1.概述
桿式土壤水分溫度電導率觀測系統(tǒng)是采用傳感器管式插入式接觸測量的方式獲得土壤指標，常見的桿式的土壤水分觀測屬于FDR（頻域反射）方法。美國Campbell公司新研發(fā)的SoilVUE10 TDR 管式土壤三參數(shù)傳感器則采用的TDR時域反射法。
首先我們先了解一下土壤水分的幾個量：
土壤中水分形態(tài)為固態(tài)水和氣態(tài)水
田間持水率是指土壤中不受地下水影響的條件下，土壤中懸著毛管水達到*大量時的土壤含水率.
土壤含水量一般是指土壤優(yōu)良含水量，即100g烘干土中含有若干克水分，也稱土壤含水率.
這些指標和土壤的類型息息相關，土壤的大致類型如下：
典型土壤水分含量：
土壤類型 | 飽和狀態(tài) | 一般容水量 | 長久調(diào)萎點 | 植物可用水 |
細砂土 | 15－20 % | 3－6 % | 1－3 % | 2－3 % |
砂壤土 | 20－40 % | 6－14 % | 3－8 % | 3－6 % |
粉砂壤土 | 30－50 % | 12－18 % | 6－10 % | 6－8 % |
粘壤土 | 40－60 % | 15－30 % | 7－16 % | 8－14 % |
粘土 | 40－70 % | 25－45 % | 12－20 % | 13－20 % |
土壤水的運動和存儲：
2.土壤含水量的測量方法：
TDR(時域反射法）
TDR是根據(jù)探測器發(fā)出的電磁波在不同介電常數(shù)物質(zhì)中的傳輸時間的不同,而計算出被測物含水量。電磁波的傳播速度與傳播媒體的介電常數(shù)有密切關系,而土壤基質(zhì)、水和空氣的介電常數(shù)有很大差異(20℃時,水的介電常數(shù)為80,空氣的介電常數(shù)為1,干燥土壤的介電常數(shù)介于3～7)。故土壤含水量的變化對介電常數(shù)有明顯的影響,由此電磁波的傳播速度,便可確定其含水量。
FDR(頻域反射法）
FDR型土壤水分監(jiān)測儀是一種利用LC電路的振蕩，根據(jù)電磁波在不同介質(zhì)中振蕩頻率的變化來測定介質(zhì)的介電常數(shù)ε，進而通過一定的對應關系反演出土壤水分θv的儀器。
3. EnviroPro 桿式土壤水分溫度電導率傳感器EP100G
土壤水分分辨率: 0.01%
土壤鹽分分辨率: 0.001 dS/m
土壤溫度分辨率: 0.01 °C
土壤水分精度: +/- 2% @ 0% VWC to 50% VWC
土壤鹽分測量范圍: 0 to 6 dS/m*2
土壤鹽分精度: +/- 5% @ 0 to 4 dS/m
+/- 5% @ 10% to 30% VWC
土壤溫度精度: +/- 1 °C @ 25 °C
信號輸出: SDI-12
供電: +6 to +15 VDC
工作溫度: -20 to +60 °C
功耗： 0.1mA 靜態(tài) 1mA 測量/單個測點
測點間距：每10cm一層
型號選擇：EP100G-04（4個測點）；EP100G-08（8個測點）；EP100G-12（12個測點）；EP100G-16（16個測點）
4.Stevenswater 桿式土壤水分溫度傳感器 GroPoint Profile
土壤水分：
測量范圍：0%-99%
精度：0.5%
土壤溫度：
測量范圍：-20°C to +70°C
工作溫度：-40°C to +85°C
精度：±0.5 °C
信號輸出：SDI-12(RS-485)
供電：6 - 14 VDC, *大18 VDC
防水：IP66/IP68
傳感器測量間距：每15cm一層
型號選擇：
GroPoint Profile 2（2層測點）
GroPoint Profile 3（3層測點）
GroPoint Profile 4（4層測點）
GroPoint Profile 5（5層測點）
GroPoint Profile 6（6層測點）
GroPoint Profile 8（8層測點）
5.SOILVUE10-管式TDR土壤水分傳感器
SoilVUE™10是美國Campbell公司研發(fā)的一體式剖面TDR土壤水分傳感器，采用TrueWave™TDR技術，專為環(huán)境研究人員及環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡而設計，可同時測量一個剖面多個測點的土壤水分、溫度、電導率。對于有相似需求的科研人員來說，SoilVUE™10的出現(xiàn)是一個值得關注的優(yōu)選。
坎貝爾科學公司專有的TrueWave™TDR技術，采用較佳的波形上升時間和*的波形分析技術來測定高頻脈沖的真實行程時間。這一過程實現(xiàn)了高分辨率，能得到平滑的測量信號，優(yōu)于其他TDR測量技術，并非所有基于TDR的傳感器都能獲得同樣好的測量結(jié)果。
技術特點及優(yōu)勢
l 一個傳感器可同時測量9層（1米規(guī)格）或6層（0.5米規(guī)格）土壤水分、介電常數(shù)、電導率和土壤溫度。
l 簡易快速的安裝。
l 1.4版本SDI-12輸出信號，兼容大部分數(shù)據(jù)采集器。
l 專為長期戶外安裝設計。
詳細說明
SOILVUE™10由TDR電路組成，連接到六或九個螺旋波導，構成整個螺紋設計的一部分。螺紋設計中內(nèi)置的單個傳感器改善了傳感器與土壤的接觸，減少空氣間隙照成的潛在誤差。TDR電路產(chǎn)生用于螺旋波導的短上升時間電磁脈沖，利用外加脈沖經(jīng)過的雙向行程時間來計算周圍介質(zhì)的介電常數(shù)，并用混合模型確定體積含水量。
土壤水分剖面?zhèn)鞲衅骺梢杂脴藴实?/span>5cm直徑手鉆打孔來安裝。不需要挖掘機械或昂貴的定制工具。
電纜和傳感器之間采用防水等級IP67的航空插頭連接，方便更換。
6.土壤水分站站點應用：
數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與合理性檢查的重要保障
實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理
方便各級用戶使用管理
不需要固定計算機,不需要安裝特殊軟件
節(jié)省現(xiàn)場收集,數(shù)據(jù)管理的人力物力
工作原理導圖：
? 在底層搭建基礎數(shù)據(jù)平臺
? 在WebGIS（天地圖）平臺基礎上搭建應用系統(tǒng)
? 將應用系統(tǒng)劃分前后臺，前臺（首頁+中心站頁+地方站頁）用于應用展示，后臺用于維護管理
? 支持PC或者手機（android瀏覽器，手機UC瀏覽器）在任何有網(wǎng)絡的地方在線瀏覽
土壤水分站管理平臺：
無線傳輸功能：
界面顯示
登陸后的界面：有首頁，數(shù)據(jù)，預警，公告，管理，幫助等選項?？梢灾苯硬樵兡骋粫r間，某一站點，樣地的數(shù)據(jù)信息。
進入“數(shù)據(jù)”選項，界面左側(cè)為站點。樣地下拉選項，右側(cè)為時間選項，能夠詳細觀測某時某站點樣地的數(shù)據(jù)列表、折線圖、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等信息，并可導出已選時間、樣地的.csv文件。
數(shù)據(jù)折線圖:
數(shù)據(jù)列表：
土壤水分觀測系統(tǒng) 數(shù)據(jù)管理平臺
數(shù)據(jù)傳輸與管理
界面顯示：
進入“預警”界面，能夠清楚的看到通訊異常的站點、樣地。
“管理”界面，首頁左側(cè)有“用戶管理”“閾值管理”“監(jiān)測站信息”“歷史數(shù)據(jù)”“公告管理”“數(shù)據(jù)上報管理”選項，首頁右側(cè)為所有“系統(tǒng)管理員”和“臺站用戶信息”
在“監(jiān)測站信息”界面，系統(tǒng)管理員可以對站點、樣地信息進行修改，查看。
在“公告管理”界面里，系統(tǒng)管理員可以添加公告和查看公告信息
數(shù)據(jù)信息可按照年份，時間段批次上報。系統(tǒng)管理員可以對上報的數(shù)據(jù)信息進行查看、刪除等管理。
7.參考文獻：
1.半干旱黃土丘陵區(qū)土壤水分生長季動態(tài)分析-徐志堯 ， 張欽弟 ， 楊磊
2.不同土質(zhì)土壤水分運移規(guī)律研究-王蘇玉
3.基于有效*大含水量的土壤水分監(jiān)測優(yōu)化布設方法-王珊， 胡振華
4.土壤水分時間穩(wěn)定性研究進展-藺鵬飛 ， 朱喜 ， 何志斌
5.土壤水分波動對高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)CO2和N2O排放的影響-王瑞， 王平 ， 高永恒
