实验十九 土壤吸力的测定(张力计法).doc

实验十九 土壤吸力的测定（张力计法）土壤是一种非均质的多孔体，当其孔隙未充满水时，都有吸水的能力，并将水保持在土中，这一性质发自土壤固液界面上的界面张力和固体颗粒的吸附力，二者统称为土壤吸力（或称为基质吸力）。土壤中的溶质也对水产生吸力，称为溶质吸力。土壤吸力与溶质吸力之和称为土壤总吸力，它决定着植物对土壤水的吸收利用。溶质吸力一般以测定土壤可溶性盐的浓度或土壤溶液的渗透压来估计。土壤吸力的测量有土壤湿度计（张力计、负压计）法、负压法、压力薄板（膜）法、离心法、蒸气压法、冰点下降法等。但以土壤湿度计（张力计）法最为方便。虽然这种方法的测量范围有一定的限度，但因它能在田间直接测量，并且一般能用它来指示作物的丰产灌溉，所以应用得相应广泛，下面介绍这一方法。一、原理土壤湿度计（见图1）由一个陶土管（1），一个负压表（2）和一个集气管（3）组成。在仪器中充满水，密封之后插入土壤中，就可以进行测量。陶土管是仪器的感应部件，它能透过水及溶质，但不能透过土粒及空气。由于不（被水）饱和的土壤具有吸力，所以陶土管周围的土壤便（经陶土管壁）将仪器中的水“吸”出，使仪器系统产生一定的真空度，这一真空度即负压力由仪器仪的指示部件负压表指示出来。当土壤吸力与仪器中的负压力平衡时，仪器不再有水流出，负压表所指示的负压即为土壤吸力。当土壤被降雨或灌溉重新湿润时，土壤吸力减小，与仪器原来的负压力不平衡，土壤水便会重新（经陶土管壁）“压”入仪器中，使仪器的负压力下降，而与土壤吸力达到新的平衡为止，当土壤饱和时负压力（即吸力）为零。如果土壤水分过多，造成临时渍水，或者陶土管处于地下水位之下，那么会使仪器处于（正）压力状态。如果仪器的指示部件能指示出（正）压力（例如用U型汞柱压力或压力真空表），则这种（正）压力也会从表中指示出来。由指示压力与陶土管的埋深，可算出临时渍水或地下水的深度1。二、仪器仪的准备土壤湿度计可自行装配，或使用己装配好的仪器，但仪器各部件均应达到一定的要求。（一）陶土管：具有许多细小而均匀的孔隙。当陶土管完全被水浸润后，其孔隙间的水膜能不让空气而只让水或溶液通过。水膜在一定的压力下破裂而让空气透过时的压力值称为“透气值”。陶土管的“透气值”一般要求在1巴以上。陶土管还要求具有一定的透水性2，这一性能部分影响到仪器的灵敏度，在保证达到规定的“透气值”前提下，其透水性愈大愈好。（二）负压表：一般采用汞柱负压表或弹簧管负压表。负压表的选用测量所需的精确度3与灵敏度4而定。弹簧管负压表使用方便，适于指示农田灌水之用。如要作较精确的测量或测定地下水位，则需用汞柱负压表，但在田间使用起来不大方便。（三）集气管：为收集仪器里面的空气之用。在实际使用时溶解在土壤水中的空气往往难免进入仪器里面，在一定的真空度下溶解的空气便会气化而聚到集气管里。如空气的容量超过12毫升时必须重新充水排气。此外，为了保证仪器密封，联接各部件的联接管的材料应坚固耐用，能经得住田间条件（如曝晒、温差等）作用而不至破裂漏气。配套好的土壤湿度计在安装使用之前，还必须预先除气。除气的方法5：将集气管的盖子和塞子打开，并使仪器倾斜，徐徐注入煮沸后冷却的无气水，充水时要避免有气泡填塞在仪器的管道上，如果发觉水不容易注入，可用一根铁丝插入帮助通畅使整个仪器的内部充满水。盖上集气管的塞子和盖子，并使陶土管在空气中蒸发，数小时后即可见负压表的负压升至60厘巴或更高，此时轻轻振动仪器，便可见有气泡从陶土管、联接管及负压表逸出而聚集到集气管中，使所有气泡集中后，将陶土管浸入无气水中，此时指针即回至“零”位。打开集气管的盖子和塞子，重新充满水，按上述步骤反覆进行数次，最后负压表的负压可达85毫巴以上。如果最后没有发现小气泡聚集到集气管中，说明仪器系统内空气已经除尽，可供使用。三、安装和观测1、安装：在需要测量的田块上选择好有代表性的地方，以与陶土管直径相同的薄壁金属管开孔至待测的深度，将土壤湿度计插入，为了使陶土管与土壤接触紧密，开孔后可撒入少量碎土于孔底，并灌水少许，然后插入仪器，再填入少量碎土，并将仪器上下移动，使陶土管与周围的土壤紧接，最后再填上其余的土壤。2、观测：仪器安装好之后，一般需2小时至一天才能与土壤吸力达到平衡，平衡之后，便可进行观测读数。读数时可轻轻敲打弹簧管负压表，以消除读盘内的摩擦力，使指针达到应指示的吸力刻度。仪器在使用期间需作定期检查，主要是排除仪器中的过量的空气，如果发现集气管中的容量在2毫升以上，便应重新充水排气。一般都在早晨进行读数，以避免土壤的温度和仪器的温度有过大的差别，当温度降至冰点时，要将仪器撒离，避免冻坏。四、零位校正及结果计算埋藏在土壤中的陶土管至地面真空表之间有一段距离，在仪器充水的情况下陶土管便产生一静水压，负压表的读数实际上包括了这一静水压力在内，因此要准确地求出陶土管所在的测点的土壤吸力，便需消去这一静水压力，也就是作零位校正。土壤吸力一般以厘巴为单位6。如果用弹簧管负压表，可量出陶土管中部至负压表的距离，以1厘巴/10厘米计算零位校正值，将测量值减去零位校正值，即为测点的实际吸力。一般在测量表层土壤吸力时，此校正值可忽略不计。如果使用U型汞柱负压表，其零位校正值为陶土管中部至U型管“O”点的距离再加上左边汞柱上升的部分（图2中h1）。实际上在计算吸力结果时已把零位校正值纳入计算公式中，所以无需另行校正。如图2所示，使用U型汞柱负压表的吸力值计算公式为：S=（h1+h2）13.6-（H+h1）式中：S土壤吸力，以厘米水柱表示；h1左边汞柱至“O”点的距离，以厘米表示；h2右边汞柱到“O”点的距离，以厘米表示；H=（H1+H2）陶土管中部至“O”点的距离，以厘米表示；H1陶土管中部至地面的距离，以厘米表示；H2地面至“O”点的距离，以厘米表示。五、误差与重复用土壤湿度计测定土壤吸力有良好的重现性，结果表明，在同一过程中同一吸力值下土壤含水量的标准差为：粘土：0.10.64（干土%）；砂壤土：0.10.88（干土%）。说明用土壤湿度计测量土壤吸力的方法在一定程度上是可靠的。但需明确，田间土壤的温度是随时间和空间变化的，要得到可靠的结论仍应根据统计学的方法来布置测点的重复次数。六、注意事项（一）用本方法测量土壤吸力时，土壤盐分的存在对测定无影响。因为陶土管并非半透膜，即可透水又可透过溶质分子。除非是特殊的情况，仪器内外溶质的变化很小，但是，由于溶质吸力是土壤总吸力的一个组成部分，所以土壤中含有一定的盐分时，就必须分别测定土壤的溶质吸力，并由土壤总吸力来估计土壤水分的可给性。（二）一般来说，无需用土壤的吸力值与含水量一一对应来作出土壤的持水曲线。试验证明，土壤吸力与含水量之间并非一单值函数，因土壤干、湿过程的不同，土壤吸力与含水量之间有较大的差异，这就是所谓的“滞后现象”。所以，用土壤温度计来标定土壤含水量是不适宜的。其精度比一般含水量测定法低，如以此来估计土壤含水量，结果是精确的。注：1）计算公式为：L=（h1+h2）13.6-（H+h1）；式中L表示地下水位，以厘米表示；其余符号详见图2；2）陶土管的透水性以陶土管的K值衡量，其定义为单位压力差下单位时间通过陶土管壁的水量。陶土管的透水性部分决定仪器的灵敏度，一般要求其传导度为1毫升分-1巴-1。3）负压表的精确度以最大相对误差衡量，即表的绝对误差与测量上限之比，以百分数表示。一般应用于土壤湿度计的弹簧负压表的最大相对误差为2.5%，即2.5级。4）仪器的灵敏度部分决定于负压表的代换容量，即1毫升水变化时所造成的负压值的变化。内径为1.5毫米的汞柱负压表代换容量为0.6巴毫升-1，直径为6厘米左右的弹簧管负压表的代换容量为0.31巴毫升-1.5）如果利用注射针管或抽气泵帮助除气，则此步骤可加速进行。方法是在集气管套入注射针管