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1.
太阳能供电的土壤剖面水分动态原位自动监测系统的研制 总被引：2，自引：2，他引：0
目前,商业化的土壤水分传感器在野外观测土壤剖面含水率时仍然存在测量深度不可调节、多传感器探头之间的互换误差、野外长期监测供电困难、成本较高等问题。为此,该研究设计并研制了一种太阳能供电的可实现野外长期工作的介电管式土壤剖面水分原位自动监测系统。该系统组成包括:传感器模块、主控模块、太阳能供电模块和参数设置软件。测量时,先将PVC管垂直安装至待测土壤中,安装过程不扰动土壤结构,主控与存储模块控制土壤含水率传感器在PVC管中上下移动测量土壤含水率,并同步记录土壤深度。此外,该系统可以根据实际需求通过PC机参数设置软件进行灵活设定测量参数(传感器测量深度、测量深度间隔和测量周期)。针对该系统的性能与测量精度开展了相关测试与观测试验,功耗测试结果表明该系统待机功率为0.35 W,工作功率为1.4 W,太阳能电池板最大输出功率为5W,太阳能电池板和锂电池配合供电的情况下能实现长时间续航;土壤含水率传感器在砂土和粉壤土中的标定试验表明:该系统测量结果与实际土壤体积含水率高度吻合,标定曲线决定系数R~2均大于0.99;经过校正后,该系统探头深度定位的标准偏差在0.2 cm以内。在两种质地土壤的滴灌试验结果表明:该系统分别在6和15 mL/min两种滴水速率下均能准确获取土壤剖面含水率的动态变化过程,为观测作物生长状态和根区水分变化、制定合理的灌溉策略以及研究并检验土壤入渗水动态模型提供了可靠的技术支持和保障。 相似文献
2.
同步获取土壤介电与力学参数的实验系统 总被引：5，自引：1，他引：5
土壤作为一种由惰性固体、活性固体、溶质、气体以及水组成的多元复合系统，决定了其物理特性实验研究的复杂性。针对土壤物理实验中多变量信息同步实时获取的客观需要，应用一个自行设计的双变量传感器和虚拟仪器(VI)技术，研制了一台能够同时测量土壤力学特性与介电特性的智能化测试系统。该系统既能在0～40 cm深度之间提供土壤圆锥指数分布与含水率分布剖面，而且还可运用信号处理中的相关理论分析双变量传感器输出信号间的相关特性。该系统为在实验室中分析土壤介电特性和力学特性研究提供了一个智能化的基础实验平台，并已在与德国波恩大学农业工程研究所的合作研究中成功地应用于田间实际测量中。 相似文献
3.
三深度土壤水分传感器的研制及试验 总被引：5，自引：4，他引：1
针对当前植物根区不同深度下土壤含水量测量存在的传感器安装困难、对原位土壤扰动大以及传感器间一致性差等问题,该文基于阻抗法设计了一种三深度土壤水分传感器。该传感器不仅可以同时测量3个不同深度的土壤含水量,并且在安装时对原位土壤扰动极小。试验标定结果显示,该传感器具有较高的精度,所测的土壤含水量与烘干法所得的实际含水量非常吻合,决定系数R2和均方根误差(RMSE,root mean square error)分别达到0.996和0.013 cm3/cm3;传感器可适用于多种不同质地的土壤,在3种不同质地土壤中的输出灵敏度均大于1V/(cm3/cm3)。传感器的输出与土壤体积含水量呈现良好的线性关系,对黏土、砂土及壤土的决定系数R2分别达到0.983、0.965和0.975;土壤水分入渗试验结果进一步表明,该传感器性能良好,3个不同深度的传感器电极具有较高的一致性,在壤土和砂土样本中3个深度传感器电极的输出,相对误差分别小于2%和5%。 相似文献
4.
马瑞峻 Michael Short Craig Lobsey Alex McBratney Brett Whelan Budiman Minasny 孙光永 《农业工程学报》2010,26(4):156-161
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。 相似文献
5.
为了提高基于驻波比原理（Standing Wave Ratio,SWR）的土壤剖面水分传感器非接触式测量精度及传感器在田间土壤水分测量中的实用性,该研究基于电磁仿真软件和印刷电路板工艺设计了一种基于边缘电磁场理论的小型定向测量探头,并进行了探头阻抗变换电路的设计,最后借助矢量网络分析仪探究了探头测量与介质、电导率的关系。在论证检测原理有效性的基础上,首先采用High Frequency Structure Simulator电磁场仿真验证探头结构的合理性。并配置不同介电常数的介质溶液进行试验,进行了试验检验,确定了此剖面土壤水分传感器的阻抗特性及测量范围。同时,为了分析土壤电导率对测量结果的影响,配置不同水分、电导率梯度的土壤样本,利用矢量网络分析仪分析了探头阻抗与水分及电导率的关系,得出结论：在土壤含水率3%～56%、土壤电导率0～6 300 μS/cm时,水分测量受电导率影响的最大绝对误差6.33%。与ET-5、5TE两种商用传感器受土壤电导率影响精度性能进行对比,传感器在非盐碱土壤（电导率在0～6 300 μS/cm内）受土壤电导率影响的最大土壤体积含水率相对误差相比其他两款传感器减少了0.17%～5.27%,受电导率影响在非盐碱土壤测量时更小,且传感器探头具有体积小、成本低、非接触式定向测量受内部介质干扰较小等优点,基本满足非盐碱地土壤田间实际检测需求。研究成果可为土壤剖面水分测量提供理论基础与技术参考。 相似文献
6.
电导率法在土壤盐渍化中的改进和应用进展 总被引：1，自引：0，他引：1
土壤盐渍化是常见的地质灾害之一,对土壤盐分状况及盐渍化程度的空间分布特征进行了解是有效治理的前提条件。电导率法作为一种快速稳定测定土壤盐分时空分布特性的方法被广泛应用于土壤盐渍化研究中。土壤溶液电导率(ECw)、土壤浸出液电导率(ECe)及土壤表观电导率(ECa)都可以对土壤盐渍化程度进行量化,土壤溶液电导率(ECw)可以通过原位取样器和盐分传感器进行测量,通过制备饱和土浆则可以对土壤浸出液电导率(ECe)进行测量,电阻率法和电磁感应法则可以测定土壤的表观电导率(ECa)。本文就不同电导率法的测量原理及实际测量对象、常用技术设备、优缺点进行综述。为更好的理解电导率法在土壤盐渍化中的应用提供参考 相似文献
7.
基于频域法的便携式无线土壤水分测量装置设计与试验 总被引：4，自引：4，他引：0
针对农田土壤水分测量的实际需要,研制了一种便携式无线土壤水分测量装置。该装置结构一体化设计采用"T"型结构,将土壤水分传感器和信息采集与发送单元融合,可在0~300 mm的不同深度下测量土壤水分,并采用蓝牙传输技术,将测量数据实时发送给Android手机,手机可通过App软件对数据进行分析处理,实现了农田数据的大容量存储和智能化处理。在实验室环境下,使用砂土和壤土2种土样对测量装置进行了标定试验,土壤容积含水率与传感器输出电压服从二次曲线关系,决定系数均达到0.99以上;将测量装置与波兰Easy Test TDR土壤测试仪进行对比试验,二者测量结果呈线性相关关系,决定系数为0.987。试验结果表明该装置可准确测量土壤水分含量。 相似文献
8.
土壤近地传感器研究进展 总被引：10，自引：1，他引：9
野外快速获取土壤各类理化参数的技术手段是土壤科学的重要研究方向,也是传统土壤理化测试分析向土壤野外实时监测方向发展的重要技术支撑。国际土壤科学联合会(IUSS)在2008年专门成立了土壤近地传感器技术(Proximal Soil Sensing,PSS)工作组,开展有关各类土壤近地传感器原理、技术、设备、应用等方面的学术交流。本文就目前国内外有关土壤近地传感器方面的研究工作按照其设备工作原理的不同进行了分类总结和说明,最后指出了当前土壤近地传感器技术发展存在的主要问题和发展趋势。 相似文献
9.
无线多点土壤电阻率测量系统设计与测试 总被引：1，自引：1，他引：0
该文设计了一种无线多点土壤电阻率测量系统,该系统包括一个主机和多个从机,根据电流-电压四端法原理自制了土壤电阻率测量传感器,以减小对土壤溶质移动的干扰,采用主从式通信建立测量平台,从机完成土壤电阻率数据的采集、发送功能,从机个数可以根据测量点的要求进行扩展,主机完成土壤电阻率数据接收、处理、显示及存储功能,主机和从机无线通信,采用nRF24L01无线模块,构成了 "一对多"的通信网络。系统有效地解决多点土壤电阻率实时测量的一致性问题,试验结果表明系统具有良好的稳定性和实用性,室外无线有效传输距离可以达到95 m,室内达到75 m,土壤电阻率与含盐量及加水量呈良好的线性关系（R2=0.9991）,与其他测试仪测量的曲线基本吻合,相对误差在1%以内,具备较好的测量精度。 相似文献
10.
基于驻波率原理的土壤水分传感器的测量敏感度分析 总被引：10，自引：1，他引：10
土壤水分测量方法中,有效测量范围(即测量敏感区域)是一个重要问题。该文运用探针的静电场分布,分析由基于驻波率(SWR)原理的快速土壤水分传感器的测量敏感度,分析了SWR型土壤水分传感器的有效测量土体,输出电压与土壤体积含水率之间的最大线形区域,得出了SWR型土壤水分传感器的最佳结构 相似文献
11.
土壤水分是喀斯特地区水文生态环境的重要因素。通过在不同土地利用设置试验点,对降雨和20,40,80,100 cm深度土壤水分进行监测分析,揭示不同土地利用条件下土壤水分在降雨过程中的变化规律。结果表明:(1)植被盖度、土壤前期贮水量等因素对土壤水分的降雨补给量和土壤水分在土壤剖面上的再分配具有明显的影响。(2)土壤水分的降雨补给量在土壤剖面上的分布具有一定的层次性,随土层深度的增加整体表现为先增加后减少再增加的趋势;表层降雨补给量最小,最大降雨补给量多出现在100 cm深度。(3)土壤水分对降雨的响应具有滞后效应,并随土层深度增加而增强,随盖度增加而减弱。(4)在降雨影响阶段,可将土壤水分变化分为滞后期、上升期和消退期3个阶段;降雨过程中,植被盖度越高,降雨强度越大,土壤水分变化越快,并随着土层深度的增加减缓。研究结果为水资源的合理利用和配置以及水土保持提供参考和理论依据。 相似文献
12.
为实现室内竖直土柱入渗性能的自动检测,研制了一种土柱入渗性能自动检测装置。该装置主要由传感器位置调节装置、土样盛放装置、供水装置、检测和控制模块、电源模块和上位机显示存储模块组成,采用压力应变式传感器检测入渗过程的累积入渗量,采用介电常数土壤水分传感器检测土壤含水率的变化,进而推断湿润锋的运移位置。基于这2种传感器,实现土柱入渗过程自动检测。采用水头为10 mm,容重为1.15、1.20和1.25 g/cm~3的红壤土进行室内土柱入渗试验,检验该装置的性能。结果表明:1)9个试验和18个检测位置,土壤水分传感器进出土柱成功率为100%,表明该装置运行可靠;2)与烘干法相比,土壤水分传感器检测得到土壤含水率的最大相对误差为-4.4%,检测结果比较准确;3)与人工观测湿润锋位置相比,土壤水分传感器推算出的湿润锋位置最大相对误差为-12.9%,说明土壤水分传感器检测湿润锋的运移效果比较明显;4)压力应变式传感器检测累积入渗量与人工实测得到的数据对比,最大相对误差为2.27%。该装置可作为土柱入渗自动检测试验平台。 相似文献
13.
明确黄土丘陵区降雨对土壤水分影响，对准确评估降雨格局变化对生态系统结构和功能的影响具有重要意义。以陕北黄土丘陵区退耕地栽植后自然撂荒23年的柠条人工纯林为研究对象，通过土壤湿度传感器监测不同土层土壤体积含水量，探讨不同土层土壤水分补充增量对降雨特征(降雨量、降雨历时和降雨强度)的响应。结果表明：(1)土壤水分消耗和补充主要集中于0-500 cm土层，其月变化在垂直剖面呈“双峰”(4—5月)、“单峰”(6月)和“双峰”(7—10月),随土层深度增加变化率减弱；(2)当降雨量>4 mm时表层土壤水分得到有效补充，当其超过142.8 mm时补充深度可到达200 cm土层，其中长历时强降雨较短历时强降雨对土壤水分补充增量小，但其补充深度较深，达到峰值时间长，但小降雨长历时则土壤水分补充增量较小；(3)降雨特征对土壤水分影响随土层深度增加而减弱，其中降雨量和降雨历时对土壤水分影响主要在0—50 cm土层，而降雨强度对其影响主要在0—30 cm土层。降雨量(降雨历时)和土壤水分补充增量对数拟合最优，而降雨强度与其则表现为幂函数拟合最优，其可分别解释土壤水分补充增量的39%～76%(降雨量)、... 相似文献
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典型黑土区农业小流域不同坡向和坡位的土壤水分变化特征 总被引：5，自引：0，他引：5
土壤水分变化受地形地貌、土壤质地、土地利用方式等多种因素的影响.为了分析东北典型黑土区土壤水分变化规律,以该区农业小流域为研究对象,采用野外实验的方法,从坡向和坡位出发,系统分析土壤水分在不同坡向和坡位的变化特征.结果表明：1）半阴坡平均土壤含水量低于阳坡和半阳坡;各坡向土壤水分剖面变化趋势不同,坡向仅对0 ～ 35 cm深度范围内土壤含水量变化有显著影响.2）3坡向（阳坡、半阳坡和半阴坡）土壤含水量均为下坡位＞上坡位＞中坡位,各坡向不同坡位土壤含水量剖面变化呈现不同趋势,坡位对测量范围内的阳坡和半阴坡,以及25 ～ 100 cm范围内的半阳坡土壤水分变化有显著影响,但对半阳坡0～ 25 cm土壤水分影响不显著.研究结果可对该地区小流域农作物合理配置及农田土壤水分管理提供科学依据. 相似文献
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D. R. GRANT 《European Journal of Soil Science》1975,26(2):124-129
Correction factors for neutron moisture meter measurements near the soil surface have been established from readings at several depths taken before and after the removal of 10 cm of surface soil. In determining the factors it is assumed initially that a uniform soil moisture profile exists. The factors are then applied to the measurements and, from calibration of the neutron meter, the soil moisture profile is established. If large variations with depth are revealed, the initial assumption of uniformity of moisture profile does not apply. A method of determining corrections to the computed factors to allow for the variations in the soil moisture with depth is described. This requires a knowledge of the variation of the correction factors with moisture content and methods of determining this are discussed. 相似文献
16.
对渭北黄土高原刺槐林—草地景观界面土壤水分影响域及其时空动态变化规律进行了研究。采用移动窗口法分析得出刺槐林—草地景观界面土壤水分影响域为林内4 m到林外12 m之间,宽度16 m,为渐变型界面,由此可将刺槐林—草地景观划分为3个区域：草地区、界面区和刺槐林区。经典统计分析表明,历经3个区域,不同层次的土壤水分在水平方向上随着水平距离梯度的变化表现出不同的上升或下降的趋势,在界面区域土壤含水量变化最为显著。基于标准差和变异系数两个指标,可将草地和林地区域土壤剖面水分垂直变化划分为4层,界面区域划分为3层。3个区域土壤含水量的季节变化表现为基本一致的“高-低-高”规律,可以划分为3个时期,4～5月中旬为土壤水分贮存期,6～7月中旬为土壤水分消耗期,8～10月中旬土壤水分恢复期。水分在时间和空间上的这种变化主要受植被类型、根系分布、降水资源再分配的影响。 相似文献
17.
同化遥感监测数据提高土壤剖面湿度模拟精度,对区域农业发展等实践与理论领域具有重要意义。该文结合了集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,EnKF)方法与HYDRUS-1D模型,同化降尺度后的AMSR2(advanced microwave scanningradiometer2)微波土壤湿度数据,开展榆社、荫城2个实验站点的土壤剖面湿度模拟。结果表明:在2个实验站点,与直接使用HYDRUS-1D模型相比,同化具有一定误差的AMSR2土壤湿度数据对不同深度土壤湿度的模拟精度提高都发挥了作用,尤其是对于同化前模拟方案S1(4月1日站点实测含水量)与S4(4月1日遥感含水量),由于HYDRUS-1D模拟时输入了较少数量的土壤湿度数据,数据同化效果与土壤湿度模拟精度提高更为显著;同化前后不同深度的土壤湿度精度对比结果表明,同化效果随深度增加而逐渐减弱。 相似文献
18.
为优化土壤水分传感器的埋设位置,该文针对宁夏日光温室滴灌黄瓜田间的土壤水分传感器埋设位置进行优化试验,确定出最佳埋设深度和宽度。利用最小二乘法对澳大利亚生产的MP406土壤水分传感器进行标定,得到水分利用效率的拟合值与实测值的相关性系数为0.9906。设计了多路数据自动采集监测与灌溉系统,可同时获取不同处理的18个水分传感器数据,通过远程客户端实时下载和监控水分数据并实现自动灌溉,通过远程手机短信监控功能,进行手机短信命令控制一个或多个处理的实时灌溉,系统可同时测量不同处理的灌水量。计算水分利用效率和产量,分析传感器水分数据的差异和相关系数,确定出土壤水分传感器在宁夏日光温室滴灌黄瓜田间的最佳埋设深度和宽度位置,该研究方法为确定土壤水分传感器的埋设深度及宽度提供可行的参考方案。 相似文献
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基于温度植被干旱指数的江苏淮北地区农业旱情监测 总被引：12，自引：7，他引：5
为实现江苏省淮北地区农业旱情监测,利用Savitzky—Golay(S-G)滤波方法,对2011—2012年江苏省淮北地区1-5月MODIS的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和地表温度(land Surface temperature,LST)8 d产品进行重构,去除原8 d数据的噪声,填补受云影响而缺失的数据。基于重建后的NDVI和LST数据,计算温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI);分析TVDI和土壤湿度之间的关系,构建土壤湿度反演模型。最后,利用另外1组数据验证所建土壤湿度模型的精度。研究结果表明:1)S-G滤波方法能够提高MODIS LST和NDVI数据质量,并能对缺失数据进行填补;2)TVDI方法能够实现试验区土壤湿度反演,所建模型在试验区具有一定的普适性,反演精度较高(R2=0.575,RMSE=2.59%);3)TVDI方法在江苏省淮北地区干旱监测中得到了较好的应用,能够成功地监测出江苏淮北地区2011年和2012年春旱。该研究可为农业旱情的快速监测提供借鉴。 相似文献