專利名稱：一種用于測定土壤水分的方法及其改進裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)和生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域測定土壤水5ht量的技術(shù)， 具體為一種用于觀i淀土壤水分的時空異質(zhì)性(時空異質(zhì)性包括空間異質(zhì)性和時間 異質(zhì)性)的方法及其改進裝置。
背景技術(shù)：
水分是土壤中的一個重要纟M部分，它不僅影響著土壤的物理性質(zhì)，制約著 土壤中的養(yǎng)分和溶劑的溶解、轉(zhuǎn)移和微生物的活動，而且是構(gòu)成土壤肥力和土壤 性質(zhì)的一個重要因素。因此，準確測定出土壤水分，無論在理論上和生產(chǎn)上都有 著重要的意義。烘千法是最常用的一種方法，也是土壤水分測定的經(jīng)典方法，簡單易行，且有足夠的精度；但烘干法費時費力，不能原位重復(fù)觀懂。而當今土壤 水分的研究越來越依賴于測試手段的進步。測試手段的研究主要集中在如何快捷、 可靠、常規(guī)地測定土壤含7jC量。為了改變這種局面，人們先后研究出了許多定點 而方便的測定方法，這些方法有負壓計(張力計)法、儀器稱重法、Y射線透 射法、熱傳導(dǎo)法、電阻法、電容法、遙感技術(shù)法、中子水分儀法以及TDR (時域 反射儀，TimeDomaioReflectometer)法等。然而，這些測量方法在實際應(yīng)用中總 是存在著這樣或那樣的不足，主要表現(xiàn)在儀器成本(價格)、精度、方便攜帶程 度、測定速度和操作難易程度等。如中子水分儀不能準確測定土壤表層含水量， 還^±壤類型、結(jié)構(gòu)、密度、纟鵬和含鹽量的影響，長期領(lǐng)啶結(jié)果穩(wěn)定性較差； 遙感監(jiān)觀何以實現(xiàn)大面積土壤水分的實時動態(tài)監(jiān)測，但由于土壤水分的空間性較 大，精確測定土壤水分仍是世界性的難點，許多理論和技術(shù)尚在探討之中，如精 度提高和服務(wù)實效等問題。從目前來看，人們公認的中子水分儀和TDR是比較理想的方法，其中TDR 儀淑啶的土壤表層的含水量比中子水分儀所測定的精度要高得多。而基于TDR 原理的測定方法又包括幾種系列的管式土壤水分儀，如TRIMEEZ/EZC、TRIME IT/ITC、 TRIMET3、 TRMEP3，但它們側(cè)重點不同，以致使用范圍、方便樹叟 和成本存在較大差異。其中TKIMEEZ/EZC、 IT/ITC型土壤水分儀z4能測量土壤 表面含水量或通過挖土壤剖面來測定不同深度的含7jC量。而TRIMET3型土壤水 分儀經(jīng)過改進并帶有3m長的TECANAT塑料管(造價高)后，可以測定3m內(nèi) 的土壤剖面含7K量。但相對TRMEEZ/EZC、 IT/ITC型土壤水分儀，TR1ME T3 型土壤水分儀價格較高，且測定地表含7jC量不便。因此，設(shè)計一種方便攜帶、價 格低，并且既能方便測定地表含水量，又能長期定點快速準確測定不同深度土壤 含水量的裝置顯然是十分必要而具有現(xiàn)實意義的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對上述問題，提供一種用于澳i淀土壤水分的方法及其改 進裝置，其構(gòu)造簡單、造價低、易于操作、方便又能準確測定3m深度內(nèi)任意層 次土壤含水量。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種用于測定土壤水分的方法，包括如下步驟(1)審IJ作不同長度的PVC管，把它們分別固定在i纖土壤中，并蓋上活動蓋，防止雨水進入管中；(2 )把土壤水分測定儀原自帶的打孔器探頭改裝后連接具有螺紋接口的不銹 鋼管；打孔時，拿開活動蓋，將打孔器伸入PVC管，用打孔器探針進行打孔；(3)利用土壤7K分儀已有的設(shè)備，fct壤水分儀匹配的探頭安裝在帶螺紋接 口的延長管套上，探頭導(dǎo)線通過延長管套；測量土壤水分時，將土壤水分儀探頭 伸入PVC管，用土壤水分儀探針插入打孔器探針打出的孔，通過探頭導(dǎo)線連接的 讀數(shù)表或手持數(shù)據(jù)管理器測定土壤水分。所述的用于領(lǐng)啶土壤水分的方法，打孔時，通過打孔器前部打孔器探頭上面 設(shè)置的滑動閥，控制打 L器兩打孔器探針保持恒定的距離，同時通過新型打孔器 后部不銹鋼管上的定位塞定位整個打 L器，使打孔器處于PVC管的中央。所述的用于測定土壤水分的改進裝置，具有打 L器、土壤水分儀，土壤水分 儀探頭艦導(dǎo)線連接讀數(shù)表或手持數(shù)據(jù)管理器，所述打孔器包括打孔著^f頭、安 裝于打孔器探頭一端的不銹鋼管、以及安裝于打孔器另一端的打孔器探針上套裝 有滑動閥；所述土壤水分儀探頭的一端連接有與打孔器匹配的延長套管，與土壤 水分儀探頭連接的探頭導(dǎo)線通過延長管套連至讀數(shù)表或手持數(shù)據(jù)管理器。所述滑動閥為長方體結(jié)構(gòu)，其上開有與探針對應(yīng)的通孔。
所述不銹鋼管上套裝有定位塞。所述打 L器通過定位塞與埋設(shè)于土壤中的PVC管內(nèi)壁間隙配合。所述與打 L器連接的不銹鋼管為一段或多段連接而成，多段不銹鋼管上帶有螺紋接口。戶，用于在土壤上打孔的兩個打孔器探針與土壤水分儀探針的位置相應(yīng)、間距相同，土壤水分儀探針比打 L器探針的直徑大0.5-1.0mm。本發(fā)明利用TRME EZ/EZC、 TRIME IT/ITC型土壤水分儀已有的設(shè)備，把 TRMEEZ/EZC、 TOIMEIT/ITC型土壤水分儀匹配的探頭旋緊在帶螺紋接口的延 長管套上，探頭導(dǎo)線通過延長管套。并把TRME EZ/EZC、 TRIME IT/ITC型土壤水分測定儀原自帶的打 L器探頭經(jīng)過加工后焊一根具有螺紋接口的不銹鋼管上制成新的打孔器(不銹鋼管長度可在3m內(nèi)調(diào)整，可以為一段或多段連接而成)； 另外，根據(jù)試驗需要，制作不同長度的PVC管(一端帶活動蓋)，把它們隔一定 間距分別固定在試驗土壤中，并蓋上活動蓋。整個過程是將不同長度的PVC管埋設(shè)在標7艦里，非澳懂時蓋上蓋，測量時取開活動蓋，用經(jīng)改進過的打孔器打孔，然后使用匹配延長管套的TRIME EZ/EZC、 TRIMEIT/ITC型土壤水分儀測量土壤水分。本發(fā)明打孔器的一個關(guān)鍵技術(shù)特點在運用新型打孔器打孔時，運用打孔器 前部打孔器探頭上面滑動閥，控制打 L器兩打孔器探針保持恒定的距離，同時運 用新型打孔器后部不銹鋼管上的定位塞(定位塞套于不銹鋼管，定位塞的外徑大 小依據(jù)所埋設(shè)的PVC管大小而定)定位整個打孔器，使打孔器處于PVC管的中 央。本發(fā)明具有如下特點1、本發(fā)明ilW現(xiàn)有TRIMEEZ/EZC、 TRMEIT/ITC型土壤水分儀進行改 進，是在已有的測量土壤水分的TRIME EZ/EZC、 TRIME IT/ITC型土壤水分儀 基礎(chǔ)上，匹配一種連接TRIME EZ/EZC、 TRIME IT/ITC型土壤水分儀探頭的延 長管套、 一種經(jīng)改進過的打孑L器和不同長度的N型PVC管，把原自帶的打孑L器 經(jīng)過加工后焊在一根lm長的具有螺紋接口的不銹鋼管制成新的打孔器，附帶lm 長的具有螺紋接口的不銹鋼管、滑動閥和定位塞。通過匹配這些設(shè)備后，在原來 TRMEEZ/EZC、 TRIMEIT/ITC型土壤水分儀只能測量表層土壤含水量及需， 坡面才能測量深層土壤含水量的基礎(chǔ)上，通過埋設(shè)PVC管可以長期定點測量不同
深度的土壤含水量。2、 本發(fā)明構(gòu)造簡單、造價低、方法簡便、易于操作。3、 采用本發(fā)明g無可以測定表層土壤含水量，還可以長期定點測定3m深度內(nèi) 的各層土壤含水量。4、 本發(fā)明無需造價高的TECANAT塑料測管和相匹配的安裝工具。5、 本發(fā)明無輻射危害。6、 本發(fā)明的性能與TRME-EZ/IT型土壤水分儀測4i也表土壤含7jl量相同。


圖l為本發(fā)明的打孑L器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的土壤水分測定部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 (a) - (g)為本發(fā)明各個零件結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖3 (a) 3m長不銹 鋼管打孔器；圖3 (b) lm長不銹鋼管打孔器；圖3 (c) lm的具有螺紋接口的 不銹鋼管；圖3 (d) 3m長TDR儀探頭延長管套；圖3 (e)打孔,頭；圖3 (f)定位塞；圖3 (g)滑動闊。圖4為埋設(shè)PVC管示意圖。圖5 (a) - (b)為標準地埋設(shè)PVC管實物圖。圖中，1、 3m長不銹鋼管打孔器；2、 lm長不f辯R管打 L器；3、具有螺紋 接口的不f辯岡管(lm); 4、 土壤水分儀探頭延長管套(3m); 5、打孑L器探頭；6、 滑動閥；7、定位塞；8、探頭導(dǎo)線；9、手持數(shù)據(jù)管理器(讀數(shù)表)；10、 土壤水分儀探頭；11、 土壤水分儀探針；12、打孔器探針；13、 PVC管。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明打孔器把原土壤7jC分儀自帶的打孔器經(jīng)過加工后焊在一 根lm長的具有螺紋接口的不銹鋼管3制成新的打孔器，所述打孔器包括打孔器 探頭5、安裝于打孔器探頭5—端的具有螺紋接口的不辦8管3，具有螺紋接口的 不銹鋼管3上套裝有定位塞7，安裝于打孔器另一端的打孔 針12上套裝有滑 動閥6;滑動閥6為長方體結(jié)構(gòu)，其上開有與打孑L器探針12對應(yīng)的通孔；打孔器 通過定位塞7與埋設(shè)于土壤中的PVC管13內(nèi)壁間隙配合。本發(fā)明打 L器的不銹鋼管為一段或多段連接而成，多段不銹鋼管上帶有螺紋 接口。根據(jù)不同長度，可以做成3m長不銹鋼管打孔器l，如圖3 (a)所示；還 可以做成lm長不銹鋼管打孔器2，如圖3 (b)所示；等等。 本發(fā)明用于在土壤上打孔的兩個打孑L器探針12與土壤水分儀探針11的位置相應(yīng)、間距相同，土壤水分儀探針ll比打孔器探針12的直徑大0.5-1.0mm。如圖2所示，土壤水分儀探頭10的一端通過螺紋連接有土壤水分儀探頭延長 管套4， 土壤水分儀探頭10另一端為插入土壤的土壤水分儀探針11， 土壤水分儀 探頭10通過探頭導(dǎo)線8連至手持數(shù)據(jù)管理器(讀數(shù)表)9。本發(fā)明所用材料和設(shè)備如下(1) TRIMEEZ/EZC、 TRIMEIT/ITC型土壤水分儀已有的設(shè)備；(2) —些不同長度的PVC管13 (如N型PVC管，型號根據(jù)自己需要而 定)和相應(yīng)的管蓋；(3) --根3m長的土壤水分儀探頭延長管套4 (如M型日豐鈦管，型號根 據(jù)自己需要而定)，如圖3 (d)所示；(4) 3根長lm的具有螺紋接口的不銹鋼管3，如圖3 (c)所示；(5) l個滑動閥6，如圖3 (g)所7&幾個不同大小的定位塞7，如圖3 (f)所示；采用以上材料與設(shè)備，本發(fā)明的構(gòu)成包括以下幾個部分(1) TRIME手持數(shù)據(jù)管理器(讀數(shù)表)9;(2) 新型打孔器；TRMEEZ/EZC、 TRIMEIT/ITC型土壤水分儀自帶的打 L器加工成新型打孔 器探頭后和長lm的具有螺紋接口的不銹鋼管3相焊接，在前部打孔 頭5加 上滑動閥6，后部具有螺紋接口的不銹鋼管3套上定位塞7構(gòu)成整個新型打孔器 裝置(不銹鋼管可以根據(jù)需要進行加長或分段)。打孔器探頭5如圖3 (e)所示。(3) 新型土壤水分探頭3m長的土壤水分儀探頭延長管套4和TRJME EZ/EZC、 TRIME IT/ITC型土 壤水分儀匹配的土壤水分儀探頭10構(gòu)成新型土壤水分測量探頭裝置。(4) 監(jiān)測管道不同長度的PVC管13和相應(yīng)的蓋構(gòu)成固定監(jiān)測管道系統(tǒng)。以遼寧省章古臺沙地人工固沙林土壤水分異質(zhì)性測量為例具體說明，以章古 臺孫家坑后(42。39N， 122。33E) 29年生樟子松AX林為研頓象，從50個密 度里選取5個不同密度組和1個空B廣地(對照)作為整^i，的標準地(共6塊 標準地)，在每±央標準地里用TDR (TRIME-EZ型土壤水分儀)測量土壤水分， 深度從0 150cm，每隔15cm測量一次，共分7個層次，每一標準地設(shè)兩個重復(fù)。 試驗地具體設(shè)計如圖4、 5 (a) - (b)所示。在標準地4棵樹的接近中央皿擇6個距離4棵樹，相等的地方埋設(shè)PVC 管，方法是先用土鉆按圖樣設(shè)計打孔，孔的大小與PVC管大小相當，PVC管規(guī) 格根據(jù)TDR儀探頭的大小來確定，TRIME-EZ型號的探頭圓直徑為63mm，故所 選PVC管內(nèi)徑應(yīng)該大于65mm，根據(jù)一年來試驗，建議PVC管選擇75巧0mm直 徑大小的為宜(根據(jù)自己實際操作方便需要)。土鉆打孔深度根據(jù)試驗需要鉆取不 同的深度，深度與相應(yīng)PVC管長度相等，然后埋設(shè)PVC管。接下來就可以測量土壤不同深度的含水量了 ，與TRME T3型土壤水分儀測 量土壤水分不同的是，TRIMET3型土壤水分儀測量的是管壁周圍的土壤含水量， 而TRIME EZ型土壤水分儀所測量的土壤含水量是PVC管底端開始16cm深這--段土壤的平均含7j^量。首先用本發(fā)明的打孔器打孔，打孔時運用定位塞盡量把打孑L器打出來的孑L控制在PVC管的中央，同時在PVC管端口做標記以控制打孔器 前面的打孔器探針所打出來的孔的具體位置，方便TDR儀測量時能夠方便快速 的對準孔，迅速測量。實驗證明，運用專用打孔器和PVC管配合TDR儀(如TRIMEEZ型土壤水 分儀)測量土壤含水量，用于監(jiān)測土壤水分的時空變化是切實可行的，尤其對基 層設(shè)備條件有限的地區(qū)，更為實用。
權(quán)利要求
1. 一種用于測定土壤水分的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)制作不同長度的PVC管，把它們分別固定在試驗土壤中，并蓋上活動蓋，防止雨水進入管中；(2)把土壤水分測定儀原自帶的打孔器探頭改裝后連接具有螺紋接口的不銹鋼管；打孔時，拿開活動蓋，將打孔器伸入PVC管，用打孔器探針進行打孔；(3)利用土壤水分儀已有的設(shè)備，把土壤水分儀匹配的探頭安裝在帶螺紋接口的延長管套上，探頭導(dǎo)線通過延長管套；測量土壤水分時，將土壤水分儀探頭伸入PVC管，用土壤水分儀探針插入打孔器探針打出的孔，通過探頭導(dǎo)線連接的讀數(shù)表或手持數(shù)據(jù)管理器測定土壤水分。
2、 按照權(quán)利要求1所述的用于領(lǐng)l淀土壤水分的方法，其特征在于，打孔時， 通過打孔器前部打孔器探頭上面設(shè)置的滑動閥，控制打 L器兩打孔I^探針保持恒 定的距離，同時通過新型打孑L器后部不I辯岡管上的定位塞定位旨打孔器，使打 孔器處于pvc管的中央。
3、 按照權(quán)利要求i所述的用于測定土壤水分的&ia裝置，具有打孔器、土壤水分儀，土壤水分儀探頭通過導(dǎo)線連接讀數(shù)表或手持數(shù)據(jù)管理器，其特征在于 戶尸繼打孔器包括打孔器探頭、安裝于打孔器探頭一端的不銹鋼管、以及安裝于打 孔器另—端的打孔器探針上錢有滑動閥；所述土壤水分儀探頭的一端連接有與 打孔器匹配的延長套管，與土壤水分儀探頭連接的探頭導(dǎo)線通過延長管 至讀 數(shù)表或手持數(shù)據(jù)管理器。
4、 按照權(quán)利要求3所述的用于測定土壤水分的改進裝置，其特征在于所述滑動閥為長方體結(jié)構(gòu)，其上開有與探針對應(yīng)的通孔。
5、 按照權(quán)禾腰求3所述的用于觀l淀土壤水分的鵬裝置，其特征在于所述不銹鋼管上套裝有定位塞。
6、 按照權(quán)利要求5所述的用于測定土壤水分的改進裝置，其特征在于所述打孑L器通過定位塞與埋設(shè)于土壤中的pvc管內(nèi)壁間隙配合。
7、 按照權(quán)利要求3所述的用于測定土壤水分的&it裝置，其特征在于戶/M與打孔器連接的不銹鋼管為 一段或多段連接而成，多段不辦H管上帶有螺紋接口 。
8、按照權(quán)利要求3所述的用于測定土:l7K分的鵬體，其特征在于戶腿 用于在土壤上打孔的兩個打孔器探針與土壤水分儀探針的位置相應(yīng)、間距相同，土壤水分儀探針比打孔器探針的直徑大0.5-1.0mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)和生態(tài)學(xué)等測定土壤水分含量的技術(shù)，具體為一種用于測定土壤水分的方法及其改進裝置。本發(fā)明是在已有的測量土壤水分的TRIME EZ/EZC、TRIME IT/ITC型土壤水分儀基礎(chǔ)上，匹配一種連接土壤水分儀探頭的延長管套、一種經(jīng)改進過的打孔器和不同長度的PVC管，所述打孔器包括打孔器探頭、安裝于打孔器探頭一端的不銹鋼管，不銹鋼管上套裝有定位塞，安裝于打孔器另一端的打孔器探針上套裝有滑動閥，在打孔器探針進行打孔后，用土壤水分儀測量土壤水分。本發(fā)明構(gòu)造簡單、造價低、方法簡便、易于操作，在原來土壤水分儀只能測量表層土壤含水量及需要挖坡面才能測量深層土壤含水量的基礎(chǔ)上，通過埋設(shè)PVC管可以長期定點測量不同深度的土壤含水量。
文檔編號G01N27/00GK101210899SQ200610135090
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者于立忠, 康宏樟, 朱教君 申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所