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。     

蔬菜大棚墒情传感器垂向埋设位置研究

针对当前国内外墒情传感器分层布置的习惯及降低传感器埋设量的愿望,研究了蔬菜大棚墒情传感器在垂向上的代表性问题。以江苏省宿迁市宿城区番茄大棚为例,利用Hydrus-1D模型分别模拟番茄苗期、开花坐果期和盛果采摘期灌水之后15 d内的根系层内含水率分布变化的情况。根据模拟结果,将40 cm的主要根系层平均分为10个土层,通过对灌水后各个土层含水率与根系层平均含水率进行显著性检验,进一步将无显著性差异土层内各测点的含水率与根系层平均含水率进行比较。结果表明,10~16 cm深度区域的土壤含水率基本能够代表根系层的平均含水率。因此,蔬菜大棚内单个墒情传感器应当埋设在10~16 cm的深度范围。     

低功耗远程墒情自动监测站设计

为了快速获取土壤墒情,满足农田土壤信息监测的需要,设计了一种以太阳能供电的低功耗远程墒情监测系统。系统终端以C8051F040单片机和SIM900A模块为基础进行设计,采集4层深度土壤温度、4层深度土壤湿度以及多种气象信息,利用GPRS网络和短信方式进行墒情数据的自动监测和无线传输。该系统结构简单、使用方便、功耗低,经计算在无光照条件下能够工作14d,实现了农田墒情的低功耗远程实时监测,为农业生产和气象预测提供一定的数据基础。     

墒情监测研究进展综述

墒情监测是实施农田土壤水分有效调控的基础和前提。回顾总结了国内外墒情监测的方法以及墒情监测研究发展现状,并进行了对比分析。在此基础上,对现有研究中存在的问题及发展趋势进行了展望。     

土壤墒情监测方法综述

干旱监测的主要方法包括土壤含水量的中子仪测量法、TDR测量法、湿度计法、称重烘干发法以及几种卫星遥感监测方法等。对各类干旱监测方法存在的问题和发展趋势进行探讨,并提出加强我国干旱遥感监测技术研究的建议,为我国农业旱情监测提供一定的帮助。     

土壤墒情监测预报技术研究进展

对已有墒情预报模型和土壤水分检测技术进行简单分析,总结了各自特点,发现现有土壤墒情检测技术在性价比层面还需提高,各墒情预报模型所受限制较多,仍没有较为通用、准确成熟模型,目前国外在这方面的热点研究集中于依靠3S技术,技术水平更为成熟,值得借鉴。对土壤墒情监测预报技术的前景进行了展望。     

土壤墒情智能监测控制系统设计

设计一种土壤墒情智能监测控制系统来实现对土壤墒情的实时监测,并通过灌溉等方式智能改变土壤墒情。通过在多点放置土壤湿度传感器与ZIGBEE无线通信设备组成自组网络,ZIGBEE协调器与所有子节点通信将所有点的土壤湿度信息汇总并且传送给单片机分析处理。单片机控制液晶显示器将土壤湿度平均值显示出来,并根据设置的土壤湿度上下限值进行调控,当土壤湿度平均值低于下限值时,控制水泵浇水,高于上限值时,控制水泵停止浇水。通过实验测试证明,本土壤墒情智能监测控制系统能够实现土壤湿度的监测和控制。     

基于阻抗的土壤墒情检测传感器模型

介绍了一种基于阻抗模型设计的土壤墒情传感器,根据土壤的含水率会影响到其介电系数的基本原理,设计了传感器的模型。在理论推导的基础上,又通过仿真试验来验证其准确性,最终得到一种效果明显、数据准确、价格低廉的传感器。通过仿真试验检测,其误差可以控制在±1.4%以内。     

多种植被指数与土壤墒情响应关系对比分析

土壤墒情是农业生产的重要参数,高效、精确地监测土壤墒情是保证农业生产安全的重要环节。在基于植被指数的土壤墒情监测方法中,如何根据地域和植物生育期的差异,选定最优的植被指数是问题的关键。利用2015年2-6月河南省中东部黄淮海平原冬小麦主产区的实测农田墒情数据和MODIS遥感数据,对归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)、植被供水指数(VSWI)、温度植被干旱指数(TVDI)与土壤含水量进行相关性分析,对比不同植被指数对不同深度土壤含水量的响应,并分别建立四种植被指数与土壤墒情的回归模型,进行预测精度分析。结果表明:本研究中,TVDI与土壤墒情的相关性最好,预测精度最高;每一种指数皆与10～20 cm深度土壤墒情相关性最好,预测精度最高。因此,TVDI为最优响应指数,10～20 cm深度土壤为最优响应深度。     

基于铱星通信技术的土壤墒情远程监测网络研究

为了实现野外偏远、无GPRS信号地区土壤墒情、温度及降雨量的远程无线实时监测,设计了一套由土壤墒情及相关影响信息实时采集系统、铱星通信以及互联网技术构成的物联网架构式土壤墒情实时监测系统,围绕铱星SBD(Short burst data)终端模块9602开发了具有独立知识产权的数据采集系统。该系统实现了智能化、网络化的土壤墒情实时监测,以及历史数据的查询、下载,根据设定阈值进行短信报警、传感器和通信故障报警等功能。该系统自2011年8月在山东省、北京市等地运行以来,可以安全、稳定、可靠地获取监测土壤含水率、温度及降雨量信息。通过试验可知铱星通信在空旷地带成功率为97.2%,单个节点通信费用为每月200元(12 000字节),达到了对土壤墒情、温度和降雨量变化规律进行长期监测的目的。     

微咸水间歇供水方式土壤水盐分布分析

为了研究间歇供水微咸水不同入渗方式对土壤水盐分布的影响,开展了一维积水间歇入渗试验,研究了微咸水矿化度分别为1.75、3和5g/L,及不同周期数和循环率入渗条件下的入渗特性,并对比了不同矿化度、不同周期数与不同循环率对间歇入渗后土壤水盐分布的影响。结果表明,微咸水间歇入渗与一般的间歇入渗规律相同,但在试验取用范围内高矿化度、小周期数和高循环率可以有效促进水分入渗,矿化度提高土壤中盐分含量也随之增加,盐分含量随着间歇入渗周期数的增大而增大。     

不同覆盖方式对土壤水分分布的影响

在位于典型半湿润灌区的山东农业大学农业生态实验站研究了冬小麦秸秆覆盖与起垄覆膜沟内播种(膜垄)2种覆盖模式的土壤水分时空动态变化。结果表明,秸秆覆盖能有效提高冬小麦30 cm以下土壤含水率,膜垄对0-30 cm土壤含水率的提高贡献最大。进入拔节期后,随着冬小麦生育进程的推进,膜垄在30-120 cm土层含水率降幅较大,形成一个水分亏缺带,而秸秆覆盖在该土层的含水率一直较高。该试验表明,膜垄在保水保墒和土壤水分垂直分布方面表现出与秸秆覆盖完全不同的特点。     

微咸水水质对压砂地土壤入渗性能的影响

为研究土壤容重以及供水水质对土壤水分垂直入渗性能的影响,以香山地区不同容重(1.35、1.45 g/cm3)的土壤为研究对象,通过室内土柱一维垂直入渗试验,选择供水水质为影响因子,设置4种不同电导率的供水水质(0、2.5、5.0、7.5 mS/cm)对土壤入渗时间、入渗率,盐分分布特征以及含水率分布特征进行研究,并用P...     

秸秆覆盖中原料切碎/粉碎对土壤水热的影响

果园秸秆覆盖是西北旱区果业提质增效的有效途径,但人工作业的低效性制约了该技术的发展。本研究旨在探明秸秆原料切碎/粉碎加工对覆盖土壤水分和温度的影响,为秸秆机械化覆盖技术开发提供理论依据。本文以切碎加工的小麦(CW)、玉米(CC)、大豆秸秆(CS)和粉碎加工的小麦(SW)、玉米(SC)、大豆秸秆(SS)为覆盖基质,以无覆盖处理(CK)为对照,在室外容器中模拟研究秸秆—薄土分层覆盖在果园土壤保墒、保温、抑制杂草方面的效果。结果表明:试验期内,各覆盖处理的底层土壤含水率均高于CK,切碎、粉碎秸秆覆盖的土壤含水率分别高于CK 3.16%和2.35%。小麦、玉米秸秆切碎覆盖的土壤保墒效果优于粉碎覆盖,而大豆秸秆相反。各覆盖处理均有效地减小底层土壤全天的温度波动,即在早、晚提高土壤温度,而午间则降低土壤温度。小麦、玉米秸秆粉碎覆盖的土壤保温效果略优于切碎覆盖,而大豆秸秆相反。从3种秸秆的土壤保温效果综合评价,切碎、粉碎加工方式对其影响不明显。各覆盖处理均有明显地隔离上、下层土壤水分交换的效果,能起到抑制杂草的作用。CW、CC和CS处理的表土层和底土层土壤含水率差值分别为9.50%、9.05%和9.18%,而对应的SW、SC和SS处理差值分别为8.1 3%、8.2 8%和9.4 7%。综合分析秸秆切碎、粉碎加工对分层覆盖土壤水热的影响,认为果园秸秆分层机械化覆盖中,秸秆加工应优先采用切碎方式。     

基于ZigBeeCC2430的土壤含水率监测系统设计

针对农田土壤环境参数大滞后及大惯性的特点,基于低功耗ZigBee CC2430无线通信技术,设计了土壤含水率监测系统。通过运用无线传感器智能信息处理技术及数据通信技术,使得监测系统的自动化与监测水平得到提升。该系统采用星型拓扑结构组网,通过在监测区域部署网络节点,将监测数据汇集到监测中心,实现统一的数据管理和Zigbee网络的路由监测功能。给出了系统硬件和软件实现方法,包括无线传感器节点设计、数据采集、传输及通信等模块的实现原理。遵循模块化设计思想,传感器和功能模块可组合配置,通用性强。对于农田土壤含水率的监测实验结果表明,该系统性能稳定,能够实现数据采集、传输及显示,可广泛应用于各领域的环境参数自动监测。     

土壤组成与性质对近红外光谱检测土壤含水量的影响

以湖北地区的红壤、黄棕壤和潮土为供试土壤,研究了外源添加黏土矿物(高岭石、水云母、针铁矿、蒙脱石、蛭石)含量、有机质含量和模拟土壤颗粒大小、土壤水稳性团聚体大小对近红外光谱检测土壤含水量的影响,并分别建立了相关模式方程.结果表明,土壤的光谱特性是土壤中多因子作用的综合结果,土壤组成与性质明显地影响着近红外光谱检测土壤水分时土壤光谱反射率的变化.在土壤中添加这些黏土矿物和有机质,其光谱反射率下降;在沙土、粉沙土范围内,土壤颗粒直径由大变小,其光谱反射率增大,但至<0.002 mm黏粒时,其反射率减小;土壤水稳性团聚体由大变小,其光谱反射率增大.     

棉花膜下滴灌墒情监测点的定位

结合田间观测,研究了棉花膜下滴灌墒情监测点的定位问题。试验于2009年6月至9月在新疆库尔勒市包头湖农场进行,试验区采取1膜1带4行棉花的种植形式,距滴灌带0、20、45、70 cm处布置4根TDR观测管,采用TDR观测0~100 cm深度土壤剖面水分分布。结果表明,滴头处的监测点与距滴灌带20、45 cm处的土壤含水率垂直分布无显著性差异,与距滴灌带70 cm处的土壤含水率垂直分布有显著性差异。因此,墒情监测点布置于距滴灌带0、20、45 cm处均可,不宜布置在更远处。     

土壤改良剂对土壤水分及燕麦产量的影响

试验设聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钾+腐殖酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺+腐殖酸、腐殖酸和对照共6个处理,研究了土壤改良剂对土壤含水率、水分利用效率(WUE)以及燕麦产量的影响。结果表明,各土壤改良剂处理均能提高0～40cm土层土壤含水率,其中"聚丙烯酸盐"和"聚丙烯酸盐+腐殖酸"较其他处理效果明显;各土壤改良剂处理的燕麦产量均高于对照,燕麦穗数、穗粒数和千粒质量也有明显提高,其中"聚丙烯酸盐+腐殖酸"产量较高,较对照增产44%,其千粒质量增加最显著;不同土壤改良剂对提高燕麦WUE均有效果,其中复配方式高于单一施用方式,"聚丙烯酸盐+腐殖酸"处理WUE最高,为7.14kg/(hm2.mm),"聚丙烯酰胺+腐殖酸"次之。表明土壤改良剂的应用改善了农田土壤水分状况,提高了降水利用率,从而提高了燕麦产量,以"聚丙烯酸钾+腐殖酸"复配处理节水增产效果最显著。     

关于“内在水”补给土壤水的假设与初证

提出了关于土壤水产生的新假设——"内在水出渗补给说",即认为土壤水不仅来源于当地大气降水和地表水的入渗,而且还可能来源于"内在水"的"出渗";同时指出了土壤水在热动力驱动下,随季节温度变化的特征,并通过分析现有的实测资料,初步验证了提出假设的可信性。在结论与展望部分,论述了如果内在水出渗说成立将会具有的重大理论和实际意义,并提出深化研究的必要性和主要研究内容。