[发明专利]一种用于测量土壤含水量的标定装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤含水量测量技术领域，尤其涉及一种用于测量土壤含水量的标定装置及方法。

背景技术

土壤含水量的测量方法有很多种，最常用的测量方法有四种：烘干法、电阻法、时域法（Time Domain Reflectometry，TDR）、频域法（Frequency Domain Reflectometry，FDR），其它的测量方法还有：驻波率法（Standing-Wave Ratio）、谐振频率电容法（简称RFC）、热学法、吸力（能量）法、射线法、中子仪、γ射线(透射)法、化学法、探地雷达法(GPR)、核磁共振法(NMR)、分离示踪剂法(Pr)、遥感法(RS)。

经典测量的方法是烘箱烘干法:即取土样放入烘箱,在105-110℃条件下,烘至恒重,为烘干土重,以此为基础计算水分重(蒸发损失量)的百分比，从而获得土壤水分含量。烘干法通常还有所谓的快速测定法,其程序与常规法相同，实质仍是采用一些手段使土样烘至恒重的时间尽可能缩短,如酒精燃烧法、红外线法、炉烤法，微波法等。电阻法是利用土壤多孔性，根据土壤电阻和它们的含水量有关系这一事实而采用的一种方法。当这些嵌有电极的组件放置在潮湿的土壤中时,它们吸收土壤水分一直达到平衡状态。组件的电阻由它们的含水量决定的,并依次由附近土壤水分张力或吸力所决定。电阻读数和土壤水分百分数之间的关系可以用标定方法来确定。这些组件在一段时间内用来测定田间选定位置的含水量。时域反射法是一种介电测量中的高速测量技术，电子脉冲在一对并行的传输线路中（波导杆）的传输速度与环绕线路的周围环境或接触线路的材料的电介常数有关。频域反射法简称FDR法，是通过测量传感器在土壤中因土壤介电常数的变化而引起频率的变化来测量土壤的水分含量，这些变化转变为与土壤含水量对应成为三次多项式关系的电压信号。

那么多种的测试方法，一个共同的问题是：土壤自身性质千差万别，没有一种方法是万能的。烘干法麻烦，不能在线；电阻法不经标定不准，国外成熟产品以时域法（TDR）和频域法（FDR）为主。20世纪90年代后国际上已把TDR作为研究土壤水分的基本仪器设备。TDR（包括FDR）尽管已被一般认可，但值得一提的是,TDR给出的含水量是整个探针长度的平均含水量,所以,在同一土体中采用不同的埋置方式得出的结果可能会不同。有学者曾对横埋式和竖埋式进行了比较,结果表明,两种方法测定的1米土层的贮水量相差约10%。而且，在同等含水量的普通土壤和含盐土壤施加高频方波电压，结果含盐的样本脉冲前沿明显塌陷，这表明盐分对介电常数产生了影响，预示着介电法不能普适于所有土壤样本。电阻式的测量问题更大，含水量和土壤电阻是非线性的，不同的土壤水-阻曲线相差很大。如果不能进行和样本之间一一对应的标定，电阻式的测量只有定性的意义，做不到定量测量。

其他一些方法如驻波率法、谐振频率电容法等不太成熟，应用很少。由于田间土壤结构、质地和容重的变异性以及土壤分层等原因,使得任何一种方法在测定含水量时,都存在一定的误差。造成这一误差既有测定技术和仪器方面的原因,也有方法本身的原因。现有方法大都是从其它领域引进而来,往往缺乏对土壤复杂、多变性质的充分考虑,特别是土壤理化性质的空间变异。当发现其存在问题时,大多不是从物理机理上进行分析和解决,而是采用标定法来解决,但大量的田间标定又相当困难,标定结果应用范围也很狭窄,因而不可避免地会导致测定结果出现误差。

发明内容

本发明的目的在于通过一种用于测量土壤含水量的标定装置及方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于测量土壤含水量的标定装置，其包括标定电极组、选通电路、单片机及土壤样品盒；所述标定电极组包括N对电极，每对电极均电连接选通电路，其中，N为正整数，取值大小由测量精度决定；所述选通电路电连接单片机；所述单片机控制选通电路逐个选通标定电极组的每对电极；所述土壤样品盒上开设有宽度不一的进水槽。

本发明还公开了一种用于测量土壤含水量的标定方法，其包括如下步骤：

A、将标定电极组分层埋置于土壤样品盒中，其中，所述标定电极组包括N对电极，每对电极埋置在土壤样品盒的不同深度，N为正整数，取值大小由测量精度决定；

B、采用开设有宽度不一进水槽的土壤样品盒装土，通过进水槽给土壤样本沁水，使土壤样本形成不同含水量的线性分布；

C、通过单片机控制选通电路逐个选通标定电极组的每对电极，获得每对电极的电压值，分析处理后，计算出标定电极组埋置点具体的特性曲线，完成土壤含水量的标定。