这是原子吸收分光光度分析的基础。

3.2AA7001原子吸收光谱仪的结构

AA7001原子吸收光谱仪是由光源系统、原子化系统、分光系统、检测系统和信号输出系统五部分组成,如下图所示

光源系统 原子化系统 分光系统 检测系统 信号输出系统

3.3准备分析---以Cu 为例

3.3.1元素选择

(1)接通主机电源,接通计算机电源,按提示按键盘数字键1,也可以按回车键,进入AA-7001软件的主页面。

(2)用鼠标左键点击元素周期表中Cu ,Cu 位置处的颜色变为白色,在下面的参数框内立即显示出Cu 的波长、狭缝等参数值。按波长、狭缝数值将主要的波长及狭缝放在规定的数值上。但灯电流建议用2mA (仪器旋钮为1:0),电压为150伏(仪器旋钮为1.50),按第一章所述调整灯位置及燃烧器位置,使用对光板,令光线完全通过燃烧器狭缝(100mm 标准化燃烧器),调节雾化器高度使光线在燃烧器上方10mm 处通过(应在“采样分析”页面上观察元素灯能量棒线!)

3.3.2分析参数设定

用鼠标单击主菜单

进入“AA7000分析参数”页面。按下列建议值设置各项参数:

时间常数:2

延迟时间:0.0000

积分时间:2.0000

终止时间:9999.00

稀释倍数:1.0000

测量单位:mg/L

工作模式:校准 ●

计算方式:峰高 ●

3.3.3

(1)启动空气压缩机,调节空气压力为0.3MPa(3kg/cm 2),立即听到空气进入雾化器的哨音。此时仪器右面板上应指示0.2MPa 的空气压力(工作压力),若不是,应拉出气路部件,调节空气定值器旋钮,使工作压力为0.2MPa 。空气流量应有5~6L/min 的流量。

(2)打开乙炔钢瓶主开关,将乙压力表旋钮顺时针方向拧动,使乙炔表输出压力为0.05~0.08MPa(0.5~0.8kg/cm 2)。

(3)压下面板上的乙炔电磁伐(红色),将乙炔流量计下方旋钮逆时针旋动,使乙炔流量为1.2L/min 。

(4)立即将点火枪在燃烧器上方2cm 处点火,点燃后的空气—乙炔火焰应是淡兰色透明火焰。若火焰发黄且冒黑烟,说明乙炔流量过大,应减小流量。

(5)吸入纯的蒸馏水。

3.3.4 单击主菜单

调节仪器灯室内的高压旋钮,将红色通道(元素灯能量)的红色能量棒调至100%。 注意:如果需要扣除背景(背景校正),则应先在“分析参数”页面上选取“背景扣除”,然后点燃氚灯(将灯室“工作方式”转至“石墨炉”档)调节氚灯电流6.0×20=120mA 旋钮使绿色通道(氚灯能量)的绿色能量棒调至100%(此时红色能量棒也应为100%)(在此操作时应压下半透半反镜)。

3.4测量操作

3.4.1 制作校准曲线

(1AA7000校准曲线”页面。按由低到高的浓度次序从键盘输入浓度值。用鼠标双击“注”纵行内标志,使×变为√,表示认可此项设置。凡输入标准溶液的每一项都应将×变为√,每项输入后均应按回车认可。单击鼠标右键退出“标

准曲线”页面返回主菜单。

(2B键,观察基线上呈现两条白线后,依次吸入空白溶液,标准溶液。每种溶液吸入时均应改变样品号,读数时压空格键,吸入至少三次(即连续读三次)。溶液吸入时在火焰中建立平衡需要一定时间,在压空格键

立即显示“AA7000分析报告”框。

(2)利用“编辑报告”功能删除个别错误数据,如果没有什么可编辑的内容,或测试数据满意的话,校准报告完成。

(3)进入“AA7000校准曲线”页面,进行校准曲线的选择、重绘进行曲线的拟合,直至所有校准点和所选曲线相符(至少0.99的相关系数)。单击右键退回主菜单。若多次拟合终不满意,则应考虑重新配置标准溶液并重绘标准曲线。

3.4.2样品测定

从主菜单进入“分析参数”页面,将工作模式内的“校准”换成“分析”,单击浓度直读后的小方框使之显示出斜十字(确认)。然后单击确认,再单击主菜单的3:采样分析再次进入采样分析页面,如同“校准分析”操作一样开始样品分析。分析结果将以设定的浓度单位报告出来。

3.5熄灭火焰

(1)暂时熄灭火焰,可以二次压下面板上的乙炔电磁伐开关(红色灯灭)。

(2)工作结束时熄灭火焰应先关闭乙炔主伐,待火焰自行熄灭后,放开乙炔电磁伐按钮(红色灯灭)即可。然后将空气压缩机放水,再关闭空气压缩机。

3.6关机

将所有旋钮、开关(特别是灯电流和高压旋钮)旋至零位后方可关机。计算机应退回DOS 后关机。

土壤含水量的测定(烘干法)

土壤含水量的测定(烘干法) 进行土壤水分含量的测定有两个目的: 一是为了解田间土壤的实际含水状况,以便及时进行灌溉、保墒或排水,以保证作物的正常生长;或联系作物长相、长势及耕栽培措施,总结丰产的水肥条件;或联系苗情症状,为诊断提供依据。 二是风干土样水分的测定,为各项分析结果计算的基础。前一种田间土壤的实际含水量测定,目前测定的方法很多,所用仪器也不同,在土壤物理分析中有详细介绍,这里指的是风干土样水分的测定。 风干土中水分含量受大气中相对湿度的影响。它不是土壤的一种固定成分,在计算土壤各种成分时不包括水分。因此,一般不用风干土作为计算的基础,而用烘干土作为计算的基础。分析时一般都用风干土,计算时就必须根据水分含量换算成烘干土。 测定时把土样放在105~110℃的烘箱中烘至恒重,则失去的质量为水分质量,即可计算土壤水分百分数。在此温度下土壤吸着水被蒸发,而结构水不致破坏,土壤有机质也不致分解。下面引用国家标准《土壤水分测定法》。 2.3.1适用范围 本标准用于测定除石膏性土壤和有机土(含有机质20%以上的土壤)以外的各类土壤的水分含量。 2.3.2方法原理 土壤样品在105±2℃烘至恒重时的失重,即为土壤样品所含水分的质量。 2.3.3仪器设备 ①土钻;②土壤筛: xx1mm;③铝盒:

小型直径约40mm,高约20mm;大型直径约55mm,高约28mm;④分析天平: 感量为 0.001g和 0.01g;⑤小型电热恒温烘箱;⑥干燥器: xx变色硅胶或无水氯化钙。 2.3.4试样的选取和制备 2.3. 4.1风干土样选取有代表性的风干土壤样品,压碎,通过1mm筛,混合均匀后备用。 2.3. 4.2新鲜土样在田间用土钻取有代表性的新鲜土样,刮去土钻中的上部浮土,将土钻中部所需深度处的土壤约20g,捏碎后迅速装入已知准确质量的大型铝盒内,盖紧,装入木箱或其他容器,带回室内,将铝盒外表擦拭干净,立即称重,尽早测定水分。 2.3.5测定步骤 2.3. 5.1风干土样水分的测定将铝盒在105℃恒温箱中烘烤约2h,移入干燥器内冷却至室温,称重,准确到至 0.001g。用角勺将风干土样拌匀,舀取约5g,均匀地平铺在铝盒中,盖好,称重,准确至 0.001g。将铝盒盖揭开,放在盒底下,置于已预热至105±2℃的烘箱中烘烤6h。取出,盖好,移入干燥器内冷却至室温(约需20min),立即称重。风干土样水分的测定应做两份平行测定。

土壤水份和植物组织含水量的测定

土壤水份和植物组织含水量的测定 实验的目的与要求: 通过对植物和土壤水分的测定来学习和使用烘干法水分测定仪,掌握实验和实习的技巧,了解一定的实习的规则! 通过对实习数据的比较,以及结合自身的知识来分析土壤和植物组织含水量的关系,了解水分对植物生长的影响,了解土壤中水分对植物生长的影响。 结合生态学的知识来分析土壤和植物含水量受整个生态系统的影响。 实验的主要内容: 记录实验地的周围环境的各种生态环境因素,如温度,风向,湿度。 测量土壤和植物组织含水量值,在不同的环境下测量对比,同一环境下不同物种的值。 记录实验测量的数据值,分析得出结论。 实习的主要工具: 1.烘干法水分测定仪(LSH-100A型): 最大秤量:100g 实际标尺分度值:1mg 准确度级别:2级 水分测量允许误差:±0.2%(样品≥2克) 水分含量测定可读性:0.01% 测量水分范围:0~100% 加热源:卤素灯(环型400W) 温控精度:±1℃ 加热温度设定:室温~160℃(以1℃调整) 时间设定:0~180min(以1min调整) 测量方法:手动、自动 操作温度范围:10~30℃ 电源及功耗:AC220V±22V 50Hz 420W 秤盘尺寸:¢100mm 外壳尺寸:360mm×250mm×270mm 净重:7kg 实验用剪刀、小袋子 实验原理: 首先对同一环境下的不同生长情况的高山榕进行水分的测定,记录数据并比较,然后对不同环境下的不同株池杉进行水分的测定,在数据中得出结论。用烘干法测定仪进行含水量的测定,使用小塑料袋来装实验品以防止植物叶子和土壤水分的蒸发。 实验的步骤: 首先进行样本的采样,在学校的马路边分别进行不同生长情况高山榕叶子的取样,然后再树下进行土壤的取样。在昭阳湖旁不同地方生长情况相同的池杉的叶子和土壤的进行取样。将取来的样品装入袋中,并做好标签。 预热烘干法测定仪后,将取来的样品放入烘干仪中保持5-8分钟,待屏幕中的数值稳定后进行数据的记录。 对数据进行整理分析和讨论,得出结论。 实验的结果:

土壤水特征曲线

研究生课程论文封面 课程名称土壤水动力学 教师姓名 研究生姓名 研究生学号 研究生专业 所在院系 类别: 日期: 2012 年1月7 日

评语 对课程论文的评语: 平时成绩:课程论文成绩: 总成绩:评阅人签名: 注:1、无评阅人签名成绩无效; 2、必须用钢笔或圆珠笔批阅,用铅笔阅卷无效; 3、如有平时成绩,必须在上面评分表中标出,并计算入总成绩。

水分特征曲线测定实验报告 1 实验的目的要求 理解水分特征曲线的含义,掌握水分特征曲线的测定方法,以及比较不同土壤水分特征曲线的特点。 2 实验的原理 土壤水的基质势(或土壤吸力)与土壤含水量之间的关系曲线称为土壤水分特征曲线或土壤持水曲线(soil water retention function )。土壤水分特征曲线表示土壤水的能量和数量之间的关系,是研究土壤水分的保持和运动所用到的反映土壤水分基本特性的曲线。各种土壤的水分特征曲线均需由实验测定。 水分特征曲线仪主要由陶土头、集气管、压力传导管、水银测压计(由玻璃管和水银槽组成)、观测板以及样品容器组成,其结构如图1所示。 图1 水分特征曲线仪结构图 1.样品容器; 2.陶土头; 3.集气管; 4.压力传导管; 5.水银测压计; 6.观测板; 7.水银槽 陶土头是仪器的传感部件,由具有均匀微细孔隙的陶土材料制成,当仪器内充满水使陶土头被水饱和时,陶土头管壁就形成张力相当大的一层水膜,陶土头与土壤充分接触后,土壤水与其内部的水体通过陶土头建立了水力联系,在一定的压差范围内,水分和溶质可以通过陶土头管壁,而气体则不能通过,即所谓透水不透气。因此,如果陶土头内外之间存在压力差,水分就会发生运动,直至内外压力达到平衡为止。这时,通过水银压力表测定的负压值就是陶土头所在位置土壤水的基质势。 陶土头所在位置的压力水头(基质势或负压)的计算公式为: w m w m m h h h h h h --=-+-=6.12)(6.13 式中h 为压力水头,h m 为压力表中水银柱高度(以水银槽水银液面为基准面),h m 是水银槽液面到陶土头中心位置的垂直距离。

土壤含水量测定方法小结

土壤含水量测定方法小结 1,烘干称重; 这个不多说了。准确度最高,但测定得到的是质量含 水量,与其他方法所得数据进行比较是注意换算。 2,中子仪; 技术比较成熟,准确性极高,是烘干法以外的第二标 准方法。 但是中子仪测定需要安装套管,理论上可达任何深度,设备昂贵,投入很大。中子射线对操作者身体有损害,严格来说需要相关证件才可以操作。无法测定表层土 壤。 3,电阻法; 一般使用石膏块作为介质埋设地下,石膏块中埋设两根导线,导线之间的石膏成分组成电阻,石膏块电阻与土壤含水量相关。石膏块制作简单,哪怕进口的成品成本也是非常低廉,可以作很多重复,可以不破坏土壤在田间连续自动监测。存在问题,石膏块滞后时间较长,所以不可能用来做移动式测定和自动灌溉系统。石膏块只适合用于非盐碱土壤中,同时石膏块不适合使用直流电(文献查得,表示怀疑,因为所有的石膏块读书表都是用干电池作为电源),测定受土壤类型影响很大,标定结果会随时间改变,达到一定年 限后,石膏会逐渐溶解到土壤中。 4,TDR(Time Domain Reflectometry) TDR有两种时域反射仪和时域延迟,两者均简称TDR。TDR技术是当前土壤水分测定装置的主流原理,可以连续、快速、准确测量。可以测量土壤表层含

水量。一般的TDR原理的设备响应时间约10-20秒,适合移动测量和定点监测。测定结果受盐度影响很小,TDR缺点是电路比较复杂,设备较昂贵。 5,FDR(Frequency Domain Reflectometry)几乎具有TDR的所有优点,探头形状非常灵活。比较夸张的甚至可以放在做成犁状放在拖拉机后面运动中 测量。FDR相对TDR需要更少的校正工作。 TDR和FDR同样有一个缺点,当探头附近的土壤有空洞或者水分含量非常不均匀时,会影响测定结果。 非常奇怪的是,基于FDR原理的往往是低端的仪器设备,根据笔者实际使用经验,FDR技术可能在精度上存在瓶颈,经常在5%的误差左右,写文章时候数据基本上不好用。

土壤湿度的测定方法

土壤湿度的测定方法 国内外有很多土壤水分测定方法。具体方法列举如下:称重法,时域反射法(TDR),石膏法,红外遥感法,频域反射法/频域法(FDR/FD法),滴定法,电容法,电阻法,微波法,中子法, Karl Fischer法,γ射线法和核磁共振法等。 ①烘干法 烘干法是测定土壤水分最普遍的方法,也是标准方法。具体为:从野外获取一定量的土壤,然后放到105℃的烘箱中,等待烘干。其中烘干的标准为前后两次称重恒定不变。烘干后失去的水分即为土壤的水分含量。计算公式为土壤含水量=W/M*100%,M为烘干前的土壤重量,W为土壤水分的重量,即M与烘干后土壤重量M’的差值。称重法缺点是费时费力(需8小时以上),还需要干燥箱及电源,不适合野外作业。如果采用酒精燃烧法,由于需要翻炒多次,极为不便,不适合用于细粒土壤和含有有机物的土壤,且容易掉落土粒或燃烧不均匀而带来较大误差,而且需要取土测量,对土壤有破坏性。 ②TDR(Time Domain Reflectometry)法 TDR法是上世纪80年代发展起来的一种土壤水分测定方法,中文为时域反射仪。这种方法在国外应用相当普遍,国内才刚开始引进,当各部门都相当重视。TDR是一个类似于雷达系统的系统,有较强的独立性,其结果与土壤类型、密度、温度基本无关。而且还有很重要的一点就是,TDR能在结冰下测定土壤水分,这是其他

方法无法比拟的。另外,TDR能同时监测土壤水盐含量,且前后两次测量的结果几乎没有差别。这种测定方法的精确度可见一斑。 ③欧速土壤水分传感器直接测量法 因为TDR法设备昂贵,我公司开始用比TDR更为简单的方法来测量土壤的介电常数,而且测量时间更短,在经过特定的土壤校准之后,测量精度高,而且探头的形状不受限制,可以多深度同时测量,数据采集实现较容易。

不同干密度砾石土的土-水特征曲线规律及拟合分析

不同干密度砾石土的土-水特征曲线规律及拟合分析 发表时间:2015-01-08T17:02:44.807Z 来源:《价值工程》2014年第8月下旬供稿作者:黄靖 [导读] 非饱和土是目前土力学领域的研究方向,而土-水特征曲线SWCC(Soil-Water Characteristic Curve)是近年国内外研究的热点。 黄靖淤HUANG Jing曰罗启迅于LUO Qi-xun (淤昆明理工大学津桥学院,昆明650106;于四川大学水利水电学院,成都610065) (淤Oxbridge College,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650106,China; 于College of Water Resource and Hydropower,Sichuan University,Chengdu 610065,China) 摘要:利用SWC-150 Fredlund 土-水特征曲线压力仪,对不同干密度的砾石土进行土-水特征试验,探讨不同干密度下土-水特征曲线(SWCC)的变化规律;采用四种不同的拟合方程对试验所得的土-水特征曲线通过最小二乘法进行拟合,获得了拟合参数及残差平方和。通过残差平方和剂曲线形状对比,Fredlund & Xing 四参数方程的拟合效果最好。 Abstract: SWC-150 Fredlund Soil-Water Characteristic Cell is used to test the soil-water characteristic curve (SWCC) of gravelly clayeysoils with different densities to discuss the change rule of SWCC. Using least-square method, SWCC is fitted by four fitting tri-parametermodel, the parameters and residual sum of squares of the model are discussed. Through the residual sum of squares and curve shapes, thefitting effect of Fredlund & Xing four parameter equation is best. 关键词:土-水特征曲线;干密度;试验;拟合 Key words: soil-water characteristic curve;dry density;test;fitting 中图分类号:TU44 文献标识码院A 文章编号院1006-4311(2014)24-0067-03 0 引言 非饱和土是目前土力学领域的研究方向,而土-水特征曲线SWCC(Soil-Water Characteristic Curve)是近年国内外研究的热点。土-水特征曲线是描述非饱和土中吸力与饱和度或含水率之间关系的曲线。实验研究表明,非饱和土的性状与其土-水特征曲线存在密切的联系,根据土-水特征曲线可以推导出非饱和土的抗剪强度[1],体应变[2]、渗透系数[2]。因此,土-水特征曲线是描述土的非饱和(持水)特性的一个关键曲线。 总的来说,目前对非饱和土的土-水特征曲线的研究多集中在粉土、粘性土及黄土,而对含粗粒粘性土的研究、尤其是对砾石土的研究很少。 国内工程实践表明,高土石坝采用砾石土作为心墙防渗料已成为发展趋势,砾石土作为高土石坝防渗体的主体,其土水特征曲线的深入研究是非常必要的。为了研究不同干密度下砾石土的土-水特征曲线的影响,本文对6种不同干密度土样进行土-水特征试验,探究不同干密度下土-水特征曲线(SWCC)的变化规律,并采用Gardner 方程,Van Genuchten 方程,Fredlund&Xing 三参数方程,Fredlund & Xing 四参数方程利用matlab 软件,通过最小二乘法对土-水特征曲线试验点进行拟合,获得了土水特征曲线的模型参数,选出拟合的最优模型。 1 试验方法 1.1 试验土样 本次试验选取了内径D 为38 mm,高度H 为31.5 mm的环刀进行土样的制备。试样的直径D 和高度H 与粗粒土最大粒径dmax 有密切关系,通常采用D/dmax= 5 的关系对超出粒径范围的颗粒采用等量替代法进行处理。根据上述关系及试验原土料,本次试验中dmax 取5 mm,按比例等质量替换粒径大于5 mm 的土[3]。选取国内某高土石坝砾石土心墙料的粘土性质和掺砾比进行试验。土样中粘土比重 Gs=2.71,液限wL=33.4豫,塑限wP=19.6豫,塑性指数IP=13.8,定名为低液限粘土(CL)。采用的掺砾比为50%,超径砾石采用一级等量替代。试验采用的砾石土的颗粒组成见表1,级配曲线见图1,按《土工试验规程》(SL237-1999)定名为粘土质砾。 1.2 试验仪器 试验采用的是加拿大GCTS 公司生产的SWC-150Fredlund 土-水特征曲线压力仪。其原理是对装有含水土样的压力容器施加一定的气压力,迫使土样水分渗出达到平衡;利用轴平移技术使土样的基质吸力等于施加的气压力,然后测量此时的土样含水率,从而获得土样的土-水特征曲线。该仪器所用的高进气值陶土板通过用于密封的环氧树脂粘合在特制套环中,试验时陶土板嵌入底座的凹槽,凹槽内壁由O 型圈密封。凹槽底部刻有一组蛇形槽,用于冲刷陶土板底部附着的气泡。试样的含水率可通过测定两个体变管中的排水量算出。 1.3 试验方案 为了对比分析不同干密度的土-水特征曲线的变化规律,在基质吸力施加范围0~450 kPa 内,采用6 个不同干密度籽d 的土样在竖向应力为0 kPa 条件下进行试验,籽d 分别为1.897 g·cm-3,2.046 g·cm-3,2.065 g·cm-3,2.187 g·cm-3,2.194 g·cm-3,2.216 g·cm-3。

实验一:土壤水分测定

《节水灌溉试验技术》实验报告 课程名称:《节水灌溉试验技术》 实验名称:土壤水分测定方法实验类型: 学生姓名:专业:年级: 同组学生姓名: 指导教师: 实验地点:农业水土工程实验室实验日期:年月日 一实验目的和要求 目的: (1)了解土壤水分含水量的一般测量方法及田间持水量的两种测量方法。 (2)重点了解现代土壤水分测定仪器的应用,包括中子仪、TDR土壤水分测定仪、TRIME-IPH土壤水分测定仪、DIVINER2000土壤水分测定仪、张力计土壤水势测定仪。要求:对部分重点仪器进行操作使用 二、仪器的名称及主要规格 1、土钻、电子天平(1/100)、烘箱、铝盒、环刀等 2、中子仪CS830 南京产 3、TDR土壤水分测定仪美国 4、TRIME-TPH土壤水分测定仪德国产 5、张力计WM-1型 6、DIVINER2000土壤水分测定仪英国产 三、实验步骤 1、介绍测量土壤水分的一般方法和现代土壤含水率测定仪器 2、张力计(WM-1)测定土壤水势步骤 (1)安装 1)张力计探头的埋没方式:直插式、斜插式和暗埋式 2)安装张力计探头时,先在孔中注入泥浆、以保证陶土头与周围土体之间的紧密接触。 3)各连接处要保证接牢,以防漏气。 4)采用暗埋式时,调试完了之后要填土,填土要仔细,切勿将连接处拉断。 (2)调试测量 1)往水银槽内注入水银,约占水银槽容积的2/3,并调节观测板水平。 2)无水气制作:将当地的水煮沸约3分钟之后注入容器中(如医用盐水瓶)加盖密封 3)注水除气处理:注水除气是张力计调试的关键。负压计在使用前腰检查,连通管各部分应密封良好,充满无气水后管中气泡应排出干净。 (3)注意:张力计的缺点是测定范围较窄(0-0.8bar) 3、TDR法测量土壤含水量的步骤 (1)原理:TDR是根据探测器发出的电磁波在土壤中传播的速度依赖于土壤的介质特性和土壤含水量而设定的。它通过测定电磁脉冲的传播速度,求出介电常数Ka,再根据内部Ka与体积含水率?v之间的标定曲线求出体积含水率?v。 (2)仪器组成 主机:电源、电磁波发生器、内存板、显示器和操作控制板等组成。此外读数LCD显示(256×128),可灵活调整参数,自带RS232口和多工口。

实验三 土壤水分含量的测定

实验三 土壤水分含量的测定 一、目的要求 土壤水分是土壤的重要组成部分,也是重要的土壤肥力因素。进行土壤水分的测定 有两个目的:一是了解田间土壤的水分状况,为土壤耕作、播种、合理排灌等提供依据; 二是在室内分析工作中,测定风干土的水分,把风干土重换算成烘干土重,可作为各项 分析结果的计算基础。 本实验要求掌握烘干法和酒精燃烧法测定土壤水分的原理和方法, 能较准确地测定 出土壤的水分含量。 二、仪器与试剂 天平(感量0.01g和0.001g)、烘箱、干燥器、称样皿、铝盒、量筒(10ml)、无 水酒精、滴管、玻棒等。 三、测定方法 测定土壤中水分含量的方法很多,常用的有烘干法和酒精燃烧法。烘干法是目前测 土壤水分的标准方法,其测定结果比较准确,适合于大批量样品的测定,但这种方法需 要时较长。酒精燃烧法测定土壤水分快但精确度较低,只适合田间速测。 (一)烘干法 1. 方法原理 在105±2℃的温度下从土壤中全部蒸发,而结构水不会破坏,土壤 有机质也不被分解。因此,将土壤样品至于105±2℃下烘至恒重,根据其烘干前后质量 之差,就可以计算出土壤水分含量的百分数。 2. 操作步骤 (1)取有盖的铝盒(或称样皿),洗净,放入干燥器中冷却至室温,然后再分析天 平上称重(W1),并注意标好号,以防弄错。 (2)用角匙取过1mm筛孔的风干土样4~5g(精确至0.001g),铺在铝盒中(或 称样皿中)进行称重(W2) (3)将铝盒盖打开,放入恒温箱中,在105±2℃的温度下烘6h左右。 (4)盖上铝盒盖子,将铝盒放入干燥器中20~30min,使其冷却至室温,取出称 重。 (5)打开铝盒盖子,放入恒温箱中,在105±2℃的温度下再烘2h,冷却,称重至 恒重(W3)。 3. 结果计算 以烘干土为基数计算土壤水分的百分含量(W%) 土壤水分含量= (W2- W3)/W3*100% 水分系数(x)=烘干土重/风干土重

土壤水分特征曲线

土壤水动力学 学院:环境科学与工程学院专业:水土保持与沙漠化防治学号: 姓名:

土壤水分特征曲线的研究与运用 摘要:土壤水的基质势随土壤含水量而变化,其关系曲线称为土壤水分特征曲线。该曲线反映了土壤水分能量和数量之间的关系,是研究土壤水动力学性质必不可少的重要参数,在生产实践中具有重要意义。本文总结并比较分析了前人在土壤水分特征曲线测定方法中的各种模型,其中对Van Genuchten模型的研究较为广泛。但为之在DPS中求解Van Genuchten模型参数和在试验基础上建立的土壤水分特征曲线的单一参数模型结构较为简单,省时省力,可进一步的推广运用。 关键词:土壤水分特征曲线Van Genuchten模型运用 1.土壤水分特征曲线的研究 1.1土壤水分特征曲线的概念 土壤水分特征曲线是描述土壤含水量与吸力(基质势)之间的关系曲线。它反映了土壤水能量与土壤水含量的函数关系,因此它是表示土壤基本水力特性的重要指标,对研究土壤水滞留与运移有十分重要的作用[1]。 1.2土壤水分特征曲线的意义 土壤水分特征曲线反映的是土壤基质势(或基质吸力)和土壤含水量之间的关系。土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低而不是自身的含水量。如果测得土壤的含水量,可根据土壤水分特征曲线查得基质势值,从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度[2]。

1.3土壤水分特征曲线的测定方法 1.3.1直接法 通过实验方法直接测定土壤水分特征曲线的方法称为直接法。直接法中有众多的实验室和田间方法,如力计法、压力膜法、离心机法、砂芯漏斗法、平汽压法等,而前3种应用最为普遍。①力计法:是土壤通过土杯从力计中吸收水分造成一定的真空度或吸力,当土壤与外界达到平衡时,测出土壤基质势,再测出土杯周围的土壤含水量,不断变更土壤含水量并测相应的吸力,就可完成土壤水分特征曲线的测定。力计法可用于脱水和吸水2个过程,可测定扰动土和原状土的特征曲线,是用于田间监测土壤水分动态变化重要的手段,在实际工作中得到广泛应用。但力计仅能测定低吸力围0~0.08Mpa的特征曲线。②压力膜法:是加压使土壤水分流出,导致土壤基质势降低直到基质势与所加压力平衡为止,测定此时的土壤含水量.通过改变压力逐步获取不同压力下的含水量即可得到水分特征曲线。压力膜法可应用于扰动土和原状土,测定特征曲线的形状与土壤固有的特征曲线相符,可应用于土壤水分动态模拟,但测定周期长,存在着土壤容重变化的问题。③离心机法:测定某吸力下所对应的含水量,原理和实验过程同压力膜法相似,但其压力来源于离心机高速旋转产生的离心力。离心机法可应用于扰动土和原状土,测定周期短。特征曲线的相对形状与土壤固有的特征曲线相符,可用于土壤水分动态模拟。但是离心机仅可测定脱水过程,且在测定过程中土壤容重变化很大,若能对容重的影响进行校正,可望有较高的测定准确度。邵明安(1985)从土壤蒸发试验的预测与实测的含水量的偏离程度初步研究了以上3种方法测定土壤基质势的差别及准确性,结果表明考虑容重变化的离心机法有较高的准确度。④砂芯漏斗法:就是用一个砂芯漏斗和连接悬挂水柱的土板形成

土壤含水量测量实验报告

土壤水分的测定实验 一、实验目的 1、了解土壤的实际含水情况,以便适时灌排,保证植物生长对水分的需求。 2、风干土样水分的测定,是各项分析结果计算的基础。土壤水分含量的多少,直接影响土壤的固、液、气三相比例,以及土壤的适耕性和植物的生长发育。 二、实验原理 土壤水分大致分为化学结合水、吸湿水和自由水三类。自由水是可供植物自由利用的有效水和多余水,可以通过土壤在空气中自然风干的方法从土壤中释放出来;吸湿水是土壤颗粒表面被分子张力所吸附的单分子水层,只有在105-110℃下才能摆脱土壤颗粒表面分子力的吸附,以气态的形式释放出来,由于土粒对水汽分子的这种吸附力高达成千上万个大气压,所以这层水分子是定向排列,而且排列紧密,水分不能自由移动,也没有溶解能力,属于无效水;而化学结合水因为参与了粘土矿物晶格的组成,所以是以OH-的形式存在的,要在600--700℃时才能脱离土粒的作用而释放出来。 土壤含水量的测定方法很多,如烘干法、酒精燃烧法和中子测量法等,其中烘干法是目前国际上土壤水分测定的标准方法,虽然需要采集土样,并且干燥时间较长但是因为它比较准确,且便于大批测定,故为常用的方法。 将土壤样品放在105℃±2℃的烘箱中烘至恒重,求出土壤失水重量占烘干重量的百分数。在此温度下,包括吸湿水(土粒表面从空气中吸取活动力强的水汽分子而成的一种水分)在内的所有水分烘掉,而一般土壤有机质不致分解。 三、实验器材 铝盒、烘箱、干燥器、天平、小铲子、小刀。 四、实验步骤 1、在室内将铝盒编号并称重,重量记为W0 。 2、用已知重量的铝盒在天平上称取欲测土样15—20克,称量铝盒与新鲜土壤样

土壤离心机测量土壤水分特征曲线的方法及应用意义

土壤离心机测量土壤水分特征曲线的方法及应用意义 土壤水分特征曲线一般也叫做土壤特征曲线或土壤pF曲线,它表述了土壤水势(土壤水吸力)和土壤水分含量之间的关系。通常土壤含水量Q以体积百分数表示,土壤吸力S以大气压表示。由于在土壤吸水和释水过程中土壤空气的作用和固、液而接触角不同的影响,实测土壤水分特征曲线不是一个单值函数曲线。 用非线性函数表示土壤水分特征曲线与渗透系数变化的理论模型有Van Genuchten模型 (V-G模型)、Brooks-Corey模型等。这些理论模型的参数需要通过对土壤水分特征曲线的 观测加以确定。 土壤水分特征曲线是重要的土壤水力性质参数之一: 土壤水的基质势或土壤水吸力是随土壤含水率而变化的,其关系曲线称为土壤水分特征曲线。该曲线反映了土壤水分能量和数量之间的关系,属于土壤的基本物理性质,是研究土壤水动力学性质比不可少的重要参数,对研究土壤水运动及其溶质运移有重要作用,在生产实践中具有重要意义。 已有的土壤水分特征曲线测定方法主要包括负压计法、砂性漏斗法、压力仪法、离心机法等。土壤的渗透系数也随含水率变化,表现为曲线关系。 以土壤吸力表示土壤水分的状态,干燥的土壤对土壤水分的吸力强,湿润的土壤对水分的吸力弱,所以用土壤对水分吸力的大小,在一定范围内可以表示土壤水分状态和土壤水势。土壤吸力一般用大气压表示,干燥土壤的吸水极强,可达几千甚至上万个大气压,为了书写方便起见,一般用与大气压相当的水柱高度的厘米数(负值)对数来表示,称pF。 检测土壤水分特征pF曲线高速冷冻离心机HR21M

怎样用离心机法测土壤水分特征曲线? 用土壤离心机测土壤水分特征曲线方法:去取原状土或者扰动土,在不同转速和时间下测量含水量做水分特征曲线即可。根据离心机实测试验数据,分析不同质地土壤水分特征曲线变化趋势。相同离心力下,随着黏粒含量增加,最佳离心时间变长。 用离心机法测土壤水分特征曲线意义: 土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低,而不是自身的含水量。如果测得土壤的含水量,可根据土壤水分土特征曲线查得基质势值,从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度。 土壤水分特征曲线可反映不同土壤的持水和释水特性,也可从中了解给定土类的一些土壤水分常数和特征指标。曲线的斜率倒数称为比水容量,是用扩散理论求解水分运动时的重要参数。曲线的拐点可反映相应含水量下的土壤水分状态,如当吸力趋于0时,土壤接近饱和,水分状态以毛管重力水为主;吸力稍有增加,含水量急剧减少时,用负压水头表示的吸力值约相当于支持毛管水的上升高度;吸力增加而含水量减少微弱时,以土壤中的毛管悬着水为主,含水量接近于田间持水量;饱和含水量和田间持水量间的差值,可反映土壤给水度等。故土壤水分特征曲线是研究土壤水分运动、调节利用土壤水、进行土壤改良等方面的最重要和最基本的工具。 土壤水分特征曲线主要有以下几方面的应用: 1.进行基质势和含水量的相互换算。 根据土壤水分特征曲线可将土壤湿度换算成土壤基质势,依据基质势可判断土壤水分对作物的有效度。也可将基质势换算成含水量,根据土壤水分特征曲线可查得田间持水量、凋萎湿度和相应的有效水范围。土壤水分特征曲线斜率的倒数,即单位基质势变化所引起含水量的变化,称之为比水容重,是衡量土壤水分对植物的有效性和反映土壤持水性能的一个重要重要指标。 2.表示比水容重。 土壤水分特征曲线斜率的倒数,即单位基质势变化所引起含水量的变化,称之为比水容重,是衡量土壤水分对植物的有效性和反映土壤持水性能的一个重要重要指标。 3.可以间接反映土壤孔隙的分布。 若将土壤中的孔隙设想为各种孔径的圆形毛细管,那么S和毛细管直径d的关系可简单的表示为S=4σd。式中σ为水的表面张力系数,室温条件下一般为75×105N/cm。应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时,水分特征曲线是不可缺少的重要参数。 4.可以判断土壤质地状况和土壤水分在吸力段的分布状况。 曲线的拐点可反映相应含水量下的土壤水分状态,如当吸力趋于0 时,土壤接近饱和,水分状态以毛管重力水为主;吸力稍有增加,含水量急剧减少时,用负压水头表示的吸力值约相当于支持毛管水的上升高度;吸力增加而含水量减少微弱时,以土壤中的毛管悬着水为主,含水量接近于田间持水量;饱和含水量和田间持水量间的差值,可反映土壤给水度等。故土壤水分特征曲线是研究土壤水分运动、调节利用土壤水、进行土壤改良等方面的最重要和最基本的工具。

土壤含水量测量方法

土壤含水量测量方法 ( 1 )称重法(Gravimetric) 也称烘干法,这是唯一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,损失能量最大,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

土壤含水量的测定实验报告书

1. 实验二 土壤含水量的测定 (烘干法与酒精燃烧法) 一、目的意义 进行土壤含水量的测定有两个目的:一是为了解田间土壤的实际含水情况,以便及时进行播种、灌排、保墒措施,以保证作物的正常生长;或联系作物长相长势及耕作栽培措施,总结丰产的水肥条件。二是风干土样水分的测定,是各项分析结果计算的基础。 土壤含水量的测定方法很多,如烘干法、酒精燃烧法和中子测量法等,其中烘干法是目前国际上土壤水分测定的标准方法,虽然需要采集土样,并且干燥时间较长但是因为它比较准确,且便于大批测定,故为常用的方法。 二、土壤自然含水量的测定 土壤自然含水量是指田间土壤中实际的含水量,它随时在变化之中,不是一个常数。土壤自然含水量测定的方法,介绍烘干法和酒精燃烧法。 (一)烘干法 1.方法原理 将土壤样品放在105℃±2℃的烘箱中烘至恒重,求出土壤失水重量占烘干重量的百分数。在此温度下,包括吸湿水(土粒表面从空气中吸取活动力强的水汽分子而成的一种水分)在内的所有水分烘掉,而一般土壤有机质不致分解。 2.操作步骤 (1)将铝盒擦净,烘干冷却,在1/100天平上称重,并记下铝盒号码(A )。 (2)在田间取有代表性的土样(0~20cm )20g 左右,迅速装入铝盒中,盖好盒盖,带回室内(注意铝盒不可倒置,以免样品撒落),在天平上称重(B ),每个样品至少重复测3份。 (3)将打开盖子的铝盒(盖子放在铝盒旁侧或盖子平放在盒下),放人105℃±2℃的恒温箱中烘6~8小时。 (4)待烘箱温度下降至50℃左右时,盖好盖子,置铝盒于干燥器中30分钟左右,冷却至室温,称重(C ),如无干燥器,亦可将盖好的铝盒放在磁盘或木盘中,待至不烫手时称重。 (5)然后,启开盒盖,再烘4小时,冷却后称重,一直到前后两次称重相差不超过1%时为止(C )。 3.结果计算 土壤含水量(%)= 100A C C B ?-- 式中:A — 铝盒重(g ) B — 铝盒加湿土重(g ) C — 铝盒加烘干土重(g ) 4.注意事项 (1)烘箱温度以105℃±2℃为宜,温度过高,土壤有机质易碳化逸失。在烘箱中,一

土壤水分特征曲线精选文档

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土壤水动力学 学院:环境科学与工程学院专业:水土保持与沙漠化防治学号: 姓名:

土壤水分特征曲线的研究与运用 摘要:土壤水的基质势随土壤含水量而变化,其关系曲线称为土壤水分特征曲线。该曲线反映了土壤水分能量和数量之间的关系,是研究土壤水动力学性质必不可少的重要参数,在生产实践中具有重要意义。本文总结并比较分析了前人在土壤水分特征曲线测定方法中的各种模型,其中对Van Genuchten模型的研究较为广泛。但为之在DPS中求解Van Genuchten模型参数和在试验基础上建立的土壤水分特征曲线的单一参数模型结构较为简单,省时省力,可进一步的推广运用。 关键词:土壤水分特征曲线 Van Genuchten模型运用 1.土壤水分特征曲线的研究 土壤水分特征曲线的概念 土壤水分特征曲线是描述土壤含水量与吸力(基质势)之间的关系曲线。它反映了土壤水能量与土壤水含量的函数关系,因此它是表示土壤基本水力特性的重要指标,对研究土壤水滞留与运移有十分重要的作用[1]。 土壤水分特征曲线的意义 土壤水分特征曲线反映的是土壤基质势(或基质吸力)和土壤含水量之间的关系。土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低而不是自身的含水量。如果测得土壤的含水量,可根据土壤水分特征曲线查得基质势值,从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度[2]。 土壤水分特征曲线的测定方法 1.3.1直接法

通过实验方法直接测定土壤水分特征曲线的方法称为直接法。直接法中有众多的实验室和田间方法,如张力计法、压力膜法、离心机法、砂芯漏斗法、平衡水汽压法等,而前3种应用最为普遍。①张力计法:是土壤通过陶土杯从张力计中吸收水分造成一定的真空度或吸力,当土壤与外界达到平衡时,测出土壤基质势,再测出陶土杯周围的土壤含水量,不断变更土壤含水量并测相应的吸力,就可完成土壤水分特征曲线的测定。张力计法可用于脱水和吸水2个过程,可测定扰动土和原状土的特征曲线,是用于田间监测土壤水分动态变化重要的手段,在实际工作中得到广泛应用。但张力计仅能测定低吸力范围0~0.08Mpa的特征曲线。②压力膜法:是加压使土壤水分流出,导致土壤基质势降低直到基质势与所加压力平衡为止,测定此时的土壤含水量.通过改变压力逐步获取不同压力下的含水量即可得到水分特征曲线。压力膜法可应用于扰动土和原状土,测定特征曲线的形状与土壤固有的特征曲线相符,可应用于土壤水分动态模拟,但测定周期长,存在着土壤容重变化的问题。③离心机法:测定某吸力下所对应的含水量,原理和实验过程同压力膜法相似,但其压力来源于离心机高速旋转产生的离心力。离心机法可应用于扰动土和原状土,测定周期短。特征曲线的相对形状与土壤固有的特征曲线相符,可用于土壤水分动态模拟。但是离心机仅可测定脱水过程,且在测定过程中土壤容重变化很大,若能对容重的影响进行校正,可望有较高的测定准确度。邵明安(1985)从土壤蒸发试验的预测与实测的含水量的偏离程度初步研究了以上3种方法测定土壤基质势的差别及准确性,结果表明考虑容重变化的离心机法有较高的准确度。④砂芯漏斗法:就是用一个砂芯漏斗和连接悬挂水柱的陶土板形成对土样的吸力。它适用于扰动土和原状土,可测定吸水和脱水2个过程,但是只适合在室内使用。⑤平衡水汽压法:是根据在一个平衡体系中各相的自由能相等的原理。让土壤水自然蒸发,使其与容器中的水汽达到平衡。只要测出密封容器中的相对湿度和温度,就可计算出19分子土壤水的势值。它要精确测定密封容器中的相对湿度,对恒温、密封条件要求比较高,但是其测定的土水势范围较宽[3]。

土壤水分特征曲线测定

土壤水分特征曲线测定实验 一、实验原理 土壤水分特征曲线(又称持水曲线,见图1)是土壤含水量与土壤水吸力的关系曲线,该曲线能够间接反映土壤孔隙大小的分布,分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性等,在水文学、土壤学等学科的研究与实践中都具有重要作用。目前,负压计法是测量土壤水吸力最简单、最直观的方法,而时域反射仪(TDR)是测量土壤体积含水率的最常用、最便捷的方法之一。 图1 土壤水分特征曲线 (一)负压计 负压计由陶土头、腔体、集气管和真空(负压)表等部件组成(见图2)。陶土头是仪器的感应部件,具有许多微小而均匀的孔隙,被水浸润后会在孔隙中形成一层水膜。当陶土头中的孔隙全部充水后,孔隙中水就具有张力,这种张力能保证水在一定压力下通过陶土头,但阻止空气通过。将充满水且密封的负压计插入不饱和土样时,水膜就与土壤水连接起来,产生水力上的联系。土壤系统的水势不相等时,水便由水势高处通过陶土头向水势低处流动,直至两个的系统的水势平衡为止。总土水势包括基质势、压力势、溶质势和重力势。由于陶土头为多孔透水材料,溶质也能通过,因此内外溶质势相等,陶土头内外重力势也相等。非饱和土壤水的压力势为零,仪器中无基质,基质势为零。因此,土壤水的基质势便可由仪器所示的压力(差)来量度。非饱和土壤水的基质势抵于仪器里的压力势,土壤就透过陶土头向仪器吸水,直到平衡为止。因为仪器是密封的,仪器中就产生真空,这样仪器内负压表的读数这就是土壤的吸力。土壤水吸力与土壤水基质势在数值上是相等的,只是符号相反,在非饱和土壤中,基质势为负值,吸力为正值。

图2 负压计结构图 (二)TDR 土壤水分对土壤介电特性的影响很大。自然水的介电常数为80.36,空气介电常数为1,干燥土壤为3~7之间。这种巨大差异表明,可以通过测量土壤介电性质来推测土壤含水量。时域反射仪以一对平行棒(也叫探针)作为导体,土壤作为电介质,输出的高频电磁波信号从探针的始端传播到终端,由于终端处于开路状态,脉冲信号被反射回来。通过电磁波沿探针来回传播的时间可以计算土壤表观介电常数,介电常数与土壤含水量之间的函数关系而得到土壤含水量。 对相同的土壤在不同的土壤湿度条件下测量一系列(土壤含水量θ,土壤水吸力S)的值,便可绘制土壤水分特征曲线,然后用S(θ)经验公式拟合观测数据。 二、实验材料和仪器 1.土样(室外取土) 2.蒸馏水(实验室通过冷凝装置制备) 3.装土容器(底部有孔) 4.负压计 5.便携式TDR(TDR300,见图3) 图 3 TDR300土壤水分仪

土壤水分测定法

土壤水分测定法 依据标准:NY/T52-1987 1适用范围 本标准用于测定除石膏性土壤和有机土(含有机质20%以上的土壤)以外的各类土壤的水分含量。 2测定原理 土壤样品在105±2℃烘至恒重时的失重,即为土壤样品所含水分的质量。 3仪器、设备 3.1土钻; 3.2土壤筛:孔径1mm; 3.3铝盒:小型的直径约40mm,高约20mm; 大型的直径约55mm,高约28mm; 3.4分析天平:感量为0.001g和0.01g; 3.5小型电热恒温烘箱; 3.6干燥器:内盛变色硅胶或无水氯化钙。 4试样的选取和制备 4.1风干土样:选取有代表性的风干土壤样品,压碎,通过1mm筛,混合均匀后备用。 4.2新鲜土样:在田间用土钻取有代表性的新鲜土样,刮去土钻中的上部浮土,将土钻中部所需深度处的土壤约20g捏碎后迅速装入已知准确质量的大型铝盒内,盖紧,装入木箱或其他容器,带回室内,将铝盒外表擦拭干净,立即称重,尽早测定水分。

5测定步骤 5.1风干土样水分的测定 取小型铝盒在105℃恒温箱中烘烤约2h ,移入干燥器内冷却至室温,称重,准确至0.001g 。用角勺将风干土样拌匀,舀取约5g ,均匀的平铺在铝盒中,盖好,称重,准确至0.001g 。将铝盒盖揭开,放在盒底下,置于已预热至105±2℃的烘箱中烘烤6h 。取出,盖好,移入干燥器内冷却至室温(约20min ),立即称重。风干土样水分的测定应做两份平行测定。 5.2新鲜土样水分的测定 将盛有新鲜土样的大型铝盒在分析天平上称重,准确至0.01g 。揭开盒盖,放在盒底下,置于已预热至105±2℃的烘箱中烘烤12h 。取出,盖好,移入干燥器内冷却至室温(约30min ),立即称重。新鲜土样水分的测定应做三份平行测定。 6测定结果的计算 6.1计算公式 水分(分析基),%=100m m m m 0 121?--……………………(1) 水分(干基),%=100m m m m 0 221?--……………………(2) 式中:m0——烘干空铝盒质量,g ; M1——烘干前铝盒及土样质量,g ; M2——烘干后铝盒及土样质量,g 。 6.2平行测定的结果用算术平均值表示,保留小数后1位。 6.3平行测定结果的相差,水分小于5%的风干土样不得超过0.2%,水分为5~25%的潮湿土样不得超过0.3%,水分大于15%的大粒(粒径约10mm )粘重潮湿土样

土壤水分特征曲线(研究)综述

土壤水分特征曲线(研究)综述 卢常磊(学号:1001064113) (系别:农学系专业:种子科学与工程班级:一班) 前言:土壤水的基质势(或土壤水吸力)随土壤含水量而变化,其关系曲线称为土壤水分特征曲线。该曲线反映了土壤水分能量和数量之间的关系,是研究土壤水动力学性质比不可少的重要参数,在生产实践中具有重要意义。几十年来,人们投入了大量的精力来发展确定该曲线的方法,这些方法归纳起来可分为两大类:一类是直接测定法,另一类是间接推算法(或参数估计法)。这些方法各有优缺点,而在生产实践中有的方法几乎没有实际应用价值。基于这一点,本文针对这些方法以及近年来发展的新方法进行了比较和综述。 关键词:土壤水分特征曲线 van Genuchten模型 1.土壤水分特征曲线 1.1概念土壤水的基质势(或 土壤水吸力)随土壤含水量的变化而 变化,其关系曲线称为土壤水分特征 曲线,英文名称为soil water characteristic curve。在实际中人 们也使用土壤持水曲线或土壤pF曲 线。一般,该曲线以土壤含水量Q(以 体积百分数表示)为横坐标,以土壤 水吸力 S(以大气压表示)为纵坐标。 如右图是一不同质地土壤水分特征曲线图。 1.2意义土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低,而不是自身的含水量。如果测得土壤的含水量,可根据土壤水分土特征曲线查得基质势值,从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度。 1.3应用土壤水分特征曲线主要有以下几方面的应用[1]:①进行基质势和含水量的相互换算。根据土壤水分特征曲线可将土壤湿度换算成土壤基质势,依据基质势可判断土壤水分对作物的有效度。也可将基质势换算成含水量,根据土壤水分特征曲线可查得田间持水量、凋萎湿度和相应的有效水范围。②表示比

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