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1、1土壤容重与含水量土壤容重与含水量 中国农业大学任图生2012-9-202土壤容重土壤容重(Bulk Density)(Bulk Density)p概念：单位体积土壤（固、液、气）包含的固体的质量。常用rb表示，单位为Mg m-3或g cm-3。p意义： 质量单位与体积单位转化； 土壤紧实度指标； 与水分和空气流动、根系和微生物呼吸密切相关。p影响因子： 颗粒组成； 颗粒的空间排列； 粘粒的收缩性能：粘壤和粘土等，田间呈动态变化。3土壤容重土壤容重p直接测定技术： 环刀取样法：垂直与水平？干与湿？ 蜡封法：不规则土块 挖坑法：石块、根系太多。p间接测定法： 电阻法 玛射线法 热脉冲TDR技术p
2、矿质土壤容重范围? 1.0-1.6 g cm-34环刀取样法环刀取样法p利用环刀在田间取一定体积（Vt）的土壤p在室内（105-110oC）烘干，得到干土质量（Ms）p问题：破坏性，难以重复；土壤深层不容易操作5根据土壤热容量的理论模，可以得到：热脉冲TDR技术测定土壤容重AV6土壤容重的土壤容重的 动态变化动态变化rb (g cm-3)7土壤含水量土壤含水量p质量含水量与体积含水量：p测定技术：直接测定法：烘干法间接测定法：利用土壤电学、电磁学、热力学等性质g g-1cm3 cm-38土壤含水量测定技术直接测定：烘干法间接技术电学方法放射技术声学方法热学方法化学方法电阻法介电技术-中子技术
3、-g射线技术石膏块、尼龙块TDR手感法FDR TDT-微波技术 -热脉冲技术9电阻法测定土壤含水量电阻法测定土壤含水量10中子仪中子仪快中子慢中子（热中子）慢化（热化）p探头周围热中子云球的密度主要随 氢原子数量而变化。p土壤中影响热中子云球的密度的氢 原子主要存在于土壤水分子中。11TDRTDR测定土壤含水量测定土壤含水量v = -5.3 x 10-2 + 2.92 x 10-2Ka - 5.5 x 10-4Ka2 + 4.3x10-6Ka3L LKw: 80, Ks: 3-5, Ka: 1L1L212TDRTDR仪器设备仪器设备13TDRTDR田间应用田间应用Campbell scient
4、ific TDR system现有系统难以准确监测现有系统难以准确监测大范大范围农田水分围农田水分 中子仪、时域反射、热脉冲等技术：准确，但仅点尺度； 遥感技术：监测大尺度（10m-km )水分，但局限于表层几厘米。受照片空间分辨率、地表粗糙度和植被影响较大，需要地面 观测数据验证，短期内难以大面积应用； 目前仍然缺乏农田和小流域尺度上准确测定土壤水分的技术。时域反射仪拟引进技术：宇宙射线土壤水分监测系拟引进技术：宇宙射线土壤水分监测系 统（统（COSMOSCOSMOS） 2009年，美国Hydroinnova 公司创新性地开发了基于近地面环境宇宙射线中的快中子浓度与土壤含水量关系的区域土壤水
5、分测量 系统：COSMOS。宇宙射线中子水分测量原理宇宙射线中子水分测量原理NucleusQmax/E1H1.0002H0.8894He0.6409Be0.36012C0.28416O0.22156Fe0.069118Sn0.033238U0.017中子和不同的原子核碰撞后，损失的能量占初始能量的比例快中子和氢原子碰撞示意图快中子和氢原子碰撞示意图宇宙射线的快中子在进 入地面时，与原子核碰 撞，散射而失去能量， 并最终成为热中子。 能量损耗和原子核的重 量成反比。因为氢原子 的热化效率非常高，所 以被热化的中子数在很 大程度上取决于氢含量 ，也就是土壤水含量。快中子通量和土壤水分含量关系快中子
6、通量和土壤水分含量关系实地水分监测：实地水分监测：San Pedro San Pedro 河谷，亚利桑河谷，亚利桑 那那COSMOSCOSMOS系系统美国现状（统美国现状（20112011年）：年）：5050台台21仪器设备仪器设备22步骤：烘干法步骤：烘干法p测量环刀体积（V），称量空铝盒重量（M0）；p选择代表性位置，清除杂物；p挖掘土壤剖面，用削土刀修平剖面；p按剖面层次，分层采样；p取出环刀，削去两端多余的土；p将土样转移至铝盒中，用盖密封；p重复上述过程，在同一层次取3个样品；p将样品带回实验室，称重（M1）；p在1052oC下烘干（24小时），在干燥器中冷却，称重（M2） 。p计算含水量和容重。23步骤：步骤：TDRTDR技术技术p在田间取容重样的深度将时域反射探头水平插入土壤，将探 头连接到时域反射仪；p打开时域反射仪，调节视窗尺度，找到电磁信号的两个反射 点并记录记录其位置L1和L2；p另选2个点，重复上述步骤；p利用TDR测定结果计算土壤介电常数和体积含水量。24结果与讨论结果与讨论p计算测定结果的平均值和标准差；p利用烘干法结果，计算体积含水量、孔隙度、三相比和饱和度；p比较TDR测定结果与烘干法测定结果（作图）；p环刀取样法测定容重有何优缺点？p分析TDR与烘干法测定土壤含水量的主要误差来源；p与其它测定技术相比较，TDR技术的优越性和不足？
