土壤墒情自动测报系统的开发与应用

祖佳

摘 要：近些年来，伴随着气候条件的多变，干旱发生的频率逐渐增加，并且区域性的扩散明显，对农业种植和农作物生长影响显著。为了确保农业生产，对土壤墒情的状况进行实时监测是势在必行的。传统的人工采样分析土壤墒情在时效性和便捷性方面还存在欠缺，而以仪器自动采集土壤墒情信息，通过远程传输的土壤墒情自动测报系统将是未来墒情观测的发展方向。本文介绍了FDR系统的工作原理及其在土壤水分连续动态监测中的应用。

关键词：土壤墒情；自动测报；开发与应用

中图分类号：S152.7 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170933039

伴随着旱情发生的频率逐渐增加，旱情监测系统的作用也就日益凸显。从监测系统自身来讲，我国的土壤墒情监测系统的起步较晚，技术成熟度还不够，这就导致了土壤墒情系统的管理不够及时和精准，采取措施上不够系统化，建设的成果也是千差万别，没有统一的标准。

1 土壤墒情的概述

墒，指植物在土壤上生长最适合的湿度。墒情，指土壤的含水量，即湿度的情况。根据农作物根系深度，分析土壤墒情一般主要监测地表以下10cm、20cm、40cm处土壤含水率，监测分析相邻2个测次间降水量。根据老虎山河流域阎家窑站实测土壤含水率成果表可以看出其降水量对土壤墒情影响比较大，由于降水的年内分布不均匀，土壤含水率年内变化较大。

2 土壤墒情自动测报系统的组成及工作原理

土壤墒情自动测报系统是由遥测墒情仪、计算机和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测系统。其中遥测墒情仪是监测土壤含水率的重要工具，不同的墒情仪采用的工作原理和监测方法不同。

FDR 频域反射是利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数（ε），从而得到土壤容积含水量（θv）。FDR土壤监测系统是通过实验验证的系统，对土壤墒情的监测比较精准，在半干旱区皇甫川流域的应用实践研究表明 ，该系统具有较高的安全性、速度较快并精确、自动化性能强等优点 ，目前在我国一些干旱、半干旱地区有广泛的应用和推广。

TDR时域反射是一种快速监测土壤水分的常见原理，其原理是在一条不匹配的传输线上的波形会发生反射。原有的波形和反射波形的叠加构成了传输线上的每一个点的波形形成，其原理的软件操作和组成需要一个反应的时间差，大致在8～18s之间，这个时间的差值适合时间检测和定位检测，测定结果显示受到土壤中的含盐量度影响不大。但是这个探测仪器也有其缺点：其设备的线路在构成上比较复杂，涉及的高科技产物较多，设备的价格比较高昂。多年以来，FDR原理的土壤水分仪精度上一直难以突破，使FDR土壤水分仪发展停滞。经过多年研究，终于突破了这一难点，研究出一款FDR原理的土壤水分仪，精度达到了3%。

3 FDR频域反射土壤水分测定仪器

FDR仪器符合《土壤墒情监测规范SL364-2006中华人民共和国水利行业标准》，土壤水分传感器采用国际上最流行的现场测试土壤水分原理：频域反射原理（FDR），传感器发射一定频率的电磁波，由于土壤介电常数的变化通常取决于土壤的含水量，由输出电压和水分的关系则可计算出土壤的含水量。水分是决定土壤介电常数的主要因素。土壤水分传感器可测量土壤水分的体积百分比，与土壤本身的机理无关，此原理是目前国际上最流行的土壤水分传感器测量方法。

4 自动监测系统的开发与应用

广泛应用于农业、林业、地质等方面土壤含水率测量及研究。系统能够通过程序的编辑进行汇总分析，对目前的土壤墒情进行分析和预報，通过土壤墒情的分析与植物生长所需的水分进行结合考量，拟定出农作物的灌溉计划，针对于此进行灌溉计划，根据实际土壤情况和当地的降水情况进行改造，来解决抗旱问题。

5 结语

伴随着气候变化的多样性，为了确保农作物以及经济作物生长所需要的水分，应该针对土壤墒情进行精准的监测和分析，对于土壤墒情的自动监测系统应该加以重视和研究，注重旱情的解决和灌溉系统的设施建设，在旱情即将来临之时做好准备工作，以免由于旱情降临并且延长的时间长导致农作物缺水产生巨大损失。土壤墒情的自动化系统由于体积小，操作软件不复杂，并且所反馈的数据具备很强的精准度，记录数据的时间间隔可根据实际的需要进行任意的设置和选择，0.083～24h均可。所有数据的观测和记录具有自动保存的功能，一旦发生断电或者故障，可自行启动数据保存系统进行自动保存，不至于因为数据的丢失而造成巨大的损失，具有较强的安全性。这些特点都适用于土壤墒情的监测，提高精准度并能及时解决问题，促进经济的增长。

参考文献

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[2]樊志平，洪添胜，刘志壮，等.柑橘园土壤墒情远程监控系统设计与实现[J].农业工程学报，2010（8）：205-210.endprint