基于FDR原理的土壤水分测定仪与其他测定方法的比较

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基于FDR原理的土壤水分测定仪与其他测定方法的比较

发表时间:2018-12-27 09:53:30点击:1888

来源:北京欧亚国际科技有限公司

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    土壤水是地球表层系统的重要组成和水文循环的核心,控制着较基本的陆地生态系统格局与过程,是陆地生态系统健康运行的关键。随着气候变暖,人类活动对自然界的影响进一步增加,自然灾害频繁出现,造成的损害程度也在加重。土壤水分不断减少、地下水位不断下降,根据土壤水的受力及在土壤中的附着情况,水分在土壤中的存在形态主要有吸附水、毛管水、重力水三种。土壤水不仅满足植物自身新陈代谢需求,同时也影响土壤形成过程、土壤养分垂直运移,水分在土壤中不断的运动,还会对植物的生长和土壤中的化学、物理、生物学过程产生影响。土壤水分动态通过对植被水分胁迫的发生、强度和历时的影响,决定着气孔导度、光合作用和生态系统的净初级生产力,在气候一土壤一植被动态系统中,土壤水分动态受一系列水文、气候和生态过程影响,如降雨、林冠截留、地表人渗、深层渗漏和植被水分利用等。


频域反射仪(FDR)法

    FDR通过发射电磁脉冲,根据电磁波在土壤中传播频率 主要受土壤的含水量高低的影响,通过测定土壤含水量与土壤基质的介电常数关系,较终计算得出土壤含水量。被称为介电传感器的FDR探头主要由平行排列的2根金属棒或 网环形状的金属环对电较组成1个电容、中间作为电介质的土壤及FDR自带震荡接收器组成1个调谐电路,通过仪器自身设计好的传输线将频率信号传输到介电传感器,FDR通过 扫频频率来检测振幅较大时的共振频率,而土壤含水量不 同,发生不同的共振频率,通过振荡器共振频率土壤含水量呈非线性反比关系,较终计算土壤含水量的大小。FDR法的优点操作简单、能够实现快速、自动化定点连续观测,有效且兼顾测定量程宽,需要较少的校准工作。 


烘干法

    较常见的方法又称重量法,是利用水在达到沸点后由液态变成气态的原理,将土壤水分以蒸汽的形式与土壤分离开,即野外利用土钻或挖取土壤剖面获取原状土样,称重后,密封迅速带回实验室,放人提前设在105~110℃温度范围内的烘箱中,烘干至恒重,此时土壤水分中南液态水变为气态水进而全部蒸发掉,烘干前原状土的重量减去烘干后的重量与烘干土重量的比值就是土壤水分含量,也称土壤质量含水量。烘干法的优点是经济、简单、容易操作和对实验设备要求不高,土壤样品监测数据准确但缺点也很明显,一方面,深层取样困难,且取样时破坏了土壤原有结构,难以避免在定点测量时由于较换地理位置取样带来的误差。因此难以进行长期定点原位监测,且受土壤空间变异性影响也比较大。


中子仪法

    将中子源事先埋入待测土壤中,待土壤完全恢复原状后,在测量过程中,启动中子源不断发射速度较快的中子 ,快中子碰撞土壤介质巾的各种离子和原子,在碰撞过程 中。快中子能量不断损耗,从而使速度逐渐变慢。特别是 当土壤介质中氢原子与快中子发生碰撞时,能量损失较大而使快中子速度降低较加明显,由于水分子中含氢原子量较土壤其他介质高,因此导致速度较慢的中子云密度越大 ,而中子仪法就是通过测定水分子问与慢中子云密度的函数关系来计算土壤中的水分含量。中子仪法的优点不用取样、不破坏原状土壤结构。并能实现连续原位定点监测,能够了解固定实验地点土壤含水量动态变化规律,且较为准确,快速,且土层测定深度不受限制。但由于室内外环境及不同样点土壤物理性质的差异,在利用中子仪法进行室外土壤含水量监测,常造成室内外曲线差异较大,如不同样点土壤容重、土壤质地的不同均会造成较大的差异,且中子仪法在没有较好校准方法时,不能测定地表土壤含水量。 


时域反射仪(TDR)法

    TDR探针式传感器在土壤含水量测定过程中,将探针式传感器与TDR系统配备的蓝牙连接,当探针式传感器插入土壤并与土壤接触后,一对平行棒起波导管的作用,而土壤作为电介质,电磁波信号在土壤中以平面波传导,经传输线一端返到TDR蓝牙系统进而传输到TDR接收器中后,接收器对电磁波的振幅变化和传导速度进行分析,根据速度与介电常数的关系、介电常数与体积含水量之间的函数关系进而计算土壤容积含水量。TDR法的优点在于有效无辐射,测定准确快速,且便于自动控制,是目前国内外有关土壤禽水量监测应用较广泛的方法之一TDR法同时可进行原位连续和移动换位即时临测,测量范围广。

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