土壤水分記錄儀測量技術(shù)
我國土壤干旱背景
我國地域廣大,,南方天氣潮濕,,但是北方干燥,,在北方多地我國受旱面積較大,多年來的干旱給我過經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失,,南水北調(diào)工程工程浩大,,加上落實(shí)實(shí)地還需長久的時(shí)間,如何利用先進(jìn)的儀器設(shè)備加強(qiáng)土壤墑情及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測具有十分重要的意義,。為此,本文講解土壤水分記錄儀及土壤水分測定儀的介紹,,這些儀器能夠迅速準(zhǔn)確監(jiān)測突然那個(gè)水分狀況,,并且可以集合氣象、環(huán)境等因素分析(通過溫濕度記錄儀,、溫度記錄儀,、溫濕光三參數(shù)記錄儀、照度記錄儀等環(huán)境監(jiān)測儀器測量環(huán)境參數(shù)得到),,可以為旱情測報(bào)及抗旱救災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù),。
土壤水分測量技術(shù)
土壤水分含測量方法在國內(nèi)外比較普遍用的較多的是:時(shí)域反射法(TDR)與實(shí)域傳播法(TDT)。這兩種方法可以快速實(shí)時(shí)測量土壤水分狀況,,與其他土壤水分含量測量方法相比,,在測量的實(shí)時(shí)性和精度都有優(yōu)勢,使用操作更加靈活,,還可以適用于不同類型的土壤環(huán)境,。
TDR土壤水分測量技術(shù)原理
TDR全稱時(shí)域反射法(Time Domain Reflectometry),是根據(jù)電磁波在介質(zhì)中的傳播速度來測定介質(zhì)的介電常數(shù)從而確定土壤容積含水量及含鹽量的方法. 電磁脈沖沿著波導(dǎo)棒的傳播速度取決于與波導(dǎo)棒相接觸和包圍著波導(dǎo)棒材料的介電常數(shù)(Ka),。電磁脈沖在土壤中傳播時(shí),,其介電常數(shù)與土壤容積含水量有很好的相關(guān)性,,與土壤類型、密度等幾乎無關(guān),。一般來說,,土壤成分包括空氣、礦物質(zhì)和有機(jī)顆粒以及土壤水分等,。 由于水的介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣和土壤基質(zhì)中其它物質(zhì)的介電常數(shù),因此土壤的介電常數(shù)主要依賴于土壤的含水量,。
空氣-土壤-水分混合物的較粗略的介電常數(shù)(Ka)可以通過公式來確定:
Ka=(t×c/L)2
“L”是波導(dǎo)的長度
“t”為電磁脈沖從波導(dǎo)的始端到波導(dǎo)的末端所需的時(shí)間
“c”是真空中電磁波的傳播速度
電磁脈沖沿著波導(dǎo)棒傳播就像一束光在傳輸線中傳輸。傳輸線的中斷和周邊物質(zhì)的不連續(xù)會(huì)使傳輸中的部分能量通過傳輸線反射回來,。當(dāng)電磁脈沖到達(dá)波導(dǎo)棒傳輸線的終端時(shí),,脈沖的剩余能量都將通過傳輸線反射回來。(圖1所示)這就像一束光沿著一條管傳播,,在管的終端被鏡子反射回來,。利用電磁脈沖的這些特征,我們可以利用精密的電子設(shè)備,測量電磁脈沖沿著傳輸線(波導(dǎo))所需要的時(shí)間,??疾烀}沖輸入到反射返回的時(shí)間以及反射時(shí)的脈沖幅度的衰減,即可計(jì)算土壤水鹽含量,。
2.TDT土壤水分測量技術(shù)
TDT全稱時(shí)域傳播法(Time Domain Transmissometry),,其基本原理與TDR相同, 不同的是TDT脈沖是在單根導(dǎo)播棒中傳播,,其信號的接受端在遠(yuǎn)離發(fā)射端的導(dǎo)播棒的終端,。而TDR脈沖信號的發(fā)射端和接收端均是同一端。與TDR相比,,TDT水分測量儀具有以下優(yōu)勢:
低頻率,,耗電小,;
線路簡單,;
輸出不需要波形顯示和解釋;
價(jià)格相對便宜等優(yōu)勢,。
TDR與TDT水分測量相比:
TDR系統(tǒng)可以直接,、快速、方便,、實(shí)地監(jiān)測土壤水鹽狀況,,與其它測定方法相比,TDR具有較強(qiáng)的獨(dú)立
性,,測定結(jié)果幾乎與土壤類型,、密度、溫度等無關(guān),。 將TDR技術(shù)應(yīng)用于結(jié)冰條件下土壤水分狀況的測定,,
可得到滿意的結(jié)果,,而其它測定方法則是比較困難的。 TDR另一個(gè)特點(diǎn)是可同時(shí)監(jiān)測土壤水鹽含量,,在同
一地點(diǎn)同時(shí)測定,,測定結(jié)果具有一致性,而二者測定是*獨(dú)立的,,互不影響,。
利用TDR技術(shù)實(shí)現(xiàn)的ZTS-2X土壤水分記錄儀技術(shù)參數(shù):
土壤水分記錄儀功能特點(diǎn):
*小巧美觀便于攜帶,輕觸式按鍵,,大屏幕點(diǎn)陣式液晶顯示,,全中文菜單操作。
*一鍵式切換,,可以手動(dòng)記錄也可脫離電腦隨時(shí)設(shè)置采樣間隔,,自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)。
*實(shí)時(shí)顯示功能,,將儀器與電腦連接,,電腦端實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)。
*交直流兩用,,即可拿到野外隨時(shí)測量采集數(shù)據(jù),,也可長時(shí)間放置記錄地點(diǎn)。
*數(shù)據(jù)保存功能強(qiáng)大,,大可儲(chǔ)存5000條數(shù)據(jù),,即可在主機(jī)上查看數(shù)據(jù),也可導(dǎo)入計(jì)算機(jī),。
*意外斷電后已保存在主機(jī)里的數(shù)據(jù)不丟失,。
*探頭具有一致性,不同氣象參數(shù)的傳感器接口可以互換,,不影響精度。
*將傳感器插入主機(jī)后無需設(shè)置,,自動(dòng)搜索到多種不同類別的傳感器(類似于U盤和電腦相聯(lián)接),。
*省電功能,如果超過3分鐘不操作儀器,,將自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài),。在待機(jī)時(shí),儀器會(huì)按設(shè)置的時(shí)間自動(dòng)記錄數(shù)據(jù),。
土壤濕度記錄儀上位機(jī)軟件功能:
1. 數(shù)據(jù)通訊,。正確連接通訊線,按“顯示”鍵顯示記錄,,然后按“保存”鍵自動(dòng)發(fā)送記錄,。
數(shù)據(jù)格式:
RecN Water T ET Emois Dew DATE TIME
0001 93.2% 017.9 018.8 54.7% 09.4 08-03-12 10:44:00
RecN:記錄號,,Water:土壤水分,T:土壤溫度,,ET:環(huán)境溫度,,Emois:環(huán)境濕度,Dew:露點(diǎn)溫度,,DATE:日期,,TIME:時(shí)間
2、數(shù)據(jù)處理,。
將上傳的數(shù)據(jù)保存成txt文本文檔,。然后運(yùn)行EXCEL軟件,打開數(shù)據(jù)文件,,進(jìn)行相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換后成為EXCEL文件,,應(yīng)用EXCEL功能繪制圖表、曲線等處理,。也可用其它軟件處理,。
技術(shù)參數(shù):
1) 土壤水分
測量參數(shù):土壤容積含水量;
單位:%(m3/m3)
量程:0-99.9%
分辨率:0.1%
精度:±2%,,在0~50%范圍
響應(yīng)時(shí)間:1秒
2) 土壤溫度
量程:-55-99.9℃
分辨率:0.1℃
精度:±0.5℃(-10℃-+85℃范圍)
6) 日期時(shí)間:顯示年月日時(shí)分秒
7) 記錄時(shí)間間隔:1-250分鐘可設(shè)
8) 記錄容量:5000條
9) 電源:4節(jié)5號堿性電池
10) 功耗:<50mA(開機(jī)),,<5μA(待機(jī))
待機(jī)時(shí)間:>1000小時(shí)
通訊:RS-232C接口
土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)際應(yīng)用
根據(jù)獲取的土壤水分含量數(shù)據(jù),可以繪制土壤水分利用曲線,,通過該曲線,,可以了解到水分利用程度以及什么時(shí)候開始灌溉適宜。結(jié)合智拓儀器提供的相應(yīng)氣象傳感器,,可繪制出每日水分含量及騰發(fā)量動(dòng)態(tài)曲線,。
計(jì)算所需要的灌溉量:
灌溉量=(田間持水量-當(dāng)前平均含水量)×所需灌溉深度
此外,還可以從圖表上直觀獲取田間持水量,、壓力點(diǎn)及所需灌水量,。利用數(shù)據(jù)結(jié)合無線電系統(tǒng)裝置,可以實(shí)現(xiàn)灌溉管理,。
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