１测量原理和结构传统的采土烘干法，以及电阻法、石膏电极法、土壤水分传感器法、中子探测法等 在土壤水分探测中的应用，使土壤含水量的测量得到进一步的发展。土壤水分测量最经典、最标准 、最直观的方法，是取土烘干法，即重量法。以重量法为基准，可确定各种测量方法的误差和使用 范围。此法最大缺点是破坏土壤结构，费工费时，不能长年积累某一观测点的动态水分资料，在应 用上受到极大的限制。石膏电极法和电阻法观测土壤水分，至今没有统一的标准和定型产品，仍需 要进一步提高精度和稳定性。土壤水分观测常用的两种方法是中子法和土壤水分传感器法。两种均 为传感器法，在田间传感器的分布和深度，应具有代表性，这样才能反映整块田地的含水量情况。 中子探测土壤水分法，详见文献［１］。
土壤水分传感器，按不同作物根系分布深度来选择塑料连 接杆的长度。集气管上有注水口，使用时打开橡皮塞，注满水后再塞紧，当管中气体排出后将陶土 头埋入土中，土壤水通过多孔陶土头内膜的渗透传递，使传感器内产生负压，可获得０～８５ｋＰ ａ范围内的信号（见文献［２］）。土壤水吸力并不是土壤对水的吸力，而是水分进入土壤后受到 各种力作用后的综合表现。土壤毛细管水的移动方向是：从势能大向势能小的方向移动，从质地粗 向质地细的土层移动，从植物根系集中层向土壤表面蒸发层移动，从吸力小向吸力大的地方移动。 土壤不同、作物不同，土壤水吸力的大小也不一样，应根据具体情况来确定土壤水吸力与土壤含水 量的关系。土壤含水量越少，吸力越大；含水量越多，吸力越小。因此常把土壤水负压吸力作为土 壤含水量的相对指标。２参数的计算和零位的确定参数的计算和零位确定见图１和图２。图１是传 感器在土壤中原位测定土壤水分吸力的实际示意图，此图有两个输出口：一个接Ｕ型管水银负压计 ，另一个接压阻传感电流变送器。水分传感器的输出一般有３种显示法：一是接电接点真空表（或 负值压力表），二是接压阻传感器或压阻传感电流变送器，三是接Ｕ型管水银负压表（如图１的左 半部分所示）。一般把接口放在压阻传感器的位置。图１也是校正压阻传感器的一种实际接法。惠 斯顿有源电桥压阻传感器的体积很小，不会扰乱原被测液体，其等效电路如图１右上部分所示。它 是采用硅横向电压变技术制作的力敏器件，４个力敏电阻组成惠斯顿全桥。在激励源即接入端接一 定的恒压源或恒流源的条件下，不受吸力作用时，电桥处于静止平衡状态；当水分传感器的陶土头 内膜两边水分传递渗透交换时（通常，水分传感器内的水通过内膜向土壤中传递渗透），水分传感 器内的吸力发生变化，引起硅片上电桥电阻发生变化，产生电位差值，此值的大小与吸力的大小成 正比。例如某一型号某一只压阻传感器在吸力为零时产生静态输出电位差为３．２ｍＶ，在８０ｋ Ｐａ吸力时产生８６ｍＶ电位差。压阻传感器供电电源用直流，一般近距离测量时用电压源同时供 给多个传感器；测量距离远、精度要求高时用恒流源，每只只供给一个传感器使用。选择恒流源还 是恒压源要根据具体情况来决定。压阻传感器的零点和满度及线性的标定，使ＬＥＤ显示值精度大 大提高。水分传感器集气管的上端是橡皮塞封口，橡皮塞外还有一个塑料盖，用于紧固橡皮塞，橡 皮塞中间留有一个小孔，上端下来的玻璃管插入其间，然后用７０４胶密封。玻璃管的最上端是一 个注水口，另一端开口通向大气，中间是水银柱指示计，水银管的后面是木板支架，用于插入土中 。Ｕ型管的中间有刻度，中间是零点，当水银柱两边压力相等时平衡于零点。土壤水分含量越小， 吸力越大，水银指示器的右边升高（即图２中的ｈ１增大），左边下降（ｈ２增大），水银上升和 下降的高度和为吸力值。当水分传感器内的水位接近或低于集气管的下端时，水分传感器的负压吸 力值已达到极值，此时打开玻璃管的最上端橡皮塞，向管内注水，待塞紧平衡后，继续观测吸力。 按国际标准，土壤水负压吸力称为土壤水势，单位为ｋＰａ，水银柱高度单位为ｃｍ，应用时应该 换算成ｋＰａ值。Ｕ型管水银负压计刻度越细，其精度越高，通常可读到０．１ｋＰａ。实际土壤 水分吸力即土壤水势的计算公式为－ｐ＝（ｈ１＋ｈ２）×１．３３３－０．０９８（ｈ１＋Ｈ） ｈ１、ｈ２、Ｈ的单位是ｃｍ，ｐ的单位为ｋＰａ。上式为土壤水势计算的精确公式。实际应用中 ，一般在田间测量土壤水势，不可能只用一支水分传感器，特别是测量土壤水势空间分布和大片田 块的水势时，需用多支水分传感器。在某一状态下，Ｈ高度值通常是固定的，一般为１００ｃｍ左 右，ｈ１最大变化值为３０ｃｍ左右（这里ｈ１是指水银柱升高ｈ１后，玻璃管中ＣＤ段原来是水 的ｈ１高度被升高占领的水银的高度），在粗略分析土壤水势时，可忽略这一项，估算和相对比较 分析时用－ｐ＝（ｈ１＋ｈ２）×１．３３３即可。当有量筒存在时，图２中的量筒中注满水，即 量筒中的水位达到Ｂ点，且Ｂ点和Ｃ点的高度重叠，即Ｂ点和Ｃ点在同一高度时，此时零位即土壤 水分传感器的零位点。Ｕ型管水银指示为０，即水银柱两边平衡，ｈ１＝ｈ２＝０，Ｈ＝０。Ｈ值 的消除是由于量筒中注满了水，达到Ｂ点，Ｂ点与Ｃ点一样高。另一种调零的方法是，将量筒中的 水位注入至Ａ点水位时，Ａ点和Ｃ点重叠，使Ｈ值直接等于０。当量筒注入水至Ａ点，Ａ点与Ｃ点 之间的高度为Ｈ时，此时的吸力值为水分传感器的静水压力值。－ｐ＝（ｈ１＋ｈ２）×１．３３ ３－０．０９８（ｈ１＋Ｈ）例如：田间一个水分传感器，某天某时观测到，ｈ１＝１６．７ｃｍ ，ｈ２＝１６．１ｃｍ，Ｈ＝１００ｃｍ，则实际表示土壤中Ａ点深度的土壤水势为－ｐ＝３２． ２９ｋＰａ３监测应用举例水分传感器在水分测量中，如果将Ｕ型管水银指示部分换成压阻传感器 为二次传感的数字化土壤水分测量装置，即可实现数字化，直接显示土壤水分吸力值。二次传感器 具有数字化的优越性，然而二次传感本身有一个误差和精度问题。图１所示土壤水分吸力测试图是 在温室试验地进行的，不具有保温的功能，但四周和顶部设有铁丝网保护，构成一个铁网的全封闭 状态。用Ｕ型管水银指示来标定ＲＹＹ４－１土壤湿度计，其结果如下表所示。表水分传感器在田 间用Ｕ型管水银指示标定ＲＹＹ４┐１型土壤湿度计（Ｈ＝５５ｃｍ）测量日期测量时间天气状况 温度／℃水银柱地点一地点二ｈ１／ｃｍｈ２／ｃｍ吸力值／－ｋＰａ仪器读数／－ｋＰａ相对误 差１９９７．１０．１６０８∶３０晴１７２０．５１５．０１７．２３６．０６３７－０．０２ ６１９９７．１０．１６１７∶００晴２２２６．０１５．３１７．６３６．９７３８－０．０２ ８１９９７．１０．１７０８∶３０晴２０２２．０１７．３２１．０４３．９７４４－０．００ １１９９７．１０．１７１７∶００晴２５２７．８１６．９１９．６４１．６１４３－０．０３ ３１９９７．１０．１８０８∶３０晴１９２２．３１８．３２１．４４５．７４４７－０．０２ ８１９９７．１０．１８１７∶００晴２４２８．０１８．１２１．２４５．２２４７－０．０３ ９１９９７．１０．１９０８∶３０晴１９２２．４１９．０２２．２４７．６７４８－０．００ ７１９９７．１０．１９１７∶００晴２４２８．０１８．６２１．７４６．５１４８－０．０３ ２１９９７．１０．２００８∶３０晴２３２３．２１９．７２３．０４９．５９５１－０．０２ ８１９９７．１０．２０１７∶００晴２９３０．５１８．５２２．６４７．５８４９－０．０３ ０１９９７．１０．２１０８∶３０小雨２４２４．５１９．５２２．７４８．９５５１－０．０ ４２１９９７．１０．２１１７∶００大雨１８２５．９１９．１２２．４４８．０６４９－０． ０２０１９９７．１０．２４０８∶３０阴１８２１．０２４．４２３．９５６．６０５６＋０． ０１１１９９７．１０．２４１７∶００阴１７２１．０２５．９２５．５６０．５９６０＋０． ０１０１９９７．１０．２５０８∶３０雨１４１７．６２７．６２７．３６５．０９６５＋０． ００１１９９７．１０．２５１７∶００雨９１４．５２７．８２７．４６５．４７６４＋０．０ ２２１９９７．１０．２６０８∶３０晴１２１５．５２８．２２８．０６６．７６６５＋０．０ ２６１９９７．１０．２６１７∶００晴１５２０．０２８．０２７．７６６．１１６５＋０．０ １７１９９７．１０．２７０８∶３０晴１２１６．８２８．６２８．３６７．６６６６＋０．０ ２５１９９７．１０．２７１７∶００晴１４１９．８２３．３２８．１６７．０２６７＋０．０ ００注：相对误差＝（吸力值－仪表读数）／吸力值。平均相对误差为－０．９９％。水分传感器 埋设在试验地（地点一），压阻传感电流变送器连接导线长１０００ｍ，而其仪器放在玻璃房内（ 地点二），两个地点的温度不一样。每次测量水银柱吸力值与仪器显示值有一个相对误差，表中的 平均相对误差为－０．９９％。用回归方程来表示，设仪器值为Ｙ，水银吸力值为Ｘ，则其方程为 Ｙ＝４．８６０＋０．９１５Ｘ相关系数ｒ＝０．９９７线性方程的使用范围为３５～７０ｋＰａ 。此方程虽然是在田间实测的一部分，但还不完整。这是在埋设水分传感器时，有目的的将Ｂ、Ｃ 点重叠，一是为使Ｕ型管的Ｈ值与压阻传感器位置Ｂ点水位高度值相等，且为静水压力值；二是水 分传感器仅埋设深１４ｃｍ左右，由于埋设较浅，土壤水分吸力变化特别快，在吸力参数较小时最 不易读准数。即参数的标定是在最差的埋设深度条件下进行的，这样得出的结论，具有更高的保守 系数，其精度更高，可靠性更好。如果埋设深度在３０ｃｍ左右，观测时间将更长（需经南方的雨 季和旱季），则回归方程中的截距会更小，接近于零，即回归方程更接近理想的误差值。４结语土壤水分传感器一般用于测量土壤水势，指导农作物生长，也用于检测土壤水分的动态变化和分布。土壤水分传感器的最大优点是田间原位测定，快速准确，不破坏土壤结构，价格低，安全可靠，便于长期观测积累资料。土壤水分传感器参数的计算和零位确定及监测@陈本华@杨苑璋@张佳宝$
More reviews about the 土壤水分传感器参数的计算和零位确定及监测