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土壤水分及其測(cè)定方法
土壤水分是指保持在土壤孔隙中的水分,又稱(chēng)土壤濕度。通?梢酝ㄟ^(guò)把土樣放在電烘箱內(nèi)烘干(溫度控制在105~
土壤水分依其物理形態(tài)可分為固態(tài)、氣態(tài)及液態(tài) 3種。固態(tài)水僅在低溫凍結(jié)時(shí)才存在,氣態(tài)水常存在于土壤孔隙中,液態(tài)水存在于土粒比面和粒間孔隙中。在一定條件下,三者可以相互轉(zhuǎn)化,其中以液態(tài)土壤水分?jǐn)?shù)量較多。
土壤水分含量可以用以下幾種方法表示:
土壤水重量百分?jǐn)?shù):土壤中實(shí)際所含的水分重量占烘干土重量的百分?jǐn)?shù)。即
W(%)=(W1-W2)/W2*100
式中W(%)為土壤含水量(百分?jǐn)?shù));W1為樣土濕重;W2為樣土烘干重。
土壤水容積百分?jǐn)?shù):指土壤水分容積占單位土壤容積的百分?jǐn)?shù)。即
式中 W容(%)為土壤容積含水量(百分?jǐn)?shù));P為土壤容重,即單位體積原狀土體的干土重。土壤容積百分?jǐn)?shù)與土壤重量百分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系通常用下式表示:
W容(%)=W(%)×P
土壤水層厚度:指一定厚度土層內(nèi)土壤水分的總貯量,即相當(dāng)于一定土壤面積中,在一定土層厚度內(nèi)有多少毫米厚的水層。即
W厚=H×W(%)×P×10
式中W厚為土壤水層厚度;H為計(jì)算土層厚度;10為單位換算系數(shù)。
國(guó)內(nèi)外的土壤水分測(cè)定方法主要有以下幾種:滴定法,Karl Fischer法,稱(chēng)重法,電容法,電阻法,γ射線法,微波法,中子法,核磁共振法,時(shí)域反射法(TDR),土壤張力法,土壤水分傳感器法,石膏法和紅外遙感法。這幾種土壤水分測(cè)定方法在應(yīng)用中的地位是不一樣,下面著重介紹土壤水分測(cè)定方法中常用的幾種方法。
(1)稱(chēng)重法:又稱(chēng)烘干法,即取土樣放入烘箱,烘干至恒重。此時(shí)土壤水分中自由態(tài)水以蒸汽形式全部散失掉,再稱(chēng)重量從而獲得土壤水分含量。烘干法還有紅外法、酒精燃燒法和烤爐法等一些快速測(cè)定法。
(2)中子法:將中子源埋入待測(cè)土壤中,中子源不斷發(fā)射快中子,快中子進(jìn)入土壤介質(zhì)與各種原子離子相碰撞,快中子損失能量,從而使其慢化。當(dāng)快中子與氫原子碰撞時(shí),損失能量最大,更易于慢化,土壤中水分含量越高,氫原子就越多,從而慢中子云密度就越大。中子儀測(cè)定水分就是通過(guò)測(cè)定慢中子云的密度與水分子間的函數(shù)關(guān)系來(lái)確定土壤中的水分含量。
(3)γ射線法:與中子儀類(lèi)似,γ射線透射法利用放射源137Cs放射出γ線,用探頭接收γ射線透過(guò)土體后的能量,與土壤水分含量換算得到。
(4)土壤水分傳感器法:目前采用的傳感器多種多樣,有陶瓷水分傳感器,電解質(zhì)水分傳感器、高分子傳感器、壓阻水分傳感器、光敏水分傳感器、微波法水分傳感器、電容式水分傳感器等等。
(5)時(shí)域反射法:即TDR(Time Domain Reflectometry)法,它是依據(jù)電磁波在土壤介質(zhì)中傳播時(shí),其傳導(dǎo)常數(shù)如速度的衰減取決于土壤的性質(zhì),特別是取決于土壤中含水量和電導(dǎo)率。
以上五種土壤水分測(cè)定方法各有優(yōu)缺點(diǎn),如稱(chēng)重法簡(jiǎn)單直觀,中子法可反復(fù)測(cè)量,時(shí)域反射法是目前用的最多的方式。那么,在實(shí)際操作過(guò)程中,我們要有所抉擇,多方面考慮,再確定具體使用哪種測(cè)定方法。
如今已經(jīng)有很多產(chǎn)品,可以對(duì)土壤水分進(jìn)行測(cè)定,下圖給出了一款土壤水分測(cè)定儀,可以很方便的測(cè)出土壤的水分含量。
圖1 土壤水分測(cè)試儀
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