祖佳

摘 要：近些年來(lái)，伴隨著氣候條件的多變，干旱發(fā)生的頻率逐漸增加，并且區(qū)域性的擴(kuò)散明顯，對(duì)農(nóng)業(yè)種植和農(nóng)作物生長(zhǎng)影響顯著。為了確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對(duì)土壤墑情的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是勢(shì)在必行的。傳統(tǒng)的人工采樣分析土壤墑情在時(shí)效性和便捷性方面還存在欠缺，而以儀器自動(dòng)采集土壤墑情信息，通過遠(yuǎn)程傳輸?shù)耐寥缐勄樽詣?dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)將是未來(lái)墑情觀測(cè)的發(fā)展方向。本文介紹了FDR系統(tǒng)的工作原理及其在土壤水分連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：土壤墑情；自動(dòng)測(cè)報(bào)；開發(fā)與應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S152.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170933039

伴隨著旱情發(fā)生的頻率逐漸增加，旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用也就日益凸顯。從監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自身來(lái)講，我國(guó)的土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的起步較晚，技術(shù)成熟度還不夠，這就導(dǎo)致了土壤墑情系統(tǒng)的管理不夠及時(shí)和精準(zhǔn)，采取措施上不夠系統(tǒng)化，建設(shè)的成果也是千差萬(wàn)別，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

1 土壤墑情的概述

墑，指植物在土壤上生長(zhǎng)最適合的濕度。墑情，指土壤的含水量，即濕度的情況。根據(jù)農(nóng)作物根系深度，分析土壤墑情一般主要監(jiān)測(cè)地表以下10cm、20cm、40cm處土壤含水率，監(jiān)測(cè)分析相鄰2個(gè)測(cè)次間降水量。根據(jù)老虎山河流域閻家窯站實(shí)測(cè)土壤含水率成果表可以看出其降水量對(duì)土壤墑情影響比較大，由于降水的年內(nèi)分布不均勻，土壤含水率年內(nèi)變化較大。

2 土壤墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的組成及工作原理

土壤墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是由遙測(cè)墑情儀、計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的一個(gè)綜合性的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中遙測(cè)墑情儀是監(jiān)測(cè)土壤含水率的重要工具，不同的墑情儀采用的工作原理和監(jiān)測(cè)方法不同。

FDR 頻域反射是利用電磁脈沖原理、根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播頻率來(lái)測(cè)量土壤的表觀介電常數(shù)（ε），從而得到土壤容積含水量（θv）。FDR土壤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的系統(tǒng)，對(duì)土壤墑情的監(jiān)測(cè)比較精準(zhǔn)，在半干旱區(qū)皇甫川流域的應(yīng)用實(shí)踐研究表明 ，該系統(tǒng)具有較高的安全性、速度較快并精確、自動(dòng)化性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) ，目前在我國(guó)一些干旱、半干旱地區(qū)有廣泛的應(yīng)用和推廣。

TDR時(shí)域反射是一種快速監(jiān)測(cè)土壤水分的常見原理，其原理是在一條不匹配的傳輸線上的波形會(huì)發(fā)生反射。原有的波形和反射波形的疊加構(gòu)成了傳輸線上的每一個(gè)點(diǎn)的波形形成，其原理的軟件操作和組成需要一個(gè)反應(yīng)的時(shí)間差，大致在8～18s之間，這個(gè)時(shí)間的差值適合時(shí)間檢測(cè)和定位檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果顯示受到土壤中的含鹽量度影響不大。但是這個(gè)探測(cè)儀器也有其缺點(diǎn)：其設(shè)備的線路在構(gòu)成上比較復(fù)雜，涉及的高科技產(chǎn)物較多，設(shè)備的價(jià)格比較高昂。多年以來(lái)，F(xiàn)DR原理的土壤水分儀精度上一直難以突破，使FDR土壤水分儀發(fā)展停滯。經(jīng)過多年研究，終于突破了這一難點(diǎn)，研究出一款FDR原理的土壤水分儀，精度達(dá)到了3%。

3 FDR頻域反射土壤水分測(cè)定儀器

FDR儀器符合《土壤墑情監(jiān)測(cè)規(guī)范SL364-2006中華人民共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，土壤水分傳感器采用國(guó)際上最流行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試土壤水分原理：頻域反射原理（FDR），傳感器發(fā)射一定頻率的電磁波，由于土壤介電常數(shù)的變化通常取決于土壤的含水量，由輸出電壓和水分的關(guān)系則可計(jì)算出土壤的含水量。水分是決定土壤介電常數(shù)的主要因素。土壤水分傳感器可測(cè)量土壤水分的體積百分比，與土壤本身的機(jī)理無(wú)關(guān)，此原理是目前國(guó)際上最流行的土壤水分傳感器測(cè)量方法。

4 自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)等方面土壤含水率測(cè)量及研究。系統(tǒng)能夠通過程序的編輯進(jìn)行匯總分析，對(duì)目前的土壤墑情進(jìn)行分析和預(yù)報(bào)，通過土壤墑情的分析與植物生長(zhǎng)所需的水分進(jìn)行結(jié)合考量，擬定出農(nóng)作物的灌溉計(jì)劃，針對(duì)于此進(jìn)行灌溉計(jì)劃，根據(jù)實(shí)際土壤情況和當(dāng)?shù)氐慕邓闆r進(jìn)行改造，來(lái)解決抗旱問題。

5 結(jié)語(yǔ)

伴隨著氣候變化的多樣性，為了確保農(nóng)作物以及經(jīng)濟(jì)作物生長(zhǎng)所需要的水分，應(yīng)該針對(duì)土壤墑情進(jìn)行精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)和分析，對(duì)于土壤墑情的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該加以重視和研究，注重旱情的解決和灌溉系統(tǒng)的設(shè)施建設(shè)，在旱情即將來(lái)臨之時(shí)做好準(zhǔn)備工作，以免由于旱情降臨并且延長(zhǎng)的時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致農(nóng)作物缺水產(chǎn)生巨大損失。土壤墑情的自動(dòng)化系統(tǒng)由于體積小，操作軟件不復(fù)雜，并且所反饋的數(shù)據(jù)具備很強(qiáng)的精準(zhǔn)度，記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔可根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行任意的設(shè)置和選擇，0.083～24h均可。所有數(shù)據(jù)的觀測(cè)和記錄具有自動(dòng)保存的功能，一旦發(fā)生斷電或者故障，可自行啟動(dòng)數(shù)據(jù)保存系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)保存，不至于因?yàn)閿?shù)據(jù)的丟失而造成巨大的損失，具有較強(qiáng)的安全性。這些特點(diǎn)都適用于土壤墑情的監(jiān)測(cè)，提高精準(zhǔn)度并能及時(shí)解決問題，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]胡培金，江挺，趙燕東，等.基于zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的土壤墑情監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011（4）：230-234.

[2]樊志平，洪添勝，劉志壯，等.柑橘園土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010（8）：205-210.endprint