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資料簡(jiǎn)介
用途
土壤水是植物吸收水分的主要來(lái)源(水培植物除外)，土壤水分含量的狀態(tài)和變化，是植物的生長(zhǎng)狀況好壞的主要決定因素，由此影響到人類的食品安全和生態(tài)環(huán)境。因而，地球上的土壤和水是人類乃至所有生命生存的基礎(chǔ)，通過(guò)土壤水分傳感器測(cè)量土壤中的含水量，目前廣為人知的主要有以下用途：
原理
目前，有很多種土壤水分測(cè)定方法，進(jìn)而有不同的土壤水分傳感器。比如：時(shí)域反射法(TDR)，石膏法，紅外遙感法，頻域反射法/頻域法(FDR/FD法)，滴定法，電容法，電阻法，微波法，中子法，Karl Fischer法，γ射線法和核磁共振法等。
TDR(TimeDomainReflectometry)法水分傳感器
TDR法是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種土壤水分測(cè)定方法，中文為時(shí)域反射儀。這種方法在國(guó)外應(yīng)用相當(dāng)普遍，國(guó)內(nèi)才剛開(kāi)始引進(jìn)，各都相當(dāng)重視。TDR是一個(gè)類似于雷達(dá)系統(tǒng)的系統(tǒng)，有較強(qiáng)的獨(dú)立性，其結(jié)果與土壤類型、密度、溫度基本無(wú)關(guān)。而且還有很重要的一點(diǎn)就是，TDR能在結(jié)冰下測(cè)定土壤水分，這是其他方法*的。另外，TDR能同時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水鹽含量，且前后兩次測(cè)量的結(jié)果幾乎沒(méi)有差別。這種測(cè)定方法的精確度可見(jiàn)一斑。
FDR和FD法水分傳感器
因?yàn)門DR法設(shè)備昂貴，在80年代后期，許多公司(如AquaSPY, Sentek. Delta-T， Decagon)開(kāi)始用比TDR更為簡(jiǎn)單的方法來(lái)測(cè)量土壤的介電常數(shù)，F(xiàn)DR和FD法不僅比TDR便宜，而且測(cè)量時(shí)間更短，在經(jīng)過(guò)特定的土壤校準(zhǔn)之后，測(cè)量精度高，而且探頭的形狀不受限制，可以多深度同時(shí)測(cè)量，數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)較容易。
應(yīng)用問(wèn)題
相對(duì)于落后的應(yīng)用現(xiàn)實(shí)，科學(xué)研究中的土壤水分研究可謂歷史悠久，而且主要的檢測(cè)往往是由科學(xué)家們從研究角度的。他們一直以提高精度為主要目標(biāo)，執(zhí)著地關(guān)注土壤微觀特性對(duì)含水量的影響。然而現(xiàn)實(shí)生活中對(duì)土壤含水量的要求卻是大相徑庭：
水分?jǐn)?shù)據(jù)盡可能與土壤特征無(wú)關(guān)
這樣，產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)便于比較、傳播和推廣。目前所有的都是計(jì)算體積或重量含水量，由于缺乏現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)獲得田間持水量的，所以很難獲得真正準(zhǔn)確的相對(duì)含水量數(shù)據(jù)，導(dǎo)致土壤含水量測(cè)量無(wú)法直接用于對(duì)農(nóng)業(yè)的指導(dǎo)。
大數(shù)據(jù)量和歷史數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期獲取
科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究一味追求檢測(cè)數(shù)據(jù)的單點(diǎn)精度，但在對(duì)實(shí)際的指導(dǎo)方面意義不大，原因是目標(biāo)土壤體積的尺度相對(duì)于測(cè)試點(diǎn)來(lái)說(shuō)大很多，而水分在土壤中也絕不是高度均勻的。只有獲得輸出穩(wěn)定、歷史數(shù)據(jù)可比較性強(qiáng)、足夠大體積平均的數(shù)據(jù)才是可用的。
安裝方便，操作簡(jiǎn)單，便于現(xiàn)場(chǎng)部署
在安裝和校準(zhǔn)儀器設(shè)備方面，科學(xué)研究所需要的精度和操作規(guī)程在實(shí)際操作過(guò)程中是無(wú)法保證的，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備應(yīng)用到上無(wú)法保證得到可用可靠的數(shù)據(jù)。提供簡(jiǎn)單方便免現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)設(shè)備是這類現(xiàn)場(chǎng)安裝設(shè)備具備的特點(diǎn)。
有效消除實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中環(huán)境的影響
在傳感設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，很多因素對(duì)測(cè)量精度和可靠性影響較大，例如：戶外溫度變化對(duì)電池能量轉(zhuǎn)換效能的影響，終影響設(shè)備輸出可靠性；土壤溫度和鹽分變化對(duì)水分測(cè)量精度的影響；由于田間農(nóng)業(yè)設(shè)備作業(yè)等因素引發(fā)的土壤震動(dòng)對(duì)測(cè)量可靠性的影響；安裝方式導(dǎo)致的土壤擾動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響；目標(biāo)土壤有變化(耕作等)，但是由于傳感器未移動(dòng)并且周邊土壤未變化，導(dǎo)致目標(biāo)被測(cè)土壤和實(shí)際測(cè)量土壤產(chǎn)生差別引起的誤差；傳感器件長(zhǎng)期和土壤接觸產(chǎn)生的相互作用對(duì)精度的影響。
土壤水分信息需要關(guān)聯(lián)其他信息
在實(shí)踐中，土壤水分傳感器往往和其它外部系統(tǒng)或參數(shù)關(guān)聯(lián)使用，例如土壤水分突然增加，可能是灌溉系統(tǒng)開(kāi)始工作、也可能是降雨、又可能是地下水向地表運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致，所以往往需要增加不同位置和不同深度的水分傳感器數(shù)量、關(guān)聯(lián)地面氣象站或者氣象局?jǐn)?shù)據(jù)、連通灌溉控制系統(tǒng)來(lái)確定數(shù)據(jù)的意義。這其實(shí)是對(duì)更大規(guī)模的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用和處理提出的要求，但是目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品對(duì)此需求的響應(yīng)者寥寥。
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