專(zhuān)利名稱(chēng)：一種非侵入式土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及土壤物理技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是一種非侵入式土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
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導(dǎo)氣率是土壤重要的特性參數(shù)之一，是土壤重要的特征指標(biāo)，導(dǎo)氣率狀況在土壤結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究中非常重要，并且土壤導(dǎo)氣率與土壤飽和導(dǎo)水率、土壤呼吸、植被根系生長(zhǎng)等因素之間存在密切的關(guān)系。從供氣情況看，測(cè)量土壤導(dǎo)氣率的方法可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)為穩(wěn)態(tài)氣流測(cè)量方法，一類(lèi)為瞬態(tài)氣流測(cè)量方法；從測(cè)量邊界條件看，測(cè)量土壤導(dǎo)氣率的方法可分為一維測(cè)量方法和三維測(cè)量方式，一維主要用于室內(nèi)的測(cè)量，三維可用于原位的導(dǎo)氣率測(cè)量。從測(cè)量裝置與土體的接觸情況來(lái)分，測(cè)量土壤導(dǎo)氣率的方法可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)為侵入式測(cè)量法，一類(lèi)為非侵入式測(cè)量法。侵入式測(cè)量法對(duì)土壤的擾動(dòng)性較大，測(cè)量結(jié)果有時(shí)不準(zhǔn)確，而非侵入式測(cè)量方法對(duì)土壤幾乎沒(méi)有擾動(dòng)，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。目前非侵入式測(cè)量主要在穩(wěn)態(tài)氣流條件下進(jìn)行，為了維持穩(wěn)定的氣體壓力與流量需要消耗更多的電能，并且需要對(duì)氣體流量和壓力兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)控制絕對(duì)穩(wěn)定的壓力與流量很難實(shí)現(xiàn)，一般會(huì)有一定的波動(dòng)，只能說(shuō)是達(dá)到了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，從而對(duì)土壤導(dǎo)氣率的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。目前尚未出現(xiàn)瞬態(tài)流條件下非侵入式測(cè)量系統(tǒng)與方法的報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不足，而提供一種非侵入式土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的是提供一種非侵入式土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)測(cè)量方法。本發(fā)明主要解決了現(xiàn)有的穩(wěn)態(tài)氣流條件下進(jìn)行的非侵入式測(cè)量穩(wěn)態(tài)氣流控制較難影響測(cè)量結(jié)果的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種非侵入式土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特殊之處在于，包括:
測(cè)筒，放置在土壤表面，并用來(lái)提供一定的氣體存儲(chǔ)空間；
供氣源，用來(lái)向測(cè)筒提供氣體；
氣壓測(cè)量計(jì)，用來(lái)測(cè)量測(cè)筒內(nèi)的氣體壓力；
所述測(cè)筒上端用橡皮塞密封，兩根連接管分別經(jīng)橡皮塞和測(cè)筒內(nèi)部連通，并且外部分別和氣壓測(cè)量計(jì)及供氣源相連接，與供氣源相連接的連接管上設(shè)置一閥門(mén)，用以關(guān)閉或打開(kāi)連接管的通氣狀態(tài)；測(cè)筒下端開(kāi)通不封閉。進(jìn)一步，所述測(cè)筒為一內(nèi)徑為d材質(zhì)為硬塑料或者金屬的圓筒，材質(zhì)強(qiáng)度應(yīng)確保在試驗(yàn)過(guò)程中筒體不變形，測(cè)筒與土壤表面接觸的下端被外徑為D的環(huán)型擋片所包圍，測(cè)筒與環(huán)型擋片結(jié)合緊密不透氣，并且二者處于同一水平面上。采用上述測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)的測(cè)量方法，其特殊之處在于，包括以下步驟:
a將測(cè)筒放置到待測(cè)的土壤表面，在擋片下表面涂抹石蠟或者凡士林，防止擋片與地面之間漏氣；
b利用供氣源向測(cè)筒供氣，當(dāng)氣壓測(cè)量計(jì)測(cè)定的測(cè)筒內(nèi)壓力到達(dá)預(yù)定值P(O)時(shí)停止供氣，并關(guān)閉閥門(mén)；
c停止供氣同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，并觀測(cè)氣壓測(cè)量計(jì)所測(cè)測(cè)筒壓力的變化，按照先疏后密的原則記錄測(cè)筒壓力p(t)變化過(guò)程對(duì)應(yīng)的累積時(shí)間t，當(dāng)測(cè)筒內(nèi)的壓力接近大氣壓時(shí)，停止觀測(cè)；
d以時(shí)間t為因變量，測(cè)筒的相對(duì)壓力(測(cè)筒壓力減去大氣壓力即P(t)-Patm)的自然對(duì)數(shù)值In (P(t)-Patm)為自變量，確定二者的數(shù)量關(guān)系，并以二者確定的直線斜率的絕對(duì)值作為被測(cè)土壤的空氣傳導(dǎo)特征參數(shù)K;
e將得到的空氣傳導(dǎo)特征參數(shù)S代入公式
權(quán)利要求
1.一種非侵入式土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括測(cè)筒(I),所述測(cè)筒(I)上端用橡皮塞(2)密封，兩根連接管(4)分別經(jīng)橡皮塞(2)和測(cè)筒(I)內(nèi)部連通，并且外部分別和氣壓測(cè)量計(jì)(5)及供氣源(3)相連接，與供氣源(3)相連接的連接管(4)上設(shè)置一閥門(mén)(6);測(cè)筒(I)下端開(kāi)通與待測(cè)土壤相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非侵入式土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)筒(I)為一內(nèi)徑為d材質(zhì)為硬塑料或者金屬的圓筒，測(cè)筒(I)與土壤表面接觸的下端被外徑為D的環(huán)型擋片(7 )所包圍，測(cè)筒(I)與環(huán)型擋片(7 )結(jié)合緊密不透氣，并且二者處于同一水平面上。
3.用權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行非侵入式土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)測(cè)量的方法，其特征在于，包括以下步驟: a將測(cè)筒放置到待測(cè)的土壤表面，在擋片下表面涂抹石蠟或者凡士林，防止擋片與地面之間漏氣； b利用供氣源向測(cè)筒供氣，當(dāng)氣壓測(cè)量計(jì)測(cè)定的測(cè)筒內(nèi)壓力到達(dá)預(yù)定值P(O)時(shí)停止供氣，并關(guān)閉閥門(mén)； C停止供氣同時(shí)開(kāi)始計(jì) 時(shí) ，并觀測(cè)氣壓測(cè)量計(jì)所測(cè)測(cè)筒壓力P (t)的變化，按照先疏后密的原則記錄測(cè)筒壓力p(t)變化過(guò)程對(duì)應(yīng)的時(shí)間t，當(dāng)測(cè)筒內(nèi)的壓力P(t)接近大氣壓時(shí)，停止觀測(cè)； d以時(shí)間t為因變量，測(cè)筒的相對(duì)壓力(測(cè)筒壓力減去大氣壓力即P(t)-Patm)的自然對(duì)數(shù)值In (P(t)-Patm)為自變量，確定二者的數(shù)量關(guān)系，并以二者確定的直線斜率的絕對(duì)值作為被測(cè)土壤的空氣傳導(dǎo)特征參數(shù)K; e將得到的空氣傳導(dǎo)特征參數(shù)S代入公式
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非侵入式土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，所述預(yù)定值P (O)的相對(duì)壓力為IiTlOOcm水柱的靜壓力，即0.981kPa 9.81kPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非侵入式土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，步驟c所述當(dāng)測(cè)筒內(nèi)的壓力P (t)接近大氣壓時(shí)，停止觀測(cè)，停止觀測(cè)時(shí)測(cè)筒內(nèi)的相對(duì)壓力為2cm水柱的靜壓力，即0.196kPa。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種非侵入式土壤導(dǎo)氣率瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，其特點(diǎn)是測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)筒(1)、供氣源(3)和氣壓測(cè)量計(jì)(5)連接而成；利用本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法可測(cè)算出土壤的導(dǎo)氣率，本發(fā)明在導(dǎo)氣率測(cè)量過(guò)程中避免了對(duì)土壤的擾動(dòng)，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，并且簡(jiǎn)化了土壤導(dǎo)氣率的測(cè)量過(guò)程，節(jié)省了測(cè)量時(shí)間和成本。本發(fā)明不僅在技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn)，而且設(shè)備價(jià)格大大降低，易于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N7/00GK103091199SQ20131002619
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者張振華, 楊潤(rùn)亞, 趙麗麗, 潘英華 申請(qǐng)人:張振華