一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计及测试方法
一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土壤研究工具领域，具体的涉及一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计及测试方法。
【背景技术】
[0002]土壤水分是研究农业干早及作物干早的重要指标，是农田灌溉管理、区域水文条件研究和流域水分平衡计算的重要参量。特别是随着水源危机日益突出，国内外对节水农业研究都给予高度重视，土壤含水量也就成了节水农业研究中经常测定的项目。测定方法的研究主要体现在如何快捷、准确、经济地测定土壤含水量方面，这对于及时探明土壤水分状况，以便适时做出科学的决策或采取合理的措施等具有重要意义。
[0003]通过对现有土壤水势测定仪器分析，可以看到虽然目前测定土壤水势的仪器有很多，原理也很多，有机械式的，也有数显式的，但是使用中还是存在很多的问题，要么设备复杂，操作麻烦，对操作者专业知识要求高。要么价格昂贵，不利于推广和田间利用。还有就是功耗大，不利于节约能源，尤其是在野外环境下，功耗大会限制设备的使用时限。
[0004]目前，土壤水势的仪器一般需要埋在地下，让陶土头与土壤接触，基于土壤水动力学原理，利用张力计内部水和土壤水的渗透联通性，通过张力计减少的水量和产生的负压来反映土壤的水势。张力计由于需要不定期添水，现有做法一般是将其主体上部和压力表等露于地表，且顶端留有塞子以便于打开添水。这种方法的问题在于:1)开塞添水时张力计管内气体不易排尽，且操作相对复杂，需要一定经验;2)含水管体出露地表，不能在冬季低温季节应用;3)地表的管体和压力计等易被田间人工和机械工作损坏，限制工作效率。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术存在的1)开塞添水时张力计管内气体不易排尽，且操作相对复杂，需要一定经验;2)含水管体出露地表，不能在冬季低温季节应用；3)地表的管体和压力计等易被田间人工和机械工作损坏，限制工作效率等问题，提出一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计及测试方法。
[0007]本发明的技术方案是:一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，包括陶土头、张力计主体，陶土头为一段封口的管体，陶土头的另一端与张力计主体的下端固定连接，所述张力计主体的上端设置有密封塞，密封塞上设置有排气孔、进水管孔和压力传感器，进水管穿过密封塞孔直插至陶土头底部，排气管插接在密封塞的排气管孔中，排气管的上部设置有排气单向阀；传感器的上端连接有传感器连接线，进水管的上端可拆卸的连接有给水装置。
[0008]所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，所述密封塞的下表面为倾斜面，排气管位于倾斜面较高的一侧，且排气管的下端不低于密封塞下表面。
[0009]所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，所述给水装置包括水源管，和设置在水源管上的单向阀A和单向阀B，单向阀A通过导管与进水管上端连接，在单向阀A和单向阀B的管道上安装有活塞式注水器。
[0010]所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，所述单向阀A由水源至活塞式注水器方向导通，反向截止;所述单向阀B由活塞式注水器至进水管方向导通，反向截止。
[0011]所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，所述密封塞的下边面为上凹形，排气管的下端不低于密封塞下表面。
[0012]—种包含权利要求1所述装置的土壤水势测试方法，包含以下步骤:
步骤一:把张力计主体掩埋在土壤耕作层以下的土壤中(或其他需要的深度，保证陶土头完全埋入土中)；
步骤二:把张力计主体与给水装置、压力传感器读书器连接，并利用活塞式注水器往张力计主体注水，直到主体中空气完全排出，排气管中有水冒出；
步骤三:静置，直至张力计与土壤间水分平衡，压力传感器读数相对稳定；
步骤四:根据压力传感器的数据计算土壤的水势。
[0013]本发明的有益效果是:1.本发明具有单向阀的供水和排气装置，简化了张力计的注水和排气过程，提高了田间工作效率;本装置大部分主体埋藏于地下，可以跟据实际情况避免冬季结冰对张力计使用时间的限制，使得北方冬季用张力计测定土壤水势成为可能。
[0014]2.本装置地上部分仅为软管(供水装置可在注水结束后取走)，以及压力传感器线缆。在作物收种，田间机械作业甚至耕作时，地上部分不会影响作业，无需将埋于地下的张力计主体取出，从而避免了张力计随作物耕种收获的定期维护工作。
[0015]3.新型张力计将改进传统张力计的注水方式、埋设方式以及数据采集方式。其采用带单向阀的注水和排气系统，实现无需拆开张力计体即可进行注水和排气过程，同时做到排气更彻底。该张力计根据设计可整体埋设于土壤耕作层甚至更深的深度，地表仅有少量软管和电缆出露，可有效避免机械和人工田间作业对仪器的损坏;埋于地下同时还能有效抗冻，便于设备在黄淮等北方地区冬季使用，适用范围更加广泛，操作更加简便。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的组装结构示意图；
图2为张力计主体及陶土头剖面结构示意图；
图中，1为陶土头，2为进水管，3为密封塞，4为单向阀B，5为单向阀A，6为水源管，7为活塞式注水器，8为传感器连接线，9为排气管，10为排气单向阀，11为压力传感器，12为张力计主体，13耕作层。
【具体实施方式】
[0017]实施例1:一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，包括陶土头、张力计主体，陶土头为一段封口的管体，陶土头的另一端与张力计主体的下端固定连接，所述张力计主体的上端设置有密封塞，密封塞上设置有排气孔、进水管孔和压力传感器，进水管穿过密封塞孔直插至陶土头底部，排气管按插接在密封塞的排气管孔中，排气管的上部设置有排气单向阀；传感器的上端连接有传感器连接线，进水管的上密封塞的下表面为倾斜面，排气管位于倾斜面较高的一侧，且排气管的下端不低于密封塞下表面。给水装置包括水源管，和设置在水源管上的单向阀A和单向阀B，单向阀A通过导管与进水管上端连接，在单向阀A和单向阀B的管道上安装有活塞式注水器。单向阀A由水源至活塞式注水器方向导通，反向截止;所述单向阀B由活塞式注水器至进水管方向导通，反向截止。
[0018]—种包含权利要求1所述装置的土壤水势测试方法，包含以下步骤:
步骤一:把张力计主体陶土头端向下，垂直掩埋在土壤耕作层以下的土壤中；掩埋在土壤耕作层以下，可以使得张力计主体在农耕的时候，不必取出来，为下次进行土壤水势测试，提供便利。
[0019]步骤二:把张力计主体与给水装置、压力传感器读书器连接，并利用活塞式注水器往张力及主体注水，直到排气管中有水冒出；说明此时张力计主体中的空气已经排尽。
[0020]步骤三:静置，直至张力计与土壤间水分达到平衡，压力传感器读数器稳定；当压力传感器读数稳定时，可知土壤水势已经平衡；
步骤四:根据压力传感器的数据计算土壤的水势。
[0021]实施例2:与实施例1相同的部分不重述，不同的是密封塞的下边面为上凹形，排气管的下端不低于密封塞下表面的最高点。
【主权项】
1.一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，包括陶土头、张力计主体，陶土头为一段封口的管体，陶土头的另一端与张力计主体的下端固定连接，其特征在于:所述张力计主体的上端设置有密封塞，密封塞上设置有排气孔、进水管孔和压力传感器，进水管穿过密封塞孔直插至陶土头底部，排气管插接在密封塞的排气管孔中，排气管的上部设置有排气单向阀;传感器的上端连接有传感器连接线，进水管的上端可拆卸的连接有给水装置。2.根据权利要求1所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，其特征在于:所述密封塞的下表面为倾斜面，排气管位于倾斜面较高的一侧，且排气管的下端不低于密封塞下表面。3.根据权利要求1所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，其特征在于:所述给水装置包括水源管，和设置在水源管上的单向阀A和单向阀B，单向阀A通过导管与进水管上端连接，在单向阀A和单向阀B的管道上安装有活塞式注水器。4.根据权利要求3所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，其特征在于:所述单向阀A由水源至活塞式注水器方向导通，反向截止;所述单向阀B由活塞式注水器至进水管方向导通，反向截止。5.根据权利要求1所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，其特征在于:所述密封塞的下边面为上凹形，排气管的下端不低于密封塞下表面。6.—种包含权利要求1所述装置的土壤水势测试方法，其特征在于:包含以下步骤: 步骤一:把张力计主体掩埋在土壤耕作层以下的土壤中，保证陶土头完全埋入土中； 步骤二:把张力计主体与给水装置、压力传感器读书器连接，并利用活塞式注水器往张力计主体注水，直到主体中空气完全排出，排气管中有水冒出； 步骤三:静置，直至张力计与土壤间水分平衡，压力传感器读数相对稳定； 步骤四:根据压力传感器的数据计算土壤的水势。
【专利摘要】本发明属于土壤研究工具领域，具体为一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计及测试方法，其中土壤水势的张力计，包括陶土头、张力计主体，陶土头与张力计主体下端固定连接，张力计主体上端设置有密封塞、排气孔、进水管孔和压力传感器，进水管穿过密封塞孔直插至陶土头底部，排气管插接在密封塞的排气管孔中，排气管的上部设置有排气单向阀；传感器的上端连接有传感器连接线，进水管的上端可拆卸的连接有给水装置。张力计采用带单向阀的注水和排气系统，实现无需拆开张力计体即可进行注水和排气过程，同时做到排气更彻底。张力计整体埋设于土壤耕作层甚至更深的深度，地表仅有少量软管和电缆出露，可有效避免机械和人工田间作业对仪器的损坏。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN105486838
【申请号】CN201510988292
【发明人】李晓鹏, 刘建立, 闫一凡, 赵永超, 张佳宝
【申请人】中国科学院南京土壤研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月25日
【技术领域】
[0001]本发明属于土壤研究工具领域，具体的涉及一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计及测试方法。
【背景技术】
[0002]土壤水分是研究农业干早及作物干早的重要指标，是农田灌溉管理、区域水文条件研究和流域水分平衡计算的重要参量。特别是随着水源危机日益突出，国内外对节水农业研究都给予高度重视，土壤含水量也就成了节水农业研究中经常测定的项目。测定方法的研究主要体现在如何快捷、准确、经济地测定土壤含水量方面，这对于及时探明土壤水分状况，以便适时做出科学的决策或采取合理的措施等具有重要意义。
[0003]通过对现有土壤水势测定仪器分析，可以看到虽然目前测定土壤水势的仪器有很多，原理也很多，有机械式的，也有数显式的，但是使用中还是存在很多的问题，要么设备复杂，操作麻烦，对操作者专业知识要求高。要么价格昂贵，不利于推广和田间利用。还有就是功耗大，不利于节约能源，尤其是在野外环境下，功耗大会限制设备的使用时限。
[0004]目前，土壤水势的仪器一般需要埋在地下，让陶土头与土壤接触，基于土壤水动力学原理，利用张力计内部水和土壤水的渗透联通性，通过张力计减少的水量和产生的负压来反映土壤的水势。张力计由于需要不定期添水，现有做法一般是将其主体上部和压力表等露于地表，且顶端留有塞子以便于打开添水。这种方法的问题在于:1)开塞添水时张力计管内气体不易排尽，且操作相对复杂，需要一定经验;2)含水管体出露地表，不能在冬季低温季节应用;3)地表的管体和压力计等易被田间人工和机械工作损坏，限制工作效率。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术存在的1)开塞添水时张力计管内气体不易排尽，且操作相对复杂，需要一定经验;2)含水管体出露地表，不能在冬季低温季节应用；3)地表的管体和压力计等易被田间人工和机械工作损坏，限制工作效率等问题，提出一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计及测试方法。
[0007]本发明的技术方案是:一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，包括陶土头、张力计主体，陶土头为一段封口的管体，陶土头的另一端与张力计主体的下端固定连接，所述张力计主体的上端设置有密封塞，密封塞上设置有排气孔、进水管孔和压力传感器，进水管穿过密封塞孔直插至陶土头底部，排气管插接在密封塞的排气管孔中，排气管的上部设置有排气单向阀；传感器的上端连接有传感器连接线，进水管的上端可拆卸的连接有给水装置。
[0008]所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，所述密封塞的下表面为倾斜面，排气管位于倾斜面较高的一侧，且排气管的下端不低于密封塞下表面。
[0009]所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，所述给水装置包括水源管，和设置在水源管上的单向阀A和单向阀B，单向阀A通过导管与进水管上端连接，在单向阀A和单向阀B的管道上安装有活塞式注水器。
[0010]所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，所述单向阀A由水源至活塞式注水器方向导通，反向截止;所述单向阀B由活塞式注水器至进水管方向导通，反向截止。
[0011]所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，所述密封塞的下边面为上凹形，排气管的下端不低于密封塞下表面。
[0012]—种包含权利要求1所述装置的土壤水势测试方法，包含以下步骤:
步骤一:把张力计主体掩埋在土壤耕作层以下的土壤中(或其他需要的深度，保证陶土头完全埋入土中)；
步骤二:把张力计主体与给水装置、压力传感器读书器连接，并利用活塞式注水器往张力计主体注水，直到主体中空气完全排出，排气管中有水冒出；
步骤三:静置，直至张力计与土壤间水分平衡，压力传感器读数相对稳定；
步骤四:根据压力传感器的数据计算土壤的水势。
[0013]本发明的有益效果是:1.本发明具有单向阀的供水和排气装置，简化了张力计的注水和排气过程，提高了田间工作效率;本装置大部分主体埋藏于地下，可以跟据实际情况避免冬季结冰对张力计使用时间的限制，使得北方冬季用张力计测定土壤水势成为可能。
[0014]2.本装置地上部分仅为软管(供水装置可在注水结束后取走)，以及压力传感器线缆。在作物收种，田间机械作业甚至耕作时，地上部分不会影响作业，无需将埋于地下的张力计主体取出，从而避免了张力计随作物耕种收获的定期维护工作。
[0015]3.新型张力计将改进传统张力计的注水方式、埋设方式以及数据采集方式。其采用带单向阀的注水和排气系统，实现无需拆开张力计体即可进行注水和排气过程，同时做到排气更彻底。该张力计根据设计可整体埋设于土壤耕作层甚至更深的深度，地表仅有少量软管和电缆出露，可有效避免机械和人工田间作业对仪器的损坏;埋于地下同时还能有效抗冻，便于设备在黄淮等北方地区冬季使用，适用范围更加广泛，操作更加简便。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的组装结构示意图；
图2为张力计主体及陶土头剖面结构示意图；
图中，1为陶土头，2为进水管，3为密封塞，4为单向阀B，5为单向阀A，6为水源管，7为活塞式注水器，8为传感器连接线，9为排气管，10为排气单向阀，11为压力传感器，12为张力计主体，13耕作层。
【具体实施方式】
[0017]实施例1:一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，包括陶土头、张力计主体，陶土头为一段封口的管体，陶土头的另一端与张力计主体的下端固定连接，所述张力计主体的上端设置有密封塞，密封塞上设置有排气孔、进水管孔和压力传感器，进水管穿过密封塞孔直插至陶土头底部，排气管按插接在密封塞的排气管孔中，排气管的上部设置有排气单向阀；传感器的上端连接有传感器连接线，进水管的上密封塞的下表面为倾斜面，排气管位于倾斜面较高的一侧，且排气管的下端不低于密封塞下表面。给水装置包括水源管，和设置在水源管上的单向阀A和单向阀B，单向阀A通过导管与进水管上端连接，在单向阀A和单向阀B的管道上安装有活塞式注水器。单向阀A由水源至活塞式注水器方向导通，反向截止;所述单向阀B由活塞式注水器至进水管方向导通，反向截止。
[0018]—种包含权利要求1所述装置的土壤水势测试方法，包含以下步骤:
步骤一:把张力计主体陶土头端向下，垂直掩埋在土壤耕作层以下的土壤中；掩埋在土壤耕作层以下，可以使得张力计主体在农耕的时候，不必取出来，为下次进行土壤水势测试，提供便利。
[0019]步骤二:把张力计主体与给水装置、压力传感器读书器连接，并利用活塞式注水器往张力及主体注水，直到排气管中有水冒出；说明此时张力计主体中的空气已经排尽。
[0020]步骤三:静置，直至张力计与土壤间水分达到平衡，压力传感器读数器稳定；当压力传感器读数稳定时，可知土壤水势已经平衡；
步骤四:根据压力传感器的数据计算土壤的水势。
[0021]实施例2:与实施例1相同的部分不重述，不同的是密封塞的下边面为上凹形，排气管的下端不低于密封塞下表面的最高点。
【主权项】
1.一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，包括陶土头、张力计主体，陶土头为一段封口的管体，陶土头的另一端与张力计主体的下端固定连接，其特征在于:所述张力计主体的上端设置有密封塞，密封塞上设置有排气孔、进水管孔和压力传感器，进水管穿过密封塞孔直插至陶土头底部，排气管插接在密封塞的排气管孔中，排气管的上部设置有排气单向阀;传感器的上端连接有传感器连接线，进水管的上端可拆卸的连接有给水装置。2.根据权利要求1所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，其特征在于:所述密封塞的下表面为倾斜面，排气管位于倾斜面较高的一侧，且排气管的下端不低于密封塞下表面。3.根据权利要求1所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，其特征在于:所述给水装置包括水源管，和设置在水源管上的单向阀A和单向阀B，单向阀A通过导管与进水管上端连接，在单向阀A和单向阀B的管道上安装有活塞式注水器。4.根据权利要求3所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，其特征在于:所述单向阀A由水源至活塞式注水器方向导通，反向截止;所述单向阀B由活塞式注水器至进水管方向导通，反向截止。5.根据权利要求1所述的测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计，其特征在于:所述密封塞的下边面为上凹形，排气管的下端不低于密封塞下表面。6.—种包含权利要求1所述装置的土壤水势测试方法，其特征在于:包含以下步骤: 步骤一:把张力计主体掩埋在土壤耕作层以下的土壤中，保证陶土头完全埋入土中； 步骤二:把张力计主体与给水装置、压力传感器读书器连接，并利用活塞式注水器往张力计主体注水，直到主体中空气完全排出，排气管中有水冒出； 步骤三:静置，直至张力计与土壤间水分平衡，压力传感器读数相对稳定； 步骤四:根据压力传感器的数据计算土壤的水势。
【专利摘要】本发明属于土壤研究工具领域，具体为一种测量土壤水势的便于维护和抗冻的张力计及测试方法，其中土壤水势的张力计，包括陶土头、张力计主体，陶土头与张力计主体下端固定连接，张力计主体上端设置有密封塞、排气孔、进水管孔和压力传感器，进水管穿过密封塞孔直插至陶土头底部，排气管插接在密封塞的排气管孔中，排气管的上部设置有排气单向阀；传感器的上端连接有传感器连接线，进水管的上端可拆卸的连接有给水装置。张力计采用带单向阀的注水和排气系统，实现无需拆开张力计体即可进行注水和排气过程，同时做到排气更彻底。张力计整体埋设于土壤耕作层甚至更深的深度，地表仅有少量软管和电缆出露，可有效避免机械和人工田间作业对仪器的损坏。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN105486838
【申请号】CN201510988292
【发明人】李晓鹏, 刘建立, 闫一凡, 赵永超, 张佳宝
【申请人】中国科学院南京土壤研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月25日
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