鄭文剛，羅晨云竹，楊鳳茹，董 靜，姚 麗，張鐘莉莉

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）數(shù)理學(xué)院，北京100084；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院智能裝備技術(shù)研究中心，北京100097；3.北京市農(nóng)林科學(xué)院信息技術(shù)研究中心，北京100097；4.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)信息軟硬件產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100097）

0 引言

作物的合理水分調(diào)控，須將土壤含水量保持在適宜的區(qū)間。土壤含水量的監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、灌溉指導(dǎo)、作物調(diào)控的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容[1]，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)測(cè)手段正逐步向在線化、無損化、精準(zhǔn)化等方面發(fā)展[2]。

1975年，Topp 等人建立了土壤介電常數(shù)的測(cè)定方法，提出了其在土壤含水量中的測(cè)量研究方法[3]。1992年，Hilhorst等人對(duì)介電型（FDR）土壤水分傳感器進(jìn)行了理論研究與探索[4]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于介電原理的土壤水分傳感器因其成本較低、易于維護(hù)的高性價(jià)比在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用[5]。在實(shí)際測(cè)量土壤水分時(shí)，由于土壤中不同物質(zhì)的介電常數(shù)不同，土壤水分的多少通常由介電常數(shù)決定，介電原理正是利用土壤的介電特性來測(cè)量土壤水分含量的一種方法。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，傳感器測(cè)量受到復(fù)雜的農(nóng)田環(huán)境的影響，對(duì)其測(cè)量精度有著很大的影響[6,7]。土壤的介電特性除了與含水量有關(guān)外，還會(huì)受各種物理化學(xué)性質(zhì)的影響，包括可溶性鹽、黏粒含量、礦物質(zhì)、干容重、有機(jī)物質(zhì)、溫度等[8]。在土壤因素方面，對(duì)土壤水分傳感器在不同的土壤類型中進(jìn)行過擬合，結(jié)果表明，在不同質(zhì)地的土壤中土壤水分傳感器的標(biāo)定曲線均有所不同[9]，在使用過程中對(duì)傳感器的特定地點(diǎn)校準(zhǔn)可以顯著提高傳感器的準(zhǔn)確性[10]。通過用不同濃度的NaCl 溶液與土樣混合探究土壤電導(dǎo)率對(duì)一種電容式土壤水分傳感器的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)土樣的電導(dǎo)率大于2 mS/cm 時(shí)，傳感器的輸出電壓隨土壤電導(dǎo)率增大而逐漸減小，但當(dāng)電導(dǎo)率小于2 mS/cm 時(shí)，電導(dǎo)率對(duì)傳感器的影響較小[11]。針對(duì)農(nóng)田環(huán)境溫度變化，學(xué)者們著重開展了環(huán)境溫度對(duì)FDR 型傳感器影響研究[12]，在探究溫度對(duì)傳感器測(cè)量精度的影響時(shí)，F(xiàn)DR 土壤濕度傳感器的測(cè)量結(jié)果易受土壤溫度影響，且讀數(shù)隨著溫度的升高而增加[13]，變化趨勢(shì)很大程度上取決于實(shí)際土壤含水量的水平和傳感器的類型，提出通過建立溫度補(bǔ)償模型提高傳感器監(jiān)測(cè)精度[14]。

目前已有的研究較多考慮的是農(nóng)田土壤和環(huán)境影響，然而，灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，截止2020年，我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量為2 354.6 億m3，占用水總量79.4%[15]，與此同時(shí)我國(guó)水資源緊缺，開發(fā)再生水、微咸水等非常規(guī)水資源作為灌溉水源已經(jīng)成為緩解我國(guó)水危機(jī)的重要途徑[16,17]。再生水在農(nóng)業(yè)灌溉中應(yīng)用開展了可行性研究，再生水灌溉促進(jìn)了冬小麥的生長(zhǎng)發(fā)育，顯著增加冬小麥葉面積指數(shù)、干物質(zhì)的積累[18]，此外再生水在橄欖園、水稻田等不同作物類型上均開展應(yīng)用[19,20]。微咸水已經(jīng)在農(nóng)業(yè)灌溉中進(jìn)行了應(yīng)用，利用微咸水進(jìn)行灌水處理與不進(jìn)行灌水相比，農(nóng)作物的性狀、產(chǎn)量、品質(zhì)都有明顯的提高[21]。利用再生水、微咸水對(duì)作物進(jìn)行灌溉均證明了非常規(guī)水資源在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的可行性。但再生水中含有氮、磷、有機(jī)物等成分[22]，同時(shí)，微咸水中含有的鹽成分與礦化物，會(huì)隨著灌溉水質(zhì)進(jìn)入土壤[23]，其含鹽量的濃度有可能會(huì)對(duì)傳感器工作性能產(chǎn)生影響，因此有必要研究不同灌溉水源對(duì)土壤水分傳感器的工作影響機(jī)制，為開發(fā)利用非常規(guī)水資源提供參考依據(jù)。

基于此，本文選擇3種常用的FDR土壤水分傳感器，分別為5TE（Decagon Devices 公司，美國(guó)）、CSF13（北京星儀傳感器技術(shù)有限公司，中國(guó)）、FDS100（北京恒瑞天創(chuàng)機(jī)電設(shè)備有限公司，中國(guó)），進(jìn)行了室內(nèi)的基本性能測(cè)試和影響因素研究，主要評(píng)價(jià)傳感器測(cè)量的精確度與一致性，并探究不同灌水水質(zhì)對(duì)傳感器測(cè)量值的影響效應(yīng)。

1 材料方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在北京市小湯山國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范基地（40°18′N，116°46′E）進(jìn)行，試驗(yàn)土壤來自收割后玉米田地的0~20 cm 表層土，屬于砂質(zhì)黏壤土，表1為試驗(yàn)土壤參數(shù)特征，其中凋萎系數(shù)參考了Goldberg D 等人[24]的推薦值。土壤樣本的制作是將所選取土壤，過2 mm篩后自然風(fēng)干，收集粒徑不超過2 mm的風(fēng)干土備用。采用拌土的方法，在深20 cm、內(nèi)徑20 cm 的標(biāo)準(zhǔn)PVC 圓柱形容器中，配置五個(gè)體積含水量梯度的土樣，每個(gè)梯度設(shè)置兩個(gè)重復(fù)，其中，設(shè)計(jì)的含水量梯度控制在土壤飽和含水量以內(nèi)，并在適宜的土壤含水量范圍內(nèi)（凋萎系數(shù)至田間持水量之間，0.17~0.26 cm3/cm3）做了適當(dāng)?shù)募用?。制作含水量土樣過程中，為了使土壤濕度更為均勻，采用少量多次加土加水?dāng)嚢璧姆绞?，水土混合后放?8 h 待土壤水分充分運(yùn)動(dòng)均勻，再分批次填裝到標(biāo)準(zhǔn)容器中，并逐層壓實(shí)定容，控制土樣的容重接近原狀土壤。

表1 土壤粒度及背景值

本研究所使用的3種傳感器5TE、FDS100和CSF13均屬于介電法測(cè)土壤含水量的探針式傳感器，表2 分別展示了5TE、FDS100和CSF13傳感器實(shí)物與參數(shù)列表。

表2 5TE、FDS100和CSF13傳感器參數(shù)列表

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)涉及了3 種水源，分別為自來水、微咸水和再生水。使用的是試驗(yàn)區(qū)當(dāng)?shù)氐淖詠硭徺I來的符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB5084-2005》的再生水，微咸水則是通過把NaCl與自來水混合來配置而制得。

（1）試驗(yàn)1。評(píng)價(jià)土壤水分傳感器精度與一致性，利用自來水配置5 個(gè)土壤含水量分別為0.10、0.15、0.20、0.25、0.35 cm3/cm3的土壤含水量樣本，為消除組間誤差同一含水量下配置2個(gè)自來水樣本（以下簡(jiǎn)稱樣本a，樣本b）。

（2）試驗(yàn)2。評(píng)價(jià)微咸水對(duì)土壤水分傳感器的性能影響，本研究使用鹽水濃度設(shè)置為2~7 g/L 的微咸水，在處理數(shù)據(jù)時(shí)需計(jì)入自來水中原本的含鹽量0.29 g/L，故試驗(yàn)中實(shí)際的微咸水礦化度梯度為2.29、3.29、4.29、5.29、7.29 g/L（以下分別簡(jiǎn)稱為S1、S2、S3、S4、S5），為消除組間誤差在同一濃度下配置2個(gè)微咸水樣本a和b。

（3）試驗(yàn)3。探究再生水對(duì)傳感器的性能影響，分別配置自來水與再生水（以下簡(jiǎn)稱自來水為W1，再生水為W2）的0.05、0.15、0.25cm3/cm33 個(gè)土壤含水量水平，為消除組間誤差在同一含水量下配置2個(gè)土壤樣本a和b，表3展示了上述兩種水的本底值測(cè)試結(jié)果。

表3 自來水與再生水的背景值測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)室的平均氣溫保持在22 ℃左右。土樣制備完成后，將5TE、FDS100、CSF13三種土壤水分傳感器依次垂直插入到土柱的不同位置，每次插入一個(gè)，每種傳感器都重復(fù)插入6次并記下各次穩(wěn)定后的含水量測(cè)量讀數(shù)。為了盡可能模擬田間開闊場(chǎng)地的測(cè)試條件，避免無線電和輻射對(duì)傳感器測(cè)量的影響，整個(gè)室內(nèi)性能測(cè)試試驗(yàn)在3 m法電波暗室中進(jìn)行。待測(cè)量結(jié)束后，從土樣中心不同位置取若干土于鋁盒中，用烘干法測(cè)量土樣的實(shí)際含水量值。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

將傳感器測(cè)量的含水量值與烘干法測(cè)量得到的實(shí)際含水量值進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)5TE、FDS100、CSF13三種土壤水分傳感器在小湯山壤土中測(cè)量的精確度與一致性。

土壤水分傳感器的精確度是評(píng)判傳感器性能好壞的重要指標(biāo)，本研究利用平均偏差MBE、平均絕對(duì)誤差MAD、平均相對(duì)誤差MRD、均方根誤差RMSE和相對(duì)誤差RE這5 個(gè)指標(biāo)對(duì)傳感器測(cè)量值y與烘干所測(cè)真實(shí)值x進(jìn)行誤差分析，公式分別如式（1）~式（5）。將測(cè)量值與真實(shí)值做線性分析，其決定系數(shù)R2的計(jì)算公式為式（6）。

式中：n為樣本容量；MBE為平均偏差，單位同體積含水量，cm3/cm3；MAD為平均絕對(duì)誤差，單位同體積含水量，cm3/cm3；MRD為平均相對(duì)誤差，無量綱，范圍在0~1 之間；RMSE為均方根誤差，單位同體積含水量，cm3/cm3；R2為決定系數(shù)，無量綱，范圍在0~1 之間；RE為相對(duì)誤差，%；xi為對(duì)第i個(gè)樣本，用烘干法測(cè)量的真實(shí)含水量；yi為對(duì)第i個(gè)樣本，傳感器測(cè)量值。

每個(gè)土壤水分傳感器在每個(gè)含水量下重復(fù)六次測(cè)量，本研究通過計(jì)算每個(gè)含水量水平下6次測(cè)量值的變異系數(shù)Cv來評(píng)價(jià)不同土壤水分傳感器測(cè)量的一致性性能，變異系數(shù)Cv計(jì)算公式如下：

式中：σ為對(duì)含水量為θ的土樣，單位同體積含水量，cm3/cm3；Cv為n次測(cè)量讀數(shù)的變異系數(shù)，無量綱。

土壤水分傳感器對(duì)灌水鹽度的敏感度k代表在一定的含水量水平下，灌水的鹽濃度每升高一個(gè)濃度梯度（1 g/L），傳感器測(cè)量值的平均變化量。

2 結(jié)果分析

2.1 室內(nèi)性能測(cè)試結(jié)果

2.1.1 傳感器精度評(píng)價(jià)

不同傳感器在不同含水量的室內(nèi)性能測(cè)試結(jié)果見圖1，F(xiàn)DS100 傳感器土壤含水量測(cè)試值與實(shí)際值較為接近，有3 組數(shù)據(jù)測(cè)試值與實(shí)際值接近程度分別達(dá)到98%、96%、95%，其余7 組數(shù)據(jù)均為測(cè)試值大于實(shí)際值，但相差不大；5TE 傳感器有4 組數(shù)據(jù)測(cè)試值與實(shí)際值接近，其余6 組數(shù)據(jù)均為測(cè)試值小于實(shí)際值，其中有兩組數(shù)據(jù)在樣本土壤含水量為0.35 cm3/cm3時(shí)與實(shí)際值差值達(dá)到9.49%與10.44%；CSF13傳感器土壤含水量測(cè)試值均大于實(shí)際值。5TE、CSF13、FDS1003 種傳感器土壤含水量測(cè)試值與實(shí)際值的R2分別為0.892、0.862、0.941 均達(dá)到0.80 以上，呈極顯著線性正相關(guān)水平，其中FDS100 傳感器的擬合精度最高。

圖1 3種傳感器在室內(nèi)土中性能測(cè)試結(jié)果圖

表4 是3 種傳感器性能誤差分析表，從傳感器的平均偏差MBE 值可以看出，5TE 傳感器對(duì)土壤含水量的測(cè)量平均低估真實(shí)值2.92 cm3/cm3，F(xiàn)DS100 傳感器對(duì)土壤含水量的測(cè)量平均高估真實(shí)值3.79 cm3/cm3，CSF13 傳感器的誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果則較大，它在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)土壤含水量的測(cè)量平均高估真實(shí)值12.04 cm3/cm3，平均絕對(duì)誤差超過了10 cm3/cm3，平均相對(duì)誤差超過了0.5 cm3/cm3。 因此，在沙壤土適宜的含水量區(qū)間（0.17 ~0.26 cm3/cm3）范圍內(nèi)，5TE 傳感器的測(cè)量結(jié)果相比FDS100 傳感器更為精確。

表4 3種傳感器在室內(nèi)土中性能測(cè)試精確度分析表

2.1.2 傳感器一致性評(píng)價(jià)

圖2 為5TE、CSF13、FDS100 傳感器分別在5 個(gè)土壤含水量梯度下的測(cè)量值與實(shí)際值對(duì)比，每一個(gè)含水量梯度有兩個(gè)樣本，每個(gè)樣本進(jìn)行6 次重復(fù)測(cè)量。在同梯度含水量樣本下，多次重復(fù)測(cè)量數(shù)值呈一定程度的不規(guī)則波動(dòng)，不同傳感器數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍不一致。從整體水平上來看，在5個(gè)不同土壤含水率水平下，12 個(gè)重復(fù)中FDS100 傳感器的變化幅度較大，CSF13 傳感器的變化幅度最小。特別是在實(shí)際含水率為35%時(shí)，F(xiàn)DS100傳感器測(cè)試多次數(shù)值絕對(duì)偏差較大。

圖2 3種傳感器在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)土中性能測(cè)試的可重復(fù)性圖

表5 統(tǒng)計(jì)了3 個(gè)傳感器在不同土壤含水量水平下重復(fù)測(cè)量的變異系數(shù)Cv?？梢钥闯觯趯?shí)驗(yàn)室條件下對(duì)于小湯山砂質(zhì)黏壤土，多次重復(fù)測(cè)量情況下，土壤水分傳感器數(shù)值波動(dòng)性從大到小依次為：FDS100＞5TE＞CSF13。5TE 和CSF13 傳感器讀數(shù)更為穩(wěn)定，其可重復(fù)性能良好，F(xiàn)DS100 傳感器的讀數(shù)則波動(dòng)較大，可重復(fù)性能較差，在實(shí)際使用中建議多次測(cè)量取平均值。

表5 3種傳感器在室內(nèi)土中變異系數(shù)Cv分析表 cm3/cm3

2.2 水質(zhì)對(duì)傳感器測(cè)量的影響

2.2.1 微咸水灌溉對(duì)傳感器性能影響

對(duì)于0.20 cm3/cm3的設(shè)計(jì)體積含水量，不同礦化度對(duì)5TE、CSF13 和FDS1003 種傳感器測(cè)量結(jié)果的影響與相對(duì)誤差如圖3所示?？梢钥闯觯还喔人V化度下，3種傳感器測(cè)量的土壤含水量值不同。其中CSF13 和FDS100 大于真實(shí)含水量，其中CSF13 測(cè)量值在0.360 4~0.412 3 cm3/cm3之間，F(xiàn)DS100 測(cè)量值在0.261 3~0.298 4 cm3/cm3之間，且隨著微咸水礦化度等增加而增加，平均增長(zhǎng)幅度為0.742%；5TE 傳感器測(cè)量值均小于實(shí)際值，測(cè)量值在0.196 9~0.200 2 cm3/cm3之間，且隨著微咸水礦化度的變化呈輕微幅度波動(dòng)，與實(shí)際值較為接近。

圖3 0.20 cm3/cm3含水量下灌水礦化度對(duì)傳感器測(cè)量值與相對(duì)誤差圖

表6為微咸水灌溉下各傳感器測(cè)量的誤差分析，為了抵消不同礦化度的各個(gè)土樣間實(shí)際配置的真實(shí)含水量誤差，表6中統(tǒng)計(jì)的均是傳感器測(cè)量值與真實(shí)值之間的相對(duì)誤差，在0.20 cm3/cm3的體積含水量下，3種傳感器的測(cè)量值對(duì)灌水礦化度的敏感度均為正，均隨灌水礦化度的增加表現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，CSF13 傳感器受灌水礦化度影響最大，敏感度為1.51%，隨著礦化度濃度的升高，傳感器測(cè)量的相對(duì)誤差增大，在7.29 g/L的鹽水條件下，均方根誤差水平達(dá)到了0.87 cm3/cm3，誤差來源一部分是由于本身測(cè)量值偏高導(dǎo)致，一部分是由于受礦化度影響較大導(dǎo)致；FDS100 傳感器受灌水礦化度影響也較大，敏感度為1.18%，在7.29 g/L 的條件下，均方根誤差水平達(dá)到了0.52 cm3/cm3；5TE 傳感器受灌水礦化度的影響最小，敏感度僅為0.52%，由此可知，微咸水灌溉條件下，5TE 傳感器基本可以滿足要求，而CSF13 和FDS100 傳感器由于受灌水礦化度影響較大，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的偏差，在使用中應(yīng)引起注意。

表6 灌水礦化度對(duì)傳感器性能分析

2.2.2 再生水灌溉對(duì)傳感器性能影響

再生水條件下，將5TE、CSF13、FDS100三種傳感器的測(cè)量結(jié)果與在自來水條件下的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果展示如圖4和表7所示。從圖4可以看出，3種傳感器的測(cè)量值與真實(shí)值間決定系數(shù)R2依舊保持在0.9以上，存在良好的線性關(guān)系。

圖4 再生水對(duì)3種傳感器測(cè)量的影響圖

表7 是兩種水質(zhì)條件下3 種傳感器測(cè)量的對(duì)比結(jié)果，3 種傳感器的測(cè)量值和實(shí)際值在再生水條件下擬合的R2均有所增加，其中5TE 和FDS100 傳感器的增幅較小，為0.03%和1.44%，而CSF13傳感器增幅較大，為3.01%。此外，3種傳感器的測(cè)量值和實(shí)際值在再生水條件下的擬合直線的斜率均有所增加，其中5TE 傳感器增幅較大，為13.31%，而CSF13 和FDS100傳感器增幅較小，為2.13%和3.39%。

表7 再生水下5TE、CSF13、FDS100傳感器測(cè)量結(jié)果的對(duì)比分析表

從誤差分析來看，使用再生水灌溉后，5TE傳感器監(jiān)測(cè)土壤含水量的性能有所降低，其中平均偏差絕對(duì)值增大1.79、均方根誤差增大1.76。而CSF13 和FDS100 傳感器在再生水灌溉中監(jiān)測(cè)含水量參數(shù)的精度影響不大，表現(xiàn)出輕微的提升現(xiàn)象，相對(duì)于自來水灌溉來說，監(jiān)測(cè)誤差有所減少，幅度均在1 cm3/cm3之內(nèi)。因此再生水灌溉對(duì)不同傳感器的影響是不一樣的，本試驗(yàn)研究得到，再生水灌溉對(duì)5TE 傳感器的測(cè)量會(huì)有所影響，但是對(duì)CSF13和FDS100傳感器的測(cè)量影響不大。

3 討 論

傳感器的精度是實(shí)施土壤水分傳感器的灌溉調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵，Heidi Mittelbach[8]等人對(duì)兩種基于FDR 和一種基于電容的傳感器（TRIME-IT/-EZ(德國(guó)IMKO GmbH)、10HS(美國(guó)Decagon Devices)、CS616(美國(guó)Campbell Scientific)和SISOMOP(德國(guó)SMG 大學(xué)Karlsruhe)。）進(jìn)行測(cè)試，均方根誤差高達(dá)0.3，越接近地表層，均方根誤差遠(yuǎn)大于校準(zhǔn)和驗(yàn)證。J.L.Varble[10]對(duì)3 種土壤含水量傳感器(CS616/625；digital TDT；5TE)和1 個(gè)土壤水勢(shì)傳感器(水印200SS， Irrometer Company， Inc.，Riverside， CA)進(jìn)行性能測(cè)試，傳感器的均方根誤差均小于0.035。本文對(duì)5TE，CSF13，F(xiàn)DS100 三種常用的基于介電原理的土壤水分傳感器進(jìn)行性能測(cè)試。在傳感器的測(cè)量精度方面，3 種傳感器的平均絕對(duì)誤差分別為0.02、0.17、0.06，平均相對(duì)誤差為0.11、0.77、0.28，均方根誤差分別為0.04、0.12、0.04?？偟膩砜?TE＞FDS100＞CSF13。在對(duì)于傳感器的重復(fù)性測(cè)試，3 個(gè)傳感器測(cè)量土壤含水量的變異系數(shù)分別為0.031、0.026、0.055，張瑞國(guó)等人[25]曾利用室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)砂模型對(duì)德國(guó)IMKO 公司研制的TRIME-IT 系列TDR 傳感器進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，他在不同含水量樣本上多個(gè)測(cè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量，并引入變異系數(shù)來評(píng)價(jià)TDR 傳感器測(cè)量的穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)砂樣目標(biāo)含水量在5%~15%時(shí)，傳感器各次讀數(shù)間的穩(wěn)定性較好，但當(dāng)目標(biāo)含水量較低或較高時(shí)，同一樣本下傳感器的各次讀數(shù)便開始出現(xiàn)波動(dòng)性差異。因此，不同傳感器在不同質(zhì)地的土壤中的應(yīng)用效果不同，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)進(jìn)行二次標(biāo)定。

對(duì)于灌水水質(zhì)對(duì)傳感器測(cè)量值的影響方面，微咸水對(duì)每個(gè)傳感器測(cè)量土壤含水量的影響隨著礦化度的增加而增加，只是影響程度不同。在一定土壤含水量下，隨著礦化度的增加，3種傳感器的測(cè)量值增加。目前未見關(guān)于灌溉水質(zhì)對(duì)傳感器的研究，但針對(duì)土壤鹽分研究發(fā)現(xiàn)傳感器測(cè)量結(jié)果均受鹽分的影響，隨著鹽分質(zhì)量濃度的增加，測(cè)得的土壤含水量增大，或是無法測(cè)得合理的數(shù)值[26]，這與本研究中隨著鹽分的增加，傳感器的測(cè)量值誤差會(huì)加大結(jié)果一致。產(chǎn)生這種影響的原因是含鹽量會(huì)影響傳感器對(duì)介電常數(shù)測(cè)量，進(jìn)而影響對(duì)土壤含水量的測(cè)量[27]。對(duì)于再生水對(duì)傳感器測(cè)試的影響方面，5TE 傳感器在再生水中測(cè)量值與真實(shí)值相差較大，對(duì)CSF13，F(xiàn)DS100 傳感器測(cè)量影響不明顯。B Cardenas 和MD Dukes[28]將再生水與自來水進(jìn)行過對(duì)比分析，利用4種土壤水分傳感器指導(dǎo)灌水，研究其節(jié)水效益，結(jié)果表明，對(duì)于自來水節(jié)水效益為46%~78%，對(duì)于再生水節(jié)水效益降為45%~68%，由此可見，再生水中含量較高的有機(jī)質(zhì)、鈉離子以及微量元素[29]會(huì)影響土壤的介電常數(shù)[30,31]，進(jìn)而影響傳感器對(duì)土壤含水量的測(cè)定。隨著非常規(guī)水資源越來越廣泛的在農(nóng)田灌溉中應(yīng)用，在土壤水分傳感器的選擇中不僅要考慮傳感器自身的性能參數(shù)、成本價(jià)格，還需考慮其與不同水質(zhì)情況的適配性。

4 結(jié)論

5TE、CSF13、FDS100 三種傳感器在室內(nèi)對(duì)土壤的性能進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明：在傳感器的測(cè)量精度方面，5TE≥FDS00＞CSF13；在傳感器的可重復(fù)性能方面，5TE＞CSF13＞FDS100，在對(duì)同一土壤反復(fù)插入測(cè)量的過程中，5TE和CSF13傳感器讀數(shù)更為穩(wěn)定，其可重復(fù)性能良好，F(xiàn)DS100 傳感器的讀數(shù)則波動(dòng)幅度較大，最大幅度可達(dá)30%，可重復(fù)性能較差，在實(shí)際使用中建議多次測(cè)量取平均值。在微咸水灌溉條件下，推薦使用5TE傳感器；在再生水灌溉條件下，推薦使用CSF13和FDS100傳感器。