基于虚拟仪器技术的土壤电导率测量仪器研究

该文针对传统土壤电导率测量仪器准确性低、实时性差等问题，根据土壤电导率的测量原理，采用NI公司的虚拟仪器开发平台LabVIEW和数据采集卡，采集土壤温度和电导率等参数，设计了一种土壤电导率测量仪器，通过简单的操作便可测量不同温度下的土壤电导率，并实现数据的显示、保存、打印和网络传输等功能。该仪器利用温度校正方法消除温度变化给电导率带来的测量误差，对氧化钾标准溶液电导率的测试结果表明，该仪器具有较高的测量精度，可以广泛应用于土壤电导率的测量中。该研究为多参数的正确测试提供了一种简便的方法。     

多土壤信息测量传感器的硬件系统集成设计（英）

土壤在作物的生长过程中起到了重要的作用,所以对于基于决策的作物生产管理,土壤信息是必需的。传统的土壤取样获取土壤信息技术耗时且成本高,尤其是对于大规模农田土壤信息测量。目前一些近地面的可连续测量的土壤信息传感器技术能够提供高精度的数字土壤信息地图,然而这些商业化的技术成熟的传感器通常需要单独使用。该文提出了将γ射线光谱仪GR320、利用电磁感应原理的EM38和EM31以及Veris 3100和Veris pH这些可在农田近地面连续测量的土壤特性测试传感仪器集成在一起同时使用的方案,介绍了此集成系统的硬件设备和相关特性参数以及今后需要继续研究解决的问题。利用该系统可一次获得不同的土壤特性参数数据,如土壤矿物质含量,不同深度的土壤电导率值和土壤pH值等,可避免多次测量车辆行走对土壤的压实。多传感器数据之间的互相补充可以进一步提高且更有利于精确农业中基于土壤信息的决策规划。该系统适用于大面积农田土壤特性测量。     

一种适于土壤水势定位观测的新仪器

SM-1型便携式土壤水势监测仪可以在田间定位观测土壤水势、地下水位,从而可进一步获取土壤水分特征曲线、导水率等土壤水力性质参数。该仪器利用张力计原理,采用一个传感器结合多个探头的方法,对传统技术进行了改进,其测定精度可达到±1KPa。     

基于红外结构光三维技术的土壤表面粗糙度测量

土壤表面粗糙度是一项重要的土壤物理参数,已有的各种测量方法存在测量效率和误差难以兼顾的问题。为了在一定精度下提高野外测量工作效率,该研究基于红外结构光技术设计了一套便携的土壤表面粗糙度测量系统。该系统主要包括红外结构光扫描仪、便携式计算机、支架等,具有3.2 mm空间分辨率和3 mm的距离分辨率的性能。通过水平面板测量试验,发现本系统相对误差较小,相对误差最小区域中0.5个测量单位以内的误差（e≤1.5 mm）占87.87%,1个测量单位以内的误差（e≤3 mm）占99.58%,而大于1个测量单位的误差仅占0.42%。通过土壤表面粗糙度测量试验,发现本系统绝对误差较明显,其测量结果低于1 mm 分辨率的土壤粗糙度值。通过误差分析发现：该系统的测量误差包括固有误差和随机噪声,呈特定的规律性分布;导致绝对测量误差的主要原因为该系统的性能;由于系统的随机噪声,基于水平面板距离图像的土壤表面距离图像校正存在不确定性。该研究结果为进一步降低红外结构光三维技术测量土壤表面粗糙度的误差提供了依据。     

土壤水压榨取样仪的研制及其应用

经性能测试和技术检验表明，中国科学院地理研究所研制的土壤水压榨取样仪性能较稳定，重现性良好，具有取样速度快、操作简便等特点，可用于土壤水化学研究中的土壤水取样，且可用于含水量较低的土壤（＞１０％即可）。本文介绍了该仪器的构造、工作原理及性能。     

土壤水压榨取样仪的研制及其应用

经性能测试和技术检验表明，中国科学院地理研究所研制的土壤水压榨取样仪性能较稳定，重现性良好，具有取样速度快、操作简便等特点，可用于土壤水化学研究中的土壤水取样，且可用于含水量较低的土壤（>10%即可）。本文介绍了该仪器的构造、工作原理及性能。     

基于红外视觉的点源土壤入渗性能自动测量方法改进

土壤入渗性能指标是农业及其他近地表水文等相关研究领域的关键参数，对其进行快速准确的测量对水资源高效利用具有重要的理论及研究意义。为实现地表有覆盖物时土壤入渗性能的自动精准测量，该研究提出了一种利用热红外成像技术对点源土壤入渗性能测量方法的改进方案，设计并构建了对应的测量系统。采用红外热像仪获取地表湿润面积随时间的推进过程，构建了地表湿润面积提取算法，定义了土壤入渗性能曲线的形状基函数，根据水量平衡原理对曲线配位，并建立了土壤入渗性能模型。室内试验设置了土壤类型（粉壤土和砂壤土）、地表坡度（0°、5°和8°）和覆盖度（20%、40%、50%、60%、65%、70%、75%和80%）3个因素；在自然植被覆盖条件下进行了田间验证试验。结果表明，坡度和土壤类型对地表湿润面积识别影响不显著；当轮廓覆盖度小于60%时，采用本文的算法，地表湿润面积识别误差在5%左右，可满足土壤入渗性能的测量要求。室内及田间入渗性能测量试验的水量平衡误差均在2%以下，表明土壤入渗性能测量模型精度较高。该研究提出的方法操作方便，测量精度高，为实现野外地表有覆盖物的复杂环境下原位测量土壤入渗性能提供了可靠途径。     

土壤表面CO_2通量的原位测定方法

研究介绍了一种土壤表面CO2通量原位测定的方法及装置。利用二氧化碳对红外线气体具有特殊吸收、土壤空气与大气间对流和扩散的原理,设计了一条测定土壤表面CO2通量的技术路线进行原位测定。本测定装置由两部分组成:仪器和气体收集容器。用胶管连接仪器和气体收集容器,形成一个闭路系统,即可完成瞬间或某一时间段土壤表面二氧化碳浓度值测量工作,通过公式计算得到通量值。本方法和装置可用于陆地生态系统土壤二氧化碳的释放或吸收的原位测定;用于自然状况下多地点、多样地(点)土壤表面二氧化碳通量测定,具有便携、花费小、简单易操作、直接、快速等优点。     

自动测量胸径和树高便携设备的研制与测量精度分析

胸径和树高测量是评价立地质量和林木生长状况的重要依据,该文以图像自动识别原理、摄影测量原理、相似三角形几何原理和三角函数原理为理论基础,研制了可测量胸径和树高的多功能便携式微型超站仪,该设备集成电荷藕合器件图像传感器、倾角传感器、激光测距传感器、中央处理器、存储器、液晶显示屏,测量时可获取测站点到待测点的倾角和距离2个参数值,并记录存储测量时的图像信息,通过仪器的嵌入式操作程序,实现胸径的自动测量、树高测量、任意处直径自动测量、基本测量等4项基本功能。通过试验验证,215株立木的单次胸径测量的平均绝对误差为0.369 cm,平均相对误差为2.08%。101株立木的单次树高测量的平均相对误差为1.44%。胸径测量精度达到97.92%,树高测量精度达到98.56%,符合国家森林资源连续清查中的测量精度要求。该设备为森林资源调查提供了参考。     

X射线荧光光谱法在测定土壤及植物矿质养分方面的应用

X射线荧光(XRF)光谱分析法有快速、无污染、分析成本低且可多元素同时分析和原位检测等优点,已经成为土壤、植物矿质养分测定的重要手段。文章介绍了应用X射线荧光光谱仪测定土壤植物矿质养分的基本原理与工作原理,重点综述了X射线荧光光谱仪在土壤及植物体矿质元素测定方面的研究进展及影响因素,并对X射线荧光分析方法在农业方面的应用前景进行了展望。X射线荧光光谱仪测定的元素范围是元素周期表中从钠到铀。该仪器广泛应用于艺术品鉴定、考古学、食品安全、能源、矿产勘探、电子材料和土壤重金属的研究。使用XRF仪器定量测定土壤、植物矿质元素时,其测定结果受到仪器本身、样品含水量、样品颗粒大小以及土壤有机质含量等因素的影响。有研究证明,通过使用大量的校准样本集对光谱仪进行校准,XRF可用作土壤中元素总浓度的快速测定,还可以实现便携式X射线荧光(p XRF)光谱仪在实验室、田间原位条件下,对植物体矿质元素进行定量分析。     

基于神经网络与决策树的土壤粗糙度测量

利用野外拍摄照片判读土壤粗糙度是一种简单快速的测算方法。为了克服人工判读处理效率低、结果易受人为因素影响和目前的计算机自动读取结果易受野外杂草影响、自动化程度有待提高的缺点,提出了一种基于神经网络和决策树的土壤粗糙度测量方法。该方法在建立神经网络时充分考虑土壤边界线、白板边缘及参考方框的特征选取输入特征向量,消除噪声影响,实现图像边缘检测;并在此基础上建立决策树区分白板、土壤、参考方框等信息,完成土壤边界线和比例尺的获取。野外试验中不可避免有杂草和光照的影响,考虑到阴影、土壤和杂草色彩的差异性,决策树判决准则的选择不仅包含了纹理信息而且考虑了色彩信息。试验表明,基于神经网络与决策树的土壤粗糙度测量采用带有简单方框的参考白板能快速高效地从复杂的野外照片中获取土壤粗糙度信息,降低了拍摄要求。自动提取结果与人工判读相比,所得均方根高度的误差在5%以内,相关长度的计算误差在1%以内,具有较高的精度和可靠性。该研究方法为土壤粗糙度实时在线测算提供了有效的解决方案。     

近红外光谱法在土壤有机质研究中的应用

近红外光谱技术(Near Infrared Reflectance Spectroscopy,NIRS)具有快速、低成本、无损等优点。目前利用NIRS获取土壤信息已成为国内外学者研究的重点,但是在我国利用NIRS对土壤成分进行定量分析才刚刚起步。本文简要介绍了近红外光谱分析的基本原理、模型的建立及评价,详细论述了该技术在预测土壤有机质及其组分方面的应用,并对NIRS在我国土壤有机质定量研究方面的应用前景进行了展望。     

基于探地雷达和电容法的作物根系原位无损测量技术研究进展

改善根系结构提高作物的抗逆特性是保障粮食安全的有效途径。但传统破坏性取样根系测量方法费时费力,且破坏了根系的原位状态。为满足栽培和育种对根系信息的需求,亟需发展原位无损的根系测量方法。因此,该研究综述了相关技术的研究现状,以目前能够在田间应用的作物根系原位无损测量技术-探地雷达和电容法为例,系统分析总结了两者技术原理、当前应用情况、存在的关键问题以及未来研究方向等,研究认为,提高探地雷达测量作物根系的精度和证实电容法测量根系的可行性是未来研究主要的着力点。     

土壤水分反演的特征变量选择研究综述

土壤水分是水、能量和生物地球化学循环中不可忽略的组成部分,土壤水分信息对水资源管理、农业生产以及气候变化等相关研究有着重要意义。基于遥感数据的土壤水分反演算法是获取土壤水分信息的重要手段,通过对影响土壤水分反演的因素进行梳理,将影响因素抽象为包括土壤特征,植被特征,以及气象特征在内的特征变量,并以此为主线对土壤水分的反演研究进行回顾与梳理。分析了利用不同特征变量反演土壤水分时存在的问题和发展趋势,指出土壤水分反演过程中存在特征变量理论研究不足、综合应用不深的问题,强调耦合使用各类特征变量以提高水分反演精度是未来的研究热点。     

不同土壤含水率、体积质量及光谱反射率的关系模型

为了准确、快速地检测湿胀干缩型土壤含水率,该文提出了基于近红外光谱技术的土壤含水率分析方法。该文以湖北省黄棕壤、潮土、水稻土为研究对象,利用美国Ocean Optic公司的NIR256-2.5微型光纤光谱仪在暗室环境下对不同含水率下的土壤样本进行光谱反射率的测定和特征分析,并同时测量相应的土壤体积质量,研究土壤含水率、体积质量、光谱反射率之间的相关关系,通过采用2种土壤含水率表示方法与3种土壤光谱反射率表示方法反映土壤含水率与光谱反射率之间关系的对比试验分析,消除土壤其它性状对土壤反射率反演土壤含水率的影响,得到较适宜地进行土壤光谱反射率反演土壤含水率的匹配表示方法,构建三者之间关系的曲面模型和体积质量变化的土壤体积含水率与土壤光谱反射率的关系指数模型。研究结果表明,构建的3种土壤的曲面回归模型,决定系数均大于0.977,F值均达极显著水平,光谱反射率与体积质量的偏回归系数检验亦达显著或极显著水平。采用指数模型表述1400、1900nm波长处的归一化减土光谱反射率与体积质量变化的土壤体积含水率的关系,其决定系数均在0.9以上,对模型进行验证,其预测误差在0.3左右,精度较高,所建模型拟合效果好。该研究可为用近红外光谱检测体积质量变化的土壤含水率提供科学资料。     

基于微波遥感的土壤水分反演估算研究进展

土壤水分是地表和大气水热过程交换的重要纽带，对于农业生产、生态规划、水资源管理等具有十分重要的意义。微波遥感具有基本不受天气条件影响，具有较好探测植被覆盖下的土壤信息和土壤水分变化趋势等优势，成为目前遥感精确反演土壤水分的热点。本文整理了现有全球尺度的基于微波遥感的土壤水分产品；分析比较了土壤水分反演中主动微波遥感、被动微波遥感、主被动微波协同技术的原理、特点、适用范围和关键技术进展：主动微波遥感和被动微波遥感的 优势分别在于高空间分辨率和高时间分辨率，高空间分辨率可以很好捕捉地表细微的空间信息特征，但囿于土壤水分与后向散射系数之间的复杂关系，特别是植被、地表粗糙度等对雷达后向散射系数的干扰，使得反演土壤水分的精度不高，因而根据现实情况选取不同散射模型以及利用多源数据协同是目前改善精度的研究热点。而高时间分辨率可以实现全球及大尺度下的土壤水分监测，但是很难满足小尺度或者小区域范围的实际研究需求，为了能使实测数据在空间上得以较好匹配，提出多种降尺度方法。结合以上两种微波遥感方式的优劣，依托更为丰富的数据源、相对成熟的观测技术来对两者进行融合以提取更多的水分信息，以提升反演精度或者获得长时间序列数据。在目前的方法中，土壤水分反演在小尺度下表现出良好的性能，但在全球尺度上会出现数据缺失、适用性不强、反演精度不高以及反演过程过于复杂等诸多问题，可以借助多种观测方式（多极化、多角度、多波段）、多时相重复观测、在原有模型上引入新的算法以及数据同化等方面着手进行改进，同时全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System, GNSS） 中长期稳定、高时空分辨率的L波段微波信号在陆面遥感领域的快速发展也为我国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System, BDS）的发展提供了借鉴，展现出在土壤水分反演方面的巨大潜力。     

基于微波干涉技术的土壤介电特性测量

土壤介电特性的测量对研究土壤品质与性质尤其是研究土壤水分至关重要,在土壤微波地基遥感试验中,土壤介电特性的测量也是必不可少的。该文利用C波段微波辐射计成功获取了8组不同湿度土壤的微波辐射干涉数据,在分析干涉原理的基础上,提出了基于土壤干涉数据的土壤介电常数的计算方法。通过干涉计算得到的土壤介电常数与DOBSON模型计算结果非常接近。土壤介电常数的干涉测量方法为土壤介电特性测量提供了一种选择。     

Soil moisture regimes and credibility in the assessment of soil suitability for crops in Tuscany

Abstract. Results of recent research on moisture regimes of surface water soils and on soil credibility are summarized, and proposals are made for the use of results in soil evaluation for selected crops.
Measurements of water table depth show high variability from year to year and during the same season. Soil moisture regimes seem to affect soil management more than crop yield. A probabilistic calendar is needed for the occurrence of topsoil moisture content near the lower plastic limit in periods corresponding to the most important management practices. This is required in order to assess important soil qualities like workability and trafficability.
Soil erosion is greatest when superficial run-off can create rills. This happens when run-off shear stresses exceed a threshold proportional to soil shear strength. Consequently, soil shear strength can be used as a measure of soil resistance to erosion. Probabilistic calendars are needed on the occurrence of heavy rainstorms able to create rills when the soil is most at risk.
Entries for ratings of workability, trafficability and erosion risk are outlined.     

LTW-1型径流泥沙含量与流量动态测量系统研究

简要地阐述了泥沙含量与流量动态测量系统的基本测量原理及其基本组成,包括了4个子系统:自动采样系统,自动测量系统,数据分析、输出及查询系统和操作控制系统。通过大量试验测试,结果表明该测量系统不仅能够达到一定的测量精度,而且还能够实时、在线、动态地测量室内或野外径流泥沙含量与流量,并实现数据便捷地传输、存取等功能。