张力计法土壤水势的测定

2022-08-12 15:47:04 点将科技 334

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图1:与体积含水量相关的测量原理和张力势

张力计可以直接测量“土壤吸力”的仪器,即植物为了获得所需水分而必须克服的力,以及决定土壤中水分分布和运输的力。


测量原理

张力计由底部带有多孔陶瓷尖端的管、顶部附近的真空计和密封盖组成。当充满除氧水并插入土壤中时,水可以通过尖端的连接孔进出张力计(见图1)。当土壤干燥,水从张力计流出时,会在张力计内部产生真空(负压),如压力表所示。当产生的真空与“土壤吸力”相对应时,张力计的水流出停止。然后,百分表读数直接测量从土壤中去除水分所需的力。如果土壤进一步干燥,更多的水就会流出,直到达到更高的真空度。当水分添加到土壤中时,会发生相反的过程。土壤中的水分通过多孔尖端流回张力计,直到真空度降低到与较低土壤吸力值对应的值。然后,水流停止。如果向土壤中添加足够的水直至完全饱和,则张力计上的仪表读数将降至零。由于水可以通过多孔陶瓷尖端的孔隙流入和流出管道,因此仪表读数始终与土壤吸力保持“平衡”。

材料和工具

张力计(Soilmoisture Equipment Corp.)、真空手泵、除氧蒸馏水、一个水桶或大烧杯、凿槽螺旋钻、抹刀、卷尺、装有蒸馏水的塑料清洗瓶、取样容器和移动天平(用于实际含水量测定)、记事本和笔。

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张力计的描述

1、关闭加注杯的弹性盖。

2、O型环,确保真空计和张力计之间的气密连接。

3、真空计的连接点具有不同的倾斜角度,以便于读数。

可以更换压力传感器的真空表。

4、在张力计主体上标记,以便将张力计定位到正确的深度。

5、厚壁有机玻璃管,构成张力计主体;耐太阳辐射和水和土壤影响。

使用延伸管,张力计可以达到更大的深度。

6、具有高导水率值的可更换陶瓷尖端(杯)。

7、用于注水的注入机构的按钮,也可以从张力计中取出收集的空气。

重新加注后,张力计的再生将在几分钟后开始。

8、蓄水量足以使用数月的水。

9、用于土壤吸力测量的真空计。

10、不同压力单位的刻度尺(即kPa、cb、…)

11、弹性外壳,保护真空计免受天气影响。


重要提示

-建议在蒸馏水中预先饱和陶瓷尖端,因为这有助于张力计填充。

-张力计零点:当填充式张力计的陶瓷尖端一半浸入水中时,读数为零。(参见右侧的图1。)

-钻孔时,建议取样测定土壤含水量,以查看初始含水量。

-不同土壤类型的响应时间不同;响应时间还取决于测量深度(渗透水重新分布所需的时间取决于深度)。

-陶瓷尖端的空气进入值约为-85 kPa(=85厘巴或压力头的-850 cm)。

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张力计电位的读数与土壤含水量密切相关。土壤体积含水量对基质电位的依赖性(当忽略气动和包络电位分量时,等于张力计)称为土壤持水曲线,见图1。不同土壤类型的保留曲线不同。在下面的照片中,您可以看到使用TDR传感器和张力测量电位同时测量土壤含水量-这两个测量在相同的深度进行。(本章的重点不是此主题,有关更多信息,请遵循与此主题相关的讲座。)

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土壤水势:土壤-水-植物系统中的一个实际应用张力计读数的解释

Bar是一种旧的压力单位,已被单位Pa取代:1 Bar=100 000 Pa。然而,仍然使用Bar,尤其是这些类型的张力计。

0千帕(0厘巴)

仪表读数为零表示周围土壤完全被水饱和,无论土壤类型如何。大雨或深度灌溉后,预计读数为零。如果在很长一段时间后零读数仍然存在,则植物根系会缺氧,并会发生疾病。灌溉后的持续零读数表明排水条件差,应进行调查和纠正。

>0-10 kPa(>0-10厘巴)

仪表读数在0-10 cb范围内,表明植物生长的水分过剩。在这个范围内,土壤中的水分在几天内就会流失。该范围内的持续读数表明排水条件较差,应予以纠正,以获得健康的植物生长。

10-20千帕(10-20厘巴)

仪表读数在10-20 cb范围内,表明土壤中有充足的水分和空气,有利于所有类型土壤中植物的健康生长。该范围通常被称为土壤的“田间持水量”范围,这意味着土壤已达到其“持水量”,不能再为未来的植物生长保持水分。当土壤处于“田间持水量”时,任何额外添加的水在生长植物使用前的一两天内排出根区。

如果灌溉已经进行,当水位计下降到这个水平时,应该停止灌溉,因为任何额外的水都会很快从根区排出并浪费掉,并携带有价值的肥料。

  • 重粘土:此时无需灌溉。

  • 中等质地土壤:此时无需灌溉。

  • 砂土:通常不需要灌溉。然而,这些土壤的储水能力非常有限,因此,当土壤吸力值达到15-20 cb后,随着植物去除水分,土壤吸力值迅速增加。如果将土豆等对水敏感的植物种植在粗糙的砂质土壤中,则可能需要在15-20 cb之间开始灌溉,以便在出现破坏性压力条件之前有时间施用灌溉水。

20-40 kPa(20-40厘巴)

有效的水分和通风有利于植物生长。

  • 重粘土:无需灌溉。

  • 中等质地土壤:无需灌溉。

  • 砂土:在20-30 cb范围内,开始对较粗的砂土进行灌溉。适用于30-40 cb范围内的细粒砂土。

40-60 kPa(40-60厘巴)

在质地较细的土壤中,有效水分和通气有利于植物生长。

  • 重粘土:无需灌溉。

  • 中等质地土壤:在这一范围内开始灌溉。质地越细,开始灌溉前的读数越高。

  • 砂土:过于干燥。大风天气会迫使土壤吸力迅速升高,并对植物造成损害。

60-80千帕(60-80厘巴)

除重粘土外,现有水分稀少。

  • 重粘土:当土壤吸力值达到70-80 cb时,开始灌溉。

  • 中等质地土壤:过于干燥。炎热、多风的条件会迅速迫使土壤吸力达到高读数,并可能损坏植物。

  • 砂土:过于干燥。在灌溉之前,植物会受到损害。


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