[发明专利]用于监测一田野中的水分状态的方法

说明书

一种用于感测土壤中的水分状态的系统，所述系统包含一多孔材料及一水分状态感测器。所述多孔材料是被选择以主动增进根部生长。所述水分状态感测器被流体地连结到所述多孔材料。所述多孔材料是被配置以具有至少0.025平方米的一面积。

相关申请

本申请自申请日为2018年1月3日的美国临时专利申请第62/613,074号请求优先权，上述申请的内容以此通过引用以其整体被并入本文中。

技术领域及背景技术

本发明，在其一些实施例中，是关于土壤中的水分状态的感测，且更特定地但非排除性地，是关于改善感测农地中的水分状态时的空间覆盖率的一装置及方法。

土壤水分状态的测量对于衡量土壤的水分含量，举例而言，在农地中衡量土壤的水分含量，以决定灌溉排程是有用的。为了测量所述土壤的所述水分状态，可以使用一土壤基质势感测器(soil matric potential sensor)，比如张力计(tensiometer)或比如介电质探针(dielectric probe)的土壤含水量感测器。典型地，这些感测器对所述土壤在一离散位置的所述水分状态是敏感的。然而，众所周知，在一自然环境中的土壤在小空间规模及大空间规模上都是变化显著的。所述土壤中的空间变化性可能导致水分状态测量值的空间变化性。

一表征单元体尺度(representative elementary size，RES)是在复合材料领域中被使用的一周知术语，所述术语对应于一样本的体积、面积或长度，及是提供代表整体的测量值所必需的。以低于表征单元体尺度的复合材料的样本作出的测量值可被预期是波动的。当所述样本大小朝其表征单元体尺度增加，所述波动被预期将减弱直到一致的结果可被获得。将所述样本大小增加到超过所述表征单元体尺度可能导致代表地景中的大规模变异的额外变化，例如，与地形(topography)变化相关的额外变化。由于土壤的高度预期变异，不代表表征单元体尺度的测量值可能产生高标准差值，所述高标准差值可能并不可靠地代表所述土壤或所述土壤中的所述水分的状态。

在由Efraim Tripler作为题名为“研究经定期灌溉的土壤中的水及溶质的状态”的一篇博士论文的一部分，于2012年在以色列耶路撒冷希伯来大学进行的一研究中，定义了可以妥适地代表在具有栽培植物的一田野中的水分状态的一田野表征单元体长度(field representative elementary length，FREL)。所述田野表征单元体长度被定义为在其中每处平均测量值得到相似的值的(土壤中的)一长度。

发明内容

由于在一农田中的土壤在局部及田野尺度中的大变异性，可能难以基于在所述农田中的数个离散地点采取的感测器测量值适当评估对生长在所述农田中的植物而言的水分可得性。增加分布在所述农田中的感测器的数量以增加对所述农田的覆盖率，并增加测量值在接近被栽种的所述植物的根部处被采取的可能性可能并非实际的或经济上可行的。

根据一些示例性实施例的一个方面，提供了一种平均多孔介质(averagingporous media，APM)。所述APM是被配置以被放置在土壤中并提供所述APM被放置的所述土壤上及周围的土壤的水分状态的一平均效果。根据一些示例性实施例，所述平均效果是基于限定所述APM具有相对高的渗透系数，所述相对高的渗透系数鼓励经所述APM的内部水分流动。可选地，所述渗透系数在-500厘米至0厘米水柱的一基质扬程范围内各自为0.01厘米/小时至50厘米/小时或0.0001厘米/小时至50厘米/小时。

根据一些示例性实施例的一个方面，提供了一种用于监测一田野中的水分状态的方法。根据一些示例性实施例，一APM是被放置在所述土壤中且围绕所述APM的土壤的水分状态是基于以任何土壤基质势感测器或土壤水含量感测器感测所述APM而被感测。根据一些示例性实施例，一个感测器可以足够决定围绕所述APM，例如，被所述APM覆盖或在所述APM的界线内，的土壤的水分状态。可选地，所述APM的一尺寸及形状是基于一估计的田野表征单元体长度而被选择。