摘要：针对表层土壤水分测量速度慢效率低等问题,设计一种基于电容法的表层土壤水分传感器。区别于传统的插入式测量方式,设计并制作出共面交指型电容探头,实现表层土壤水分的快速测量。以河北廊坊地区的沙壤土作为实验样土,通过多项式拟合对传感器输出值进行标定,决定系数达到了0.98177,传感器的动态响应、稳定性以及灵敏度试验均能满足监测要求。分析环境温度变化对传感器输出的影响,对传感器输出结果与温度进行线性拟合,决定系数为0.98457。进一步测量传感器的测量敏感区域Ke,通过试验的方式确定了其纵向影响范围为4 cm。与TRIME-PICO64型插入式土壤水分传感器对比实验结果表明,设计的传感器与国外类似产品在性能上相当,但具有更高的性价比。最后通过对比实验分析得出,设计的土壤水分传感器能够实现土壤表层水分的快速测量,可有效解决表层土壤流动水分测量效率低的问题。

摘要：比辐射率是影响地表温度遥感反演精度的主要因素,是定量热红外遥感领域研究的核心内容,其与土壤质地、土壤成分、土壤水分和土壤粗糙度关系密切。首先通过试验方法初步研究了土壤水分和土壤粗糙度对土壤比辐射率的影响。其次采用傅里叶变换红外光谱仪观测不同水分条件下土壤比辐射率波谱。最后采用基于改变两次环境观测原理的一种主被动漫射式实时比辐射率测定装置观测不同粗糙度条件下8—14μm土壤比辐射率均值的变化。结果表明,土壤比辐射率随土壤水分的增加而增加,其中影响最显著波段范围是3.3—5.3μm,这个波段范围内波段平均比辐射率干土与湿土差异大于0.2;影响最小的波段范围是11—15μm,这个波段范围内波段平均比辐射率干土与湿土差异在0—0.015之间;在热红外波段,8—9.5μm是土壤水分对比辐射率影响最大的波段,干土与湿土比辐射率差异大于0.05;土壤比辐射率随着粗糙度的增加略有增加,干土和湿土都有此规律。

摘要：针对农田环境下观测不同作物根区土壤水分变化的实际需要,研制了一种可快速获取0～200cm深度范围内土壤剖面含水率的传感器及其测量系统。其中水分传感器工作原理为基于电容边缘场效应测量电极周围介质的介电常数,与土壤接触采用PVC套筒式结构,深度测量为霍尔磁敏传感器阵列,测量系统数据处理平台为PDA。对于测量方法的理论研究,该文给出了传感器工作原理的解析分析,进一步提出了传感器应用性能检验的试验方法。结果表明,该传感器性能指标达到实际应用需求,具备应用推广价值。

摘要：该文探讨了一种基于介电原理的、可实时测量土壤水分剖面分布的套筒式结构土壤水分传感器.由于麦克思维尔方程对边缘电磁场分布求解的局限性,研究过程中采用了以下技术路线:①借助于超高频矢量网络分析仪与有机标定液体相结合的办法分析传感器的高频特征参数;②根据获取的高频特征参数优化电路结构设计;③实验室环境下应用不同容积含水率的土样进行相关检验;④进一步分析套筒壁厚的影响;⑤针对一个由三种不同含水率构成的土柱进行穿层试验.试验数据统计分析表明,该传感器归一化频偏指数与土壤容积含水率之间呈线性关系.

摘要：土壤水分含量对作物施肥效应有重要影响。为了研究长江中下游农区土壤条件下施氮对紫花苜蓿生长的影响,探究土壤水分和施氮水平的互作效应,进行了盆栽半控制试验。试验采用两因素随机区组设计,设置了3个土壤水分水平(分别为50%、70%、90%的最大持水量)和4个施氮水平(0、90、180和270 kg/hm2)。结果表明,在施氮量一定的条件下,适当提高土壤水分含量,紫花苜蓿苗期生长、地上部干物质积累及氮素利用率均呈现增加的趋势。在相同土壤水分水平下,适量施氮可以促进紫花苜蓿生长、地上部干物质积累及氮素的利用,但是过多施氮不利于地上部干物质积累及氮素利用率的提高。土壤水分和施氮水平具有显著的互作效应。回归分析结果表明,施氮效应因土壤水分含量升高而显著增大;适宜的施氮量也因土壤水分含量升高而增大。因此,土壤缺水的地区或季节,施肥与灌溉应同步进行;土壤水分含量较高的长江中下游农区,适当增施氮肥有利于紫花苜蓿高产,并提高氮素利用率。

摘要：毛管水头偏差率是确定毛管长度的主要技术指标。以正在运行的新疆棉田地下滴灌系统为试验对象,选取代表性毛管,实测正常灌溉过程中毛管首尾压力、流量和沿程土壤水分,研究地下滴灌毛管水头偏差率特性及其与土壤水分均匀度的关系。结果表明:在毛管设计工作水头为10 m条件下,测试毛管水头偏差率在0.58%~12.80%之间。同一管网中,不同毛管的水头偏差率各不相同且具有波动性,但同一支管位置处树状毛管与环状毛管之间的相对趋势稳定;在毛管设计工作水头为10 m条件下,支管入口压力对毛管水头偏差率的影响不显著(P>0.05);毛管水头偏差率和毛管埋深层土壤水分均匀系数之间有强的负相关关系(P<0.001),建立了水头偏差率和土壤水分均匀度之间的数学模型,经验证,85%毛管的绝对误差小于5%。研究可以为地下滴灌毛管长度设计与毛管工作状况评价提供参考。

摘要：土壤水分的时空变异是指在一定的景观内,不同时间、地点和土层的土壤水分特征存在明显的差异性和多样性。土壤水分时空变异是由多重尺度上的土地利用(植被)、气象(降雨)、地形、土壤、人为活动等诸因子综合作用的结果,但就其某一具体地区而言存在着重点尺度和主控因子,土壤水分时空变异的重点尺度与主控因子的时空关系因时间、空间和尺度而异。本文综述了土壤水分(尤其是黄土高原地区)的时空变异与其环境因子时空关系的研究进展,并提出了广泛开展多重时空尺度上土壤水分的时空变异与其诸因素的时空关系,研究土壤水分时空变异性的尺度转换规律,确定重点尺度及其相应的主控因子。

摘要：在土壤水分检测的各种方法中,传感器法具有许多优点。设计了一种土壤水分检测转换电路,并阐述了电路组成和工作原理。试验表明:利用本电路测量土壤含水量的分辨力为0.1%,与烘干称重法测量值的差值在5%以内,具有测量准确度高、测量速度快、显示直观、价格低廉、操作方便的特点。

摘要：为利用时域测量技术实时、快速、准确地测量土壤水分,设计了一种低成本的基于时域传输(TDT)原理的土壤水分测试仪。仪器的探头采用末端封闭的回路结构,信号在探头上单程传输,通过测量电磁波在土壤介质中的传输时间测量出土壤的介电常数,再通过土壤标定方程得到土壤水分。时域传输仪由高频脉冲信号源、同轴传输线、U型回路结构探头、以TDC-GP2时间间隔测量芯片为核心的传输时间测量电路和以LPC2132 ARM微控制器为核心的控制电路组成。通过标准溶液测试和土壤测试试验,验证了双U型探头的测量结果好于单U型探头,仪器使用双U型探头测量传输时间的均方根误差为43.9 ps,测量介电常数的均方根误差为0.791,使用TOPP方程测量砂土土壤含水率的均方根误差为0.029 cm^3/cm^3,测量壤土土壤含水率的均方根误差为0.039 cm^3/cm^3。结果表明设计的时域传输土壤水分测试仪可以准确地测量土壤介电常数和土壤体积含水率。

摘要：为减少大型喷灌机的喷灌水分蒸发漂移损失,将低压喷头改装成按适当间距布置的大流量压力补偿滴灌管,使大型喷灌机自走时拖拽滴灌管,实现边移动边滴灌。该移动滴灌系统融合了大型喷灌机与滴灌的技术优势,具有较高的节水潜力,研究其土壤水分入渗规律对于设计节水高效的灌溉系统具有重要意义。为确定移动滴灌管灌水后的土壤湿润体形状及土壤水分分布情况,该研究搭建了移动滴灌试验装置,设置30、40与50 mm 3种灌水深度进行移动滴灌土箱试验,同时利用HYDRUS-2D建立移动滴灌条件下的土壤水分运动数值模型。模拟与实测结果对比表明,所构建模型能较准确地反映移动滴灌的土壤水分运动规律,土壤剖面中的水分运动均遵循面源入渗模式,灌水后48 h土壤剖面含水率模拟值的标准均方根误差低于20%,各测点处含水率变化过程模拟的标准均方根误差值总体低于25%。利用所建模型分析了砂壤土、壤土与粉壤土3种不同的土壤质地,20、30与40mm3种不同的灌水深度以及0.050、0.075、0.100、0.125与0.150 cm3/cm35种不同的土壤初始含水率对移动滴灌条件下土壤水分入渗规律的影响。结果表明土壤质地对湿润峰运移距离与湿润体形状的影响较大,土壤砂性越强,湿润体横截面积越大,可以适应更大的滴灌管安装间距;对于供试砂壤土而言,增大灌水深度与土壤初始含水率,均可以提高湿润峰运移距离和灌水均匀性,但会加大深层渗漏风险。该研究结果对于大型喷灌机的移动滴灌系统设计运行具有重要参考价值。