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土壤溫濕度傳感器應(yīng)用于土壤水分監(jiān)測(cè)


關(guān)鍵詞:土壤,土壤水分,TDR作者:佐威發(fā)布時(shí)間:2022-05-04瀏覽次數(shù):215

土壤是人類賴以生存的自然資源之一,是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ),土壤環(huán)境狀態(tài)與人類社會(huì)的生存與繁衍息息相關(guān)。除水培植物之外,土壤水份是植物吸收水分的主要來(lái)源,土壤各類肥料的溶解和吸收,有機(jī)物的分解、轉(zhuǎn)化也和土壤水分的含量有著緊密的關(guān)系。

土壤水分的衡量標(biāo)準(zhǔn)為土壤含水率,即水分重量占土壤重量的百分比。測(cè)定土壤含水量,掌握作物對(duì)水的需要情況,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。目前測(cè)量土壤水分的方法有烘干稱重法、張力計(jì)法、電阻法、中子法、r-射線法、駐波比法、光學(xué)法、時(shí)域反射法(TDR)與高頻振蕩法(FDR)等。其中比較常用而且簡(jiǎn)單的方法為烘干法、電阻法。

烘干法:

烘干法是測(cè)定土壤水分極為普遍的方法,也是標(biāo)準(zhǔn)方法。具體為:從野外獲取一定量的土壤,然后放到105℃的烘箱中,等待烘干。其中烘干的標(biāo)準(zhǔn)為前后兩次稱重恒定不變。烘干后失去的水分即為土壤的水分含量。計(jì)算公式為土壤含水量=W/M*100%,M為烘干前的土壤重量,W為土壤水分的重量,即M與烘干后土壤重量M’的差值。

電阻法:

電阻法利用石膏、尼龍、玻璃纖維等的電阻和它們的含水量有關(guān)。當(dāng)把這些中間物加上電極放置在潮濕的土壤中,然后一段時(shí)間后,這些東西的含水量達(dá)到平衡。由于電阻和含水量間的關(guān)系,我們先前標(biāo)定電阻和百分?jǐn)?shù)間一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,然后就可以通過(guò)這些組件,得到1~15大氣壓吸力范圍內(nèi)的水分讀數(shù)。

采用烘干法測(cè)量出的數(shù)值精準(zhǔn),但存在實(shí)時(shí)性差這一缺點(diǎn)。如果我們想要快速測(cè)量的話,可以考慮土壤溫濕度傳感器,土壤溫濕度傳感器有時(shí)域反射法(TDR)或者高頻振蕩法(FDR)兩種監(jiān)測(cè)原理,能夠?qū)崟r(shí)提供較為準(zhǔn)確的土壤水分含量。

TDR法:

TDR的中文名稱為時(shí)域反射法,是上個(gè)世紀(jì)八十年代發(fā)展起來(lái)的一種土壤水分測(cè)量定方法。這種方法在國(guó)外應(yīng)用非常普遍,在國(guó)內(nèi)的話近幾年才剛剛引入,不過(guò)在引入之后就立刻被各部門重視起來(lái)。TDR時(shí)域發(fā)射是一種快速監(jiān)測(cè)土壤水分的常見方式,其原理是在一條不匹配的傳輸線上的波形會(huì)發(fā)生發(fā)射,傳輸線上任何一點(diǎn)的波形都是原有波形和發(fā)射波形的疊加。TDR原理的設(shè)備響應(yīng)時(shí)間約為10-20秒,適合移動(dòng)測(cè)量和定點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

TDR具有較強(qiáng)的獨(dú)立性,其結(jié)果基本不受土壤類型、密度、溫度等環(huán)境因素影響。除此之外還有重要的一點(diǎn)就是:TDR能在結(jié)冰下測(cè)定土壤水分,這是其他方法無(wú)法比擬的。另外,TDR能同時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水鹽含量,且前后兩次測(cè)量的結(jié)果幾乎沒有差別。這種測(cè)定方法的精確度可見一斑。

FDR法:

FDR法的中文名稱為高頻振蕩法,F(xiàn)DR的誕生時(shí)間稍晚于TDR。起初是因?yàn)門DR設(shè)備造價(jià)昂貴,國(guó)外AquaSPY、Sentek等公司為了尋求比TDR更為簡(jiǎn)單的方法來(lái)測(cè)量土壤的介電常數(shù),從而研究出了FDR;FDR不僅比TDR便宜,而且測(cè)量時(shí)間更短,在經(jīng)過(guò)特定的土壤校準(zhǔn)之后,測(cè)量精度高,而且探頭的形狀不受限制,可以多深度同時(shí)測(cè)量,數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)較容易。

FDR法采用了電磁脈沖的工作原理,根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播頻率來(lái)測(cè)量土壤的表觀介電常數(shù),從而得到土壤容積含水量。

土壤水分監(jiān)測(cè)現(xiàn)如今不僅僅是應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土壤水分檢測(cè),許多工程建筑如鐵路、公路、水電站、渠道、房屋等,土壤水分狀況也是必不可少的資料。當(dāng)我們需要精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)并且時(shí)間充足的話,可以選擇傳統(tǒng)的烘干法。如果想要實(shí)時(shí)了解土壤水分的話,可以選擇土壤水分傳感器(TDR/FDR)。



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