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一、研究意義

土壤水分是植物水分的直接來源，決定著植物的生長狀況的好壞，因此測量土壤水分有著重要的實際意義。植物根系本身的發(fā)生、發(fā)育和生理變化在很大程度上取決于土壤的水分狀況，根系與土壤水分之間相互依存，相互制約，具有明顯的相關(guān)性。

隨著人口、資源與環(huán)境成為可持續(xù)發(fā)展的三大熱點，與之密切相關(guān)的土壤水研究亦必在可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度下向縱深發(fā)展，而且，以節(jié)水農(nóng)業(yè)和高效用水為中心的土壤水與作物關(guān)系研究也逐步在廣泛展開。

系統(tǒng)研究作物根系發(fā)育、根群分布、不同生育時期根系吸收水分和養(yǎng)分的能力以及不同環(huán)境條件下根系的變化，對認(rèn)識和調(diào)控作物生產(chǎn)具有十分重要的意義。此外，探討植物根系對光合產(chǎn)物的消耗以及吸水功能效益的差異，可以揭示吸水功能效益與土壤水分條件的關(guān)系，提高根系功能效益的可能性和實現(xiàn)潛力；進一步探究植物根系能量消耗與水分吸收、光合生產(chǎn)力及產(chǎn)量形成之間的關(guān)系，為以旱地農(nóng)業(yè)地區(qū)以及提高水分利用效率為中心的高效育種和栽培提供科學(xué)依據(jù)。

二、測量方法綜述

目前我國水利系統(tǒng)的土壤水分監(jiān)測，主要使用：

1）傳統(tǒng)的人工土鉆取土、烘干測量土壤含水量，該方法雖然能較準(zhǔn)確地獲得土壤水分含量，但工作量大，耗時耗力，不能實現(xiàn)土壤水分連續(xù)監(jiān)測。

2）射線法- 中子儀法，適用于監(jiān)測田間土壤水分動態(tài)，套管**安放后不破壞土壤，能長期定位連續(xù)測定，不受滯后作用影響，測深不限，但需要田間校準(zhǔn)是中子法的主要缺點之一。另外，儀器設(shè)備昂貴，一次性投入大。中子法對土壤采樣范圍為一球體，這使得在某些情況下測量結(jié)果會出現(xiàn)偏差。此外，中子儀還存在潛在的輻射危害。

3）介電特性法—時域反射儀法，它測定的精度較高，無放射性且適于長期定點觀測。但目前，其價格仍較高。

4）遙感法，微波遙感雖具有全天時、全天候、多極化和一定的穿透特性等優(yōu)點，但由于影響土壤水分變化的因素較多，因而遙感監(jiān)測土壤含水率仍是農(nóng)業(yè)遙感中的一個難題。

5）TDR法根據(jù)傳感器發(fā)出的電磁波在不同介電常數(shù)物質(zhì)中傳播速度的差異，測量土壤含水量的方法，是新近發(fā)展起來的測定土壤含水量的方法，具有精度高、測定快速、使用方便、可在線連續(xù)監(jiān)測、不破壞土壤結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，并且可實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集的目的，很快被人們所接受。

6）FDR法根據(jù)傳感器發(fā)出的電磁波在不同介電常數(shù)物質(zhì)中的頻率變化，測量土壤含水量的方法。其優(yōu)點是能夠測定土壤顆粒中束縛水含量、無需嚴(yán)格的校準(zhǔn)，操作簡單，受土壤容重、溫度的影響較小；FDR 探頭可與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器相連，從而實現(xiàn)自動連續(xù)監(jiān)測；測量結(jié)果較準(zhǔn)確，與烘干法差距較小。

三、主要應(yīng)用

應(yīng)用的研究涉及：1）土壤學(xué)，如土壤的水分循環(huán)；土壤水分對養(yǎng)分供給能力的影響；土壤承載能力；土壤水文學(xué)；水分的蒸發(fā)轉(zhuǎn)移等。

1. 農(nóng)業(yè)，如林地、農(nóng)田的水分利用；農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)的水分生態(tài)特征；農(nóng)林復(fù)合結(jié)構(gòu)對水分分布的影響；農(nóng)田的水分監(jiān)測等。

2. 植物生理學(xué)，如水分脅迫對植物生理指標(biāo)的影響；園藝植物水分脅迫生理及耐旱機制；土壤含水量對根系生理過程的影響等。

3. 環(huán)境水力學(xué)，如水土保持、河道沖淤、洪水破壞作用；冰凌水力學(xué)；污染物在水中的混合與輸移、擴散與離散等等。

4. 生態(tài)學(xué)，如植物生長于土壤水分的關(guān)系；不同水分處理對植物生態(tài)指標(biāo)的影響；水分循環(huán)對土壤-植物系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的意義；土壤水分對根系氣體交換的影響等。

   此外，各個學(xué)科的交叉聯(lián)合研究也是未來土壤水分測定研究的發(fā)展趨勢，而且隨著全球環(huán)境問題的不斷日益嚴(yán)峻，土壤中的溶質(zhì)運移、污染物的擴散稀釋、優(yōu)先流等理論研究將受到關(guān)注。

四、工作原理

用時域反射技術(shù)TDR測定土壤水分含量，依據(jù)的是土壤的介電常數(shù)( K) 隨土壤含水量的變化而有規(guī)律地發(fā)生變化這一原則。由TDR主機產(chǎn)生的一個電壓的階梯狀脈沖波沿著在土壤中放置或垂直插入的探針發(fā)射，電壓的階梯狀脈沖波沿探針金屬棒傳播。由于電阻抗的突變，部分能量在金屬棒末端被反射回來，形成TDR反射信號。

頻域反射技術(shù)FDR是根據(jù)傳感器發(fā)出的電磁波在不同介電常數(shù)物質(zhì)中的頻率變化，測量土壤含水量的方法。傳感器的基本工作原理就是一對圓形金屬環(huán)組成一個電容，利用土壤充當(dāng)電介質(zhì)，電容與振蕩器組成一個調(diào)諧電路，傳感器電容量與兩級間被測介質(zhì)的介電常數(shù)成正比關(guān)系。

五、工作特點

根系參數(shù)與土壤水分的同步測定。

六、主要參數(shù)

1.技術(shù)指標(biāo)

1.1★根管尺寸：64mm（標(biāo)準(zhǔn)微根管），其他規(guī)格可以定制；

1.2★測量方式：在微根管內(nèi)非接觸式測量；

1.3 精度：0—40%：±1%； 40—70%：±2%；

1.4 重復(fù)精度：±0.3%；

1.5 電源：5VDC；

1.6 電線長度：3m；

1.7 溫度范圍：-15°C—50°C；

1.8 供電電流：待機時8mA，工作時200mA；

1.9 測量范圍：0-70%；