一種評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的攪拌破碎能量法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的攪拌破碎能量法，屬于土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評(píng)估領(lǐng)域。該方法是將過2mm篩的風(fēng)干土樣加一定的水配比制成土水溶液，并應(yīng)用攪拌機(jī)對該土水溶液進(jìn)行低速(3000rps)攪拌破碎，攪拌破碎過程中采集攪拌機(jī)的電功率和土水溶液溫度，同時(shí)將攪拌破碎完成的土水溶液進(jìn)行篩分、烘干、稱重，并對比土壤質(zhì)地確定破碎過程為土壤完全破碎過程。然后，采用水或完全破碎土樣溶液在同等實(shí)驗(yàn)條件下重復(fù)相同時(shí)間的攪拌實(shí)驗(yàn)，并測出相應(yīng)的電功率和土水溶液溫度。根據(jù)采集到的土水溶液和水或完全破碎土樣溶液的電功率，通過差分、積分計(jì)算土壤破碎能量。本發(fā)明可以測量土壤破碎能量，定量評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。
【專利說明】
一種評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的攪拌破碎能量法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評(píng)估領(lǐng)域，具體涉及一種評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的攪 拌破碎能量法。
【背景技術(shù)】
[0002] 土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，其穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量好壞的重要指 標(biāo)。早期評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的方法多是定性的研究。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展土壤 團(tuán)聚體穩(wěn)定性評(píng)估呈量化發(fā)展趨勢，已經(jīng)研究出利用超聲激勵(lì)分散的方法評(píng)估土壤團(tuán)聚體 穩(wěn)定性、定量計(jì)算土壤超聲分散能量的系統(tǒng)。但所依賴的超聲能量法影響參數(shù)較多，且現(xiàn)有 的超聲儀器功率較大，因而限制了應(yīng)用領(lǐng)域，不適用于弱穩(wěn)定性土壤?，F(xiàn)有的機(jī)械攪拌在土 壤科學(xué)中的應(yīng)用主要是分散土樣從而進(jìn)行土壤理化性質(zhì)的測定。通過測定機(jī)械攪拌破碎能 量可以定量評(píng)估土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，但該能量一直未得重視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的攪拌破碎能量 法。
[0004] 作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的攪拌破碎能量法的 測量原理。
[0005] 攪拌機(jī)攪拌土水溶液時(shí)，電能通過攪拌機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)化輸出攪拌能量。根據(jù)能量轉(zhuǎn) 化守恒定律，攪拌機(jī)輸入功率P可以表示為
[0006] P = Pl+Ph+Ps (1)
[0007] 其中，PL為土壤破碎功率，PH為土水溶液熱功率，PS為系統(tǒng)損耗功率，主要包括攪拌 機(jī)損耗功率和土水溶液中由于熱傳導(dǎo)等方式的損耗功率。
[0008] 對于水或完全分散土樣等穩(wěn)定介質(zhì)，由于沒有破碎能量，攪拌機(jī)輸入功率只是用 于攪拌溶液增加系統(tǒng)熱能和系統(tǒng)損耗功率，表現(xiàn)為
[0009] p' =pH+ps (2)
[0010] 在同等實(shí)驗(yàn)條件（即攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、溶液起始溫度等)下，可以認(rèn)為系統(tǒng)損 耗Ps相同。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，相同攪拌時(shí)間內(nèi)，土水溶液和只有水時(shí)的溫度變化基本相同。 原因在于所用攪拌機(jī)采用串激整流子電動(dòng)機(jī)，通過電子恒力矩調(diào)速，在低速時(shí)（一般低于 5000rps)力矩恒定，從而攪拌溶液所產(chǎn)生的熱能基本一致，即Ph相同。
[0011] 由（1)和(2)可以差分得到土壤破碎功率為
[0012] PL(t)=P(t)-P/ (t) (3)
[0013] 對PL在攪拌時(shí)間內(nèi)積分可得到土壤破碎能量L，即
[0014] (4)
[0015] 攪拌破碎過程結(jié)束后，將土水溶液進(jìn)行篩分、烘干、稱重，并與土壤質(zhì)地對比以確 定該過程為土壤完全破碎過程。
[0016]作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的攪拌破碎能量法 的實(shí)施方案，包括如下步驟：
[0017] (1)將過2mm篩的風(fēng)干土樣加水配比制成土水溶液；
[0018] (2)將配制好的土水溶液進(jìn)行低速(3000rps)攪拌破碎，攪拌破碎過程中實(shí)時(shí)記錄 攪拌機(jī)的電功率和土水溶液溫度；
[0019] (3)將上述攪拌破碎過程完成的土水溶液進(jìn)行篩分、烘干、稱重，并與土壤質(zhì)地對 比確定破碎過程為土壤完全破碎過程；
[0020] (4)同等實(shí)驗(yàn)條件（即攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、溶液起始溫度等)下將水或完全破碎 土樣溶液進(jìn)行一次相同時(shí)間的（2)攪拌重復(fù)實(shí)驗(yàn)，攪拌破碎過程中實(shí)時(shí)記錄攪拌機(jī)的電功 率和土水溶液溫度；
[0021] (5)根據(jù)(2)和(4)采集到的土水溶液和水或完全破碎土樣溶液的電功率，通過差 分、積分計(jì)算土壤破碎能量。
[0022]本發(fā)明的有益效果是：
[0023] (1)本發(fā)明利用攪拌機(jī)攪拌土壤，相比超聲波法更適合于弱穩(wěn)定性土壤。
[0024] (2)本發(fā)明可以測量土壤破碎能量，定量評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明實(shí)施例對所采集到的楊凌壤土和東北黑土進(jìn)行測試，并根據(jù)所測得的土壤 破碎能量，楊凌壤土穩(wěn)定性略強(qiáng)于東北黑土。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] (1)配比溶液:將風(fēng)干楊凌壤土 60g過2mm篩后與600ml水配比制成土水溶液；
[0029] (2)攪拌破碎:將配制好的土水溶液進(jìn)行低速(3000rps)攪拌破碎，分別攪拌60s， 180s，300s，420s，900s，1800s。攪拌破碎過程中實(shí)時(shí)記錄攪拌機(jī)的電功率和土水溶液溫度；
[0030] (3)篩分烘干稱重:將上述攪拌破碎過程完成的土水溶液進(jìn)行篩分、烘干、稱重，并 與土壤質(zhì)地對比確定破碎過程為土壤完全破碎過程；
[0031] (4)同等實(shí)驗(yàn)條件（即攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、溶液起始溫度等）下將600ml水或完 全破碎土樣溶液進(jìn)行一次相同時(shí)間的（2)攪拌重復(fù)實(shí)驗(yàn)，攪拌破碎過程中實(shí)時(shí)記錄攪拌機(jī) 的電功率和土水溶液溫度；
[0032] (5)根據(jù)(2)和(4)采集到的土水溶液和水或完全破碎土樣溶液的電功率，通過差 分、積分計(jì)算土壤破碎能量。
[0033] 本實(shí)施例楊凌壤土在1200s左右達(dá)到完全破碎，土壤破碎能量為28.67J/g。
[0034] 實(shí)施例2
[0035] (1)配比溶液:將風(fēng)干東北黑土 60g過2mm篩后與600ml水配比制成土水溶液；
[0036] (2)攪拌破碎:將配制好的土水溶液進(jìn)行低速(3000rps)攪拌破碎，分別攪拌60s， 180s，300s，420s，900s，1800s。攪拌破碎過程中實(shí)時(shí)記錄攪拌機(jī)的電功率和土水溶液溫度；
[0037] (3)篩分烘干稱重:將上述攪拌破碎過程完成的土水溶液進(jìn)行篩分、烘干、稱重，并 與土壤質(zhì)地對比確定破碎過程為土壤完全破碎過程；
[0038] (4)同等實(shí)驗(yàn)條件（即攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、溶液起始溫度等）下將600ml水或完 全破碎土樣溶液進(jìn)行一次相同時(shí)間的（2)攪拌重復(fù)實(shí)驗(yàn)，攪拌破碎過程中實(shí)時(shí)記錄攪拌機(jī) 的電功率和土水溶液溫度；
[0039] (5)根據(jù)(2)和(4)采集到的土水溶液和水或完全破碎土樣溶液的電功率，通過差 分、積分計(jì)算土壤破碎能量。
[0040] 本實(shí)施例東北黑土在1100s左右達(dá)到完全破碎，土壤破碎能量為25.61J/g。
[00411從以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明可以測量土壤破碎能量，定量評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn) 定性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種評(píng)估土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的攪拌破碎能量法，該方法是將配制好的土水溶液應(yīng)用 攪拌機(jī)進(jìn)行低速(3000rps)完全攪拌破碎，攪拌破碎過程中實(shí)時(shí)記錄攪拌機(jī)的電功率和土 水溶液溫度;然后，采用水或完全破碎土樣溶液在同等實(shí)驗(yàn)條件下重復(fù)相同時(shí)間的攪拌實(shí) 驗(yàn);根據(jù)采集到的土水溶液和水或完全破碎土樣溶液的電功率，通過差分、積分計(jì)算土壤破 碎能量，反映團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征為： (1) 將過2mm篩的風(fēng)干土樣加水配比制成土水溶液； (2) 將配制好的土水溶液進(jìn)行低速(3000rps)攪拌破碎，攪拌破碎過程中實(shí)時(shí)記錄攪拌 機(jī)的電功率和土水溶液溫度； (3) 將上述攪拌破碎過程完成的土水溶液進(jìn)行篩分、烘干、稱重，并與土壤質(zhì)地對比確 定破碎過程為土壤完全破碎過程； (4) 同等實(shí)驗(yàn)條件（即攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、溶液起始溫度等)下將水或完全破碎土樣 溶液進(jìn)行一次相同時(shí)間的（2)攪拌重復(fù)實(shí)驗(yàn)，攪拌破碎過程中實(shí)時(shí)記錄攪拌機(jī)的電功率和 土水溶液溫度； (5) 根據(jù)(2)和(4)采集到的土水溶液和水或完全破碎土樣溶液的電功率，通過差分、積 分計(jì)算土壤破碎能量。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK106018735SQ201510793781
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年11月14日
【發(fā)明人】朱兆龍, 谷月, 安韶山, 謝志強(qiáng), 林芳
【申請人】西北農(nóng)林科技大學(xué)