太阳能供电的土壤剖面水分动态原位自动监测系统的研制

• 作者: 向阳 于淞 徐嫱 程相林 朱玉帆 劳彩莲 颜小飞 程强
• 来源期刊: 农业工程学报
• 关键词: 土壤水分 传感器 土壤剖面 低功耗 太阳能供电 原位自动监测
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 所属期刊栏目: 农业水土工程|Soil and Water Engineering
• 页码范围: 150-157
• 页数: 8页
• 分类号: TS210.4
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.07.018

摘要

目前,商业化的土壤水分传感器在野外观测土壤剖面含水率时仍然存在测量深度不可调节、多传感器探头之间的互换误差、野外长期监测供电困难、成本较高等问题.为此,该研究设计并研制了一种太阳能供电的可实现野外长期工作的介电管式土壤剖面水分原位自动监测系统.该系统组成包括:传感器模块、主控模块、太阳能供电模块和参数设置软件.测量时,先将PVC管垂直安装至待测土壤中,安装过程不扰动土壤结构,主控与存储模块控制土壤含水率传感器在PVC管中上下移动测量土壤含水率,并同步记录土壤深度.此外,该系统可以根据实际需求通过PC机参数设置软件进行灵活设定测量参数(传感器测量深度、测量深度间隔和测量周期).针对该系统的性能与测量精度开展了相关测试与观测试验,功耗测试结果表明该系统待机功率为0.35 W,工作功率为1.4 W,太阳能电池板最大输出功率为5 W,太阳能电池板和锂电池配合供电的情况下能实现长时间续航;土壤含水率传感器在砂土和粉壤土中的标定试验表明:该系统测量结果与实际土壤体积含水率高度吻合,标定曲线决定系数R2均大于0.99;经过校正后,该系统探头深度定位的标准偏差在0.2 cm以内.在两种质地土壤的滴灌试验结果表明:该系统分别在6和15 mL/min两种滴水速率下均能准确获取土壤剖面含水率的动态变化过程,为观测作物生长状态和根区水分变化、制定合理的灌溉策略以及研究并检验土壤入渗水动态模型提供了可靠的技术支持和保障.