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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(zhǎng)狀況的好壞，因此測(cè)量土壤水分有著重要的實(shí)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(diǎn)，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(shí)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(duì)認(rèn)識(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)潛力；進(jìn)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(cè)量方法綜述

目前我國(guó)水利系統(tǒng)的土壤水分監(jiān)測(cè)，主要使用：

1）傳統(tǒng)的人工土鉆取土、烘干測(cè)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(shí)耗力，不能實(shí)現(xiàn)土壤水分連續(xù)監(jiān)測(cè)。

2）射線法- 中子儀法，適用于監(jiān)測(cè)田間土壤水分動(dòng)態(tài)，套管**安放后不破壞土壤，能長(zhǎng)期定位連續(xù)測(cè)定，不受滯后作用影響，測(cè)深不限，但需要田間校準(zhǔn)是中子法的主要缺點(diǎn)之一。另外，儀器設(shè)備昂貴，一次性投入大。中子法對(duì)土壤采樣范圍為一球體，這使得在某些情況下測(cè)量結(jié)果會(huì)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(shí)域反射儀法，它測(cè)定的精度較高，無放射性且適于長(zhǎng)期定點(diǎn)觀測(cè)。但目前，其價(jià)格仍較高。

4）遙感法，微波遙感雖具有全天時(shí)、全天候、多極化和一定的穿透特性等優(yōu)點(diǎn)，但由于影響土壤水分變化的因素較多，因而遙感監(jiān)測(cè)土壤含水率仍是農(nóng)業(yè)遙感中的一個(gè)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(cè)量土壤含水量的方法，是新近發(fā)展起來的測(cè)定土壤含水量的方法，具有精度高、測(cè)定快速、使用方便、可在線連續(xù)監(jiān)測(cè)、不破壞土壤結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，并且可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)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(cè)量土壤含水量的方法。其優(yōu)點(diǎn)是能夠測(cè)定土壤顆粒中束縛水含量、無需嚴(yán)格的校準(zhǔn)，操作簡(jiǎn)單，受土壤容重、溫度的影響較?。?/span>FDR 探頭可與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器相連，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)；測(cè)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(duì)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(duì)水分分布的影響；農(nóng)田的水分監(jiān)測(cè)等。

2. 植物生理學(xué)，如水分脅迫對(duì)植物生理指標(biāo)的影響；園藝植物水分脅迫生理及耐旱機(jī)制；土壤含水量對(duì)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(kuò)散與離散等等。

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

   此外，各個(gè)學(xué)科的交叉聯(lián)合研究也是未來土壤水分測(cè)定研究的發(fā)展趨勢(shì)，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(yùn)移、污染物的擴(kuò)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(shí)域反射技術(shù)TDR測(cè)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(jī)產(chǎn)生的一個(gè)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(hào)。

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(cè)量土壤含水量的方法。傳感器的基本工作原理就是一對(duì)圓形金屬環(huán)組成一個(gè)電容，利用土壤充當(dāng)電介質(zhì)，電容與振蕩器組成一個(gè)調(diào)諧電路，傳感器電容量與兩級(jí)間被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)成正比關(guān)系。

五、工作特點(diǎn)

根系參數(shù)與土壤水分的同步測(cè)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(cè)量方式：在微根管內(nèi)非接觸式測(cè)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(zhǎng)度：3m；

1.7 溫度范圍：-15°C—50°C；

1.8 供電電流：待機(jī)時(shí)8mA，工作時(shí)200mA；

1.9 測(cè)量范圍：0-70%；