2.4.2 土壤水吸力测定的实验方法和步骤
(1)取自然风干的土碾碎过2mm筛,称出土样的干重度和初始土壤含水量。
(2)准备张力计,一般的国产张力计能够承受的负压大约为700mm Hg。进行张力计使用前准备时,需要将张力计以及表头中的空气排出。排气方法是给装有表头的张力计灌满无气水(可以采用沸水冷却后及时使用的水),具体操作方法是在张力计橡胶塞上插入注射用针头,使针头尖刚好露出橡胶塞小端表面,将橡胶塞塞入集水管上口并压紧,针头中将会有水冒出,再将针头与针管连接,用针管抽气排除水中、集气管管壁和真空表中气体。重复灌水与抽气的过程,当真空压力表的指针指向相当于700mm Hg的负压力时(不同的真空表其标称单位不同,有些真空表采用Pa或MPa为单位,应进行换算),说明排气过程达到使用要求,然后灌满水插紧橡胶塞,拔出针头,将张力计陶土头浸入水中待用。
(3)给土盒装土样。用天平称出土样盒以及盖板的重量,按每5cm分层给盒中装土,根据重量法计算出每层装土体积的重量,用感量为0.01g的电子天平称出所需装土的重量,在装土样时,用小铁铲分层装填,每装一层,用橡皮捣实锤捣实,用毛刷将表面刮毛,再装填下一层。装好后用电子天平称出盒与土的总重量,计算出实际所装干土重量与所含水的重量。
需要注意的是,对于壤土,由于张力计测量范围的限制,一般使装土的初始含水量不低于12%的重量含水量为宜,否则过低的土壤含水量在张力计插入后会快速吸水,造成张力计内负压超过承受范围而通过陶土头孔隙进气,这样就破坏了张力计的使用条件。
(4)用取土钻穿过固定管取出张力计安装部位的土体,取土的深度要使张力计陶土头中心高度与土的中心高度相当,然后再称出取过土后的盒与土重,计算得到最终的干土重与水重;将准备好的张力计通过固定管插入土壤,并保证陶土头与土壤紧密接触并用顶丝固定。再将安装好张力计的土盒称重,得到总重量,实际测量时,根据实验进程对土壤水分的改变,只需要称出每次测定时的总重量,就可计算出土壤含水量,读出对应的表头读数,通过公式(2.27)计算就得到土壤水分特征曲线上对应该含水量的土壤水基质势,并用式(2.28)计算得到土壤水吸力。不断改变土壤含水量,读出对应值就可得到土壤水分特征曲线的分布点。
当采用土壤水势传感器和土壤水分传感器测量时,只需要在装土时埋入传感器,通过改变土壤含水量,测计传感器数据即可得到土壤水分特征曲线的分布点据。
(5)用针管通过灌水孔将水注入土壤中以改变土壤含水量,每次改变的量大约为重量含水量的5%,每次加水后应再次称重,以确定准确的加水量。
(6)加水后将橡胶板盖在灌水孔上,以免土盒内的水分蒸发,等待水分在土壤中入渗和均化,一般的,均化过程大约需要持续48h,也可以根据张力计表头读数的稳定性进行判断。(https://www.daowen.com)
(7)重复第(5)步至第(6)步N次。
(8)用本章的实验仪器也可以进行土壤水分特征曲线的脱湿过程实验,方法如下。
1)在吸湿过程进行完成后,去掉土盒盖上的橡胶板。
2)打开电热风风扇,并将电热风扇对准土盒进行吹风约2h,关闭风扇,盖上橡胶板;电扇与土盒的距离保持在1.0m左右。
3)等待48h左右,使土壤中水分分布达到均匀状态,测量读取张力计读数,或用计算机采集土壤水势和土壤水分。
4)重复步骤1)、2)、3)N次,直到土壤吸力接近传感器满量程附近时停止脱湿过程,实验即可结束。
(9)实验结束后将仪器恢复原状。