土壤墑情自動測報系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

祖佳

摘 要：近些年來，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)域性的擴散明顯，對農(nóng)業(yè)種植和農(nóng)作物生長影響顯著。為了確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對土壤墑情的狀況進行實時監(jiān)測是勢在必行的。傳統(tǒng)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?shù)耐寥缐勄樽詣訙y報系統(tǒng)將是未來墑情觀測的發(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)動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：土壤墑情；自動測報；開發(fā)與應(yīng)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(fā)生的頻率逐漸增加，旱情監(jiān)測系統(tǒng)的作用也就日益凸顯。從監(jiān)測系統(tǒng)自身來講，我國的土壤墑情監(jiān)測系統(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)的管理不夠及時和精準，采取措施上不夠系統(tǒng)化，建設(shè)的成果也是千差萬別，沒有統(tǒng)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(jù)農(nóng)作物根系深度，分析土壤墑情一般主要監(jiān)測地表以下10cm、20cm、40cm處土壤含水率，監(jiān)測分析相鄰2個測次間降水量。根據(jù)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(nèi)分布不均勻，土壤含水率年內(nèi)變化較大。

2 土壤墑情自動測報系統(tǒng)的組成及工作原理

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

FDR 頻域反射是利用電磁脈沖原理、根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播頻率來測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)測系統(tǒng)是通過實驗驗證的系統(tǒng)，對土壤墑情的監(jiān)測比較精準，在半干旱區(qū)皇甫川流域的應(yīng)用實踐研究表明 ，該系統(tǒng)具有較高的安全性、速度較快并精確、自動化性能強等優(yōu)點 ，目前在我國一些干旱、半干旱地區(qū)有廣泛的應(yīng)用和推廣。

TDR時域反射是一種快速監(jiān)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(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點的波形形成，其原理的軟件操作和組成需要一個反應(yīng)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(jié)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(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)備的價格比較高昂。多年以來，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，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(jiān)測規(guī)范SL364-2006中華人民共和國水利行業(yè)標準》，土壤水分傳感器采用國際上最流行的現(xiàn)場測試土壤水分原理：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量土壤水分的體積百分比，與土壤本身的機理無關(guān)，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(jiān)測系統(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量及研究。系統(tǒng)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(yù)報，通過土壤墑情的分析與植物生長所需的水分進行結(jié)合考量，擬定出農(nóng)作物的灌溉計劃，針對于此進行灌溉計劃，根據(jù)實際土壤情況和當(dāng)?shù)氐慕邓闆r進行改造，來解決抗旱問題。

5 結(jié)語

伴隨著氣候變化的多樣性，為了確保農(nóng)作物以及經(jīng)濟作物生長所需要的水分，應(yīng)該針對土壤墑情進行精準的監(jiān)測和分析，對于土壤墑情的自動監(jiān)測系統(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(dǎo)致農(nóng)作物缺水產(chǎn)生巨大損失。土壤墑情的自動化系統(tǒng)由于體積小，操作軟件不復(fù)雜，并且所反饋的數(shù)據(jù)具備很強的精準度，記錄數(shù)據(jù)的時間間隔可根據(jù)實際的需要進行任意的設(shè)置和選擇，0.083～24h均可。所有數(shù)據(jù)的觀測和記錄具有自動保存的功能，一旦發(fā)生斷電或者故障，可自行啟動數(shù)據(jù)保存系統(tǒng)進行自動保存，不至于因為數(shù)據(jù)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(jiān)測，提高精準度并能及時解決問題，促進經(jīng)濟的增長。

參考文獻

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

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