張力計法土壤水勢的測定
圖1:與體積含水量相關(guān)的測量原理和張力勢
張力計可以直接測量“土壤吸力”的儀器,即植物為了獲得所需水分而必須克服的力,以及決定土壤中水分分布和運輸?shù)牧Α?/span>
測量原理
張力計由底部帶有多孔陶瓷尖端的管、頂部附近的真空計和密封蓋組成。當充滿除氧水并插入土壤中時,水可以通過尖端的連接孔進出張力計(見圖1)。當土壤干燥,水從張力計流出時,會在張力計內(nèi)部產(chǎn)生真空(負壓),如壓力表所示。當產(chǎn)生的真空與“土壤吸力”相對應(yīng)時,張力計的水流出停止。然后,百分表讀數(shù)直接測量從土壤中去除水分所需的力。如果土壤進一步干燥,更多的水就會流出,直到達到更高的真空度。當水分添加到土壤中時,會發(fā)生相反的過程。土壤中的水分通過多孔尖端流回張力計,直到真空度降低到與較低土壤吸力值對應(yīng)的值。然后,水流停止。如果向土壤中添加足夠的水直至完全飽和,則張力計上的儀表讀數(shù)將降至零。由于水可以通過多孔陶瓷尖端的孔隙流入和流出管道,因此儀表讀數(shù)始終與土壤吸力保持“平衡”。
材料和工具
張力計(Soilmoisture Equipment Corp.)、真空手泵、除氧蒸餾水、一個水桶或大燒杯、鑿槽螺旋鉆、抹刀、卷尺、裝有蒸餾水的塑料清洗瓶、取樣容器和移動天平(用于實際含水量測定)、記事本和筆。
張力計的描述
1、關(guān)閉加注杯的彈性蓋。
2、O型環(huán),確保真空計和張力計之間的氣密連接。
3、真空計的連接點具有不同的傾斜角度,以便于讀數(shù)。
可以更換壓力傳感器的真空表。
4、在張力計主體上標記,以便將張力計定位到正確的深度。
5、厚壁有機玻璃管,構(gòu)成張力計主體;耐太陽輻射和水和土壤影響。
使用延伸管,張力計可以達到更大的深度。
6、具有高導水率值的可更換陶瓷尖端(杯)。
7、用于注水的注入機構(gòu)的按鈕,也可以從張力計中取出收集的空氣。
重新加注后,張力計的再生將在幾分鐘后開始。
8、蓄水量足以使用數(shù)月的水。
9、用于土壤吸力測量的真空計。
10、不同壓力單位的刻度尺(即kPa、cb、…)
11、彈性外殼,保護真空計免受天氣影響。
重要提示
-建議在蒸餾水中預先飽和陶瓷尖端,因為這有助于張力計填充。
-張力計零點:當填充式張力計的陶瓷尖端一半浸入水中時,讀數(shù)為零。(參見右側(cè)的圖1。)
-鉆孔時,建議取樣測定土壤含水量,以查看初始含水量。
-不同土壤類型的響應(yīng)時間不同;響應(yīng)時間還取決于測量深度(滲透水重新分布所需的時間取決于深度)。
-陶瓷尖端的空氣進入值約為-85 kPa(=85厘巴或壓力頭的-850 cm)。
張力計電位的讀數(shù)與土壤含水量密切相關(guān)。土壤體積含水量對基質(zhì)電位的依賴性(當忽略氣動和包絡(luò)電位分量時,等于張力計)稱為土壤持水曲線,見圖1。不同土壤類型的保留曲線不同。在下面的照片中,您可以看到使用TDR傳感器和張力測量電位同時測量土壤含水量-這兩個測量在相同的深度進行。(本章的重點不是此主題,有關(guān)更多信息,請遵循與此主題相關(guān)的講座。)
土壤水勢:土壤-水-植物系統(tǒng)中的一個實際應(yīng)用張力計讀數(shù)的解釋
Bar是一種舊的壓力單位,已被單位Pa取代:1 Bar=100 000 Pa。然而,仍然使用Bar,尤其是這些類型的張力計。
0千帕(0厘巴)
儀表讀數(shù)為零表示周圍土壤完全被水飽和,無論土壤類型如何。大雨或深度灌溉后,預計讀數(shù)為零。如果在很長一段時間后零讀數(shù)仍然存在,則植物根系會缺氧,并會發(fā)生疾病。灌溉后的持續(xù)零讀數(shù)表明排水條件差,應(yīng)進行調(diào)查和糾正。
>0-10 kPa(>0-10厘巴)
儀表讀數(shù)在0-10 cb范圍內(nèi),表明植物生長的水分過剩。在這個范圍內(nèi),土壤中的水分在幾天內(nèi)就會流失。該范圍內(nèi)的持續(xù)讀數(shù)表明排水條件較差,應(yīng)予以糾正,以獲得健康的植物生長。
10-20千帕(10-20厘巴)
儀表讀數(shù)在10-20 cb范圍內(nèi),表明土壤中有充足的水分和空氣,有利于所有類型土壤中植物的健康生長。該范圍通常被稱為土壤的“田間持水量”范圍,這意味著土壤已達到其“持水量”,不能再為未來的植物生長保持水分。當土壤處于“田間持水量”時,任何額外添加的水在生長植物使用前的一兩天內(nèi)排出根區(qū)。
如果灌溉已經(jīng)進行,當水位計下降到這個水平時,應(yīng)該停止灌溉,因為任何額外的水都會很快從根區(qū)排出并浪費掉,并攜帶有價值的肥料。
重粘土:此時無需灌溉。
中等質(zhì)地土壤:此時無需灌溉。
砂土:通常不需要灌溉。然而,這些土壤的儲水能力非常有限,因此,當土壤吸力值達到15-20 cb后,隨著植物去除水分,土壤吸力值迅速增加。如果將土豆等對水敏感的植物種植在粗糙的砂質(zhì)土壤中,則可能需要在15-20 cb之間開始灌溉,以便在出現(xiàn)破壞性壓力條件之前有時間施用灌溉水。
20-40 kPa(20-40厘巴)
有效的水分和通風有利于植物生長。
重粘土:無需灌溉。
中等質(zhì)地土壤:無需灌溉。
砂土:在20-30 cb范圍內(nèi),開始對較粗的砂土進行灌溉。適用于30-40 cb范圍內(nèi)的細粒砂土。
40-60 kPa(40-60厘巴)
在質(zhì)地較細的土壤中,有效水分和通氣有利于植物生長。
重粘土:無需灌溉。
中等質(zhì)地土壤:在這一范圍內(nèi)開始灌溉。質(zhì)地越細,開始灌溉前的讀數(shù)越高。
砂土:過于干燥。大風天氣會迫使土壤吸力迅速升高,并對植物造成損害。
60-80千帕(60-80厘巴)
除重粘土外,現(xiàn)有水分稀少。
重粘土:當土壤吸力值達到70-80 cb時,開始灌溉。
中等質(zhì)地土壤:過于干燥。炎熱、多風的條件會迅速迫使土壤吸力達到高讀數(shù),并可能損壞植物。
砂土:過于干燥。在灌溉之前,植物會受到損害。