[发明专利]一种土壤冻融过程中土壤水分的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤冻融过程中土壤水分的测定方法，提供一种精确区分土壤固态和液态水分含量的测定方法。

背景技术：

土壤冻融过程，或冻融循环(freeze-thaw circles)，是由于季节或昼夜热量变化在表土及以下一定深度形成的反复冻结-解冻的土壤过程。在土壤季节性冻融过程中，冻结期土壤水分从地表向下冻结，水分在水势梯度的作用下不断从未冻结区向冻结区迁移，沿冻结锋面凝结，上层土壤含水量得以增加；土壤融冻期间，由于冻结层的阻隔作用，融化的水分被隔停在冻结层以上的土壤中，上层土壤含水量增加。土壤冻结过程中，土壤中的水分发生迁移而重新分布，是土壤冻结作用研究中的一个核心问题。

土壤冻融过程对土壤物理性质、土壤微生物活性和群落结构有强烈影响，改变土壤团聚体的大小分布和稳定性，增加冻结层土壤水分含量，影响土壤水热传导、溶质运移和水分入渗特性，促进土壤N₂O的排放，增加土壤碳的有效性，影响土壤N、P的有效性，并通过物理和化学性质的改变，影响土壤生物的活性。土壤冻融过程所产生的所有影响结果均与其土壤水分的变化具有重要关系，在土壤冻融过程中，土壤中的水分主要以液态和固态形式并存或单一形式存在，准确测定其过程中土壤水分的变化是相关研究的关键，但目前还未见可同时快捷测定冻融过程中土壤液态和固态水并存状态下的土壤水分各个组份的方法。目前常规测定土壤水分含量的方法主要包括烘干法、时域反射仪法、红外线快速测定法、中子仪测定法、电阻法等多种方法，其中同时测定土壤中固态和液态水含量的方法包括烘干法和中子仪法，但烘干法在冬季冻土中取样非常困难，无法现场取样；中子仪方法可测定土壤中的全部水分含量，包括液态和固态水，但在冻融过程中无法区分固态和液态水在土壤中的各自含量，这对土壤冻融过程的研究产生明显的影响。

本发明主要解决土壤冻融过程中土壤水分的测定工作，采用本发明的方法，可在土壤冻融过程中，明确测定土壤中固态水含量和液态水含量，本方法操作方便，测定精确，可作为土壤冻结和融化过程中水分含量测定的有效方法，解决无法精确区分土壤固态水和液态水的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种精确测定土壤中固态水和液态水含量的测定方法。

本发明主要采用中子仪和时域反射仪两种土壤水分测定仪器的组合应用，利用中子仪法可测定土壤全部含水量的能力和TDR法仅可测定土壤液态水的能力，区分在土壤冻融过程中土壤水分的不同状态的存在数量。

一种土壤冻融过程中土壤水分的测定方法，

采用中子仪和时域反射仪两种土壤水分测定仪器的组合同时使用，利用中子仪法可测定土壤全部含水量的能力和TDR法仅可测定土壤液态水的能力，区分在土壤冻融过程中土壤水分的不同状态的存在数量。

具体过程：

1)在测定土壤冻融过程的水分工作中，在土壤未开始结冻前，在土壤中埋设中子仪测定管和时域反射仪探头；

中子仪测定管，管长度200cm，垂直埋设于待观测土壤内，管上端露出地表10cm，并同时在距离中子仪测定管同侧土壤中埋设时域反射仪(TDR)探头，时域反射仪探头于土壤中横向埋设，土壤中埋设时域反射仪探头的个数为2个以上，不同时域反射仪探头按垂直于中子测定管方向从上至下在同一土壤垂面内设置，从地表向下第一个时域反射仪探头距地表面20cm以下开始埋设，相邻时域反射仪探头间距20cm以上；

在埋设TDR探头时，TDR探头要与中子仪观测管间实际距离控制在20cm；

3)从土壤开始冻结直至融化期间阶段内，随时测量；

测定过程中，将中子仪探头放入测定管中，根据TDR探头的埋设深度，设置中子仪探头的测定深度，通过中子仪法获得相应土壤深度中的含水量数据，缩写为Q，包括固态和液态水；再通过数据采集器获得TDR方法测定的相应深度的土壤水分含量数据，缩写为Y，仅为液态水；并通过Q-Y＝G的运算，获得土壤中的固态水含量，记作G；由此获得土壤冻融过程中的固态水含量G和液态水含量Y，以及土壤中全部水含量Q。

土壤中埋设时域反射仪探头的个数为3-8个。

本发明通过采用中子仪和时域反射仪(TDR)测定土壤水分两种方法的组合，可精确测定土壤冻融过程中的液态水含量、固态水含量和全部土壤水分含量。