土壤水分的两种表达方式

土壤水分检测转换电路的设计!

白泽生

（延安大学物理与电子信息学院，陕西延安!"#$$$）

摘!要：在土壤水分检测的各种方法中，传感器法具有许多优点。设计了一种土壤水分检测转换电路，并阐述了电路组成和工作原理。试验表明：利用本电路测量土壤含水量的分辨力为59:;，与烘干称重法测量值的差值在7;以内，具有测量准确度高、测量速度快、显示直观、价格低廉、操作方便的特点。关键词：土壤水分；传感器；检测转换电路；设计

中图分类号："<4:4!!!文献标识码：=!!!文章编号：:555>8?@?（4556）58>556A>54

%&’()*+,’-(./0(*)/(1/2(.+,’+(34+(’.21&5&.&/.(+*!

=BCD*E&1*%3

（6+33&)&+,708’(/’9*5&3&/.1+*(/(*,+149.(+*，:9*9*;*(<&1’(.8，:9*9*!"#$$$，60(*9）

=>’.19/.：F*%&-#0*/1-’&1$G*0$%.$’G$%/$3*&,%&-,20-,&/(#*’*/*)/,-%)-0H$

土壤水分检测转换电路的设计!

白泽生

（延安大学物理与电子信息学院，陕西延安!"#$$$）

摘!要：在土壤水分检测的各种方法中，传感器法具有许多优点。设计了一种土壤水分检测转换电路，并阐述了电路组成和工作原理。试验表明：利用本电路测量土壤含水量的分辨力为59:;，与烘干称重法测量值的差值在7;以内，具有测量准确度高、测量速度快、显示直观、价格低廉、操作方便的特点。关键词：土壤水分；传感器；检测转换电路；设计

中图分类号："<4:4!!!文献标识码：=!!!文章编号：:555>8?@?（4556）58>556A>54

%&’()*+,’-(./0(*)/(1/2(.+,’+(34+(’.21&5&.&/.(+*!

=BCD*E&1*%3

（6+33&)&+,708’(/’9*5&3&/.1+*(/(*,+149.(+*，:9*9*;*(<&1’(.8，:9*9*!"#$$$，60(*9）

=>’.19/.：F*%&-#0*/1-’&1$G*0$%.$’G$%/$3*&,%&-,20-,&/(#*’*/*)/,-%)-0H$

土壤水分生态指标测定方法

1．林地土壤渗透性测定 采用单环定量加水法测定： 测定步聚：

(1)选择样地，扒走枯落物层，整平地面，(山地要整一小平台)。按土壤发生层次朋g 进行测定。 (2)把渗透筒垂直插入土中至下部刻度线(入土深度lcm左右)

(3)用量筒盛水(记录水温)100ml缓缓倒入渗透筒内(同时开始记时)，等水全部渗入土中、记录起始时间。 (4)马上再倒入l00ml水，重复(3)的操作，重复4次，倒水共4次，渗水量共计 400ml。 (5)沿渗透筒中部挖一垂直剖面、观测记录土壤中渗透锋面的深度。 (6)渗透速度及渗透系数的计算： ①渗透速度(V) 10×qi(ml) Vi(mm/min)=

S(cm2)×ti(min)

V(mm/min)＝10×q(ml)／s(cm2)×t(min)

式中Vi、qi、ti分别为每次重复测定的渗透速 度，渗水量，及渗透时间。V、q、t分别为 四次重复测定的平均渗透速度，总渗水量和渗透总时间。S为渗透筒断面积。 ②渗透系数(K)

描述土壤水分的基本组成等知识。

描述土壤水分的基本组成等知识。

水：自然界最奇异的物质 水：液态金子水对人类本身的重要性： 例：人的身体一年大约需要一吨水来维持健康和生命。 水是农业之本： 每生产一吨粮食约需1000吨水，近年来世界粮食产量 下降，干旱和水源不足是其中的重要原因之一 民以食为天——民以水为天

描述土壤水分的基本组成等知识。

描述土壤水分的基本组成等知识。

地球上水分贮量及其严峻性地球上的总水量-“缸”,淡水-“瓢”,可利用水-

“勺”地球上的淡水总贮量约为0.39亿km3,淡水占全球水量 的0.014%。其中被冰雪封存和埋藏在地壳深层的水有 0.349亿km3 可供人类生活和生产的循环水总贮量只有0.041亿km3,

仅占总淡水量的10.5%。在0.041亿km3的淡水中，除循环地下水(占95.12%)和湖泊水(占2.95%)超过土壤水

(1.59%)外，土壤贮水量明显大于江河水(0.03%)和大气水(0.34%)的贮量。

描述土壤水分的基本组成等知识。

联合国粮农组织1995年指出，到2000年全球各大洲人 均占有水资源最少的是亚洲，只有3300m3。 我国水资源总量丰富，为2.8万亿m3,居世界第6位。 但因人口过多，人均占有量只有2300m

自动土壤水分观测规范

（试行）

中国气象局综合观测司

自动土壤水分观测规范（试行）

前言

自动土壤水分观测规范分八个章节，包括：自动土壤水分观测的基本任务、观测方法、技术要求以及观测记录的处理方法，观测仪器的工作原理、安装、操作、维护与田间标定方法等内容。

本规范既对自动土壤水分观测仪器生产厂家的设备生产、安装、维护、标校等提出具体要求，又规范台站对仪器的使用方法、明确仪器在标校过程中进行人工对比观测取土的要求，目的是为了使安装在作物地段和固定地段的自动土壤水分观测仪能够顺利投入业务化运行，为农业气象干旱监测服务，发挥项目建设效益。

本规范适用于利用频域反射法（FDR：Frequancy Domain Reflection）原理来测定土壤体积含水量的自动土壤水分观测仪。

本规范由中国气象局综合观测司组织、中国气象局气象探测中心编写，国家气象中心、河南省气象局、湖北省气象局等单位参与了编写工作。

—I—

自动土壤水分观测规范（试行）

目 录

前言 .................................................................................................

土壤水分类型、吸水原理及循环过程

农谚说：“有收无收在于水，多收少收在于肥”。水是农业的命脉。土壤水是土壤的重要组成物质之一，也是土壤肥力的重要因素和作物所需水分的主要供给源。土壤水数量和存在状态如何，不仅影响水分的运动和作物的吸水状况，而且决定着土壤的物理、化学和生物学性质，最终影响农作物的产量。保护性耕作技术措施的运用，都是为了有效地控制、调节和管理土壤水分状况，使土壤水分随时处于最适宜于作物生长发育状态，以促进作物的稳产、高产。

一、土壤吸水原理及水分类型

土壤能够保持水分，主要是由两种不同吸力的作用。一种是土粒和水分子之间的吸附力简称土壤吸附力；另一种是水分和空气界面上的弯月面力，又称毛管力。土壤所能够保持的水分称为土壤水分。土壤水可分为吸湿水、膜状水、毛管水和重力水四种类型。

吸湿水土壤依靠土粒与水分子之间很强的分子吸引力，把土壤空气或大气中的水分子吸收和固定在土粒表面成为一层很薄的水膜，称为吸湿水，土壤具有吸附水气中水分子的能力称为土壤的吸湿性。在水气饱和的空气中，土壤吸湿水达到最大量称为最大吸湿量或最大吸湿系数。土壤吸湿水量的大小，主要决定于土粒表面积大小、腐殖质含量多少和空气湿度的高低。土壤质地越粘，腐殖质含水量越多、空气湿度

自动土壤水分观测业务质量考核办法

（试行）

一、目的和要求

土壤水分观测是农业气象业务服务工作的一个重要组成部分，自动土壤水分观测是农业气象业务自动化的一部分，其质量考核的目的在于及时了解仪器的运行状况，保证测定数据的连续性、准确性并及时传输，为更好地开展农业气象服务提供保障。

质量考核必须坚持实事求是的工作态度,严格按照本办法进行考核，严禁弄虚作假。

此办法适用于自动土壤水分观测站。 二、考核范围

（一）观测：与自动土壤水分观测站进行同步观测的人工观测和自动土壤水分观测站出现故障时进行的人工补测。

（二）操作：对自动土壤水分观测站的巡视、维护和人工观测资料的输入。

（三）报表制作：自动土壤水分观测月报表的生成、预审。 三、考核内容和统计方法 （一）重大差错

1.伪造、擅自更改数据记录：伪造是指凭空捏造数据记录；擅自改动是指为掩盖错情而擅自修改数据记录致使记录失真。每发生一次计15个错情。

2．丢失数据：丢失数据是指人为造成数据库信息丢失且无

法从备份数据文件得到恢复的现象，每次计10个错情。

（二）观测错情

1．用烘干称重法进行观测的错情：依照《农业气象观测质量考核办法》（试行）计算。

2．用便携式自动土壤水分观测仪进行观测的错情：凡量测错

土壤含水量(soil moisture content)的表示方法

1 质量含水量：土壤中所含水质量与烘干土质量的比值。

土壤质量含水量（%）=

用数学公式表示为：

式中：θm——质量含水量（自然含水率或绝对含水量）（%）；

w1——湿土质量； w2——烘干土质量。

2 容积含水量：单位土壤总容积中水分所占的容积分数。

土壤容积含水量（%）=其数学表达式为：

式中：θv——土壤实际含水量的体积百分率，（%）； Vs——土壤总体积，cm3； Vw——水所占的体积，cm3。

土壤含水量的质量含水量与容积含水量之间的换算关系如下：

式中：ρ——土壤容重，g/cm3。

多数土壤密度（容重）在1~1.8之间，沙质土密度多在1.4~1.7g/cm3，壤质土在前两者之间

3 相对含水量(relative moisture)：指土壤含水量占田间持水量的百分数。

土壤相对含水量（%）=

4 土壤水层厚度： 指一定面积一定土层厚度的土壤中所含土壤水量相当于相

同面积下水层的厚度，多用mm 表示。

式中：Tw——水层厚度，mm； Ts—

对渭北旱塬不同种植年限和不同产量苹果园的土壤垂直深度含水量进行了研究。结果表明,不同种植年限的果园中,0-1 m的土层水分变化明显,随土壤深度的增加土壤含水量下降较快;在1-2 m土层中,含水量随土壤深度加深逐渐降低,随种植年限的增加也逐渐降低,且变化明显;2-8 m土层中各种植年限的不同深度土壤含水量变化不大,种植年限越长含水量越小,且不同年限果园之间的差异明显;10-15 m土

第 2 9卷第 1期 21 0 1年 1月

干旱地区农业研究Ag i u t r lRe e r h i h i e s r c lu a s a c n t e Ar d Ar a

V0 . 9 No. 12 1

J n.01 a 2 1

渭北旱塬不同种植年限苹果园土壤水分的变化特征邹养军，陈金星马锋旺折小锋2党志明屈军涛，,,,( .北农林科技大学园艺学院，西杨凌 720; .西省洛川县果树研究所，西洛川 7 70 ) 1西陕 110 2陕陕 240

摘要：渭北旱塬不同种植年限和不同产量苹果园的土壤垂直深度含水量进行了研究。结果表明，同种对不植年限的果园中， 0~1m的土层水分变化明显，土壤深度的增加土壤含水量下降较快； 1~2I土层中，水量 随在 T I

GStar-Ｉ(C) 自动土壤水分观测仪

使用说明书

中国电子科技集团公司第27研究所 河 南 省 气 象 科 学 研 究 所

2009-09

1

目 录

一、 SDRC型太阳能电源控制器 二、 蓄电池 三、 探测器 四、 数据采集器 五、 调试软件 六、 维护与故障排除 七、 太阳能电池板参数2

一、 SDRC-10Ⅰ太阳能电源控制器

太阳能电池充 电指示灯（1） 系统状态指示灯（2） 负载指示灯（3） 蓄电池模式 数字LED指示 负载开关

图1 控制器面板图

太阳能电源接口 蓄电池接口 负载接口 1主要特点：

（1） 使用了单片机和专用软件，实现了智能控制；

（2） 利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲

线修正的控制点，消除了单纯的电压控制过放的不准确性，符合蓄电池固有的特性，即不同的放电率具有不同的终了电压。

（3） 具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制；

以上保护均不损坏任何部件，不烧保险；

3

（4） 采用了串联式PWM充电主电路，是充电回路的电压损失较使用二极管的

充电电路降低近一半，充电效率较非PWM高3%-6%，