一种利用水势仪在线检测土壤含水量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于农业水土保持和农业工程领域，具体涉及到一种利用水势仪在线检测 土壤含水量的方法。
【背景技术】
[0002] 土壤尤其是根际土壤的水分状况不仅影响作物对水分的吸收，同时也会影响作物 对养分的利用，是影响作物生长的重要因素。土壤含水量的动态变化是反映土壤的水分状 况的重要指标。土壤含水量的测定本身就是一件繁琐的事。如用烘干称重法测定则需要取 土烘干，这样既不能在线，也比较费时。如TDR法虽然能快速测定土壤的含水量，但这种含水 量是容积含水量，要想准确获取土壤的水分信息，还需要取土测其容重，因此也不具备在线 功能。因此，开发出一种快速便捷的土壤质量含水量的方法，对农田的水分管理具有重要的 意义。
[0003] 作用于土壤水的力主要有重力、土壤颗粒的吸力和土壤水所含溶质的渗透力，因 此土壤的总水势通常表示为以上各种力构成的分势的总和。土壤水势一般表示为负的压 力，因此也称为土壤水分张力。土壤饱和时土壤水势的绝对值小，土壤含水量低时土壤水势 的绝对值大。因此土壤水势绝对值的大小反映了土壤水分运动的难易，可以通过土壤水势 的变化来了解土壤的水分状况。
[0004] 土壤水势的检测仪器主要有张力计、真空表和露点水势仪等。张力计由三部分组 成，多孔陶制杯、压力计及陶制杯和压力计的连接管;张力计是测量基质势的主要方法，土 壤水势是由溶质势、基质势、压力势等共同作用的结果，基质势是土壤众多土壤水势成因之 一，具有局限性，且张力计测定范围很小；龚振平等(龚振平，邵孝侯，张富仓，等.土壤学与 农作学[M].北京：中国水利水电出版社，2009:82-84.)在《土壤学与农作学》一书中指出张 力计的测定范围通常为-0.8~OMpa，既不能在线检测，也不能测定土壤含水量低时的土壤 水势；除此之外，张力计的埋设方法也会对测量结果产生影响，所以精确度也较低。真空表 原理和张力计是相同的，所以精度也很低。
[0005] 露点水势仪是通过热电偶传感器来专门测量水势的仪器，在露点温度下自动维持 热电偶结点温度持续感应与控制电路，精确度很高，而且稳定;近年来，很多关于土壤水势 的研究都是以露点水势仪作为观测仪器；用它测定土壤水势快速且对土壤不破坏，可以在 线获得土壤水势的变化;其他类型的土壤水势仪都具有在线快速获取土壤水势信息的功 能。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用水势仪在线检测土壤含水量的方 法，只用水势仪就可同时获取土壤水势和含水量信息，且不破环测定的土壤环境;依据土壤 水势和含水量的实时信息，可以预测土壤水分变化趋势，为农田水分管理提供技术支持。
[0007] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0008] 一种利用水势仪在线检测土壤含水量的方法，包括步骤：
[0009] 步骤1)，将野外或田间的待测土壤周围的土壤作为待测土壤的模型土壤，取待测 土壤的模型土壤样品适量，置于干净平整的台面摊薄，风干后去除杂物，并将样品碾碎；
[0010] 步骤2)，用环刀法检测待测土壤的模型土壤样品的田间持水量，记为C;
[0011] 步骤3)，取上述碾碎后的等质量的待测土壤的模型土壤样品两份，并标记为土壤 样品A和B，向土壤样品中加水，使其含水量达到该待测土壤的模型土壤的田间持水量，拌和 均匀，装入相同的容器；
[0012] 步骤4)，将土壤样品A和B，同时放在同一环境下，使其连续失水；
[0013]步骤5)，分别测定不同失水时刻土壤样品A的土壤水势以及相应时刻土壤样品B的 含水量，根据土壤样品A的土壤水势的变化情况连续测量10~15组数据；
[0014] 步骤6)，根据步骤5)测得的数据，构建出待测土壤的模型土壤水势如和含水量P的 数学模型（1+?)如=7〇+1^111(1+?)，7()和1^为模型参数 ；
[0015] 步骤7)，依据待测土壤的模型土壤水势如和含水量P的数学模型，制作出待测土壤 的模型土壤水势与含水量的关系表；
[0016] 步骤8)，利用水势仪获取待测土壤的即时水势值ik;
[0017] 步骤9)，通过查待测土壤的模型土壤水势与含水量的关系表获取土壤水势为Ik时 的土壤含水量，即为待测土壤含水量。
[0018] 进一步，所述步骤3)中向土壤样品中加水，土壤与水的质量比为1: C。
[0019]进一步，所述步骤6)中yo和k的值是通过待测土壤的模型土壤水势如和含水量P的 数学模型（l+P)its=y()+kln(l+P)拟合确定的。
[0020] 进一步，所述步骤7)中制作出待测土壤的模型土壤水势与含水量的关系表，其中 含水量的取值范围为o-c，含水量以0.5 %为刻度。
[0021] 更进一步，所述步骤9)中是通过查待测土壤的模型土壤水势与含水量的关系表中 与加邻近的两组值，利用插值法计算土壤水势为加时的土壤含水量。
[0022]本发明的有益效果是：
[0023] 1.本发明建立的待测土壤的模型土壤水势如和含水量P的数学模型可用于土壤含 水量P和土壤水势的互换，即已知含水量P可求出土壤水势如;反之，若已知土壤水势如则 可反演出含水量，为模拟干旱研究提供了便利。
[0024] 2.本发明仅利用水势仪就可以同时获得土壤水势和含水量信息。
[0025] 3.本发明在测定过程中，对土壤没有扰动，结果在线实时;可以在线实时测定根际 土壤的含水量，为研究上覆植物对土壤持水能力的影响提供了便利。
[0026] 4.本发明能够测定土壤水分的动态变化，为研究土壤性质以及土壤持水能力提供 了便利。
[0027] 5.本发明构建的土壤水势和含水量的数学模型是依据混合物质化学势的吉布斯 函数为基础推导出的，是有着机理背景的模型，具有可靠性。应用该模型可以测定较大的水 分含量范围(0-100%)，测定简便快捷。
【附图说明】
[0028]图1为两种待测土壤的模型土壤水势和含水量之间关系的散点图。
[0029] 图中：▼_土样1的模型土壤实测数据，?-土样2的模型土壤实测数据。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不 仅限于此。
[0031] 本实施例为两种待测土壤含水量随时间变化的测定。土壤类型分别为壤土和壤质 黏土，土样分别记为土样1和土样2。
[0032]步骤1)，分别在两种待测土壤相邻处各取土壤20kg作为各待测土壤的模型土壤， 将所有的模型土壤置于干净平整的台面摊薄，风干后去除杂物，并将土壤样品碾碎。其中， 待测土壤的模型土壤是与待测土壤同类型的相似土壤，处在待测土壤相邻处，取出少量这 种土壤不对待测土壤发生影响。
[0033]步骤2)，用环刀法检测土样1的模型土壤和土样2的模型土壤的田间持水量，分别 为 Ci = 23.8% 和 C2 = 35.4%。
[0034]步骤3)，取碾碎后的土样1的模型土壤两份各5kg，并标记为土壤样品A1、B1，分别 向A1、B1中加入1.19kg水，使其达到土样1的模型土壤的田间持水量，拌和均匀，装入相同的 容器;土样2的模型土壤按同样的方法进行处理，土样2的模型土壤两份5kg的样品标记为土 壤样品A2、B2，分别向A2、B2中加入1.77kg水，使其达到土样2的模型土壤的田间持水量。 [0035]步骤4)，土壤样品六1^2、81、82同时放在同一环境下，使其连续失水。
[0036]步骤5)，分别测定不同失水时刻土壤样品A1、A2的土壤水势以及相应时刻土壤样 品B1、B2的含水量，根据土壤样品A1、A2的土壤水势的变化情况连续测量15组数据；
[0037] 土壤水势的测定方法为:将露点水势仪的两个土壤水势探头分别插入步骤3)中装 入容器的土壤样品A1、A2内部8~10cm深处进行测定;土壤含水量P是通过测定相应时刻土 壤样品B1、B2的质量来获取的。
[0038] 步骤6)，依据上述测得的土壤样品A1、A2的土壤水势及相应时刻土壤