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      行業新聞

      氣象站中土壤含水量測量方法

      添加時間:2017-09-25 08:11:02   瀏覽次數: 次    【 】   打印   關閉窗口

        1、稱重法(Gravimetric)
        也稱烘干法,這是唯一可以直接測量土壤水分方法,也是目前國際上的標準方法。用土鉆采取土樣,用0.1g 精度的天平稱取土樣的重量,記作土樣的濕重M,在105℃的烘箱內將土樣烘6~8小時至恒重, 然后-測定-烘干-土樣,記作土樣的 干重Ms。
        土壤含水量=(烘干前鋁盒及土樣質量-烘干后鋁盒及土樣質量)/(烘干后鋁盒及土樣質量-烘干空鋁盒質量)*100%
        2、張力計法(Tensiometer)
        也稱負壓計法,它測量的是土壤水吸力測量原理如下:當陶土頭插入被測土壤后,管內自由水通過多孔陶土壁與土壤水接觸,經過交換后達到水勢平衡,此時,從張力計讀到的數值就是土壤水(陶土頭處)的吸力值,也即為忽略重力勢后的基質勢的值,然后根據土壤含水率與基質勢之間的關系(土壤水特征曲線)就可以確定出土壤的含水率
        3、電阻法(Electrical resistance)
        多孔介質的導電能力是同它的含水量以及介電常數有關的,如果忽略含鹽的影響,水分含量和其電阻間是有確定關系的電阻法是將兩個電極埋入土壤中,然后測出兩個電極之間的電阻。但是在這種情況下,電極與土壤的接觸電阻有可能比土壤的電阻大得多。因此采用將電極嵌入多孔滲水介質(石膏、尼龍、玻璃纖維等)中形成電阻塊以解決這個問題
        4、中子法(Neutron scattering)
        中子法就是用中子儀測定土壤含水率中子儀的組成主要包括:一個快中子源,一個慢中子檢測器,監測土壤散射的慢中子通量的計數器及屏蔽匣,測試用硬管等??熘凶釉丛谕寥乐胁粩嗟胤派涑龃┩噶軓姷目熘凶?,當它和氫原子核碰撞時,損失能量最大,轉化為慢中子(熱中子),熱中子在介質中擴散的同時被介質吸收,所以在探頭周圍,很快的形成了持常密度的慢中子云
        5、γ-射線法(Gamma-ray attenuation)
        γ-射線法的基本原理是放射性同位素(現常用的是137Cs,241Am)發射的γ-射線法穿透土壤時,其衰減度隨土壤濕容重的增大而提高。
        6、駐波比法(Standing wave ratio)
        自從Topp 等人在1980年提出了土壤含水率與土壤介電常數之間存在著確定性的單值多項式關系,從而為土壤水分測量的研究開辟了一種新的研究方向,即通過測量土壤的介電常數來求得土壤含水率從電磁學的角度來看,所有的絕緣體都有可以看著是電介質,而對于土壤來說,則是于土壤固相物質、水和空氣三種電介質組成的混合物。在常溫狀態下,水的介電常數約為80,土壤固相物質的介電常數約為 3~5,空氣的介電常數為1,可以看出,影響土壤介電常數主要是含水率。Roth 等提出了利用土、水和空氣三相物質的空間分配比例來計算土壤介電常數,并經Gardner 等改進后,為采用介電方法測量土壤水分含量提供了進一步的理論依據,并利用這些原理進行土壤含水率的測量。
        7、光學測量法(Optical)
        光學測量法是一種非接觸式的測量土壤含水率方法。光的反射、透射、偏振也與土壤含水率相關。先求出土壤的介電常數,從而進一步推導出土壤含水率。
        8、時域反射法
        時域反射法(Time domainreflectrometry,TDR)也是一種通過測量土壤介電常數來獲得土含水率的一種方法。TDR的原理是電磁波沿非磁性介質中的傳輸導線的傳輸速度V= c /ε,而對于已知長度為 L 的傳輸線,又有V = L / t ,于是可得ε = (ct / L)2,其中 c 為光在真空中的傳播速度,ε 為非磁性介質的介電常數,T為電磁波在導線中的傳輸時間。而電磁波在傳輸到導線終點時,又有一部分電磁波沿導線反射回來,這樣入射與反射形成了一個時間差 T 。因此通過測量電磁波在埋入土壤中的導線的入射反射時間差T 就可以求出土壤的介電常數,進而求出土壤的含水率。
        9、高頻振蕩法(FDR)
        因為TDR法設備昂貴,在 80 年代后期,許多公司(如 AquaSPY, Sentek. Delta-T, Decagon)開始 用比 TDR 更為簡單的方法來測量土壤的介電常數,FDR 和 FD 法不僅比 TDR 便宜,而且測量時間更短,在 經過特定的土壤校準之后,測量精度高,而且探頭的形狀不受限制,可以多深度同時測量,數據采集實現較容易
        各種測量方法對比與總結
        A.稱重法具有各種操作不便等缺點,但作為直接測量土壤水分含量的唯一方法,在測量精度上具有其它方法不可比擬的優勢,因此它作為一種實驗室測量方法并用于其它方法的標定將長期存在。
        B.張力計法由于其測量的直接對象為土壤基質勢,因此在更大程度和其它土壤水分測量方法相結合用于測定土壤水分特征曲線。
        C.電阻法由于標定復雜,并且隨著時間的推移,其標定結果將很快失效,而且由于測量范圍有限,精度不高等一系列原因,已經基本上被淘汰。
        D.基于輻射原理的中子法和γ-射線法雖然有著高精度,快速度等優點,但是由于它們共同存在著對人體健康造成危害的致命缺陷,近年來已經在發達國家遭到棄用,在國內也僅有少量用于實驗研究。
        E. 基于測量土壤介電常數的各種方法是近20年來新發展起來的一種測量方法,在測量的實時性與精度上都比其它測量方法更具優勢,而且在使用操作更加方便靈活,可適用于不同用途的土壤水分測量。是目前國內外廣泛使用的一種土壤水分測量方法。
        F.光學測量法雖然具有非接觸的優點,但由于受土壤變異性影響,誤差大,適應性不強,其研究與開發的前景并不樂觀
        G.TDR其優點是測量速度快,操作簡便,精確度高,能達到0.5%,可連續測量,既可測量土壤表層水分,也可用于測量剖面水分既可用于手持式的時實測量,也可用于遠距離多點自動監測,測量數據易于處理。

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