專利名稱：一種田間持水量測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種快速測(cè)定土壤水分特征常數(shù)田間持水量的裝置，屬于農(nóng)田灌溉和作物水分管理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
農(nóng)田土壤水分狀況是影響作物生長(zhǎng)的重要因素。而田間持水量是衡量土壤保水性的重要指標(biāo)，也是進(jìn)行農(nóng)田灌溉、作物水分管理的重要參數(shù)，通常被視為作物有效水的上限。很早以前人們認(rèn)為灌水后土壤中水的流動(dòng)和含水量的變化隨時(shí)間減小，水流速率一般在幾天內(nèi)減少到可忽略的程度，甚至完全停止，并把內(nèi)排水結(jié)束后土壤的含水量稱為田間持水量。隨后很長(zhǎng)時(shí)期，田間持水量一直被認(rèn)為是土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量，是一個(gè)實(shí)際存在的土壤物理性質(zhì)，是每種土壤都具有的特性常數(shù)。
隨著對(duì)非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程的研究以及實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，許多研究表明田間持水量的概念是人為的、任意的，甚至?xí)鹫`導(dǎo)，它是受測(cè)定方法影響的土壤物理特性。當(dāng)灌水或降雨后，在地下水位較深、排水情況良好、無(wú)地表蒸發(fā)情況下，盡管水流速率不斷降低，但土壤的內(nèi)排水過(guò)程實(shí)際上仍然持續(xù)進(jìn)行，并無(wú)“突變點(diǎn)”，也無(wú)靜態(tài)的含水量；即使有，達(dá)到平衡的時(shí)間也很漫長(zhǎng)。田間持水量的大小不僅受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)等土壤因素影響，而且還受測(cè)量方法、平衡歷時(shí)、測(cè)定深度等人為因素的影響。
目前，測(cè)量田間持水量的方法主要有三種。一是圍框淹灌法，用于野外測(cè)量，其基本原理是在田間，圍框或打土垅灌水使適當(dāng)深度的土壤達(dá)到飽和，然后將土壤表面覆蓋避免地表蒸發(fā)，土壤開始內(nèi)排水進(jìn)入土壤水再分布過(guò)程，當(dāng)土壤中的重力水“完全”排除后，水分達(dá)到基本平衡，取土樣測(cè)定土壤含水量，此時(shí)的含水量即為田間持水量。報(bào)告測(cè)定結(jié)果時(shí)需注明地下水位深度、土層深度以及平衡歷時(shí)。該方法比較適合質(zhì)地較粗的土壤，因?yàn)檫@種土壤的導(dǎo)水率隨著土壤吸力的增加(含水量的降低)而陡減，土壤水流動(dòng)速率迅速降低，土壤剖面可在灌水后較短的時(shí)間(1～2d)內(nèi)達(dá)到基本平衡，且重現(xiàn)性較好。然而，對(duì)于土壤質(zhì)地較細(xì)、粘粒含量較高的土壤，這種方法測(cè)量精度較差，有些甚至不可用，主要是因?yàn)樵谡承酝寥乐型寥浪诌\(yùn)動(dòng)并無(wú)顯著降低的過(guò)程，幾天甚至數(shù)十天后土壤水運(yùn)動(dòng)仍在進(jìn)行，平衡歷時(shí)的選取較困難。對(duì)于粘性土壤，若“平衡歷時(shí)”(實(shí)際未平衡)選取較短，測(cè)量值將偏大，許多研究都已經(jīng)證明這一點(diǎn)。于是，Hillel(1998)認(rèn)為，應(yīng)持續(xù)觀測(cè)土壤含水量，直到前后兩次相差很小，此時(shí)測(cè)量值即為田間持水量，而不是隨意假定的灌水幾天(如2天)后測(cè)量一次所得的值。這種改進(jìn)方法似乎可行，但對(duì)于粘性重的土壤，勢(shì)必大大增加工作量以及測(cè)量時(shí)間。
為克服這種由土壤質(zhì)地引起的問(wèn)題，人們?cè)噲D從土壤水能態(tài)上去尋求途徑，這便產(chǎn)生了另一種田間持水量測(cè)量方法壓力膜(板)法，其測(cè)量裝置為壓力膜(板)儀。其基本原理是假定不同土壤在田間持水量時(shí)雖然含水量不同，但具有相同的土壤基質(zhì)勢(shì)，為一常數(shù)，記作Ψfc，用壓力膜儀測(cè)定該吸力值下的含水量即為田間持水量。然而不同學(xué)者研究所得的Ψfc值大小卻有很大差異。Colman(1947)試驗(yàn)結(jié)果為-33kPa，而張玉龍等(1996)認(rèn)為10～70cm土層內(nèi)土壤吸力范圍為3.3～5.6kPa，兩者相差較大，影響因素主要有土壤深度、地溫、地表覆蓋物等。
另外，威爾科克斯法也常用于室內(nèi)測(cè)定田間持水量，其方法是將原狀土樣浸泡飽和后，置于風(fēng)干土上，土樣中的重力水在風(fēng)干土吸力的作用下排出，經(jīng)一段時(shí)間后測(cè)定土樣的含水量值，即得到土壤的田間持水量。該方法同樣涉及到風(fēng)干土吸水時(shí)間選取問(wèn)題，即何時(shí)重力水才算完全排出，排水時(shí)間長(zhǎng)短(通常取8h)直接影響測(cè)定結(jié)果。
綜上所述，現(xiàn)有方法及測(cè)量裝置均是采用先將土樣飽和，然后再排除重力水的方法來(lái)測(cè)量田間持水量，測(cè)量過(guò)程均為脫濕過(guò)程。因此，所有方法及測(cè)量裝置涉及最關(guān)鍵的問(wèn)題均是判斷何時(shí)重力水完全排除。但由于土壤的內(nèi)排水或重分布是連續(xù)過(guò)程，尤其是對(duì)于粘性重的土壤無(wú)明顯界限，很難斷定何時(shí)完全或基本排除重力水，這是現(xiàn)有方法及測(cè)量裝置的主要“爭(zhēng)議”所在。因此，若有一種測(cè)量裝置測(cè)量時(shí)能使被測(cè)土壤的含水量達(dá)到土壤毛管所能吸持的最大水量即田間持水量而不產(chǎn)生重力水，將避免這種爭(zhēng)議。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種方便攜帶、省時(shí)省水的田間持水量的測(cè)量裝置。
為了達(dá)到本實(shí)用新型的目的所采取的技術(shù)方案包括灌水器1、可與水源相通的供水容器6、供水管4、進(jìn)氣控制管7、鉆土筒10，其中，供水容器6位于灌水器1和進(jìn)氣控制管7下端口的上方，供水管4的上端與供水容器6連通，供水管4的下端與灌水器1連通；進(jìn)氣控制管7的上端與供水容器6連接，進(jìn)氣控制管7的下端置于鉆土筒10中，進(jìn)氣控制管7下端的進(jìn)氣口11與所述鉆土筒10的筒壁之間設(shè)有空隙。
上述的田間持水量測(cè)量裝置中，灌水器1的材料包括陶土或纖維或泡沫。
上述的田間持水量測(cè)量裝置中，供水容器6為馬氏瓶。
上述的田間持水量測(cè)量裝置中，所述灌水器1的最低點(diǎn)o比進(jìn)氣控制管7下端的進(jìn)氣口11高1～2cm。
上述的田間持水量測(cè)量裝置中，鉆土筒10呈圓錐形。
上述的田間持水量測(cè)量裝置中，供水容器6的底部帶有底座2。
上述的田間持水量測(cè)量裝置中，鉆土筒10與供水容器6為一體式結(jié)構(gòu)，鉆土筒10位于供水容器6的底部或固定在底座2下部。
上述的田間持水量測(cè)量裝置中，供水管4和進(jìn)氣控制管7既可以是硬質(zhì)管，也可以用軟質(zhì)管。
上述的田間持水量測(cè)量裝置中，在供水容器6的上端開一加水口5。
上述的田間持水量測(cè)量裝置中，在進(jìn)氣控制管7上安裝閥門8，調(diào)節(jié)進(jìn)氣控制管7的進(jìn)氣口11的高度，可提供穩(wěn)定供水水頭。
上述的田間持水量測(cè)量裝置中，測(cè)量基本原理與現(xiàn)有方法不同，即是利用土壤基質(zhì)吸力(土壤基質(zhì)勢(shì))“主動(dòng)”將水吸入土壤中，使土樣的含水量達(dá)到土壤毛管所能吸持的最大水量即田間持水量，而無(wú)重力水。
與現(xiàn)有的測(cè)量方法及其測(cè)量裝置相比，上述新型快速田間持水量測(cè)量裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本實(shí)用新型測(cè)量的基本原理是利用基質(zhì)吸力，更適合測(cè)量質(zhì)地較細(xì)的土壤，且測(cè)量時(shí)間短。
傳統(tǒng)三種方法基本測(cè)量原理都是先將待測(cè)土壤飽和，然后再進(jìn)行內(nèi)排水(脫濕)過(guò)程，直至土壤水分基本平衡。對(duì)于質(zhì)地粗糙的土壤，由于存在土壤水分運(yùn)動(dòng)明顯減弱的過(guò)程，土壤含水量在較短時(shí)間(如1-2d)后變化很小，且重現(xiàn)性好，此時(shí)，三種方法測(cè)量結(jié)果是有效的。而對(duì)于粘性土壤，由于土壤吸力高，內(nèi)排水過(guò)程較長(zhǎng)，土壤水分達(dá)到基本平衡時(shí)間較長(zhǎng)，從而測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，甚至影響測(cè)量精度。與其相反，本實(shí)用新型利用土壤基質(zhì)吸力(基質(zhì)勢(shì))，土壤粘性越重，吸力越大，“吸水”越快，從而測(cè)量時(shí)間越短，而且省去了待測(cè)土壤飽和的過(guò)程(通常需要24h)。
(2)本實(shí)用新型測(cè)量的過(guò)程是吸濕過(guò)程，更接近現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)下實(shí)際情況。
現(xiàn)有三種方法基本測(cè)量原理都是先將待測(cè)土壤飽和，然后再進(jìn)行內(nèi)排水，土壤含水量均由飽和到田間持水量，為脫濕過(guò)程；而本實(shí)用新型測(cè)量過(guò)程中土壤含水量是由小到田間持水量，為吸濕過(guò)程。
與地面灌溉、噴灌等全面灌溉相比，隨著現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)滴灌尤其是地下滴灌等局部灌水方式的發(fā)展，灌溉后，僅濕潤(rùn)土壤表面部分范圍，而不是整個(gè)計(jì)劃濕潤(rùn)層。灌水結(jié)束后，對(duì)于濕潤(rùn)區(qū)外干燥土壤，隨后進(jìn)行土壤水的重分布，是吸濕過(guò)程，而不是脫濕過(guò)程。因此，利用本實(shí)用新型所測(cè)得田間持水量更接近這些灌水方式下土壤水的實(shí)際情況，從而能更好地指導(dǎo)此類節(jié)水灌溉方式下灌溉制度的制定。
(3)本實(shí)用新型工作時(shí)，節(jié)省測(cè)量用水，且攜帶方便，易于野外測(cè)量。
現(xiàn)有三種方法均需將待測(cè)土壤飽和，尤其是用于野外測(cè)量的圍框淹灌法，用水量較大；而用本實(shí)用新型測(cè)量，待測(cè)土壤的所能達(dá)到的最大含水量就是田間持水量，所以測(cè)量過(guò)程中用水量很少，用馬氏瓶裝滿即可，便于攜帶進(jìn)行野外測(cè)量，且操作簡(jiǎn)單。
(4)利用本實(shí)用新型測(cè)量時(shí)，灌水器1的底部最低點(diǎn)o點(diǎn)高于馬氏瓶6的進(jìn)氣口11，但又不能高出太多，只是略高一點(diǎn)(1～2cm)，從而可充分利用土壤基質(zhì)勢(shì)。


圖1為本實(shí)用新型田間持水量測(cè)量裝置示意圖。
實(shí)施例
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1所示，1為灌水器，其材料至少包括陶土、纖維、泡沫這三種材料中的一種，2為供水容器6的底座，3為底座2上右邊的孔，4為供水管、5為供水容器6的加水口，6為供水容器，在本實(shí)施例中，供水容器為馬氏瓶，7為進(jìn)氣控制管，8為安裝在進(jìn)氣控制管7上的閥門，9為底座2上左邊的孔，10為連接底座2的鉆土筒，11為進(jìn)氣控制管7的進(jìn)氣口，12為待測(cè)土壤。當(dāng)然，在實(shí)際生產(chǎn)中，供水容器6可以不設(shè)底座2。
本田間持水量測(cè)量裝置中，供水管4上端與馬氏瓶6連接，另一端向下延伸穿過(guò)孔3與灌水器1連通；進(jìn)氣控制管7一端與馬氏瓶連接，另一端向下穿過(guò)孔9，置于鉆土圓錐筒10中，進(jìn)氣控制管7下端的進(jìn)氣口11與所述鉆筒10的筒壁之間設(shè)有空隙；在進(jìn)氣控制管7上安裝閥門8，調(diào)節(jié)進(jìn)氣控制管7的進(jìn)氣口11的高度，可提供穩(wěn)定供水水頭。
在本實(shí)施例中，鉆土筒10為圓錐形，它與供水容器6為一體式結(jié)構(gòu)，鉆土筒10位于固定在底座2下部。如圖所示，鉆土筒10與供水容器的底座2連接在一起，插入土壤起固定作用，尤其是在斜坡的上測(cè)量時(shí)，這種結(jié)構(gòu)更具穩(wěn)定性。鉆土筒10還可以為其他形狀，如棱錐體，或由其他的東西替代，只要具有易于插入土壤的特點(diǎn)，且能容納進(jìn)氣控制管7的下部并保持其下端的進(jìn)氣口11與大氣相通就行；馬氏瓶的形狀也可以是多樣的，其主要特征是提供恒定水頭，水頭位置在進(jìn)氣控制管下端。在實(shí)際生產(chǎn)中，供水管4和進(jìn)氣控制管7既可以采用硬質(zhì)管，也可以用軟質(zhì)管。
測(cè)量開始前，關(guān)閉閥門8，由馬氏瓶6的加水口5向馬氏瓶6至灌水器1的整個(gè)測(cè)量裝置中加滿水，然后在加水口5上蓋上橡皮塞，打開閥門8，使大氣壓保持在進(jìn)氣口11的位置。將灌水器1埋入待測(cè)土壤12中，同時(shí)壓入鉆土圓錐筒10，使灌水器1的底部最低點(diǎn)o點(diǎn)略高于馬氏瓶6的進(jìn)氣口11，如1～2cm。在測(cè)量開始前，往供水容器6馬氏瓶中加水時(shí)，閥門8是關(guān)閉的，這樣加水時(shí)水就會(huì)從進(jìn)氣控制管7流出。
假定Ψmo為灌水器外接觸面處土壤水的基質(zhì)勢(shì)，其值任何情況下都應(yīng)不大于0，則-Ψmo為基質(zhì)吸力。以o點(diǎn)為參考點(diǎn)，取向上為正。由于灌水器1壁厚以及進(jìn)氣口11與灌水器1的高程差均較小，可忽略，則灌水器內(nèi)外勢(shì)能差為-Ψmo，即大小為基質(zhì)吸力。土壤基質(zhì)吸力是水通過(guò)灌水器進(jìn)入土壤的唯一驅(qū)動(dòng)力，這是本實(shí)用新型測(cè)量裝置的根本原理。測(cè)量初期，在基質(zhì)吸力作用下，土壤12與灌水器1接觸處含水量迅速增大，故Ψmo增大，勢(shì)能差減小。隨著吸滲的進(jìn)行，灌水器1附近土壤的基質(zhì)勢(shì)和含水量也將增大，待濕潤(rùn)一定范圍后，灌水器周圍土壤的基質(zhì)勢(shì)梯度將減小直至為零，灌水器周圍土壤的含水量達(dá)到土壤所能吸持的最大水量，而無(wú)重力水，測(cè)量此時(shí)灌水器1周圍土壤含水量即得到吸濕情況下土壤的田間持水量。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種田間持水量測(cè)量裝置，其特征在于，它包括灌水器(1)、可與水源相通的供水容器(6)、供水管(4)、進(jìn)氣控制管(7)、鉆土筒(10)，其中，供水容器(6)位于灌水器(1)和進(jìn)氣控制管(7)下端口的上方，供水管(4)的上端與供水容器(6)連通，供水管(4)的下端與灌水器(1)連通；進(jìn)氣控制管(7)的上端與供水容器(6)連接，進(jìn)氣控制管(7)的下端置于鉆土筒(10)中，進(jìn)氣控制管(7)下端的進(jìn)氣口(11)與所述鉆土筒(10)的筒壁之間設(shè)有空隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的田間持水量測(cè)量裝置，其特征在于，灌水器(1)的材料包括陶土或纖維或泡沫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的田間持水量測(cè)量裝置，其特征在于，供水容器(6)為馬氏瓶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的田間持水量測(cè)量裝置，其特征在于，所述灌水器(1)的最低點(diǎn)o比進(jìn)氣控制管(7)下端的進(jìn)氣口(11)高1～2cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的田間持水量測(cè)量裝置，其特征在于，所述灌水器(1)的最低點(diǎn)o比進(jìn)氣控制管(7)下端的進(jìn)氣口(11)高1～2cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的田間持水量測(cè)量裝置，其特征在于，鉆土筒(10)呈圓錐形。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的田間持水量測(cè)量裝置，其特征在于，供水容器(6)的底部帶有底座(2)；鉆土筒(10)與供水容器(6)為一體式結(jié)構(gòu)，鉆土筒(10)位于供水容器(6)的底部或固定在底座(2)下部。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的田間持水量測(cè)量裝置，其特征在于，供水管(4)和進(jìn)氣控制管(7)既可以是硬質(zhì)管，也可以用軟質(zhì)管。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的田間持水量測(cè)量裝置，其特征在于，在供水容器(6)的上端開一加水口(5)；
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的田間持水量測(cè)量裝置，其特征在于，在進(jìn)氣控制管(7)上安裝閥門(8)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種田間持水量測(cè)量裝置，屬于農(nóng)田灌溉和作物水分管理領(lǐng)域。技術(shù)方案包括灌水器(1)、可與水源相通的供水容器(6)、供水管(4)、進(jìn)氣控制管(7)、鉆土筒(10)，其中，供水容器(6)位于灌水器(1)和進(jìn)氣控制管(7)下端口的上方，供水管(4)的上端與供水容器(6)連通，其下端與灌水器(1)連通；進(jìn)氣控制管(7)的上端與供水容器(6)連接，其下端置于鉆土筒(10)中，進(jìn)氣控制管(7)下端的進(jìn)氣口(11)與所述鉆土筒(10)的筒壁之間設(shè)有空隙。本裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)更適合測(cè)量質(zhì)地較細(xì)的土壤，且測(cè)量時(shí)間短；更接近現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)下實(shí)際情況；節(jié)省測(cè)量用水，且攜帶方便，易于野外測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N33/24GK2854559SQ20052014690
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者雷廷武, 江培福, 武陽(yáng), 李鑫, 毛麗麗 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)