本發(fā)明涉及到一種新型土壤張力計(jì)及土壤水勢(shì)測(cè)量方法，屬于土壤性質(zhì)測(cè)定工具技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

土壤水分是研究土壤水分運(yùn)動(dòng)及作物干旱表征的重要指標(biāo)，是農(nóng)田灌溉管理、區(qū)域水文條件研究和流域水分平衡計(jì)算的重要參數(shù)。隨著水源危機(jī)日益突出，國(guó)內(nèi)外對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究都給予高度重視，土壤水成為農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究中的常規(guī)測(cè)定項(xiàng)目。除土壤含水量外，土壤水勢(shì)能直觀反映土壤的水流動(dòng)力特征以及土壤對(duì)植物的供水能力，因而在水文研究和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也廣泛采用。如何快捷、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地測(cè)定土壤水勢(shì)，對(duì)于研究土壤水運(yùn)動(dòng)過(guò)程和準(zhǔn)確判斷農(nóng)田墑情等具有重要意義。

目前測(cè)定土壤水勢(shì)的儀器有機(jī)械式和數(shù)顯式，在使用中存在很多的問(wèn)題。主要是設(shè)備長(zhǎng)度較長(zhǎng)，安裝不便，且維護(hù)操作頻繁，占用操作者大量時(shí)間。數(shù)顯式設(shè)備價(jià)格昂貴，不利于推廣和田間利用。而且數(shù)顯式設(shè)備中的傳感設(shè)備功耗大，不利于節(jié)約能源，尤其是在野外環(huán)境下，功耗大會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的使用時(shí)限。

目前，土壤水勢(shì)的測(cè)量?jī)x器一般為底端帶有陶土頭的充水密閉長(zhǎng)管。測(cè)量時(shí)，需要將陶土頭埋至地下指定深度，并讓陶土頭與土壤接觸?；谕寥浪畡?dòng)力學(xué)原理，利用張力計(jì)內(nèi)部水和土壤水的滲透聯(lián)通性，通過(guò)張力計(jì)減少的水量和產(chǎn)生的負(fù)壓來(lái)反映土壤的水勢(shì)。張力計(jì)由于需要不定期添水，現(xiàn)有做法一般是將其主體上部和壓力表等露于地表，且頂端留有塞子以便于打開(kāi)添水。這種方法的問(wèn)題在于：1)開(kāi)塞添水時(shí)張力計(jì)管內(nèi)氣體不易排盡，且操作相對(duì)復(fù)雜，需要一定經(jīng)驗(yàn)；2)含水管體出露地表，冬季時(shí)容易凍裂，導(dǎo)致裝置損壞；3)地表的管體和壓力計(jì)等易被田間人工和機(jī)械工作損壞，限制工作效率。中國(guó)專利cn105486838a公開(kāi)了一種測(cè)量土壤水勢(shì)的便于維護(hù)和抗凍的張力計(jì)及測(cè)試方法，對(duì)張力計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，解決了張力計(jì)排氣不盡，管體出露地表易遭受人為或低溫凍裂損壞等缺點(diǎn)，但其設(shè)計(jì)仍存在以下突出問(wèn)題：1)張力計(jì)管體較長(zhǎng)，安裝不方便；2)由于壓力傳感器安裝于管體頂部，張力計(jì)管徑較粗；3)電子設(shè)備集成化程度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型土壤張力計(jì)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種新型土壤張力計(jì)，包括張力計(jì)主體、陶土頭、進(jìn)水管、出水/排氣管、壓力傳感器，所述張力計(jì)主體由不透水材料制成，所述陶土頭設(shè)置于張力計(jì)主體底部，與土壤直接接觸，所述陶土頭內(nèi)設(shè)有u型空腔管道，所述進(jìn)水管和出水/排氣管分別連接u型空腔管道的一端，進(jìn)水管和出水/排氣管大部分位于張力計(jì)主體內(nèi)，頂端伸出張力計(jì)主體，所述出水/排氣管上設(shè)有單向閥，單向閥設(shè)置于壓力傳感器與u型空腔管道之間，所述進(jìn)水管伸出張力計(jì)主體的頂端上設(shè)有第一密封裝置，所述出水/排氣管伸出張力計(jì)主體的頂端上設(shè)有第二密封裝置，所述進(jìn)水管與出水/排氣管的頂端水平對(duì)齊，所述壓力傳感器位于張力計(jì)主體內(nèi)，一端連接進(jìn)水管，另一端連接出水/排氣管，用于測(cè)量壓力傳感器兩端的壓力差。陶土頭部分與土壤接觸進(jìn)行水分交換，u型空腔管道與進(jìn)水管及出水/排氣管連接形成完整的進(jìn)水排氣通道，張力計(jì)主體用以保護(hù)陶土頭、進(jìn)水管、出水/排氣管及壓力傳感器，單向閥用于在灌水排氣結(jié)束后，測(cè)量開(kāi)始后阻止水從出水/排氣管側(cè)流向陶土頭空腔管道和進(jìn)水管側(cè)，壓力傳感器用于測(cè)量單向閥出口至第二密封裝置與單向閥進(jìn)口至第一密封裝置間的壓力差。

優(yōu)選的，所述壓力傳感器為數(shù)字輸出式壓力傳感器，包括數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)顯示/互聯(lián)部分。所述數(shù)據(jù)采集部分位于張力計(jì)主體內(nèi)，所述數(shù)據(jù)顯示/互聯(lián)部分通過(guò)線纜與數(shù)據(jù)采集部分連接，所述數(shù)據(jù)顯示/互聯(lián)部分設(shè)置于張力計(jì)主體外部。數(shù)據(jù)顯示/互聯(lián)部分可以是壓力讀數(shù)顯示器，也可以是與物聯(lián)網(wǎng)連接的數(shù)據(jù)端口，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控壓力傳感器的讀數(shù)。

優(yōu)選的，所述張力計(jì)主體采用樹(shù)脂、橡膠或金屬材料制成。

優(yōu)選的，所述進(jìn)水管和出水/排氣管為軟管，所述第一密封裝置與第二密封裝置為密封夾。

優(yōu)選的，所述進(jìn)水管和出水/排氣管為硬管，所述第一密封裝置與第二密封裝置為密封閥。

優(yōu)選的，還包括保護(hù)管，所述進(jìn)水管、出水/排氣管、線纜從張力計(jì)主體伸出的部分包裹于保護(hù)管內(nèi)。

優(yōu)選的，所述張力計(jì)主體長(zhǎng)8-15cm，寬3-5cm，厚1-2cm，進(jìn)水管以及出水/排氣管直徑0.5-1.5cm，壓力傳感器的壓力測(cè)量范圍為0-80kpa。

本發(fā)明還公開(kāi)了基于上所述的新型土壤張力計(jì)的土壤水勢(shì)測(cè)量方法，其步驟包括：

(1)將張力計(jì)主體掩埋在土壤耕作層以下的土壤中，保證陶土頭完全埋入土中；

(2)打開(kāi)第一密封裝置和第二密封裝置，利用注水器往進(jìn)水管內(nèi)注水，直至u型空腔管道內(nèi)充滿水，空氣完全排出，出水/排氣管內(nèi)有水溢出；

(3)關(guān)閉第一密封裝置和第二密封裝置，靜置，待新型土壤張力計(jì)與土壤之間的水分平衡后，讀取壓力傳感器讀數(shù)；

(4)根據(jù)壓力傳感器讀數(shù)計(jì)算土壤的水勢(shì)。

本發(fā)明的有益效果如下：

1.u型空腔管道的設(shè)計(jì)，便于裝置內(nèi)部氣體完全排盡；

2.u型空腔管道的設(shè)計(jì)為壓力傳感器和相應(yīng)的傳感器電路留有相對(duì)充裕的放置空間；

3.自動(dòng)校準(zhǔn)初始?jí)翰睿苊饬舜髿鈮翰▌?dòng)對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響；

4.裝置體積較小，便于安裝和維護(hù)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的新型土壤張力計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例2的新型土壤張力計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為實(shí)施例3的新型土壤張力計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本新型土壤張力計(jì)，包括張力計(jì)主體1、陶土頭2、進(jìn)水管3、出水/排氣管4、壓力傳感器5，所述張力計(jì)主體1由樹(shù)脂制成，所述陶土頭2為透水不透氣的陶土燒制成的材料，其形狀為u型體，設(shè)置于張力計(jì)主體底部，與土壤直接接觸，所述陶土頭內(nèi)設(shè)有u型空腔管道6，所述進(jìn)水管3和出水/排氣管4為硬管，分別連接u型空腔管道6的一端，進(jìn)水管3和出水/排氣管4大部分位于張力計(jì)主體1內(nèi)，頂端伸出張力計(jì)主體1，所述出水/排氣管上設(shè)有單向閥7，單向閥7設(shè)置于壓力傳感器5與u型空腔管道6之間，單向閥用于阻止水從出水/排氣管側(cè)流向陶土頭空腔管道和進(jìn)水管側(cè),所述進(jìn)水管伸出張力計(jì)主體的頂端上設(shè)有第一密封閥8，所述出水/排氣管伸出張力計(jì)主體的頂端上設(shè)有第二密封閥9，所述進(jìn)水管3與出水/排氣管4的頂端水平對(duì)齊，所述壓力傳感器5為數(shù)顯壓力傳感器，包括數(shù)據(jù)采集部分51和數(shù)據(jù)顯示部分52，所述數(shù)據(jù)采集部分51位于張力計(jì)主體1內(nèi)，一端連接進(jìn)水管3，另一端連接出水/排氣管4，用于測(cè)量第一密封閥8至單向閥7以及單向閥7至第二密封閥9之間的壓力差，所述數(shù)據(jù)顯示部分52通過(guò)線纜與數(shù)據(jù)采集部分連接，所述數(shù)據(jù)顯示部分52設(shè)置于張力計(jì)主體外部。數(shù)據(jù)采集部分包括推薦的honeywell26pc15smt型壓力傳感器，以及配套的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路板。數(shù)據(jù)顯示/互聯(lián)部分為壓力讀數(shù)顯示器。所述張力計(jì)主體長(zhǎng)8cm，寬3cm，厚1cm，進(jìn)水管以及出水/排氣管直徑0.5cm，壓力傳感器的壓力測(cè)量范圍為0-80kpa。

實(shí)施例2

本新型土壤張力計(jì)結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1基本一致，其區(qū)別在于：所述張力計(jì)主體1由橡膠制成，進(jìn)水管3和出水/排氣管4為軟管，所述進(jìn)水管3伸出張力計(jì)主體1的頂端上設(shè)有第一密封夾8，所述出水/排氣管伸出張力計(jì)主體的頂端上設(shè)有第二密封夾9，陶土頭2的形狀為底部為u形的類長(zhǎng)方體，數(shù)據(jù)顯示/互聯(lián)部分為與物聯(lián)網(wǎng)連接的數(shù)據(jù)端口。所述張力計(jì)主體長(zhǎng)15cm，寬5cm，厚2cm，進(jìn)水管以及出水/排氣管直徑1.5cm，壓力傳感器的壓力測(cè)量范圍為0-80kpa。事實(shí)上，陶土頭2的形狀不限，只要能容納下u型空腔管道6即可。

實(shí)施例3

本新型土壤張力計(jì)結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2基本一致，其區(qū)別在于：所述張力計(jì)主體1由金屬制成，進(jìn)水管、出水/排氣管、線纜從張力計(jì)主體伸出的部分包裹于保護(hù)管10內(nèi)。所述張力計(jì)主體長(zhǎng)10cm，寬4cm，厚1.5cm，進(jìn)水管以及出水/排氣管直徑1cm，壓力傳感器的壓力測(cè)量范圍為0-80kpa。

實(shí)施例4

本土壤水勢(shì)測(cè)量方法，基于實(shí)施例1-3中任一的新型土壤張力計(jì)實(shí)現(xiàn)，其步驟包括：

(1)將張力計(jì)主體陶土頭端向下，垂直掩埋在土壤耕作層以下的土壤中，保證陶土頭完全埋入土中，保持進(jìn)水管和出水/排氣管頂端出露地表且水平對(duì)齊，數(shù)據(jù)顯示部分52出露地表；

(2)打開(kāi)第一密封裝置和第二密封裝置，利用注水器往進(jìn)水管內(nèi)注水，直至u型空腔管道內(nèi)充滿水，空氣完全排出，出水/排氣管內(nèi)有水溢出；

(3)關(guān)閉第一密封裝置和第二密封裝置，靜置，待新型土壤張力計(jì)與土壤之間的水分平衡后，讀取壓力傳感器讀數(shù)；

(4)根據(jù)壓力傳感器讀數(shù)計(jì)算土壤的水勢(shì)。