一种用于模拟土壤水势的水势控制装置

摘要

本实用新型提供了一种用于模拟土壤水势的水势控制装置，属于土壤检测装置技术领域，该装置包括水势台、支架、连接水管和储水容器；水势台包括水平底面以及向上并朝内弯曲的侧面，水平底面具有通孔，通孔上方覆盖有硅砂片；按由下至上的方向，水平底面的上表面还依次设有硅砂层和承重层；承重层的上表面用于放置模拟田间土壤的土核；支架支撑于水势台的底面并使水势台整体处于水平状态；储水容器的顶部敞口，连接水管的两端分别插入水势台内以及储水容器内；储水容器设有用于排水和加水的开口；开口与水势台上放置的土核的中心之间具有高度差。该装置结构简单，可在较少的人力物力下高效便捷地模拟土壤水势。

说明书

技术领域

本实用新型涉及土壤检测装置领域，具体而言，涉及一种用于模拟土壤水势的水势控制装置。

背景技术

土壤是地球上最大的碳库，同时也是温室气体二氧化碳和氧化亚氮的主要来源。而土壤的物理性质与土壤中温室气体排放模式密切相关，因此为了对土壤温室气体排放最初更好预测，研究不同物理性质状态下土壤温室气体排放模式必不可少。

农业土壤在不同耕作条件和气候变化加剧的背景下土壤的物理状态变化也在加快。土壤容重是指原状土柱状态下单位体积的土壤质量。土壤容重以及土壤中水分含量是决定土壤物理性质的一大因素，其决定着土壤中植物根、土壤动物、土壤微生物等生命体的活性状态，进而影响土壤中进行的生物化学过程。但研究不同区域、质地土壤的有关特点时，往往耗费巨大人力物力，因而在实验室条件下对不同土壤进行模拟便成为一种高效便捷的研究方法。目前有关在实验室条件下对不同水势状态的土壤进行模拟的装置还未见报道。

鉴于此，特提出本申请。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于模拟土壤水势的水势控制装置，该装置结构简单，可在较少的人力物力下高效便捷地模拟土壤水势。

本实用新型可这样实现：

本实用新型提供一种用于模拟土壤水势的水势控制装置，包括水势台、支架、连接水管和储水容器；

水势台包括水平底面以及沿水平底面的周缘向上并朝内弯曲的侧面，水平底面具有通孔，水平底面的内壁固定连接有覆盖于通孔的硅砂片；按由下至上的方向，水平底面的上表面还依次设有硅砂层和承重层，硅砂层将硅砂片覆盖；承重层的上表面用于放置模拟田间土壤的土核；

支架支撑于水势台的底面并使水势台整体处于水平状态；

储水容器的顶部敞口，连接水管的两端分别插入水势台内以及储水容器内；储水容器还开设有用于排水和加水的开口；开口与水势台上放置的土核的中心之间具有高度差。

在可选的实施方式中，水势台的水平底面为圆形，水平底面的直径为300-350mm。

在可选的实施方式中，水势台的高度为50-60mm。

在可选的实施方式中，通孔位于水平底面的中心，通孔的直径为0.5-0.7mm。

在可选的实施方式中，硅砂层的厚度为1.5-2.5cm。

在可选的实施方式中，硅砂层与承重层之间还设有隔绝层。

在可选的实施方式中，水势控制装置还包括用于支撑储水容器的支撑杆。

在可选的实施方式中，支撑杆包括竖直设置的主支撑杆以及由主支撑杆横向支出的第一子支撑杆，第一子支撑杆的远离主支撑杆的一端与储水容器连接。

在可选的实施方式中，支撑杆还包括由主支撑杆横向支出的第二子支撑杆，第二子支撑杆的远离主支撑杆的一端与支架连接。

在可选的实施方式中，开口与储水容器的敞口处的距离为储水容器高度的1/4-1/3。

本实用新型的有益效果包括：

本申请提供的装置，通过水势台与下方储水瓶通过水管连接，两者之间存在一定的高度差，且储水瓶身开口，因而当水势台和储水瓶两者之间达到平衡时，便存在一定的水势差。该水势差的计算公式为P＝ρgh；式中：P为所设定的水势差；ρ为常温常压条件下水的密度；g为重力加速度的值，在此处计算时取10m/s

该装置结构简单，可在较少的人力物力下高效便捷地在模拟土壤水势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请提供的水势控制装置的结构示意图。

图标：1-水势台；11-水平底面；12-侧面；13-硅砂片；14-硅砂层；15-承重层；2-支架；3-连接水管；4-储水容器；5-支撑杆；51-第一子支撑杆；52-第二子支撑杆；6-土核。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

请参照图1，本实施例提供一种用于模拟土壤水势的水势控制装置，其包括水势台1、支架2、连接水管3和储水容器4。

水势台1包括水平底面11以及沿水平底面11的周缘向上并朝内弯曲的侧面12，也即由水平底面11和侧面12围合形成容纳空间。

可参考地，水势台1的水平底面11可以为圆形，其直径示例性但非限定性地可以为300-350mm，如300mm、310mm、320mm、330mm、340mm或350mm等。

沿水平底面11的周缘向上并朝内弯曲的侧面12在同一水平面上的截面形状也为圆形，该截面直径可较底面直径大10mm左右。

水势台1的高度示例性但非限定性地可以为50-60mm，如50mm、52mm、55mm、58mm或60mm等，也可以为50-60mm范围内的其它任意值。

在一些具体的实施方式中，水势台1底面的直径可以为320mm，侧面12的直径可以为330mm，高度可以为56mm。该水势台1可以由不锈钢304材料制成。

水平底面11具有通孔(图未示)以用于将储水容器4内的水和水势台1内的水连通，该通孔的开设位置优选位于水平底面11的中心。

可参考地，上述通孔的直径示例性但非限定性地可以为0.5-0.7mm，如0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm或0.7mm等，也可以为0.5-0.7mm范围内的其它任意值。对应上述具体的实施方式，通孔的直径为0.6mm。

水平底面11的内壁固定连接有覆盖于通孔的硅砂片13，且硅砂片13具有供水通过的孔隙，但该孔隙不能使其上层的硅砂通过。在操作时，可用透明玻璃胶将硅砂片13与水势台1底面连接，防止其在加水时随水和上层硅砂移动导致硅砂进入水管。

可参考地，该硅砂片13所用硅砂的粒径可以为4μm左右，厚度可以为4.5-5.5mm(如5mm)，直径可以为140-160mm(如150mm)。

进一步地，按由下至上的方向，水平底面11的上表面还依次设有硅砂层14和承重层15，其中，硅砂层14将硅砂片13覆盖。

可参考地，硅砂层14由硅砂颗粒填充而成。硅砂层14所用的硅砂颗粒的粒径可以为0.45mm-0.55mm(如0.5mm)。硅砂层14的厚度可以为1.5-2.5cm(如2cm)。

承重层15可以为石英砂板。该石英砂板所含的石英砂的粒径可以为13-20μm，厚度可以为15-25mm(如20mm)。

通过设置承重层15，可起到承重作用，可防止因硅砂粒度太小经过挤压后变形的作用。

在一些实施方式中，硅砂层14与承重层15之间还设有隔绝层(图未示)。可参考地，隔绝层可以为尼龙纱布，可起到控水阻气的作用。该尼龙纱布具有的网孔的直径不超过25μm。

承重层15的上表面用于放置模拟田间土壤的土核6。

进一步地，支架2支撑于水势台1的底面并使水势台1整体处于水平状态。

可参考地，支架2的高度可以为90-150mm，如90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm或150mm等，也可以为90-150mm范围内的其它任意值。较佳地，支架2的宽度尽量与水势台1底面直径接近，以起到更佳稳固的作用。

储水容器4的顶部敞口，连接水管3的两端分别插入水势台1内以及储水容器4内。储水容器4还开设有用于排水和加水的开口，开口与水势台1上放置的土核6的中心之间具有高度差。

可参考地，储水容器4可以为储水瓶。水管可以为橡胶水管，其上端连接水势台1，下端插入储水瓶，可起到在水势台1水量过多时排水以及在水量不足时吸水的作用。

该水管的两端与水势台1和储水容器4的连接处可通过透明玻璃胶进行密封处理，以防止漏水漏气。

作为参考地，开口与储水容器4的敞口处的距离可以为储水容器4高度的1/4-1/3，优选为1/4。在该位置，便于更加方便有效地控制水势台1内的水量多少，及时吸水或排水。

进一步地，该水势控制装置还包括用于支撑储水容器4的支撑杆5。

该支撑杆5包括竖直设置的主支撑杆5以及由主支撑杆5横向支出的第一子支撑杆51，第一子支撑杆51的远离主支撑杆5的一端与储水容器4连接。

此外，该支撑杆5还可同时用于支撑支架2，也即，该支撑杆5还包括由主支撑杆5横向支出的第二子支撑杆52，第二子支撑杆52的远离主支撑杆5的一端与支架2连接。

上述第二子支撑杆52的数量可以仅为1根，也可为多根(如2根、3根、4根或更多)。当为多根时，其能起到更佳稳定的支撑作用。

当第二子支撑杆52的数量为多根时，多根第二子支撑杆52分别连接于支架2的不同高度。根据所设定的不同水势来设定第二子支撑杆在支架2的位置。

上述用于模拟土壤水势的水势控制装置的使用原理包括：由于水势台1与下方储水瓶通过水管连接，两者之间存在一定的高度差，且储水瓶身开口，因而当水势台1和储水瓶两者之间达到平衡时，便存在一定的水势差。

计算公式为P＝ρgh；

式中：P为所设定的水势差；ρ为常温常压条件下水的密度；g为重力加速度的值，在此处计算时取10m/s

所需要模拟的水势即通过调节瓶身开口中心高度以改变其与土核6中心的高度差(h)来调整。

在实际操作时，可参照：先从上方给水势台1加蒸馏水，同时观察水管出水情况，正常情况下一段时间过后水势台1底部会有多余的水流出，水流较慢，同时会有部分小气泡。若管中有大段气泡阻断水流，则应将管中空气排尽，避免因水管中气体存在水势台1中多余的水不能排出，致使水势台1和储水瓶无法联通而不能达到平衡状态。水势台1排水过程中水管中若有小气泡也应当及时排出。

待储水瓶身中水面到达瓶身开口中心，及时称量，质量不变、水管中不存在气泡且无水流出时则说明水势台1已达到所设定水势的平衡状态。

土核6放置在水势台1上之前提前进行吸水处理，使土核6达到饱和状态。土核6放置在水势台1上之后每天称重，当土核6质量几乎不变时认为土核6达到所设定水势条件下的平衡状态。此过程一般需要2-4天。此后若需土核6保持这一水势，则每天观察称重，且当储水瓶中水面低于瓶身开孔中心时及时通过瓶身开孔进行加水使其继续保持平衡状态。

需要注意的是，在实验过程中，水势台1达到平衡状态之后应当定时观察储水瓶的液面高度情况，若液面高度下降，则应当及时给储水瓶中补水使其保持在所设定水势条件下的平衡状态。

综上，本申请提供的用于模拟土壤水势的水势控制装置结构简单，可在较少的人力物力下高效便捷地在模拟土壤水势。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。