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1名詞解釋

土壤含水量 (water content of soil)是土壤中所含水分的數量。一般是指土壤絕對含水量,即100g烘乾土中含有若干克水分,也稱土壤含水率。土壤含水率是農業生產中一重要參數,其主要方法有稱重法,張力計法,電阻法,中子法,r-射線法,駐波比法,時域反射擊法及光學法等。土壤中水分含量稱之為土壤含水率(Soil Moisture Content),是由土壤三相體(固相骨架、水或水溶液、空氣)中水分所佔的相對比例表示的,通常採用重量含水率(θg)和體積含水率(θv)兩種表示方法。

2區別

重量含水率是指土壤中水分的重量與相應固相物質重量的比值,體積含水率是指土壤中水分佔有的體積和土壤總體積的比值。體積含水率與重量含水率兩者之間可以換算。

3測量方法

( 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,然後根據土壤含水率與基質勢之間的關係(土壤水特徵曲線)就可以確定出土壤的含水率
( 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。快中子源在土壤中不斷地放射出穿透力很強的快中子,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
(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係,從而為土壤水分測量的研究開闢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,而對於土壤來說,則是於土壤固相物質、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,並經Gardner 等改進后,為採用介電方法測量土壤水分含量提供了進一步的理論依據,並利用這些原理進行土壤含水率的測量。
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,而對於已知長度為 L 的傳輸線,又有V = L / t ,於是可得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。

4比較總結

( 1 ) 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並用於其它方法的標定將長期存在。
( 2 ) 張力計法由於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於測定土壤水分特徵曲線。
( 3 ) 電阻法由於標定複雜,並且隨著時間的推移,其標定結果將很快失效,而且由於測量範圍有限,精度不高等一系列原因,已經基本上被淘汰。
( 4 ) 基於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,但是由於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於實驗研究。
( 5 ) 基於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,可適用於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。
( 6 ) 光學測量法雖然具有非接觸的優點,但由於受土壤變異性影響,誤差大,適應性不強,其研究與開發的前景並不樂觀
( 7 ) 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,也可用於測量剖面水分既可用於手持式的時實測量,也可用於遠距離多點自動監測,測量數據易於處理。
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