劉增文、吳發啟主編的《水土保持實驗研究方法》綜合了水土保持與荒漠化防治專業的主要實驗研究方法，包括氣象學、地質地貌學、土壤學、水力學、土力學、水文學、土壤侵蝕原理、生態學、種苗學、水土保持經濟植物栽培學、建筑材料、風沙物理學、荒漠化防治工程、水土流失監測與評價等。《水土保持實驗研究方法》可為水土保持與荒漠化防治專業的本科生、研究生及其他從業人員進行相關教學和科研工作提供指導。
劉增文、吳發啟主編的《水土保持實驗研究方法》綜合了水土保持與荒漠化防治專業的主要課程實驗，并對實驗方法進行了分類設計。其中，操作技能類實驗重點培養學生掌握一些常規儀器、設備的使用方法和操作技能；科學認知類實驗以分類識別、鑒定標本和參觀模型為主，如植物、種苗、巖石礦物和土壤標本、水文和侵蝕模型；科學驗證類實驗的目的在于通過實驗驗證已知的科學事實和規律；科學探索類實驗則注重探索一些未知的科學問題。
序前言§1 氣象學 實驗1 日照的觀測 實驗2 照度的測定 實驗3 空氣溫度和土壤溫度的觀測 實驗4 空氣濕度的觀測 實驗5 降水和蒸發的觀測 實驗6 氣壓和風的觀測 實驗7 氣候資料的整理§2 地質地貌學 實驗1 礦物鑒定 實驗2 巖石鑒定§3 土壤學 實驗1 土壤的剖面形態觀察 實驗2 土壤機械組成的測定 實驗3 土壤容重、孔隙度及含水量測定 實驗4 土壤滲透測定 實驗5 土壤有機質的測定 實驗6 土壤pH的測定 實驗7 土壤養分的速測§4 水力學 實驗1 靜水壓強實驗 實驗2 文丘里流量計率定實驗 實驗3 能量方程驗證實驗及斷面點流速的量測(畢托管) 實驗4 動量方程實驗 實驗5 流態演示與臨界雷諾數量測實驗 實驗6 沿程水頭損失量測實驗 實驗7 局部水頭損失量測實驗 實驗8 堰流及閘孔出流量測實驗 實驗9 明渠非均勻流水面曲線演示及水躍量測實驗 實驗10 達西定律驗證實驗§5 土力學 實驗1 土的液、塑限聯合測定實驗 實驗2 土的壓縮(固結)實驗 實驗3 土的直接剪切實驗 實驗4 土壤抗剪實驗§6 水文學 實驗1 河道徑流測定 實驗2 河道泥沙測定 實驗3 入滲量觀測§7 土壤侵蝕原理 實驗1 雨滴中數直徑觀測 實驗2 雨滴擊濺侵蝕量測定 實驗3 土壤水穩性團粒組成的測定 實驗4 人工模擬降雨侵蝕實驗 實驗5 土壤崩解實驗 實驗6 土壤抗沖實驗§8 生態學 實驗1 植物生長及生態因子的綜合觀測 實驗2 溫度脅迫對植物的影響 實驗3 植物種群空間分布格局調查 實驗4 植物群落最小表現面積確定 實驗5 植物群落中種的優勢度測定§9 種苗學 實驗1 林木種子識別 實驗2 種子物理性狀測定 實驗3 種子發芽能力測定 實驗4 種子活力測定 實驗5 種子生活力測定 實驗6 苗木質量指標測定§10 水土保持經濟植物栽培學 實驗1 主要水土保持經濟植物種的識別 實驗2 主要水土保持經濟植物野外鑒別方法 實驗3 常見水土保持經濟樹木物候期的觀測 實驗4 木本經濟植物樹體結構和枝芽特性觀察 實驗5 木本經濟植物樹冠體積及葉面積指數測定 實驗6 經濟植物無性繁殖——芽接 實驗7 經濟植物無性繁殖——枝接 實驗8 經濟樹木花芽分化觀察 實驗9 植物生長調節劑的配制與應用 實驗10 核桃果實經濟性狀鑒定——品質鑒定§11 建筑材料 實驗1 水泥細度測定 實驗2 水泥標準稠度用水量測定 實驗3 水泥初凝時間測定 實驗4 混凝土骨料實驗——砂料顆粒級配 實驗5 混凝土拌和物和易性實驗 實驗6 砂漿稠度實驗 實驗7 水泥混凝土強度實驗 實驗8 建筑砂漿強度實驗§12 風沙物理學 實驗1 沙物質粒配分析 實驗2 風信資料的整理 實驗3 大氣中總懸浮顆粒物的測定(重量法)§13 風蝕荒漠化防治技術 實驗1 風速梯度及地表粗糙度測定 實驗2 植物組織含水量及飽和虧的測定 實驗3 切片制作及沙漠植物葉解剖結構觀察 實驗4 風沙土機械組成分析(比重計法)§14 水土流失監測與評價 實驗1 侵蝕區航片判讀 實驗2 基于GIS的土壤侵蝕因子分析與信息提取 序 前言 §1 氣象學 實驗1 日照的觀測 實驗2 照度的測定 實驗3 空氣溫度和土壤溫度的觀測 實驗4 空氣濕度的觀測 實驗5 降水和蒸發的觀測 實驗6 氣壓和風的觀測 實驗7 氣候資料的整理 §2 地質地貌學 實驗1 礦物鑒定 實驗2 巖石鑒定 §3 土壤學 實驗1 土壤的剖面形態觀察 實驗2 土壤機械組成的測定 實驗3 土壤容重、孔隙度及含水量測定 實驗4 土壤滲透測定 實驗5 土壤有機質的測定 實驗6 土壤pH的測定 實驗7 土壤養分的速測 §4 水力學 實驗1 靜水壓強實驗 實驗2 文丘里流量計率定實驗 實驗3 能量方程驗證實驗及斷面點流速的量測(畢托管) 實驗4 動量方程實驗 實驗5 流態演示與臨界雷諾數量測實驗 實驗6 沿程水頭損失量測實驗 實驗7 局部水頭損失量測實驗 實驗8 堰流及閘孔出流量測實驗 實驗9 明渠非均勻流水面曲線演示及水躍量測實驗 實驗10 達西定律驗證實驗 §5 土力學 實驗1 土的液、塑限聯合測定實驗 實驗2 土的壓縮(固結)實驗 實驗3 土的直接剪切實驗 實驗4 土壤抗剪實驗 §6 水文學 實驗1 河道徑流測定 實驗2 河道泥沙測定 實驗3 入滲量觀測 §7 土壤侵蝕原理 實驗1 雨滴中數直徑觀測 實驗2 雨滴擊濺侵蝕量測定 實驗3 土壤水穩性團粒組成的測定 實驗4 人工模擬降雨侵蝕實驗 實驗5 土壤崩解實驗 實驗6 土壤抗沖實驗 §8 生態學 實驗1 植物生長及生態因子的綜合觀測 實驗2 溫度脅迫對植物的影響 實驗3 植物種群空間分布格局調查 實驗4 植物群落最小表現面積確定 實驗5 植物群落中種的優勢度測定 §9 種苗學 實驗1 林木種子識別 實驗2 種子物理性狀測定 實驗3 種子發芽能力測定 實驗4 種子活力測定 實驗5 種子生活力測定 實驗6 苗木質量指標測定 §10 水土保持經濟植物栽培學 實驗1 主要水土保持經濟植物種的識別 實驗2 主要水土保持經濟植物野外鑒別方法 實驗3 常見水土保持經濟樹木物候期的觀測 實驗4 木本經濟植物樹體結構和枝芽特性觀察 實驗5 木本經濟植物樹冠體積及葉面積指數測定 實驗6 經濟植物無性繁殖——芽接 實驗7 經濟植物無性繁殖——枝接 實驗8 經濟樹木花芽分化觀察 實驗9 植物生長調節劑的配制與應用 實驗10 核桃果實經濟性狀鑒定——品質鑒定 §11 建筑材料 實驗1 水泥細度測定 實驗2 水泥標準稠度用水量測定 實驗3 水泥初凝時間測定 實驗4 混凝土骨料實驗——砂料顆粒級配 實驗5 混凝土拌和物和易性實驗 實驗6 砂漿稠度實驗 實驗7 水泥混凝土強度實驗 實驗8 建筑砂漿強度實驗 §12 風沙物理學 實驗1 沙物質粒配分析 實驗2 風信資料的整理 實驗3 大氣中總懸浮顆粒物的測定(重量法) §13 風蝕荒漠化防治技術 實驗1 風速梯度及地表粗糙度測定 實驗2 植物組織含水量及飽和虧的測定 實驗3 切片制作及沙漠植物葉解剖結構觀察 實驗4 風沙土機械組成分析(比重計法) §14 水土流失監測與評價 實驗1 侵蝕區航片判讀 實驗2 基于GIS的土壤侵蝕因子分析與信息提取
§1 氣 象 學
實驗1 日照的觀測
一、實驗目的和意義
通過實驗了解暗筒式日照計的原理、構造，掌握日照時數的測定方法。
二、儀器原理和構造
1.原理 暗筒式日照計是利用太陽光通過儀器上的小孔射入筒內，使涂有感光試劑
的日照紙上留下感光跡線，計算日照時數。
圖1.1 暗筒式日照計
2.構造 暗筒式日照計(圖1.1)由金屬圓筒、
緯度刻度盤和支架底座等構成。
金屬圓筒的底端密閉，筒口帶蓋，它的兩側各有
一進光孔，兩孔前后位置錯開，與圓心的夾角為
120°。筒內附有壓紙夾，用于固定日照紙。有的日照
計暗筒上還有隔光板，可將上午、下午的日光明確分
開。圓筒下部有固定螺釘，如松開后，圓筒可繞支架
軸旋轉。支架下部有指示緯度的記號線。
三、方法與步驟
1.儀器安裝 日照計應安置在地形開闊、終年
從日出到日落都能受到太陽光照射的地方，安置時底
座要水平，筒口對準正北，緯度記號線對準緯度盤上
當地的緯度值。
2.日照紙涂試劑
1)試劑的配制 涂抹日照紙的試劑由感光試劑枸櫞酸鐵銨［Fe2(NH4)4(C5H5O7)］
和顯影試劑赤血鹽［K2Fe(CN)6］配制而成。枸櫞酸鐵銨與水的比例為3∶10，赤血鹽與水
的比例為1∶10。兩種試劑配好后，分別裝入棕色瓶中，放在暗處備用。
2)涂試劑 取等量的兩種試劑均勻混合，在暗室(或夜間)用脫脂棉(或排筆)蘸
試劑，均勻地刷在日照紙上，待陰干后暗藏備用，嚴防感光。
3.換紙與記錄整理 每天在日落后換紙，即使是全日陰雨，也要照常換紙，以備日
后查考。換紙時，先打開筒蓋，取下壓紙夾，取出筒內日照紙，再將涂過試劑的日照紙填好
年、月、日并使試劑面朝里卷成筒狀放入筒內，使日照紙上10：00線對準筒口白線，14：00
線對準筒底白線，且紙上兩個圓孔對準兩個進光小孔，壓紙夾交叉處向上，將紙壓緊，蓋好
筒蓋。
換下的日照紙，應依感光跡線的長短，在其下描畫鉛筆線，然后將日照紙放入足量的清
水中浸漂3～5min后拿出，陰干后再復驗感光跡線與鉛筆線是否一致。如感光跡線比鉛筆
線長，則應補上這一段鉛筆線，然后按鉛筆線計算各時日照時數，日照紙上一大格為1h，
一小格為0.1h，將各小時的日照時數相加，即得全天的日照時數，如果全天無日照，日照
時數記0.0。
四、檢查與維護
(1)應經常檢查儀器的水平、方位、緯度的安置情況，發現問題及時糾正。
(2)日出前應檢查日照計的小孔有無被小蟲、塵沙等堵塞或被露、霜等遮住。
實驗2 照度的測定
一、實驗目的和意義
通過實驗了解照度計的原理、構造，掌握照度測定方法。
二、儀器原理和構造
照度計型號較多，現介紹CZ-4型照度計的主要構造和使用方法。
1.原理 照度計根據光電效應原理制成，是具有接近于人眼分光靈敏度特性的一種
測光儀器，主要由光電池、濾光片和電流表三部分組成。光電池由硅半導體或硒半導體制
成，它和適當的濾光片配合使得對不同波長入射光的相對靈敏度與正常人的眼睛相同，并能
將光能轉換成電能，使電流表的讀數能表示出照度的強弱。
2.構造 CZ-4型照度計由接收器、顯示器及電流電壓變換器等構成，如圖1.2所示。
圖1.2 CZ-4型照度計
(1)接收器。采用藍硅光電池作為光能轉換器材，其上裝有濾光罩，它的手柄上有一按
鈕，與儀表面板上倍率開關相配合，可調節所用量程大于(或小于)2000lx。
(2)顯示器。顯示器為寬角度鏡面指針式電流表，表盤上有兩行刻度，0～20lx及0～
60lx，分別用于量程開關滿度值20～200000lx及60～600000lx讀數用。另外，表盤刻度
下有一藍色"BATTERY"區域，可檢測電池電壓。
3(3)電流電壓變換器采用集成電路。
三、方法與步驟
(1)將儀表水平放置，先檢查和調整表頭指針的機械零位。
(2)檢查電池電壓。把量程開關撥至"電池"欄，電表指針應在"BATTERY"區域
內，若指針低于此范圍，表示電池電壓不足，應調換新電池。
(3)調節"零位"。接收器的插頭插入儀表輸入插孔，接收器的測量頭罩上濾光罩，把
量程開關撥到"20lx"檔，右上方的紅色指示燈發亮，調節"調零"旋鈕，使指針指零，
然后將量程開關撥到"2000lx"檔，準備測量。
(4)照度測量。測量前應估計被測照度大小，按照度大于(或小于)2000lx選擇使用
撥鈕及倍率開關，讀數時各刻度按量程開關紅色(藍色)滿度值擴大相應倍數。
①若被測照度大于2000lx，將接收器手柄撥鈕向上推足(出現紅條)，并把倍率開關也
推向上方(紅塊)，測量值按量程開關所指紅色滿度值讀數。
例1] 量程開關調在20000(紅)
200(藍)，指針所指刻度為10.2(上)
31(下)，則照度計讀數應取上行刻
度再擴大20000/20=1000倍，即
10.21000=10200(lx)
②若被測照度小于2000lx，將接收器手柄撥鈕向下推足(出現藍條)，并把倍率開關也
推向下方(藍塊)，測量值按量程開關所指藍色滿度值讀數。
例2] 量程開關調在6000(紅)
600(藍)，指針所指刻度為17.8(上)
54(下)，則照度計讀數應取下行刻度
再擴大600/60=10倍，即
5410=540(lx)
讀數時，應將量程開關調在適當位置，使指針有較大偏轉，以減少讀數誤差，測量時可
遮擋接收器受光面數次，取n次測量值的平均值。
(5)測量完畢，將量程開關按回"關"的位置，儀器面板右上方的紅色指示燈也關閉。
四、注意事項
(1)接收器白色受光部位的前端平面為基準測試面，測試時須注意正確安放接收器的
位置。
(2)調換電池，將儀表從盒內取出，卸下底部的電池蓋板即可。新電池裝入時須注意電
池極性不可裝錯，且兩節電池應同時調換。
實驗3 空氣溫度和土壤溫度的觀測
空氣的溫度(簡稱氣溫)是表示空氣冷熱程度的物理量，地面氣象觀測中測定的是離地
面1.5m高度處的氣溫。土壤溫度包括地面、地中淺層(離地面5cm、10cm、15cm、
20cm深度)及較深層(離地面40cm、80cm、160cm、320cm深度)的溫度，統稱地溫。
溫度觀測均采用攝氏溫標，單位是攝氏度(℃)。
常用的測溫儀器是玻璃液體溫度表和雙金屬片溫度計。
一、實驗目的
了解空氣溫度和土壤溫度的測定方法，掌握百葉箱內儀器的安裝、地溫表的安裝、溫度
計的使用、溫度表的讀數。
二、儀器原理和構造
(一)玻璃液體溫度表
1.測溫原理 玻璃液體溫度表的感應部分是一個充滿測溫液體的球部，與球部相連
的是一根一端封閉、粗細均勻的毛細管。設溫度為0℃、t℃時，球部與管部的液體體積分
別為V0、Vt。當溫度改變Δt℃時，液體體積的變比量為ΔV，則有
ΔV=Vt-V0=V0(1+αΔt)-V0=V0αΔt(1.1)
式中，α為測溫液的視膨脹系數，即測溫液體膨脹系數與玻璃膨脹系數之差。
圖1.3 普通溫度表
(干球溫度表)
在截面積為S的毛細管內，液柱長度改變了ΔL，即
ΔL=ΔV
S=V0α
SΔt(1.2)
式中，V0、α、S對于一支溫度表來說是固定的(α近似常量)，則液柱
長度改變量ΔL與溫度的變化成正比，故可利用液柱位置的變化來測
定溫度。
2.種類
1)普通溫度表 普通溫度表可用來測定任一時刻溫度，通常由
感應球部、毛細管、刻度磁板、外套管組成(圖1.3)，是一種套管溫度
表，測定氣溫用的干球溫度表及測定地面溫度的地面溫度表即屬此類。
此外，有的普通溫度表毛細管壁較厚，溫度刻度直接刻在毛細管外壁
上，稱為棒狀溫度表。
常用的測溫液有水銀和酒精兩種。水銀具有比熱小、熱導率大、不
透明等優點，可制作精度較高的水銀溫度表。但水銀的凝固點太高，只
有-38.9℃，所以低溫條件下只能用凝固點很低的酒精(-117.3℃)
作為測溫液，而酒精純度低、沸點低，且浸潤玻璃，因此酒精溫度表精
度低，僅用于低溫度及精度較低的溫度觀測。
2)較高溫度表 較高溫度表用來測定一定時間間隔的較高溫度。
(1)構造原理。球部內有一玻璃針，伸入毛細管，使球部和毛細管
之間形成一窄道(圖1.4)。當溫度升高時，球部水銀體積膨脹，擠入毛細管，而溫度下降
時，水銀收縮由于窄道外的摩擦力超過了水銀的內聚力，毛細管內水銀在此中斷，不能縮回
球部，溫度表的較高示度就被保留下來。
圖1.4 較高溫度表球部構造圖
(2)調整。較高溫度表觀測讀數完后，必須用外力使毛細管內部水銀回到球部，該過程
稱為調整。調整的方法是用手握住表身，球部向下，磁板面與甩動方向平行；手臂向外伸出
約30°的角度，用大臂將表在前后45°范圍內甩動，毛細管內水銀即可下落球部，使示度接
近于當時的干球溫度。調整后，應把溫度表水平放回到原來的位置上，先放球部，后放表
身，以防水銀柱因重力作用滑向表身。
3)低溫度表 低溫度表用來測定一定時間間隔的低溫度。
(1)構造原理。測溫液是酒精，毛細管內有一啞鈴形游標(圖1.5)，當溫度下降時，
酒精柱便相應下降，由于酒精柱頂端表面張力作用，帶動游標下降，當溫度上升時，酒精膨
脹，酒精柱經過游標周圍慢慢上升，而游標仍停在原來位置上，因此它能指示一定時間間隔
內曾出現的低溫度。
圖1.5 低溫度表
(2)調整。抬高溫度表的球部，表身傾斜，使游標回到酒精柱的頂端。
(3)注意事項。低溫度表游標遠離球部的一端表示低溫度，而酒精柱表示空氣溫
度，觀測低溫度時，眼睛應平直地對準游標遠離球部的一端，觀測酒精柱頂時，對準凹面
中點(低點)位置。如圖1.6所示，低溫度的讀數(即游標的示度)是-3.6℃，氣溫
(酒精柱)讀數是5.3℃。
圖1.6 低溫度表讀數示意圖
4)曲管地溫表 曲管地溫表的構造和原理同普通溫度表，只是表身下部伸長，長度
不一，且球部上端彎折，與表身呈135°夾角(圖1.7A)，為了防止玻璃套管內空氣的對流，
表身下部用石棉灰及棉花充填。整套曲管地溫表包括深度為5cm、10cm、15cm、20cm的
4支溫度表，常用于觀測固定地點淺層各深度的地溫。
此外，還有一種直角地溫表，其球部附近的管子彎曲成90°角(圖1.7B)，由于安裝方
便，常用于地溫流動觀測。
5)直管地溫表 直管地溫表是測定較深層地中溫度的儀器，它的構造(圖1.8)是
將一支普通溫度表裝入嵌有金屬底蓋的特制塑料套管內，且在溫度表球部周圍填有很多銅
屑，使溫度表具有必要的滯后性，以便從地中抽出時，短時間內讀數保持不變。
6)插入式地溫表 插入式地溫表是將一支普通溫度表固定在金屬保護套內，套管下
端是銳利的金屬尖，溫度表球部用金屬屑填充，使用時以尖端插入土中，5min后即可讀
數，常用于野外流動測定。
圖1.7 雙金屬片曲管地溫表
圖1.8 直管地溫表
(二)雙金屬片溫度計
溫度計是自動記錄氣溫連續變化的儀器，從自記記錄上可以獲得任何時間氣溫、極端值
(較高值和低值)及其出現時間。由于精度所限，其記錄必須與百葉箱干球溫度表同時測
得的氣溫比較，并進行差值訂正，方可使用。
1.構造和原理 雙金屬片溫度計的構造如圖1.9所示，分為感應、傳遞放大和自記
三大部分。
圖1.9 溫度計
1)感應部分 感應部分是一個雙金屬片，它由兩片熱脹系數不同的金屬片互相鉚接
或焊接在一起組成。一般上片為膨脹系數大的黃銅，下片為膨脹系數小的因鋼。當溫度變化
時，由于黃銅和因鋼的膨脹量不同而發生彎曲(圖1.10)。雙金屬片一端固定在支架上，另
拿到手沒感覺
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