近红外土壤含水率传感器设计与试验

设计了一种适用于快速测量土壤含水率的近红外传感器。发光二极管(LED)作为传感器的光源,中心波长为1 940 nm的光为测量光,1 800 nm为参考光,土壤含水率对这2个波长的光有不同的吸收特性。光源发出的光照射到土壤表面,经反射后进入光电转换器,将光信号转换为电信号,送至两级放大电路、模数转换器(A/D)、显示和存储设备,输出的反射光强与土壤含水率存在一定的关系。仪器性能试验表明:光源传感器到土壤表面的距离对采集信号的强度有一定影响,根据传感器的结构,可以选择一定的距离使反射信号的强度和稳定性最好。两波长光的反射光强随着土壤粒径的增大而减小;土壤含水率与相对吸收深度之间具有很好的线性相关性,回归分析的决定系数为0.863。     

农田土壤含水率和坚实度采集仪设计与试验

设计了可以定位、快速、同步测量农田土壤含水率和坚实度的采集仪.在探讨该仪器测量原理和软硬件设计的基础上,对其测量的准确性进行了试验分析.某苗圃地,选定5 m × 5 m的30个采样点,用农田信息采集仪和烘干法分别测量各点的土壤含水率,并对测量值进行简单相关分析,其相关系数为0.917 9,达到极显著性相关.以同样的方式,采用农田信息采集仪和SC900型数字土壤坚实度仪,分别测量30个采样点10 cm和20 cm深度处的土壤坚实度值,并对两种方法在两个深度时的测量值进行相关性分析,其相关系数分别为0.826 7和0.924 5,达到极显著性相关.试验结果表明,该采集仪对农田土壤含水率和坚实度测量的准确性可满足农业生产要求.     

玉米覆膜滴灌对土壤含水率的影响

通过田间试验,探讨玉米各生育期覆膜滴灌与非覆膜滴灌条件下土壤含水率变化情况。结果表明:不同滴灌方式下土壤含水率会发生明显变化;在玉米全生育期内,覆膜滴灌方式下0~60 cm土壤含水率变化趋势要好于非覆膜滴灌方式,适合在辽宁地区推广。     

高低频双频激励土壤含水率传感器设计与试验

针对现有电容式土壤含水率传感器对电导率敏感等问题,从电阻电容串联阶跃响应原理出发,采用峰值检测技术,设计高低频（100、50 MHz）激励下的数字型土壤含水率传感器,并提供一种融合高低频响应信号分析土壤等效相对介电常数的反函数模型。试验结果表明,传感器的高低频响应稳定时间在338～464 ms,建议传感器高低频切换间隔大于500 ms。在非导电液体介质中标定结果表明,高低工作频率下各自输出信号与液体相对介电常数符合指数模型,决定系数R²大于0.98。在0～1 000μS/cm范围内的溶液试剂中,基于反函数模型的高低频数据融合处理,电导率引起的测量相对介电常数的最大误差为1.775,对应最大引用误差2.16%。土壤实测表明,单频率传感器输出信号易受土壤电导率的影响,其引起的信号误差可大于100 mV,对应的体积含水率误差大于10%;而双频输出信号经反函数模型的数据融合处理后,结合Topp模型,电导率对传感器的影响最大误差为3.2%。     

农田土壤含水率和坚实度采集仪设计与试验

设计了可以定位、快速、同步测量农田土壤含水率和坚实度的采集仪。在探讨该仪器测量原理和软硬件设计的基础上,对其测量的准确性进行了试验分析。某苗圃地,选定5m×5m的30个采样点,用农田信息采集仪和烘干法分别测量各点的土壤含水率,并对测量值进行简单相关分析,其相关系数为0.9179,达到极显著性相关。以同样的方式,采用农田信息采集仪和SC900型数字土壤坚实度仪,分别测量30个采样点10cm和20cm深度处的土壤坚实度值,并对两种方法在两个深度时的测量值进行相关性分析,其相关系数分别为0.8267和0.9245,达到极显著性相关。试验结果表明,该采集仪对农田土壤含水率和坚实度测量的准确性可满足农业生产要求。     

基于准静态同轴探头模型的土壤复介电测量方法

末端开路同轴探头法测量土壤复介电值用于表征土壤含水率具有准确、快捷的优点。针对目前土壤介电同轴探头集总测量模型没有充分考虑探头的参数以及土壤体积对测量结果影响等问题,基于电磁场理论,对末端开路同轴探头建立了准静态数学模型,适用于土壤的复介电常数准确测量。通过全波软件仿真和模型计算结果对比,以无水乙醇介电实测值和理论值对比,验证模型的准确性。采用本文介电测量模型对不同含水率的黄绵土进行测量计算,复介电常数实部与实测土壤含水率二阶多项式拟合决定系数大于0.965,表明本文所提土壤介电测量方法适用于土壤复介电常数和含水率的测量。     

土壤含水率的检测研究进展

土壤含水率检测对于实现现代农业中的精确灌溉、节约水资源等有着非常重要的现实意义。为此,综述了目前国内常用的土壤含水率检测技术的研究现状,包括烘干法、张力计法、中子仪法、介电法和红外光谱法等;同时,分析了存在的问题,提出了土壤含水率研究未来的发展方向,为国内相关技术人员的研究提供参考。     

基于ARM的土壤含水率无线传输系统设计

介绍一种基于ARM处理器的土壤含水率无线传输系统.在对系统功能要求进行说明的基础上,设计了基于嵌入式系统的土壤含水率无线传输终端,包括土壤含水率采集系统和嵌入式系统软件.针对土壤含水率无线传输系统功能及特征,阐述了系统应用的性能特点和重要意义.     

黑龙港地区降雨与土壤含水率的动态变化

黑龙港地区土壤剖面含水率变化规律为双峰型,降雨对土壤含水率主要影响深度在0～30 cm土层;降雨前后土壤含水率的变化主要是受到土壤特性、土壤初期含水率和降水影响,其中降水对当地土壤含水率的主效应约为85%;0～190 cm深土壤内降雨入渗产生的土壤水分占自然降雨的85%～90%,在玉米生长期次降雨影响周期大约为5 d.     

土壤脱水过程中结构与含水率间的定量关系

基于9种土壤脱水过程中土壤密度和含水率的跟踪实测数据,揭示了脱水过程中地表土壤密度随时间的变化过程,分析了土壤结构与含水率之间的定量关系。结果表明,土壤脱水过程中,土壤密度与含水率之间存在着较密切的二次函数相关关系;当含水率在某值以上时,土壤密度随含水率降低逐渐增大,而在此含水率值以下时,土壤密度随含水率降低而减小,但减小的幅度要小于增大的幅度,即灌水和脱水过程的综合作用结果是使土壤密度增大。     

耕作方式对砖红壤物理特性和含水率的影响

对横直深松、深松-浅耕和深耕3种不同耕作方式对砖红壤的孔隙度、圆锥指数、干密度和含水率的影响进行了试验研究,试验结果表明,横直深松更有利于提高砖红壤的孔隙度,增加土壤的透气性,降低土壤的圆锥指数,横直深松和深松-浅耕都能使土壤密度显著下降。数理统计分析表明,深松-浅耕、横直深松和深耕对含水率的影响有显著差异。深松能显著改善土壤的物理性质,有利于提高砖红壤的保水能力,是合理的耕作模式。     

黄绵土风干过程中土壤含水率的光谱预测

以2014年两次在陕西省乾县田间采集的129个黄绵土土壤样本为研究对象,建立土壤含水率定量反演模型。在土壤风干过程中测量光谱反射率及含水率,分析土壤含水率与光谱反射率之间的关系,并利用一元线性及指数回归建立土壤含水率光谱预测模型。结果表明在400~1 340、1 460~1 790、1 960~2 390 nm波长范围内,与含水率相关性最大的反射率对应的波长分别为570、1 460、1 960 nm;吸收深度最大的波长位于490、1 460、1 960 nm。土壤光谱特征指标与含水率之间的线性相关关系优于指数相关关系。以特征波长1 980 nm(C1980)、1 980 nm的吸收深度(D1980)和1 480 nm的吸收深度(D1480)为自变量建立的线性模型为土壤含水率预测的最优模型,校正和验证的决定系数R2大于0.92,相对预测偏差(RPD)大于2.5,均方根误差(RMSE)小于2.5%。研究表明利用自然土样,在风干过程中进行土壤含水率光谱快速预测是完全可行的,从而为遥感实时、快速监测土壤水分含量及大面积土壤水分反演提供了参考。     

毛乌素沙地土壤水分日动态变化分析

依据各水分梯度垂直层之间水分运动方式以及与气象因子的关系,将沙丘分为3种水分梯度类型:无地下水补给梯度(沙丘顶部、中坡)、地下水补给临界梯度(下坡)、地下水补给梯度(丘间低地);无地下水补给梯度,降雨能够改变某一层在整个垂直水系统中的功能作用,这个调节层深度不确定,主要与降雨强度、降雨历时及土壤渗透速度有关系;地下水补给临界梯度(下坡)是受地下水影响的临界点,该水分梯度1000 mm土壤含水量与其它土壤层均为负相关,同温度为负相关(R2=-0.703,P<0.01),与湿度正相关(R2=0.780,P<0.01);100~600 mm之间呈正相关,与温度呈正相关,与湿度负相关;地下水补给梯度(丘间低地)各垂直层之间均为正相关,与温度呈负相关,与湿度正相关;土壤含水量日动态变化有时滞效应,16:00土壤含水量值最小,滞后于温度最高值的时间,16:00之后土壤含水量逐渐升高。但是由于土壤水分的运动和散失,多数垂直层土壤含水量比06:00低。     

FDR探头结构对土壤介电谱测量的影响分析

为了研究FDR探头结构中探针间距和探针长度对土壤介电谱测量的影响,通过矢量网络分析仪分别对2种土壤的4个不同体积含水率进行了介电谱测量,通过28 mm长度下10 mm、14 mm探针间距探头和10 mm间距下28 mm、45 mm长度探头所测介电谱对比发现,在31.2 MHz以上频段探针间距对土壤介电谱测量影响很小,而探针长度在不同频段对土壤介电实部或虚部均有不同影响。研究表明,探针间距不是土壤介电谱测量的影响因素,根据测量需要可对其进行一定范围的调整;探针长度影响土壤介电谱弛豫频率值,探针越短其弛豫频率越大,探针长度是影响土壤介电谱测量的关键因素之一。FDR探头的探针应适当缩短以拓展介电谱平滑段的频率范围,这有利于FDR传感器测量精度和环境适应性的提高。     

水分传感器埋设深度及个数对墒情精度的影响

在灌溉预报过程中,要利用土壤水分传感器监测土壤墒情,同一剖面土壤水分传感器埋设数量越多,测墒精度就越高,在实际应用时,就要求减少土壤水分传感器的埋设数量以降低系统的成本,并保证一定的测墒精度。选取4个试验区,在0～100 cm土层深度内,采用取土烘干法测得5个测试深度土壤水分数据。分析了0～60和0～100 cm土壤剖面平均含水率与监测点含水率的相关关系,并设置了1个监测点和2个监测点不同组合的对比,分别计算了各种情况下土壤剖面平均含水率与监测点含水率的相关系数(R2)、平均相对误差(δR)以及均方根误差(RMSE)。研究结果显示:一个监测点时,40 cm深度的含水率能较好地反映0～60 cm土壤剖面平均含水率,R2达到0.95以上; 0～100 cm土壤剖面平均含水率用60 cm深度含水率反映,R2能达到0.93。两个监测点时,20/50 cm处的含水率与0～60 cm土壤剖面平均含水率的相关性最高,R2为0.994; 0～100 cm土壤剖面平均含水率与40/70 cm处的含水率相关性最高,各试验区平均的R2为0.965。     

土壤理化特性对土壤剖面水分传感器性能的影响

针对土壤理化特性变异影响土壤剖面多点水分传感器测量误差的问题,面向土壤剖面水分测量,设计了一种高频电容式水分传感器,通过试验分析了土壤温度、电导率、容重等土壤理化特性变异对传感器输出电压的影响,采用统计回归处理方法,建立了基于温度影响下的土壤水分修正模型,并对传感器的性能进行了检验.试验结果表明:在5 ～45℃范围内,传感器输出电压随土壤温度升高而线性递增;电导率大于2 mS/cm时,传感器输出电压随电导率增大而逐渐减小;容重增加使得传感器输出电压呈减小趋势;在常温下此水分传感器测量值与传统干燥法测量值对比,两者决定系数R2=0.967 9,最大测量绝对误差4.70％,均方根误差为0.025 24.     

智能化土壤水分分布速测系统

从精准农林业测量的实时快速性要求出发,研制了连接GPS接收机与SWR土壤水分传感器的智能化土壤水分分布速测系统,该系统可完成GPS数据接收与处理、土壤水分采集与存储等工作。选择了合适的GPS测量方法进行试验,并应用GIS软件ArcView生成了土壤水分分布图。     

黄土丘陵区枣林土壤水分动态及其对蒸腾的影响

为了探明黄土高原半干旱区山地枣林蒸腾和土壤水分间的关系,对山地枣林的土壤水分和枣树茎液流动态进行了连续3年的定位监测,结果表明:土壤含水率时空变异性显著,垂直方向上随着土层深度的增加,变异系数(Cv)逐渐降低。其自上而下可划分为土壤水分变化层(0~2.6 m)、土壤水分干层(2.6~6.0 m)和土壤水分恢复层(6.0~10.0 m)。枣树液流监测的参数在生育期和休眠期间具有显著性差异,根据这一特征可以对枣树生育期进行较为准确的界定。基于液流参数特征确定的生育期与观察树体萌芽、落叶确定的生育期时长基本一致,均约为160 d,但基于液流参数确定的生育期较后者约提前5 d。土壤水分的增加会使枣树液流(瞬时蒸腾)的谷值出现时间提前,峰值出现时间推后,午休时间缩短,旺盛蒸腾时间延长,反之亦然。枣树生育前期蒸腾均呈逐日增加趋势,而生育中后期蒸腾和土壤水分呈极显著的正相关关系。