土壤墑情自動測報系統的開發與應用

祖佳

摘 要：近些年來，伴隨著氣候條件的多變，干旱發生的頻率逐漸增加，并且區域性的擴散明顯，對農業種植和農作物生長影響顯著。為了確保農業生產，對土壤墑情的狀況進行實時監測是勢在必行的。傳統的人工采樣分析土壤墑情在時效性和便捷性方面還存在欠缺，而以儀器自動采集土壤墑情信息，通過遠程傳輸的土壤墑情自動測報系統將是未來墑情觀測的發展方向。本文介紹了FDR系統的工作原理及其在土壤水分連續動態監測中的應用。

關鍵詞：土壤墑情；自動測報；開發與應用

中圖分類號：S152.7 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170933039

伴隨著旱情發生的頻率逐漸增加，旱情監測系統的作用也就日益凸顯。從監測系統自身來講，我國的土壤墑情監測系統的起步較晚，技術成熟度還不夠，這就導致了土壤墑情系統的管理不夠及時和精準，采取措施上不夠系統化，建設的成果也是千差萬別，沒有統一的標準。

1 土壤墑情的概述

墑，指植物在土壤上生長最適合的濕度。墑情，指土壤的含水量，即濕度的情況。根據農作物根系深度，分析土壤墑情一般主要監測地表以下10cm、20cm、40cm處土壤含水率，監測分析相鄰2個測次間降水量。根據老虎山河流域閻家窯站實測土壤含水率成果表可以看出其降水量對土壤墑情影響比較大，由于降水的年內分布不均勻，土壤含水率年內變化較大。

2 土壤墑情自動測報系統的組成及工作原理

土壤墑情自動測報系統是由遙測墑情儀、計算機和通訊網絡所組成的一個綜合性的在線自動監測系統。其中遙測墑情儀是監測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測方法不同。

FDR 頻域反射是利用電磁脈沖原理、根據電磁波在介質中傳播頻率來測量土壤的表觀介電常數（ε），從而得到土壤容積含水量（θv）。FDR土壤監測系統是通過實驗驗證的系統，對土壤墑情的監測比較精準，在半干旱區皇甫川流域的應用實踐研究表明 ，該系統具有較高的安全性、速度較快并精確、自動化性能強等優點 ，目前在我國一些干旱、半干旱地區有廣泛的應用和推廣。

TDR時域反射是一種快速監測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發生反射。原有的波形和反射波形的疊加構成了傳輸線上的每一個點的波形形成，其原理的軟件操作和組成需要一個反應的時間差，大致在8～18s之間，這個時間的差值適合時間檢測和定位檢測，測定結果顯示受到土壤中的含鹽量度影響不大。但是這個探測儀器也有其缺點：其設備的線路在構成上比較復雜，涉及的高科技產物較多，設備的價格比較高昂。多年以來，FDR原理的土壤水分儀精度上一直難以突破，使FDR土壤水分儀發展停滯。經過多年研究，終于突破了這一難點，研究出一款FDR原理的土壤水分儀，精度達到了3%。

3 FDR頻域反射土壤水分測定儀器

FDR儀器符合《土壤墑情監測規范SL364-2006中華人民共和國水利行業標準》，土壤水分傳感器采用國際上最流行的現場測試土壤水分原理：頻域反射原理（FDR），傳感器發射一定頻率的電磁波，由于土壤介電常數的變化通常取決于土壤的含水量，由輸出電壓和水分的關系則可計算出土壤的含水量。水分是決定土壤介電常數的主要因素。土壤水分傳感器可測量土壤水分的體積百分比，與土壤本身的機理無關，此原理是目前國際上最流行的土壤水分傳感器測量方法。

4 自動監測系統的開發與應用

廣泛應用于農業、林業、地質等方面土壤含水率測量及研究。系統能夠通過程序的編輯進行匯總分析，對目前的土壤墑情進行分析和預報，通過土壤墑情的分析與植物生長所需的水分進行結合考量，擬定出農作物的灌溉計劃，針對于此進行灌溉計劃，根據實際土壤情況和當地的降水情況進行改造，來解決抗旱問題。

5 結語

伴隨著氣候變化的多樣性，為了確保農作物以及經濟作物生長所需要的水分，應該針對土壤墑情進行精準的監測和分析，對于土壤墑情的自動監測系統應該加以重視和研究，注重旱情的解決和灌溉系統的設施建設，在旱情即將來臨之時做好準備工作，以免由于旱情降臨并且延長的時間長導致農作物缺水產生巨大損失。土壤墑情的自動化系統由于體積小，操作軟件不復雜，并且所反饋的數據具備很強的精準度，記錄數據的時間間隔可根據實際的需要進行任意的設置和選擇，0.083～24h均可。所有數據的觀測和記錄具有自動保存的功能，一旦發生斷電或者故障，可自行啟動數據保存系統進行自動保存，不至于因為數據的丟失而造成巨大的損失，具有較強的安全性。這些特點都適用于土壤墑情的監測，提高精準度并能及時解決問題，促進經濟的增長。

參考文獻

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