土壤水分傳感器（FDR）在作物精準(zhǔn)灌溉中的標(biāo)定與應(yīng)用

唐玉邦等

摘要：隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，大田及各種大棚環(huán)境條件下的作物栽培對灌溉的要求越來越高，基于用土壤水分傳感器的精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)正逐步應(yīng)用到設(shè)施農(nóng)業(yè)當(dāng)中。由于土壤水分傳感器測定土壤水分含量時受土壤質(zhì)地和壓實(shí)程度的影響較大，為減小測定誤差設(shè)計(jì)了相關(guān)試驗(yàn)，通過研究明確了在同一土壤水分條件下（15%）土壤容重與水分傳感器輸出電壓值的關(guān)系。提出了用田間原狀土對土壤水分傳感器進(jìn)行水分特征曲線的標(biāo)定方法，并在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，降低了精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)土壤水分測定的誤差。

關(guān)鍵詞：土壤含水量； 水分傳感器； 精準(zhǔn)灌溉； 標(biāo)定

中圖分類號： S277.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）04-0343-02

收稿日期：2013-07-25

基金項(xiàng)目：江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號：CX（10）222]。

作者簡介：唐玉邦（1959—），男，上海人，副研究員，從事設(shè)施種植環(huán)境監(jiān)控研發(fā)工作。Tel：（025）84390180； E-mail：tangyubang_007@sina.com 。灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)和技術(shù)措施，科學(xué)的灌溉是農(nóng)作物健康生長的必備條件之一。我國灌溉技術(shù)與農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還比較落后，很多地區(qū)仍停留在“經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?的人工灌溉階段， 作物很難得到最合適的水分補(bǔ)給，在干旱缺水地區(qū)尤為突出。為解決這一問題，近年來農(nóng)業(yè)工作者提出了精確灌溉的概念[1]。精確農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)是以大田耕作為基礎(chǔ)，按照作物生長過程的要求，通過現(xiàn)代化的監(jiān)測手段，對作物的每一個生長發(fā)育狀態(tài)過程以及環(huán)境要素的現(xiàn)狀實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控結(jié)果，采用最精確的灌溉設(shè)施對作物進(jìn)行嚴(yán)格有效的施肥灌水，以確保作物在生長過程中的需要。在這一過程中最基本的單元是土壤水分傳感器，水分傳感器將土壤濕度參數(shù)量化，傳到現(xiàn)場控制單元， 單片機(jī)通過對數(shù)據(jù)的分析比較，決定是否開啟水閥及開啟時間[2-4]。近年來隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)在我國迅猛發(fā)展，精確灌溉技術(shù)已不局限于大田耕作，而是越來越多地應(yīng)用到了溫室中。在溫室生產(chǎn)中，水分對土壤、植物、環(huán)境空氣的影響更直接，灌水量過大無效蒸騰增加，造成水分浪費(fèi)，土壤積水過多根系受害，溫室內(nèi)空氣濕度增加病害嚴(yán)重[5]。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)， 通過數(shù)據(jù)采集、信息處理和分布調(diào)控等方式就可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)包括水泵、管路、灌水器、閘閥等。自控系統(tǒng)通過對土壤墑情信息的實(shí)時采集， 經(jīng)過處理后， 要求實(shí)現(xiàn)基于預(yù)定模型的遠(yuǎn)程控制灌溉、自動灌溉和精確灌溉[6-9]。而土壤墑情信息采集的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到灌溉的精準(zhǔn)程度。本研究針對水分傳感器采集土壤墑情信息時所受到的環(huán)境干擾因素和標(biāo)定方法做了探討，以使測得的土壤水分?jǐn)?shù)值更接近田間的實(shí)際。

1材料與方法

1.1材料

土壤水分傳感器采用自主研發(fā)產(chǎn)品MP-308型，其工作原理是通過特殊設(shè)計(jì)的傳輸線（該傳輸線的阻抗隨土壤阻抗變化而變化）產(chǎn)生高頻信號，測量土壤水分參數(shù)。阻抗包括表現(xiàn)介電常數(shù)和離子傳導(dǎo)率。選用電信號的頻率使離子傳導(dǎo)率的影響最小，以使傳輸線阻抗變化幾乎僅依賴于土壤介電常數(shù)的變化。這些變化產(chǎn)生一個電壓駐波。駐波隨不銹鋼探針周圍介質(zhì)的變化增減由晶體振蕩器產(chǎn)生電壓，利用晶體振蕩器產(chǎn)生的電壓和探針返回電壓的差值測量土壤介電常數(shù)。

1.2方法

3結(jié)論

土壤水分傳感器在精準(zhǔn)灌溉上的應(yīng)用是可行的，并逐步得到推廣應(yīng)用；但傳感器出廠時的曲線標(biāo)定是在特定環(huán)境下進(jìn)行的，土壤質(zhì)地和土壤容重與田間實(shí)際情況存在差異，進(jìn)而影響傳感器的輸出電壓。為更好地反映田間水分實(shí)際情況，可用田間原狀土對土壤水分傳感器進(jìn)行水分特征曲線的標(biāo)定，降低精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)土壤水分測定的誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1]周明耀，邵孝侯. 精確灌溉技術(shù)體系研究[J]. 中國農(nóng)村水利水電，2002（2）：35-37.

[2]鐘詩恩. 智能灌溉施肥控制系統(tǒng)在溫室中的應(yīng)用[J]. 廣東農(nóng)機(jī)，2003（1）：9-10.

[3]秦明軍. 精確灌溉及前景分析[J]. 東北水利水電，2009（2）：38-41.

[4]周超. 農(nóng)場智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（16）：130-131.

[5]王志偉 ，郁繼華， 郭曉冬. 日光溫室甜瓜節(jié)水灌溉土壤水分上限指標(biāo)研究[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，35（增刊）：198-202.

[6]蔡亮，李浩. 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自控工程的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 吉林水利，2006（6）：22-26.

[7]許生國，王根寶，丁秀萍，等. 棚室蔬菜水分管理技術(shù)[J]. 上海蔬菜，2007（1）：40-41.

[8]魏恒文，楊培嶺. 日光溫室黃瓜智能灌溉控制指標(biāo)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2008，27（3）：63-65.

[9]郭正琴，王一鳴，楊衛(wèi)中，等. 基于模糊控制的智能灌溉控制系統(tǒng)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2006（12）：103-108.

摘要：隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，大田及各種大棚環(huán)境條件下的作物栽培對灌溉的要求越來越高，基于用土壤水分傳感器的精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)正逐步應(yīng)用到設(shè)施農(nóng)業(yè)當(dāng)中。由于土壤水分傳感器測定土壤水分含量時受土壤質(zhì)地和壓實(shí)程度的影響較大，為減小測定誤差設(shè)計(jì)了相關(guān)試驗(yàn)，通過研究明確了在同一土壤水分條件下（15%）土壤容重與水分傳感器輸出電壓值的關(guān)系。提出了用田間原狀土對土壤水分傳感器進(jìn)行水分特征曲線的標(biāo)定方法，并在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，降低了精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)土壤水分測定的誤差。

關(guān)鍵詞：土壤含水量； 水分傳感器； 精準(zhǔn)灌溉； 標(biāo)定

中圖分類號： S277.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）04-0343-02

收稿日期：2013-07-25

基金項(xiàng)目：江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號：CX（10）222]。

作者簡介：唐玉邦（1959—），男，上海人，副研究員，從事設(shè)施種植環(huán)境監(jiān)控研發(fā)工作。Tel：（025）84390180； E-mail：tangyubang_007@sina.com 。灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)和技術(shù)措施，科學(xué)的灌溉是農(nóng)作物健康生長的必備條件之一。我國灌溉技術(shù)與農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還比較落后，很多地區(qū)仍停留在“經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?的人工灌溉階段， 作物很難得到最合適的水分補(bǔ)給，在干旱缺水地區(qū)尤為突出。為解決這一問題，近年來農(nóng)業(yè)工作者提出了精確灌溉的概念[1]。精確農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)是以大田耕作為基礎(chǔ)，按照作物生長過程的要求，通過現(xiàn)代化的監(jiān)測手段，對作物的每一個生長發(fā)育狀態(tài)過程以及環(huán)境要素的現(xiàn)狀實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控結(jié)果，采用最精確的灌溉設(shè)施對作物進(jìn)行嚴(yán)格有效的施肥灌水，以確保作物在生長過程中的需要。在這一過程中最基本的單元是土壤水分傳感器，水分傳感器將土壤濕度參數(shù)量化，傳到現(xiàn)場控制單元， 單片機(jī)通過對數(shù)據(jù)的分析比較，決定是否開啟水閥及開啟時間[2-4]。近年來隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)在我國迅猛發(fā)展，精確灌溉技術(shù)已不局限于大田耕作，而是越來越多地應(yīng)用到了溫室中。在溫室生產(chǎn)中，水分對土壤、植物、環(huán)境空氣的影響更直接，灌水量過大無效蒸騰增加，造成水分浪費(fèi)，土壤積水過多根系受害，溫室內(nèi)空氣濕度增加病害嚴(yán)重[5]。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)， 通過數(shù)據(jù)采集、信息處理和分布調(diào)控等方式就可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)包括水泵、管路、灌水器、閘閥等。自控系統(tǒng)通過對土壤墑情信息的實(shí)時采集， 經(jīng)過處理后， 要求實(shí)現(xiàn)基于預(yù)定模型的遠(yuǎn)程控制灌溉、自動灌溉和精確灌溉[6-9]。而土壤墑情信息采集的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到灌溉的精準(zhǔn)程度。本研究針對水分傳感器采集土壤墑情信息時所受到的環(huán)境干擾因素和標(biāo)定方法做了探討，以使測得的土壤水分?jǐn)?shù)值更接近田間的實(shí)際。

1材料與方法

1.1材料

土壤水分傳感器采用自主研發(fā)產(chǎn)品MP-308型，其工作原理是通過特殊設(shè)計(jì)的傳輸線（該傳輸線的阻抗隨土壤阻抗變化而變化）產(chǎn)生高頻信號，測量土壤水分參數(shù)。阻抗包括表現(xiàn)介電常數(shù)和離子傳導(dǎo)率。選用電信號的頻率使離子傳導(dǎo)率的影響最小，以使傳輸線阻抗變化幾乎僅依賴于土壤介電常數(shù)的變化。這些變化產(chǎn)生一個電壓駐波。駐波隨不銹鋼探針周圍介質(zhì)的變化增減由晶體振蕩器產(chǎn)生電壓，利用晶體振蕩器產(chǎn)生的電壓和探針返回電壓的差值測量土壤介電常數(shù)。

1.2方法

3結(jié)論

土壤水分傳感器在精準(zhǔn)灌溉上的應(yīng)用是可行的，并逐步得到推廣應(yīng)用；但傳感器出廠時的曲線標(biāo)定是在特定環(huán)境下進(jìn)行的，土壤質(zhì)地和土壤容重與田間實(shí)際情況存在差異，進(jìn)而影響傳感器的輸出電壓。為更好地反映田間水分實(shí)際情況，可用田間原狀土對土壤水分傳感器進(jìn)行水分特征曲線的標(biāo)定，降低精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)土壤水分測定的誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1]周明耀，邵孝侯. 精確灌溉技術(shù)體系研究[J]. 中國農(nóng)村水利水電，2002（2）：35-37.

[2]鐘詩恩. 智能灌溉施肥控制系統(tǒng)在溫室中的應(yīng)用[J]. 廣東農(nóng)機(jī)，2003（1）：9-10.

[3]秦明軍. 精確灌溉及前景分析[J]. 東北水利水電，2009（2）：38-41.

[4]周超. 農(nóng)場智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（16）：130-131.

[5]王志偉 ，郁繼華， 郭曉冬. 日光溫室甜瓜節(jié)水灌溉土壤水分上限指標(biāo)研究[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，35（增刊）：198-202.

[6]蔡亮，李浩. 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自控工程的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 吉林水利，2006（6）：22-26.

[7]許生國，王根寶，丁秀萍，等. 棚室蔬菜水分管理技術(shù)[J]. 上海蔬菜，2007（1）：40-41.

[8]魏恒文，楊培嶺. 日光溫室黃瓜智能灌溉控制指標(biāo)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2008，27（3）：63-65.

[9]郭正琴，王一鳴，楊衛(wèi)中，等. 基于模糊控制的智能灌溉控制系統(tǒng)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2006（12）：103-108.

摘要：隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，大田及各種大棚環(huán)境條件下的作物栽培對灌溉的要求越來越高，基于用土壤水分傳感器的精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)正逐步應(yīng)用到設(shè)施農(nóng)業(yè)當(dāng)中。由于土壤水分傳感器測定土壤水分含量時受土壤質(zhì)地和壓實(shí)程度的影響較大，為減小測定誤差設(shè)計(jì)了相關(guān)試驗(yàn)，通過研究明確了在同一土壤水分條件下（15%）土壤容重與水分傳感器輸出電壓值的關(guān)系。提出了用田間原狀土對土壤水分傳感器進(jìn)行水分特征曲線的標(biāo)定方法，并在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，降低了精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)土壤水分測定的誤差。

關(guān)鍵詞：土壤含水量； 水分傳感器； 精準(zhǔn)灌溉； 標(biāo)定

中圖分類號： S277.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）04-0343-02

收稿日期：2013-07-25

基金項(xiàng)目：江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號：CX（10）222]。

作者簡介：唐玉邦（1959—），男，上海人，副研究員，從事設(shè)施種植環(huán)境監(jiān)控研發(fā)工作。Tel：（025）84390180； E-mail：tangyubang_007@sina.com 。灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)和技術(shù)措施，科學(xué)的灌溉是農(nóng)作物健康生長的必備條件之一。我國灌溉技術(shù)與農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還比較落后，很多地區(qū)仍停留在“經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?的人工灌溉階段， 作物很難得到最合適的水分補(bǔ)給，在干旱缺水地區(qū)尤為突出。為解決這一問題，近年來農(nóng)業(yè)工作者提出了精確灌溉的概念[1]。精確農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)是以大田耕作為基礎(chǔ)，按照作物生長過程的要求，通過現(xiàn)代化的監(jiān)測手段，對作物的每一個生長發(fā)育狀態(tài)過程以及環(huán)境要素的現(xiàn)狀實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控結(jié)果，采用最精確的灌溉設(shè)施對作物進(jìn)行嚴(yán)格有效的施肥灌水，以確保作物在生長過程中的需要。在這一過程中最基本的單元是土壤水分傳感器，水分傳感器將土壤濕度參數(shù)量化，傳到現(xiàn)場控制單元， 單片機(jī)通過對數(shù)據(jù)的分析比較，決定是否開啟水閥及開啟時間[2-4]。近年來隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)在我國迅猛發(fā)展，精確灌溉技術(shù)已不局限于大田耕作，而是越來越多地應(yīng)用到了溫室中。在溫室生產(chǎn)中，水分對土壤、植物、環(huán)境空氣的影響更直接，灌水量過大無效蒸騰增加，造成水分浪費(fèi)，土壤積水過多根系受害，溫室內(nèi)空氣濕度增加病害嚴(yán)重[5]。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)， 通過數(shù)據(jù)采集、信息處理和分布調(diào)控等方式就可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)包括水泵、管路、灌水器、閘閥等。自控系統(tǒng)通過對土壤墑情信息的實(shí)時采集， 經(jīng)過處理后， 要求實(shí)現(xiàn)基于預(yù)定模型的遠(yuǎn)程控制灌溉、自動灌溉和精確灌溉[6-9]。而土壤墑情信息采集的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到灌溉的精準(zhǔn)程度。本研究針對水分傳感器采集土壤墑情信息時所受到的環(huán)境干擾因素和標(biāo)定方法做了探討，以使測得的土壤水分?jǐn)?shù)值更接近田間的實(shí)際。

1材料與方法

1.1材料

土壤水分傳感器采用自主研發(fā)產(chǎn)品MP-308型，其工作原理是通過特殊設(shè)計(jì)的傳輸線（該傳輸線的阻抗隨土壤阻抗變化而變化）產(chǎn)生高頻信號，測量土壤水分參數(shù)。阻抗包括表現(xiàn)介電常數(shù)和離子傳導(dǎo)率。選用電信號的頻率使離子傳導(dǎo)率的影響最小，以使傳輸線阻抗變化幾乎僅依賴于土壤介電常數(shù)的變化。這些變化產(chǎn)生一個電壓駐波。駐波隨不銹鋼探針周圍介質(zhì)的變化增減由晶體振蕩器產(chǎn)生電壓，利用晶體振蕩器產(chǎn)生的電壓和探針返回電壓的差值測量土壤介電常數(shù)。

1.2方法

3結(jié)論

土壤水分傳感器在精準(zhǔn)灌溉上的應(yīng)用是可行的，并逐步得到推廣應(yīng)用；但傳感器出廠時的曲線標(biāo)定是在特定環(huán)境下進(jìn)行的，土壤質(zhì)地和土壤容重與田間實(shí)際情況存在差異，進(jìn)而影響傳感器的輸出電壓。為更好地反映田間水分實(shí)際情況，可用田間原狀土對土壤水分傳感器進(jìn)行水分特征曲線的標(biāo)定，降低精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)土壤水分測定的誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1]周明耀，邵孝侯. 精確灌溉技術(shù)體系研究[J]. 中國農(nóng)村水利水電，2002（2）：35-37.

[2]鐘詩恩. 智能灌溉施肥控制系統(tǒng)在溫室中的應(yīng)用[J]. 廣東農(nóng)機(jī)，2003（1）：9-10.

[3]秦明軍. 精確灌溉及前景分析[J]. 東北水利水電，2009（2）：38-41.

[4]周超. 農(nóng)場智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（16）：130-131.

[5]王志偉 ，郁繼華， 郭曉冬. 日光溫室甜瓜節(jié)水灌溉土壤水分上限指標(biāo)研究[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，35（增刊）：198-202.

[6]蔡亮，李浩. 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自控工程的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 吉林水利，2006（6）：22-26.

[7]許生國，王根寶，丁秀萍，等. 棚室蔬菜水分管理技術(shù)[J]. 上海蔬菜，2007（1）：40-41.

[8]魏恒文，楊培嶺. 日光溫室黃瓜智能灌溉控制指標(biāo)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2008，27（3）：63-65.

[9]郭正琴，王一鳴，楊衛(wèi)中，等. 基于模糊控制的智能灌溉控制系統(tǒng)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2006（12）：103-108.