本發(fā)明屬于室內外土壤物理性質、水土保持及生態(tài)環(huán)境保護等相關測試技術領域，涉及便攜式土壤持水量和滲透率原位測試簡易裝置與方法。

背景技術：

水是維持生態(tài)系統(tǒng)的重要影響因子，是生命賴以生存的物質基礎，也是土壤、植物與環(huán)境間進行物質交換的媒介。土壤的持水和滲透功能是維護生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)功能重要體現，也為區(qū)域水資源的循環(huán)和利用奠定基礎。近年來，隨著水土保持工程和生態(tài)環(huán)境保護的不斷推進，諸多學者開展大量的有關水土保持和生態(tài)環(huán)境保護等方面的研究和討論，也提出植被和土壤均有涵養(yǎng)水源的作用。在生態(tài)環(huán)境恢復和保護的研究過程中，如何定義不同地區(qū)植被根-土復合體涵養(yǎng)水源、保持水土的功能大小以及水在土壤中的流動循環(huán)，則需要進一步了解生態(tài)環(huán)境中土壤及根-土復合體的持水和滲透能力，然而涉及不同地域、不同生態(tài)環(huán)境條件下土壤持水量和滲透率的原位測試技術，在試驗裝置及測試方法方面遇到一些困難，也是有待進一步完善和解決的問題之一。

經市場調查和查閱文獻資料表明，目前國內外有關測試土壤持水量或滲透率的儀器相對較多，但適合野外復雜地形和氣候條件，即能現場原位測試土壤持水量，又能測定滲透性的便攜式簡易試驗裝置及技術尚未形成，如果從野外取樣后帶回實驗室進行測試，則取樣過程和樣品運輸過程中對土壤結構、天然含水量的維持帶來諸多人為和外部因素的干擾。為實現天然原位土壤的持水性和滲透性試驗，分析野外復雜地形條件下水體在土壤中的運移規(guī)律，測試單位面積或單位體積的原狀土樣在特定氣候條件和植被根系作用下的滲透性和飽和持水量，進一步揭示不同地區(qū)植被根-土復合體的特性以及涵養(yǎng)水源、保持水土的功能等，需要采用適宜野外復雜地形和氣候的便攜式土壤持水量和滲透率原位測試簡易裝置，這也是設計該測試裝置和試驗方法的主要目的。

技術實現要素：

本發(fā)明根據野外復雜地形和氣候條件，綜合考慮試驗過程中諸多因素對試驗結果的影響，為達到即能同時現場測試土壤持水量和滲透性，又能確保試驗結果真實性與準確性的目的，結合對現有儀器設備在野外試驗的欠缺或不足，設計并提供野外便攜式土壤持水量和滲透率原位測試簡易裝置與測試方法，實現上述目的的技術方案如下：

便攜式土壤持水量和滲透速率原位測試簡易裝置，包括支架，其特征在于：支架上懸置流水器，流水器的進水口上方放置取樣器，取樣器內盛放待測樣品，取樣器上方安裝注水池，注水池用水蓄水，且注水池內的水能夠流入取樣器內，流水器的出水口下方放置容器，注水池內的水滲入樣品后通過流水器流入容器內，容器用于計算流入的水的體積和流速。

本裝置便于攜帶，其結構和操作方法簡單，能夠避免以往室內試驗時因采樣、運樣對天然土壤結構和性能的影響和干擾，也可在野外各種復雜地形和氣候條件下開展試驗。如果借助上述便攜式野外土壤持水量和滲透率原位測試簡易裝置，可以有效掌握單位體積、特殊植被根系作用下土壤的滲透性和飽和持水量，為今后探究不同地區(qū)植被根-土復合體的特性奠定基礎，測試結果可作為田間灌溉和水土流失規(guī)律的理論依據，也為研究土壤的涵養(yǎng)水源、保持水土功能和開展生態(tài)環(huán)境保護工作具有重要的指導意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明主視圖。

圖2為本發(fā)明剖面結構示意圖。

圖3為本發(fā)明俯視圖。

圖4為本發(fā)明底座結構示意圖。

附圖序號說明：漏斗1、取樣器2、注水池3、容器4、底座5、支撐桿6、安裝邊7、聚水管8、錨釘9、濾網10

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做詳細的說明。

便攜式土壤持水量和滲透速率原位測試簡易裝置，包括支架，支架上懸置流水器，所述流水器為漏斗1，漏斗1的進水口上方放置取樣器2，取樣器2內盛放待測試的樣品，取樣器2上方安裝注水池3，注水池3內用來蓄水，漏斗1的出水口下方放置容器4，所述容器4可以是量杯或燒杯，注水池3內的水滲入樣品后流入量杯或燒杯內。注水池1、容器4的側面上分別設置刻度，方便計算和觀看水流的速度或體積。

具體的支架包括底座5，底座5大體為一板狀結構，更具體的可以是三角形板，本發(fā)明中所涉及的三角形形狀之間的放置互相對應，底座5的上方插設至少兩根支撐桿6，漏斗1為聚水漏斗，漏斗1的邊緣向外延伸出一安裝邊7，螺栓穿過安裝邊7后與支撐桿6連接在一起，或者，支撐桿6的上端具有外螺紋，插孔內具有內螺紋，支撐桿6直接與安裝邊7的插孔適配連接。為了支架的穩(wěn)固，支撐桿6選取三根，采用三角形分布的形式插接在底座5上，支撐桿6與底座5之間可以采取螺紋連接的方式，支撐桿6也可以直接插入在底座5上。為了方便放置取樣器2，漏斗1的安裝邊7也向上的略凸出一點，使安裝邊7的高度略高于漏斗進水口的高度，如此，取樣器2的底部正好坐落在安裝邊7包圍的空間內，形成卡槽式連接，本發(fā)明中安裝邊7可以不是環(huán)形的，而是直接向外延伸出的三根平面的安裝邊7，采用這樣的結構一是可以減輕漏斗1的重量，二是可以節(jié)約材料。所述聚水漏斗3的出水口延伸出一截聚水管8，聚水管8可以將水流收攏，避免水滴飛濺。

支撐桿6的外圍、在底座5上設置至少兩個插孔，所述插孔內插入錨釘9，錨釘9可將整個裝置固定在野外任何平坦地面上，很方便的插入土中。優(yōu)選插孔為三個，三根錨釘9形成穩(wěn)固的三角形的支撐。而插孔內可以設置內螺紋，支撐桿6下端設置外螺紋，上述螺紋適配連接，使錨釘9與底座5之間連接關系穩(wěn)固，而且方便拆卸。所述支撐桿6可以選用直徑15mm的不銹鋼實心鋼桿進行制作，總長度為30～40cm。選取的材質和尺寸不僅具有一定的強度，而且小巧，方便攜帶。

本發(fā)明中的注水池3內的水可以直接使用野外存在的水，例如，雨水，江河湖海的水，溪水等等，使用野外的水進行實驗，有可能水中的雜質比較多，為了避免雜質影響水的流出與流速，在注水池3的底部安裝設置濾網，還可以進一步的在濾網上鋪設濾紙，可以過濾更加細小的雜質。注水池3內的水通過取樣器2會慢慢滲出，流入漏斗1內，再從漏斗1的聚水管8流入燒杯內，在漏斗1的進水口位置也可以設置濾網10，網孔直徑為1mm，而濾網上可以進一步鋪設濾紙，進一步保證水流的純凈、水速的準確，所述注水池的高度為8cm，內徑為8cm，采用有機玻璃制作，方便觀察。同時由于濾網的設置，當需要安裝取樣器時，只要把取樣器放置在濾網上即可，而漏斗的安裝邊形成扶持漏斗的側壁。

為了取樣方便，取樣器2選取環(huán)刀，環(huán)刀的底端設置刀刃。所述環(huán)刀為一空心圓柱體，圓柱體的底端形成刀刃，便于切取野外植被根-土復合體原狀試樣，也方便將取樣器2插入取樣環(huán)境的土中。注水池3底部可以與環(huán)刀內壁套接，如此注水池3與環(huán)刀可以牢靠的接觸，不會隨意歪倒。所述環(huán)刀為不銹鋼環(huán)刀，高度為10cm，厚度2mm，內徑為8cm。

所述容器4在試驗時安置在底座5的中心，可收集從聚水漏斗1下端流出的水體，底座5的中心可以具有凹槽，容器4的底端容置在凹槽內；試驗中容器也可用量筒等其他測液態(tài)體積的工具代替，容積可視試驗需求而定。上述的數據可以根據實際需要進行選取，本發(fā)明中的容器、長短、大小等參數的設定不局限在本發(fā)明中的具體尺寸。

下面詳細的描述本裝置測試土壤持水量和滲透率的步驟：

步驟(1)、將聚水漏斗、支撐桿、底座連接好，在試驗區(qū)旁邊用錨釘在平坦地面上固定好；

步驟(2)、將環(huán)刀放在待測地面上，并將環(huán)刀輕輕壓入待測土層中，確保環(huán)刀整體沒入土層內；

步驟(3)、將環(huán)刀外圍的土清理后輕輕取出環(huán)刀(含土柱)，再用削土刀將環(huán)刀兩端的土削平，如果有植物根系，則用剪刀將延伸出環(huán)刀口外的根系按環(huán)刀的高低進行剪除；環(huán)刀取樣環(huán)境必須保證土樣或根-土復合體不被擾動；

步驟4、在漏斗上面的濾網上鋪墊濾紙，并將取好的環(huán)刀及土樣立即安置在提前安裝好的漏斗上；

步驟(5)、將注水池安裝在環(huán)刀及土樣的上端，并在聚水漏斗下端的底座上安置好燒杯或量筒；

步驟(6)、將水注入注水池內，待漏斗下端聚水管內滴水時開始計時，每隔1min測量滲出水的體積，并保持注水池內的水位高度為5cm；

步驟(7)、待每min內漏出的水量保持恒定后，環(huán)刀內土柱的含水量即為待測土樣的飽和含水量；如果將用環(huán)刀取出的土柱測含水量，即為野外土壤或根-土復合體的天然持水量。

步驟(8)、當每min內漏出的水量保持恒定時，根據單位時間的滲水量、滲水時間、環(huán)刀內土柱的橫截面積、土柱高度和單位時間內注水厚度等，即可按下述公式計算出待測土壤或根-土復合體的滲透速度和滲透系數，試驗中也可測試環(huán)刀內待測土樣的溫度(通過采用土壤水分速測儀測試)。

待測土壤或野外根-土復合體在某一溫度條件下的滲透系數和滲透速度具體可通過下述公式計算得到：

①滲透速度的計算公式：

式中：v---滲透速度，cm/min；

q---通過土柱滲出的水量，cm³；

a---土柱的橫截面積，cm²；

t---滲透時間，min。

②滲透系數的計算公式：

式中：k---滲透速度，cm/min；

q---通過土柱滲出的水量，cm³；

a---土柱的橫截面積，cm²；

t---滲透時間，min；

l---取樣環(huán)刀高度(土柱高度)，cm；

h---注水池注入水的高度，cm。

上述公式中“·”代表乘號。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)、可以根據需求測試大體積的土壤持水量或滲透速率，

(2)、本試驗裝置同時可以實現飽和持水量和滲透速率的測試。

(3)、裝置中的注水池、聚水漏斗、支撐桿和底座等的連接方式簡單，該裝置易安裝和拆卸，搬運方便，固定穩(wěn)定，可適用于各種復雜地形條件下的現場試驗；

(4)、野外現場可以試驗，避免了取樣、運樣過程中各種影響因素的干擾或破壞；

(5)、可以現場試驗，樣品及重復試驗可以就地取樣，避免了室內試驗的樣品緊缺或試驗失敗現象。

(6)、就地試驗，可配套土壤多參數測試儀器，可以測試天然持水量、某一降雨或蒸發(fā)條件下的持水量以及天然土壤的飽和持水量等參數。

以上僅為本發(fā)明實施例的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明實施例，凡在本發(fā)明實施例的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明實施例的保護范圍內。