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土壤中的水分状况是最重要和最常用的土壤信息。它是科学地控制调节土壤水分状况、进行节水灌溉、实现科学用水和灌溉自动化的基础。因此,准确及时地测定土壤含水量对研究土壤水分运动变化规律、精确灌溉和排水有着重要的意义。
本文在查阅了大量国内外相关文献的基础上,通过相关试验,分析了在一定条件下的土壤电导和含水量的关系,得出了单一土壤压实程度基本不变情况下两者的幂函数关系,从而为土壤含水量的实时监测找到一个新的方法,即通过对土壤电导的实时监测间接实现对土壤含水量的监测。
本文主要工作总结如下:
首先,通过理论分析,在二极脉冲法的基础上,提出了双极性脉冲间歇电压法,进一步地回避了土壤和电极的极化效应。
其次,采用了双环形电极的探头,整个探头的制作简单、价格便宜。土壤电导的测量电路采用了反相比例放大电路。由于土壤电导的测量范围宽,使得要采集的信号可能很弱或者很强,为了防止测量过程中的误差,电路中增加了可用单片机实时控制增益的程控放大电路。该电路能够在瞬时调整信号的放大增益,具有很高的精度和较大的动态范围,能够在模数转换前端处理中发挥重要作用。本文还设计了一个基于ARM7的监测系统,可以实现对土壤电导和含水量的实时监测和历史数据采集,利用640×480的LCD显示屏来显示监测到的数据和曲线,并可进行保存和查阅。
土壤电导和含水量的相关试验是本论文研究的关键。为了分析含盐量对相互关系的影响,对固定压实程度下的两种土壤做了电导和含水量的相关试验,得出二者都符合幂函数关系,由于含盐量的影响,使得回归曲线发生了一定的偏移;为了分析压实程度对相互关系的影响,通过固定土壤质量、改变土壤体积的方法来实现对不同压实程度单一土壤的相关试验,也得出三种情况下都符合幂函数关系,由于压实程度的影响,使得回归曲线也发生了一定的偏移。这些相关试验说明,对于压实程度基本不变的单一土壤,电导和含水量符合幂函数关系,可以通过对土壤电导的实时监测来实现对土壤含水量的监测。
最后,设计了土壤水分运动学的两个重要试验:入渗和蒸发试验,以此来验证间接测量含水量的可行性。试验证明,本测试方法对土壤含水量的变化非常敏感,可以实时的反映土壤含水量的变化。在入渗试验中,自制传感器在第2、3层测量结果的均值和ML2X传感器测量值的差值平均值为0.650926%,标准差为0.3571。在蒸发试验中,自制传感器在第2、3层测量结果的均值和ML2X传感器测量值的差值平均值为1.104768%,标准差为0.90503;第四层测量结果和ML2X传感器测量值的差值平均值为1.480146%,标准差为1.50406。由于用于对比的ML2X传感器的测量范围和本监测系统有着很大不同,因此测试系统测的含水量数值的准确性还需要进一步研究证明。