PMT-RSW土壤水分传感器

一、研究意义

    土壤水分是植物水分的直接来源，决定着植物的生长状况的好坏，因此测量土壤水分有着重要的实际意义。植物根系本身的发生、发育和生理变化在很大程度上取决于土壤的水分状况，根系与土壤水分之间相互依存，相互制约，具有明显的相关性。

    随着人口、资源与环境成为可持续发展的三大热点，与之密切相关的土壤水研究亦必在可持续发展的战略高度下向纵深发展，而且，以节水农业和高效用水为中心的土壤水与作物关系研究也逐步在广泛展开。

    系统研究作物根系发育、根群分布、不同生育时期根系吸收水分和养分的能力以及不同环境条件下根系的变化，对认识和调控作物生产具有十分重要的意义。此外，探讨植物根系对光合产物的消耗以及吸水功能效益的差异，可以揭示吸水功能效益与土壤水分条件的关系，提高根系功能效益的可能性和实现潜力；进一步探究植物根系能量消耗与水分吸收、光合生产力及产量形成之间的关系，为以旱地农业地区以及提高水分利用效率为中心的高效育种和栽培提供科学依据。

二、测量方法综述

    目前我国水利系统的土壤水分监测，主要使用：

1）传统的人工土钻取土、烘干测量土壤含水量，该方法虽然能较准确地获得土壤水分含量，但工作量大，耗时耗力，不能实现土壤水分连续监测。

2）射线法- 中子仪法，适用于监测田间土壤水分动态，套管永久安放后不破坏土壤，能长期定位连续测定，不受滞后作用影响，测深不限，但需要田间校准是中子法的主要缺点之一。另外，仪器设备昂贵，一次性投入大。中子法对土壤采样范围为一球体，这使得在某些情况下测量结果会出现偏差。此外，中子仪还存在潜在的辐射危害。

3）介电特性法—时域反射仪法，它测定的精度较高，无放射性且适于长期定点观测。但目前，其价格仍较高。

4）遥感法，微波遥感虽具有全天时、全天候、多极化和一定的穿透特性等优点，但由于影响土壤水分变化的因素较多，因而遥感监测土壤含水率仍是农业遥感中的一个难题。

5）TDR法根据传感器发出的电磁波在不同介电常数物质中传播速度的差异，测量土壤含水量的方法，是新近发展起来的测定土壤含水量的方法，具有精度高、测定快速、使用方便、可在线连续监测、不破坏土壤结构等优点，并且可实现数据自动采集的目的，很快被人们所接受。

6）FDR法根据传感器发出的电磁波在不同介电常数物质中的频率变化，测量土壤含水量的方法。其优点是能够测定土壤颗粒中束缚水含量、无需严格的校准，操作简单，受土壤容重、温度的影响较小；FDR 探头可与传统的数据采集器相连，从而实现自动连续监测；测量结果较准确，与烘干法差距较小。

三、主要应用

应用的研究涉及：1）土壤学，如土壤的水分循环；土壤水分对养分供给能力的影响；土壤承载能力；土壤水文学；水分的蒸发转移等。

1. 农业，如林地、农田的水分利用；农林复合系统的水分生态特征；农林复合结构对水分分布的影响；农田的水分监测等。

2. 植物生理学，如水分胁迫对植物生理指标的影响；园艺植物水分胁迫生理及耐旱机制；土壤含水量对根系生理过程的影响等。

3. 环境水力学，如水土保持、河道冲淤、洪水破坏作用；冰凌水力学；污染物在水中的混合与输移、扩散与离散等等。

4. 生态学，如植物生长于土壤水分的关系；不同水分处理对植物生态指标的影响；水分循环对土壤-植物系统养分循环的意义；土壤水分对根系气体交换的影响等。

   此外，各个学科的交叉联合研究也是未来土壤水分测定研究的发展趋势，而且随着全球环境问题的不断日益严峻，土壤中的溶质运移、污染物的扩散稀释、优先流等理论研究将受到关注。

    

四、工作原理

    用时域反射技术TDR测定土壤水分含量，依据的是土壤的介电常数( K) 随土壤含水量的变化而有规律地发生变化这一原则。由TDR主机产生的一个电压的阶梯状脉冲波沿着在土壤中放置或垂直插入的探针发射，电压的阶梯状脉冲波沿探针金属棒传播。由于电阻抗的突变，部分能量在金属棒末端被反射回来，形成TDR反射信号。

    频域反射技术FDR是根据传感器发出的电磁波在不同介电常数物质中的频率变化，测量土壤含水量的方法。传感器的基本工作原理就是一对圆形金属环组成一个电容，利用土壤充当电介质，电容与振荡器组成一个调谐电路，传感器电容量与两级间被测介质的介电常数成正比关系。

五、工作特点

根系参数与土壤水分的同步测定。

六、主要参数
1.技术指标

1.1★根管尺寸：64mm（标准微根管），其他规格可以定制；

1.2★测量方式：在微根管内非接触式测量；

1.3  精度：0—40%：±1%； 40—70%：±2%；

1.4  重复精度：±0.3%；

1.5  电源：5VDC；

1.6  电线长度：3m；

1.7  温度范围：-15°C—50°C；

1.8  供电电流：待机时8mA，工作时200mA；

1.9  测量范围：0-70%；