[发明专利]一种点阵式土壤负压/含水量测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及农业技术领域，特别涉及一种实时测量田间土壤负压值和土壤含水量的点阵式土壤负压/含水量测量装置。

背景技术

我国是世界上水资源极度匮缺的国家之一，每年仅农业缺水额度就高达300亿m³，因缺水粮食每年都减产150亿kg以上。2011年中央一号文件的部署，我国在“十二五”期间年用水总量将力争控制在6700亿m³以内，新增农田有效灌溉面积4000万亩，农田灌溉水有效利用系数提高到0.55以上。文件提出在全国范围内实施最严格水资源管理制度，并定义了水资源开发利用的总量的控制红线、用水效率控制红线、水功能区限制纳污控制红线等“三条红线”。因此，对农田水分进行高效、科学监测，并根据作物生长需求进行灌溉，从而提高农田水分生产率对我国水资源的可持续利用尤为重要。

要提高水资源的利用效率，首先就需要对土壤负压/含水量进行实时监测，然后根据土壤水分情况制定灌溉、排水等农业措施，避免因不合理灌溉而造成的水资源浪费。现有的土壤水分监测方法有张力计法、烘干法、TDR法以及中子仪法等，其中TDR法和中子仪法由于价格昂贵，设备安装维护成本高而多用于科研目的，在实际生产实践中推广受到限制；烘干法则由于测量周期长、劳动力成本高而在农业生产中鲜有采用；而张力计法由于操作相对简单而使用较多。

但现有的张力计多采用陶土头作为感应部件，利用陶土头孔隙中形成的水膜对空气的阻隔来测量土壤张力。这种方法局限性主要表现在以下8点：（1）陶土头为易脆部件，且与塑料管之间的胶接较脆弱，在运输和安装的过程中容易断裂而无法使用；（2）陶土头孔隙大小不均，容易因空气的进入而影响测量精度；（3）陶土头表面较为光滑且硬度较高，虽然安装过程中一般都要进行灌浆处理，但与土壤的接触面不是很大，因此所测得的含水量值往往滞后较大，不能实时的反应出土壤的水分状况；（4）由于陶土头相对较大，所采用的硬质塑料管也必须满足一定的直径，容易因灌溉或降雨而形成沿管壁下渗的优先流，所测定的负压值代表性较差；（5）由于陶土头的进气和渗漏，有一定的微润效应，陶土头周边的土壤水分含量往往比其他区域的值要高出很多；（6）传统的陶土头负压计只能测定某一深度的负压值，要测量不同深度处的负压值则需要多点布设；（7）传统的陶土头负压计往往只能测量土壤的吸力值，要得到土壤的含水量则还需要相应的计量器测量，指标单一，只能读出压力读数。（8）由于土壤的强非均质性，用陶土头所测的单点的土壤负压/含水量值不能代表相同深度土壤的平均值，在用以指导农业灌溉的时候有一定的局限性。

因而，现有陶土头式土壤负压计的缺点是易脆易断裂、安装复杂、与土壤接触面小、进气值小、有较大的微润效应、管壁效应大、测量精度低、受土壤非均质性质影响而代表性差、应用面窄、无法直接读取含水量值等。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实时精确测量不同深度的土壤压力值和土壤含水量的测量装置。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种点阵式土壤负压/含水量测量装置，其包括：

土壤张力感应部件1，所述土壤张力感应部件1包括感应器封装包2、土壤接触盘3和渗透柱4，所述感应器封装包2包裹渗透柱4，渗透柱4下部为土壤接触盘3；

所述土壤张力感应部件1与传压管5相连，传压管5与多个管件6相连，将多个土壤张力感应部件1连接组成土壤张力感应束；

所述土壤张力感应束通过传压管5与补水排气腔7和负压采集腔9相连；所述补水排气腔7的顶端为密封盖8，所述负压采集腔9与压力传感器10相连;

所述压力传感器10通过数据线11与数字式仪表12相连。

所述渗透柱4与土壤接触盘3两者连为一体，外观呈杯盖形，其中土壤接触盘3为杯盖的盖体，渗透柱4为杯盖的盖帽。

所述数字式仪表12包括多路数据转换器13、微处理器14、液晶显示屏15、参数键16和功能键17，其中，多路数据转换器13连接数据线11，并按指令向微处理器14传输信号，微处理器14对多路数据转换器13的信号进行处理，得到土壤负压力值或土壤含水量值，并通过液晶显示屏15显示。

所述多路数据转换器13可连接多组数据线11，每组数据线11对应一个压力传感器10，进而对应一组土壤张力感应束。

所述土壤接触盘3和渗透柱4由吸水纤维材料组成。

所述传压管5由具有一定柔韧性的厚壁小管径PE管制成。

所述补水排气腔7向系统补充水分，并将由液态水逸出的气体和通过渗透柱4进入的气体排出。