1.概述
桿式土壤水分溫度電導(dǎo)率觀測(cè)系統(tǒng)是采用傳感器管式插入式接觸測(cè)量的方式獲得土壤指標(biāo)，常見的桿式的土壤水分觀測(cè)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(shí)域反射法。
首先我們先了解一下土壤水分的幾個(gè)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(dá)到*大量時(shí)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(biāo)和土壤的類型息息相關(guān)，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(zhǎng)久調(diào)萎點(diǎn) | 植物可用水 |
細(xì)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(yùn)動(dòng)和存儲(chǔ)：
2.土壤含水量的測(cè)量方法：
TDR(時(shí)域反射法）
TDR是根據(jù)探測(cè)器發(fā)出的電磁波在不同介電常數(shù)物質(zhì)中的傳輸時(shí)間的不同,而計(jì)算出被測(cè)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(guān)系,而土壤基質(zhì)、水和空氣的介電常數(shù)有很大差異(20℃時(shí),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(duì)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(cè)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(cè)定介質(zhì)的介電常數(shù)ε，進(jìn)而通過一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系反演出土壤水分θv的儀器。
3. EnviroPro 桿式土壤水分溫度電導(dǎo)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(cè)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(hào)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(cè)量/單個(gè)測(cè)點(diǎn)
測(cè)點(diǎn)間距：每10cm一層
型號(hào)選擇：EP100G-04（4個(gè)測(cè)點(diǎn)）；EP100G-08（8個(gè)測(cè)點(diǎn)）；EP100G-12（12個(gè)測(cè)點(diǎn)）；EP100G-16（16個(gè)測(cè)點(diǎn)）
4.Stevenswater 桿式土壤水分溫度傳感器 GroPoint Profile
土壤水分：
測(cè)量范圍：0%-99%
精度：0.5%
土壤溫度：
測(cè)量范圍：-20°C to +70°C
工作溫度：-40°C to +85°C
精度：±0.5 °C
信號(hào)輸出：SDI-12(RS-485)
供電：6 - 14 VDC, *大18 VDC
防水：IP66/IP68
傳感器測(cè)量間距：每15cm一層
型號(hào)選擇：
GroPoint Profile 2（2層測(cè)點(diǎn)）
GroPoint Profile 3（3層測(cè)點(diǎn)）
GroPoint Profile 4（4層測(cè)點(diǎn)）
GroPoint Profile 5（5層測(cè)點(diǎn)）
GroPoint Profile 6（6層測(cè)點(diǎn)）
GroPoint Profile 8（8層測(cè)點(diǎn)）
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(shù)，專為環(huán)境研究人員及環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)，可同時(shí)測(cè)量一個(gè)剖面多個(gè)測(cè)點(diǎn)的土壤水分、溫度、電導(dǎo)率。對(duì)于有相似需求的科研人員來說，SoilVUE™10的出現(xiàn)是一個(gè)值得關(guān)注的優(yōu)選。
坎貝爾科學(xué)公司專有的TrueWave™TDR技術(shù)，采用較佳的波形上升時(shí)間和*的波形分析技術(shù)來測(cè)定高頻脈沖的真實(shí)行程時(shí)間。這一過程實(shí)現(xiàn)了高分辨率，能得到平滑的測(cè)量信號(hào)，優(yōu)于其他TDR測(cè)量技術(shù)，并非所有基于TDR的傳感器都能獲得同樣好的測(cè)量結(jié)果。
技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
l 一個(gè)傳感器可同時(shí)測(cè)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(dǎo)率和土壤溫度。
l 簡(jiǎn)易快速的安裝。
l 1.4版本SDI-12輸出信號(hào)，兼容大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器。
l 專為長(zhǎng)期戶外安裝設(shè)計(jì)。
詳細(xì)說明
SOILVUE™10由TDR電路組成，連接到六或九個(gè)螺旋波導(dǎo)，構(gòu)成整個(gè)螺紋設(shè)計(jì)的一部分。螺紋設(shè)計(jì)中內(nèi)置的單個(gè)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(dǎo)的短上升時(shí)間電磁脈沖，利用外加脈沖經(jīng)過的雙向行程時(shí)間來計(jì)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?biāo)準(zhǔn)的5cm直徑手鉆打孔來安裝。不需要挖掘機(jī)械或昂貴的定制工具。
電纜和傳感器之間采用防水等級(jí)IP67的航空插頭連接，方便更換。
6.土壤水分站站點(diǎn)應(yīng)用：
數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與合理性檢查的重要保障
實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理
方便各級(jí)用戶使用管理
不需要固定計(jì)算機(jī),不需要安裝特殊軟件
節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)收集,數(shù)據(jù)管理的人力物力
工作原理導(dǎo)圖：
? 在底層搭建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)
? 在WebGIS（天地圖）平臺(tái)基礎(chǔ)上搭建應(yīng)用系統(tǒng)
? 將應(yīng)用系統(tǒng)劃分前后臺(tái)，前臺(tái)（首頁+中心站頁+地方站頁）用于應(yīng)用展示，后臺(tái)用于維護(hù)管理
? 支持PC或者手機(jī)（android瀏覽器，手機(jī)UC瀏覽器）在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方在線瀏覽
土壤水分站管理平臺(tái)：
無線傳輸功能：
界面顯示
登陸后的界面：有首頁，數(shù)據(jù)，預(yù)警，公告，管理，幫助等選項(xiàng)?？梢灾苯硬樵兡骋粫r(shí)間，某一站點(diǎn)，樣地的數(shù)據(jù)信息。
進(jìn)入“數(shù)據(jù)”選項(xiàng)，界面左側(cè)為站點(diǎn)。樣地下拉選項(xiàng)，右側(cè)為時(shí)間選項(xiàng)，能夠詳細(xì)觀測(cè)某時(shí)某站點(diǎn)樣地的數(shù)據(jù)列表、折線圖、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等信息，并可導(dǎo)出已選時(shí)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(cè)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)管理平臺(tái)
數(shù)據(jù)傳輸與管理
界面顯示：
進(jìn)入“預(yù)警”界面，能夠清楚的看到通訊異常的站點(diǎn)、樣地。
“管理”界面，首頁左側(cè)有“用戶管理”“閾值管理”“監(jiān)測(cè)站信息”“歷史數(shù)據(jù)”“公告管理”“數(shù)據(jù)上報(bào)管理”選項(xiàng)，首頁右側(cè)為所有“系統(tǒng)管理員”和“臺(tái)站用戶信息”
在“監(jiān)測(cè)站信息”界面，系統(tǒng)管理員可以對(duì)站點(diǎn)、樣地信息進(jìn)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(shí)間段批次上報(bào)。系統(tǒng)管理員可以對(duì)上報(bào)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查看、刪除等管理。
7.參考文獻(xiàn)：
1.半干旱黃土丘陵區(qū)土壤水分生長(zhǎng)季動(dòng)態(tài)分析-徐志堯 ， 張欽弟 ， 楊磊
2.不同土質(zhì)土壤水分運(yùn)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(cè)優(yōu)化布設(shè)方法-王珊， 胡振華
4.土壤水分時(shí)間穩(wěn)定性研究進(jìn)展-藺鵬飛 ， 朱喜 ， 何志斌
5.土壤水分波動(dòng)對(duì)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
