土壤水分传感器实用性能对比研究

该文针对时域反射法（TDR）、频率分解法（FD）型土壤水分传感器和中国农业大学研制的基于驻波率原理（SWR）的新型土壤水分传感器,在德国北部典型的沙壤土、黄土、含煤沙土及含铅壤土土样上做了试验.根据采集的数据进行方差分析,结果表明:SWR型土壤水分传感器是一种高精度、高可靠性、受土壤质地影响不明显的快速土壤水分测量传感器,其性能可与世界先进TDR型和FD型土壤水分测量传感器相媲美.      

便携式自动土壤观测仪校准测试方法

针对自动土壤水分观测仪定期校准需要中断该设备正常连续观测时间以及设备送检的时间成本、运输成本和运输风险等问题,提出了一种自动土壤水分观测仪的现场校准方法.首先,分析了水分分布对铜环式自动土壤水分观测仪观测数据的影响;其次,设计了自动土壤水分观测仪在不同距离、同等水分条件下的电信号变化试验;最后,建立了自动土壤水分观测仪电场中水分分布对观测数据的影响模型,得到了水分分布与电场中心的距离和电信号变化之间的关系.结果表明,建立的模型在距离传感器外缘45 mm处,直径和高度均为10 mm的圆柱形水体的权重为0.015,能满足铜环式自动土壤水分观测仪分辨力0.02的要求,验证了便携式自动土壤水分观测仪检测方法的可行性.     

FDS土壤水分传感器的两步标定法

在有机溶液、砂土和基质(泥炭、蛭石、珍珠岩质量比4.5:4.5:1.0)中对基于频域(FD)原理的FDS系列水分传感器进行了测试,并根据实验结果对其阻抗特性、一致性和测量精度进行了分析。传感器的标定工作分2步进行,首先利用有机溶液建立传感器输出电压信号V与介电常数ε的关系,然后通过Topp公式间接得出传感器输出信号与土壤含水率之间的关系。在砂土和基质中的实验结果表明,采用两步标定法标定后,FDS系列传感器测量得到的砂土和基质含水率与烘干法得到的含水率的相关系数分别为0.90和0.95,其输出电压与ML2型传感器输出电压的相关系数>0.99,表明该标定方法能够满足测量精度要求。     

土壤水分传感器(FDR)在作物精准灌溉中的标定与应用

随着农业现代化的发展,大田及各种大棚环境条件下的作物栽培对灌溉的要求越来越高,基于用土壤水分传感器的精准灌溉系统正逐步应用到设施农业当中。由于土壤水分传感器测定土壤水分含量时受土壤质地和压实程度的影响较大,为减小测定误差设计了相关试验,通过研究明确了在同一土壤水分条件下(15%)土壤容重与水分传感器输出电压值的关系。提出了用田间原状土对土壤水分传感器进行水分特征曲线的标定方法,并在生产中得到了应用,降低了精准灌溉系统土壤水分测定的误差。     

土壤水分对烤烟K326生长的影响

采用盆栽试验法,研究了江西烟区3种类型土壤不同土壤水分含量对烤烟K326生长发育的影响。结果表明,土壤水分含量对K326的生长发育影响明显。与水分胁迫相比,适宜水平土壤水分(旺长期土壤相对含水量80%、成熟期土壤相对含水量70%)可保证烟株正常生长发育。     

虎峰镇土壤水分的动态及其随机模拟

利用2004-2007年每天的土壤水分监测数据,研究了重庆铜梁地区土壤水分的动态变化,并对生长季土壤水分的变化进行了动态模拟。结果表明,监测年内各层土壤水分无论在枯水年还是平水年均有显著差异,平水年土壤水分含量和变异系数均高于枯水年;土壤水分的季节变化可分为稳定期、消耗期、波动期。用Laio模型推导出的土壤水分峰度和变幅与观测结果基本一致。     

基于STC90C51单片机的土壤水分检测系统设计与开发

根据农田环境的应用需求,为快速、准确地获取农田中土壤体积含水率和水分变化信息,研究一种基于STC90C51单片机的土壤水分检测系统的硬件结构及功能设计。该系统采用基于FDR（Frequency Domain Reflectometry）的传感器作为土壤温湿度的采集端,可实现对土壤水分含量的自动采集、显示、存储和监测。对于土壤水分的监测试验结果表明,该系统性能稳定,工作可靠,为农田监测、节水灌溉等提供了有效、可靠的监测手段。     

农田土壤水分测定与模拟研究进展

土壤水分不仅是农业生产中影响产量的重要调控因子,而且还影响环境污染物质的迁移和土壤的持续利用。本文对土壤水分各测定方法的优缺点进行了评述。提高土壤水分监测传感器精确性和观测数据自动采集、区域土壤水分的遥感监测是当前和未来的主要发展方向。对国内外应用较多的土壤水分模型做了概括和总结,其模拟方法主要以土壤水动力学方法、土壤水分平衡方法为主,随机模型受到关注。本文还对土壤水分的未来研究进行了展望。     

土壤水分对冬小麦幼苗光合特性及其相关因子的影响

采用盆栽试验,研究了不同土壤水分条件下冬小麦幼苗光合及其影响因子的关系。结果表明:光合速率和叶绿素含量均随土壤水分的减少而呈下降趋势。并且,通过逐步回归,获得了不同土壤水分条件下冬小麦幼苗光合速率及其影响因子的最优回归模型。     

沼液抗旱剂重金属安全性分析及对大豆叶片Tr和RWC的影响

[目的]研究沼液抗旱剂的重金属安全性及对大豆抗旱性的影响.[方法]以东农52大豆为材料,通过盆栽试验,研究正常养分环境条件下,不同土壤水分条件下,大豆开花期喷施不同稀释倍数的自研制沼液抗旱剂对大豆Tr和RWC的影响.[结果]牛粪为原料实验室发酵沼液重金属含量相对较低,可直接应用于农业;在土壤水分含量为25.4％时（田间持水量的65％）,沼液抗旱剂不同稀释倍数处理增加大豆开花期叶片RWC分别为8.54％和8.39％;在土壤水分含量为19.5％（田间持水量的50％）时,与喷施清水对照处理相比,不同施用浓度沼液抗旱剂均能增加大豆RWC,增加幅度最大为17.16％;不同水分条件下,各处理均能降低大豆叶片的蒸腾速率,其中T1和T2效果最佳.[结论]该研究可为探讨沼液抗旱剂在干旱环境下对大豆生长代谢效果提供理论依据.     

煤矸石充填复垦土壤水分含量与作物有效性的研究

通过室内煤矸石充填复垦土壤盆栽试验,监测有无地下水补给和不同覆土厚度处理的表层土壤含水量、小麦出芽率与地上部生物量等指标,研究煤矸石充填复垦土壤水分的作物有效性。结果表明:表层土壤含水量在有地下水补给时相对较高,且覆土厚度影响小麦出芽率;当无地下水补给时,表土含水量受覆土厚度的影响较明显,3种处理中覆土厚度为10 cm时表土含水量最高,小麦出芽率受土壤含水量的影响较小。在拔节前期,地上部小麦生物量与出芽率呈显著地正相关关系。     

基于AVR单片机的土壤水分检测系统设计

提出了将近红外传感与AVR单片机控制技术相结合来测量土壤含水量的设计方法。该方法具有非接触式、功耗小、便携、速度快等特点。     

内蒙古大青沟自然保护区土壤水分时空梯度分析

该文采用TDR分层对大青沟自然保护区土壤水分进行定位观测,利用DCCA排序定量分析土壤水分时空梯度与环境因子关系,通过Surfer软件的Kriging插值法绘制土壤水分等值线排序图。结果表明:该地区影响土壤水分生长季节变化的主要环境因子为植被、坡位和坡向。0～60 cm土层平均体积含水率在5～9月沟底阔叶林为29.33%～37.86%;下坡位蒙古栎矮林为6.29%～17.24%;中上坡灌丛为5.45%～12.20%;沙地樟子松林为5.04%～11.20%;沙地疏林草原为4.16%～5.43%。0～15 cm与16～30 cm表层土壤水分排序第1轴与海拔、坡向、坡位、植被有极显著的负相关系;31～45 cm与46～60 cm第1轴与坡向和坡度呈显著正相关;0～15 cm表层土壤水分波动较大,16～30 cm次之,31～45 cm和46～60 cm相对稳定。      

Determining placement criteria of moisture sensors through temporal stability analysis of soil water contents for a variable rate irrigation system

Developing placement criteria for soil moisture sensors is crucial in increasing the practical functionality of a variable rate irrigation (VRI) system. In this field study, the temporal stability pattern of soil water content was compared between VRI and uniform rate irrigation (URI) treatments during growing seasons of winter wheat and summer maize to determine the placement criteria of soil water sensors. The 1.64-ha experimental site located in a highly variable alluvial flood plain was divided into four management zones according to the available water holding capacity ranging from 152 to 205 mm within the 0.6 m soil profile. In each zone, two sub-zones were created to represent VRI and URI treatments. A temporal stability analysis of soil moisture was conducted by regularly measuring soil water contents at 62 locations in the field during the growing seasons. Results showed that the VRI management changed the overall similarity of soil moisture spatial patterns when crop water consumption was provided mainly by irrigation water rather than precipitation. In each management zone, every measuring position was a time-stable location with respect to the mean soil water content. Significant linear regressions were detected between the mean clay percentile in each management zone and the clay percentile representing the mean soil water content sites, and a nearly equivalent value of fitted equation coefficient was obtained for winter wheat (1.15) and summer maize (1.19). These results demonstrated that the temporal stability of soil water content spatial patterns still existed in each management zone with the VRI management, and the clay percentile supplied a priori identification for placement of soil moisture sensors.     

科尔沁沙地杨树水分利用策略

目的在科尔沁沙区, 杨树人工林出现了不同程度的退化现象, 水分是本地区植物生存的主要限制因子, 本文为了探究科尔沁沙地杨树人工林的水分来源及水分利用机制, 揭示水分与杨树人工林退化的关系, 为科尔沁沙地杨树人工林生态系统恢复和重建提供参考依据。方法利用氧稳定同位素技术以科尔沁沙地杨树人工林为研究对象, 采用“DELTA plus XP”稳定同位素比例质谱仪测定植物(木质部)水及各潜在水源δ18O值, 结合自动气象站(HOBO U30-NRC)连续观测降雨量等环境和气象因子, 利用同位素质量守恒多元分析方法, 分析雨季和旱季杨树人工林水分利用策略。结果(1) 雨季土壤含水量均高于旱季, 雨季在0~100 cm土层的土壤含水量随土层深度显著增加(P < 0.05), 而100~170cm土层的土壤水分含量显著下降(P < 0.05);旱季林内土壤水分含量均大于林外土壤水分含量, 但差异均不显著(P>0.05)。(2)土壤水和植物水δ18O值都高于地下水δ18O值; 旱季土壤水δ18O值整体上比植物水δ18O值低; 雨季土壤水δ18O值反而高于植物水δ18O值。(3)杨树人工林旱季主要吸收利用130cm以下的深层土壤水, 对浅层土壤水利用较少; 雨季杨树人工林除了吸收130cm以上土壤水, 还少量的吸收深层土壤水和地下水。结论(1) 浅层土壤水氧同位素值受到太阳辐射和降水的干扰程度较大, 而深层土壤水受到的干扰程度较小。在旱季, 林内各层土壤水均大于林外各层土壤水, 尤其是80~170cm土壤层更加显著, 这从侧面解释了杨树在利用较深的土壤水及地下水时, 会将少量水分释放到土壤表层这一现象。(2)雨季沙地杨树人工林主要利用浅层土壤水, 旱季杨树人工林主要利用深层土壤水和地下水。杨树人工林根系在浅层和深层土壤中均有分布, 此种根系分布特征保证了杨树人工林在不同季节采用不同的水分利用策略, 从而确保自身水分的生理需要, 是植物应对干旱沙地环境适应性的表现。      

宁南山区典型流域土壤水分动态变化规律研究

采用定位观测、谐波分析以及灰色关联度等方法对典型流域所选的６个断面共５６个水分观测点的实测数据进行了分析，研究流域土壤水分动态变化规律．结果表明，土壤含水量年内变化主要受降雨和蒸发散的年内变化影响，明显分为干湿两季；土壤水分年内变化可划分为四个时期：春季土壤水分缓慢蒸发期、旱季土壤水分严重亏缺期、雨季土壤水分补偿期、冬春土壤水分相对稳定期．研究中利用标准差和变异系数对土壤水分垂直变化进行了分层，并用灰色关联度方法分析了各层次间土壤水分及其与期间降雨量的关系，得出土壤水分剖面分布可分为速变层、活跃层和次活跃层，林地水分活跃层较深，草、农、裸地水分活跃层偏上的土壤水分垂直分布规律     

基于改进K-medoids算法的土壤墒情传感器布局优化

针对茶园土壤墒情传感器布局中传感器数量过多、数据冗余度过大的问题,采用改进的K-medoids方法,优化茶园土壤墒情传感器使用数量及部署位置。在保证茶园传感网络全覆盖的基础上,实时采集各传感节点数据;构造各传感器在不同天气条件下的时间序列数据,并运用三次样条插值法拟合成连续函数;应用谱排直法定义新的时间序列数据的距离函数替换K-medoids中的欧氏距离,将聚类中心作为最终的传感器布点;随机选取位置并采集土壤相对含水率以验证聚类中心作为传感器布点的代表性。采用改进前和改进后的K-medoids方法对2018-07—2018-08（试验Ⅰ）和2020-12（试验Ⅱ）采集的土壤墒情数据进行聚类。结果表明：1）改进的K-medoids将32个传感器减少到4个,改进前后簇中心墒情值与簇均值的相对偏差,试验Ⅰ由2.85%降到1.91%,试验Ⅱ由2.01%降到1.43%;2）改进K-medoids所得聚类中心相对含水率与试验区域平均值相近,相对偏差小于2%;3）以改进的K-medoids算法所得聚类中心作为起点的布点路径长度为82.4m,使用8个传感器,优于改进前的106.5m和10个传感器。基于...