基于驻波原理的短探针小麦茎水分传感器

该文以小麦为研究对象,尝试利用驻波率原理,研究一种测量小麦茎含水率的方法。针对小麦茎的特点,设计了具有短探针结构的传感器,波导探头为长21 mm,间距8 mm,直径0.7 mm的平行双针结构。研究了同轴传输线长度对传感器性能的影响,确定其长度为39 cm,并验证了基于驻波率原理测量方法的可行性。试验结果表明,该文设计的传感器具有较好的稳定性、线性度及灵敏度。通过与烘干法对比研究,得出了针对小麦茎含水率的标定公式,测量误差最大不超过±3%,平均偏差为1.126%,标准偏差为1.299%。     

基于太阳能的无线土壤水分传感器的研制

为实现土壤水分的自动检测与无线传输,采用电场法检测土壤质量含水率,利用Zigbee技术构建无线传感网络实现数据传送。利用太阳能电池收集太阳能并存储于锂电池中,实现对系统供电。通过合理的充放电管理,能有效地延长锂电池寿命。试验结果表明,该传感器能够实现0～30%间的土壤质量含水率的测量,相对误差小于10%。利用Zigbee模块及MiWi(TM)协议栈构建星形网络能实现数据无线传输。当节点发射功率为1 mW时,在无阻挡条件下可靠传输距离为30 m,在有农作物遮挡时,可靠传输距离为10 m左右。在1 h采集发送     

土壤水分介电测量的频率上限分析

以德拜模型为基础,分析了不同电磁测量频率下土壤质地对土壤水分介电测量的影响规律,确定了不同误差要求下的土壤水分介电测量频率上限值,可作为进一步研制适用面较广的土壤水分测定仪的基础。     

土壤水分剖面测量系统设计与应用性能检验

针对农田环境下观测不同作物根区土壤水分变化的实际需要,研制了一种可快速获取0～200 cm深度范围内土壤剖面含水率的传感器及其测量系统。其中水分传感器工作原理为基于电容边缘场效应测量电极周围介质的介电常数,与土壤接触采用PVC套筒式结构,深度测量为霍尔磁敏传感器阵列,测量系统数据处理平台为PDA。对于测量方法的理论研究,该文给出了传感器工作原理的解析分析,进一步提出了传感器应用性能检验的试验方法。结果表明,该传感器性能指标达到实际应用需求,具备应用推广价值。     

SMP-01型土壤水分传感器性能测试

通过对SMP-01型土壤水分传感器在3种土壤质地（砂土、壤土、粘土）在不同土壤水分含量下对应的传感器输出的测试，分析比较研究其对应的拟合曲线，进行率定，并同时研究了传感器对酸性土、盐碱土的测试情况。实验结果表明SMP-01土壤水分传感器在各种性能上都能满足农业上对于测定土壤水分的精度要求，具有较好的应用前景。     

土壤水分介电频差式传感器的研究

在分析了非盐碱性土壤相对介电常数、电导率和最大电导抽耗角变化规律的基础上,提出了一种新型介电频差式土壤水分传感器,研究了其量测特性,研究表明：在测量频率段内非盐碱性土壤的电导损耗角正切值大,土壤为高变损耗材料,利用频差式LC谐振电路,大幅度提高测量回路的品质因数,可以有效消除土壤电导变化对介电常数测量的干扰,以此为基础研制的土壤水分传感器可以基本上满足非盐碱性土壤定点水分测量的要求。     

基于T-S模糊模型的TDR土壤水分传感器标定方法研究

利用TDR土壤水分传感器实现土壤水分数值的精确采集具有现实意义[1-3]。为了获得TDR土壤水分传感器水分含量测量所对应输出电压与实际土壤含水量的良好对应关系,在采用取土实验测量法获得实际水分含量数值与对应输出电压数值的基础上,利用Takagi-Sugeno模型逼进精度高、后件参数线性化等优点[2,4]对TDR土壤水分传感器     

番茄种植地土壤水分传感器最佳埋设深度试验

土壤水分传感器测定土壤含水率从而指导灌溉,对于提高作物水分利用效率和产量都具有十分重要的意义。对番茄种植中产量与水分利用效率最佳的水分条件以及土壤水分传感器的最佳埋设位置进行了试验研究。结果表明,在开花坐果期土壤含水率下限控制在60%的田间持水率,结果盛期土壤含水率下限控制在75%的田间持水率是番茄生长的最优水分条件;同时,10-20cm土层土壤含水率能很好地代表计划湿润层内的平均土壤含水率(开花坐果期和盛果期R²分别达到0.95和0.85以上),把土壤水分传感器埋设于此土层深度比较合理。     

东北玉米生长模型中土壤水分参数的敏感性分析

为进一步改进和提高东北玉米生长模型评估干旱的能力,并使之更好的在区域尺度上应用,以吉林省为例,对该模型的土壤水分参数进行敏感度分析。通过对榆树(半湿润)和白城(半干旱)两个站点典型干旱年份(2000、2001年)和雨水较丰年份及平年(1998、2002年)的分析,得到以下初步结论:土壤含水量对凋萎湿度、田间持水量、作物系数最敏感,整个根区初始土壤有效含水量等次之;凋萎湿度、田间持水量、整个根区初始土壤有效含水量对土壤水分影响为正效应;上述结果在不同气候区、不同降水年份相对稳定,具有一定的普适性。作物生长模型在区域尺度应用时,上述敏感参数的不当估算所产生的误差将导致土壤水分模拟失真,并进一步影响整个作物生长过程的模拟和模型的区域应用;根据敏感性分析结果,有针对性地改进敏感参数,有望进一步提高土壤水分乃至作物生长的模拟精度。     

干旱荒漠区EC-5土壤水分传感器的校准和应用

应用EC-5土壤水分传感器在沿黄干旱荒漠绿洲地区的风沙土和粘土两种土壤类型中对不同土层深度的土壤含水率进行测定,同时以烘干称重法测定数据为标准值,采用回归分析方法建立EC-5在两种土壤中测定含水率的校准模型。结果表明,风沙土的校准模型为线性函数,且与埋设土壤深度有关,QS=0.71393S+0.01543D+1.71354(R2=0.920,P<0.05),D为土层深度(cm),S为传感器输出值(%);粘土的校准模型则为非线性的,lnQN=1.112S0.316(R2=0.949,P<0.05)。通过模拟回代结果显示,模拟值与标准值间均具有显著的相关性。在EC-5的应用验证阶段,校准值能够反映该地区风沙土和粘土土壤含水率的年变化特征,校准值与传感器输出值之间呈极显著相关关系(P<0.01),说明EC-5土壤水分传感器的校准模型稳定可靠,应用效果良好。     

基于土壤消退指数的田间土壤水分预报方法的研究

在分析现有的土壤水分预报方法的基础上,研究了不同深度的大田土壤水分消退指数随作物生长时间的变化规律,探讨了冬小麦生育期土壤墒情预报的经验递推方法,通过研究表明:利用土壤水分消退法来进行田间土壤水分预报,具有方法简单,所需参数较少且容易获取,预报结果可靠,精度较高的优点,可以满足灌溉预报的要求。     

基于Coup Model模型的三峡库区典型林地土壤水分和温度模拟以及参数敏感性分析

根据2008和2009年野外试验资料,应用CoupModel模型,对位于长江三峡库区末端的重庆市四面山阔叶林(木荷×石栎)和针叶林(杉木×马尾松)0-80cm土层的土壤水分和温度进行了逐日模拟验证,并在此基础上采用OAT方法(即每次只改变其中1个参数的方法),对模型参数进行了敏感性分析。验证结果表明,CoupModel能较好地模拟土壤水分和温度的动态变化,2种林分土壤水分决定系数(R2)、平均误差(ME)、均方根误差(RMSE)、Nash效率系数(NSE)分别为0.81~0.94,-0.01%~0.26%,0.24%~1.83%和0.80~0.87土壤温度的R2,ME,RMSE,NSE分别为0.92~0.99,-0.14~0.06℃,0.18~0.34℃,0.90~0.98。说明该模型在该地区表现出良好的适用性。参数敏感性分析表明,对土壤水分模拟结果影响较大的参数有孔隙分布参数、进气吸力、残留含水量、饱和含水量、饱和导水率和蒸发阻力系数(PsiRs-1p),对土壤温度模拟结果影响较大的参数有土壤热传导系数、有机质层厚度、植被反照率、消光系数、水汽压亏缺和蒸发阻力系数。     

不同有机材料覆盖对土壤保水效果的影响

[目的]研究不同有机材料覆盖对土壤水分蒸发量、土壤含水量的影响,并筛选出保水效果最佳的材料。[方法]以木片、树皮及经过堆腐的园林废弃物为研究对象,进行模拟蒸发及桶装控制试验。[结果]不同粒径的园林废弃物覆盖均能降低土壤水分日蒸发量,日蒸发量从大到小依次为CK,3～5 cm粒径(M_3)、0～1 cm粒径(M_1)、1～3 cm粒径(M_2)。在连续蒸发14 d后,M_2,M_1,M_3和CK的土壤水分累积蒸发量分别为193.0,269.5,304.0和1 037.0 g,与CK相比,分别减少了81.4%,74.0%,70.7%;不同有机材料覆盖均能提高土壤含水量。除了雨季之外,不同土层土壤含水量从高到低依次表现为:木片覆盖(M_4)树皮覆盖(M_5)1～3 cm粒径园林废弃物覆盖(M_2)CK。土壤含水量的年变化整体呈现出双峰趋势,一年中4—5月含水量较低,6—8月含水量较高,不同土层土壤含水量的年变化趋势基本一致。M_4,M_5,M_2和CK的0—40 cm土层土壤年平均含水量分别为32.9%,30.3%,27.4%,26.8%。[结论]木片为保水效果最好的有机材料,其次是树皮和园林废弃物。     

基于轨迹分析的2003-2010年华东地区土地覆被变化对土壤水分的影响研究

[目的]分析华东地区土地覆被变化过程对土壤水分的影响,以期能够揭示土地覆被变化对土壤水分的影响机理.[方法]应用MODIS三级土地覆被产品MCD12Q1,采用轨迹分析方法描述20032010年耕地和林地轨迹变化过程;选择基于AMSR-E土壤水分数据的降尺度反演结果作为描述土壤水分变化的数据,研究华东地区土地覆被变化对土壤水分的影响.[结果](1)每种土地覆被类型均有3种轨迹变化形式:研究年限内面积增加的轨迹、面积减少的轨迹、研究年限内未发生面积变化的轨迹;(2)在耕地和林地3种轨迹变化过程中,土壤水分含量均表现出下降的趋势.(3)在林地的3种轨迹变化过程中,土壤水分含量大小顺序为:未发生轨迹变化的林地＞林地面积增加的轨迹＞林地面积减少的轨迹;在耕地的3种轨迹变化过程中,土壤水分含量大小排序为:耕地面积减少的轨迹＞耕地面积增加的轨迹＞未发生轨迹变化的耕地;(4)耕地、林地轨迹变化过程对土壤水分的影响均与时间年限有关,至少需要7 a林地土壤水分含量达到最大值,此时耕地土壤水分含量达到最小值.[结论]作为华东地区主要的土地覆被类型,耕地和林地在2003-2010年的所有变化轨迹过程中,土壤水分均呈现下降趋势,且土壤水分随着育林年限和耕种年限的增长分别增加和减小,并在第7 a分别达到最大和最小.     

智能化田间土壤水分测定仪的研制

该在简要的介绍了笔研制的土壤水分传感器的基础上，着重介绍以单片微机为基础，适用于田间野外工作的智能化土壤水分测定仪的软硬件及特点。     

红外土壤表面水分测量仪的研制

为了深入开展土壤粘附研究,依据水的红外特征吸收原理,研制了一台红外土壤表面水分测量仪。实验证明,该仪器具有测量精度高,测量速度快,不干扰破坏被测土壤系统,可长期在线监测等一系列优点,其标准测量误差为０．１３％。文中还对该仪器中所使用的相关滤波器原理及滤波效果等问题进行了讨论。该仪器也可用来测量烟草、纸张、面粉、茶叶等物质的含水量。     

基于遥感信息预测土壤水分研究

土壤水分是水文学、气象学、土壤学、生态学以及农业科学等研究领域中的一个重要的参数。总结了当前国内外基于遥感信息监测土壤水分的原理和方法,特别是对数据同化法进行了着重阐述。通过对各类方法的比较,认为数据同化法是监测土壤水分最有前景的方法之一。     

基于Elman动态神经网络的土壤墒情预测研究

土壤墒情是一个非线性、时空异质性和动态不确定过程,利用Elman动态神经网络对研究区临沂站和平邑站土壤水分含量进行了预测。结果表明,所建立的网络模型能够对土壤墒情进行成功模拟,预测的土壤水分值与观测值吻合得较好,模拟精度较高。临沂站和平邑站模拟土壤墒情的平均绝对误差分别为1.08%和1.07%,平均相对误差为10.2%和11.0%。Elman动态神经网络模型利用其独特的非线性、非凸性和适应时变特性的能力从时空变率复杂的土壤水分运移系统中找出一定的演变规律,为土壤水分预测提供了一种有效可靠的方法。为了更好地验证该方法的优越性,还需要更多的样本数据,更多的区域和更全面的敏感影响因素来验证,以及更深层次的理论研究和分析。