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几种土壤水分测定方法的比较

发布:2014-04-25 09:51 点击:

在农业生产中,对土壤水分的测定显得尤为重要。其中测定土壤水分的方法有很多种,大体可以分为2类,一种是直接测定,另一种是间接测定。随着科学的快速方法,各种精准测量仪器的出现带给了土壤水分测定方法的转变,下面我们就介绍土壤水分测定的常见7种方法的优缺点。

  1 经验法(ExperientialMethod)

  经验法也称为观感法。它是通过对土钻或取样器采集到的样本的观察和触摸,根据经验确定样本水分含量的一种方法。本法可将误差控制在士10一15%以内,对许多情况而言,此精度足以满足需要。

  优点:简单、快速。

  缺点:精度较低,且需要一定的技巧。

  2 取土样法(Gravimetriesamplingmethod)

  取样法是唯一一种直接测定土壤含水量的方法。由于其精度较高,常用于对其它方法进行标定。本方法通。过对土样加热,使其水分蒸发,根据散失的水分即可计算出样本的含水量,乘上土壤容重,即为样本的体积含量。加热的方法一般有恒温烘箱法、酒精燃烧法和红外线灯照射等方法。

  优点:精度高,工具简单,取样容易,计算简便。

  缺点:测定时间较长,自动化程度低,劳动强度大,不能对同一地点进行长期的取样测定。

  3 张力测定技术(Tensiometrieteehnique)

  先用负压计测定土壤水分的能量,然后通过土壤水分特征曲线间接求出土壤含水量。负压计由陶土头、连通管和压力计三部分组成;压力计可采用机械式真空表、压力传感器、水银或水的U型管压力计等方法。陶土头安装在被测土壤中之后,负压计中的水分通过陶土头与周围土壤水分达到平衡,这样就可通过压力计将土壤水分的势能显示出来。负压计的实际测定范围一般为。一0.

  优点:负压计系统易于设计、制造、安装和维修,价格便宜;能及时测定饱和或非饱和情况下的势能;对土壤扰动较小;能定点长期监测土壤水分状况。

  缺点:负压计直接测定的是土壤水吸力,只能通过土壤水分特征曲线间接求取土壤含水量,因此必须精确测定土壤水分特征曲线;负压计测定范围实际只能达到sbar左右;安装时必须小心,以防陶土头断裂并保证与周围土壤接触良好。

  利用测定土壤水分张力而设计的另一种测定仪器称为多孔块(Porous Blocks)。多孔块一般由石膏、陶土、尼龙或玻璃纤维等材料制成。其测定方法及原理与负压计基本相同,只是其测定变量稍微不同而已。最常用的多孔块是电阻块(Electrical  ResistanceBlocks),如常用的石膏块(Gypsum Blocks)就是其中的一种,通过测定电阻块的电阻,利用其与土壤水分张力的关系求出土壤水分张力。散热块(Thermal Dissipation Blocks)是另一种形式的多孔块,其测定参数为多孔块中的热传导率,利用其与块中水分含量的关系而计算出土壤张力。多孔块与负压计一样,都是先求出土壤水分张力,然后间接计算出土壤含水量。其优缺点与负压计基本相同,只是它更适用于测定较干燥的土壤,因此负压计更适用于与多孔块一同使用,这样可测得更大范围的土壤含水量。

  4 测湿技术(Hygrometric Technique)

  根据多孔介质中水分含量和与其毗邻的大气中相对湿度的关系(Kelvin方程),设计出了各种测定大气相对湿度的仪器;热电偶湿度计(Thermocouple Psychrometer)是最常用的一种,它是利用热电偶的温度变化而测定土壤湿度,然后根据Kelvin方程而求出水势(基质势与渗透势之和)。当在溶质浓度较小的土壤中测定时,可认为此值即为基质势,也就是负压值。

  优点:测定域值较大,几乎可测定整个范围的有效水分,但一般认为测定较干燥的土壤时精度更高些;可长期监测土壤水分的时空变化;能和计算机联网采集数据,自动化程度较高。

  缺点:标定、安装及维修较为困难;而且使用寿命较短。

  5 核技术方法(Nuclear  TechniqueMethod)

  (1)中子散射(Neutron scattering)或中子仪(Neutron probe)方法是通过测定土壤中氢原子的数量而间接求得土壤含水量。它主要由快中子源、慢中子探测器和读数控制系统三部分组成。目前,中子仪主要有两种类型:一种用于测定深层(地表30cm以下)土壤水分,另一种用于测定表层(小于30cm)土壤含水量。

  优点:能长期定点监测不同深度上的土壤水分;并可和室内计算机联接,因此自动化程度较高;土壤扰动性较小;能及时监测土壤水分的变化;并能测定土壤中所有状态的水分;能直接显示土壤含水量,因此测定快速、方便。

  缺点:测定的土壤含水量为某一体积(直径大约为30cm)的平均含水量;且本仪器在田问标定较为困难;并具有一定的放射性危害;一般情况下,测定深层土壤水分的中子仪不能用于测定小于30cm的表层土壤水分;土壤中的物理和化学成分会对其测定精度有所影响;另外,中子水分仪价格较贵。

  6 Y射线衰减法(Gamma Ray Attenu-ation )

  此方法主要用于测定1^}2cm厚度土层中的含水量。其基本原理是假定Y射线的散射、吸收与Y射线束所照射物质的密度有关,并且认为当土壤水分变化而引起土壤湿容重变化时,土壤的比重维持相对稳定。利用Y射线透射技术,测定土壤湿容重的变化,从而求出土壤含水量。Y射线衰减法的设备主要由Y射线源、探头和读数系统组成。

  优点:能和计算机联网读数,因此自动化程度较高;对测试样本具有非破坏性;能测定土壤中总的含水量;能及时测定土壤水分的时空变化;测出的土壤含水量为Y射线照射体上的平均含水量。

  缺点:不适用于层状土壤;田间使用较为困难;且具有一定的放射性危害。

  7 电磁技术法(Electromagnetic Tech-nique Method)

  利用电磁技术测定土壤水分的方法也称为介电常数法(Dielectric  (‘or}stantMethod),是一种新的测定技术。某种材料的介电常数就是该种非传导介质传递高频电磁波(或脉冲)的能力。土壤水的介电常数与土壤含水量密切相关,土壤含水量的微小变动将引起土-水介质电磁特性的较大变化。

  因此,通过测定土壤-水介质的介电常数,就可求出土壤的体积含水量。


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