[发明专利]温度自动补偿型土壤水分张力计系统及测定方法

说明书

技术领域

本发明属于农业设施栽培及大田作物生产上土壤（或基质）水势自动监控技术领域，涉及一种以陶土头水势传感器（土壤水分张力计），通过在其内部加装高精度温度传感器，再经过软件的计算分析，对测量所得的土壤或栽培基质中水势进行温度校正的一整套系统，从而有效提高田间土壤水势的测量的精度度，可提高作物灌溉的效率及改善作物的生长状况。

背景技术

21世纪我国农业可持续发展的主要制约因素是水资源不足及水土资源分布不均匀，对于用水占73.1%的农业用水大户来讲，在水资源不足的情况下，由于我国的灌溉技术水平较为落后，存在严重的灌溉不及时和超额灌溉等现象，影响了作物的产量，灌溉效率较低，同时由于干旱缺水，还导致过量引用地表水和超采地下水，引起严重的生态环境问题，威胁到人类生存环境和农业的可持续发展。

随着农业灌溉技术的不断进步，灌溉自动控制技术逐渐得到应用。将计算机、人工智能、信息技术、地理信息系统、卫星遥感、全球定位系统等现代高新技术与传统的作物栽培、气象学、灌溉、系统工程、经济学等学科基本理论相结合，提高灌溉实时调度的灵活性、准确性、实用性，是智能灌溉今后的发展趋势。

精准农业灌溉施肥管理技术是指根据作物的需水、需肥规律，来控制、调配灌溉用水、用肥，以最大限度地满足作物对水分、养分的需求，实现区域效益最佳的农田水分、肥料调控管理。它包括土壤墒情监测与预报技术、土壤肥力监测、节水、节肥高效灌溉制度的制订，以区域总效益最大为目的的灌溉预报技术，输配水与灌水量的量测和施用肥料量的调节控制技术等几个方面。对作物的生长发育过程以及环境要素的现状实现数字化、网络化、智能化控制。（徐磊、唐玉邦、虞利俊等用于避雨栽培的精准灌溉智能控制器设计与应用江西农业学报2012，24（6）：170～172）随着现代农业、设施农业的发展，作物水分的精准灌溉越来越受到人们的重视。把计算机、人工智能、信息技术、传感器技术引进到农业生产中实现了土壤墒情监测与预报，并在此基础上完成作物的自动精准灌溉。在整个过程中准确获得土壤（或栽培基质）的水分信息成为了关键。

近几十年的研究表明,要了解土壤水分运动及土壤对植物的供水能力,只有土壤水分数量的观念是不够的。例如,对粘土的土壤含水量为21%,砂土的土壤含水量为16%,两土样接触,土壤水应怎样移动?如果只考虑土壤水分数量的观念,似乎土壤水分应从粘土土样流向砂土,但事实恰恰相反。正因为此时砂土的土壤水分能量高,即砂土的土水势大使水分由砂土流向粘土。这充分说明,只有土壤水分数量的观念,尚不能很好研究土壤水分运动及对植物的供水,必须建立土壤水分能量的观念,即土水势的概念。土壤水势的测量有张力计法、负压法、离心机法、压力膜法等,以负压式土壤张力计法最为方便。（刘思春,王国栋,朱建楚,等负压式土壤张力计测定法改进及应用西北农业学报2002,11(2):29～33）

土壤水分张力计是获得土壤水分信息的基本装置。众所周知，土壤水分受土壤孔隙的毛管引力和土粒的分子引力的作用，使土壤孔隙中的水分处于负压（吸力）状态，土壤吸力愈大，土壤孔隙中的水分愈少，土壤含水量也就愈低；反之，土壤吸力愈小，土壤孔隙中的水分愈多，则土壤含水量愈高。所以土壤张力计指示的数据就能大致反应出土壤的含水量状况。用张力计测定土壤水张力的方法在田间应用已经多年。张力计是一充水管道,一端是中空的陶瓷头,另一端是真空仪表和密封塞。张力计安装在土壤的合适深度中,陶瓷头与土壤紧密接触。通过陶瓷头使张力计中的水与土壤中的水最终达到压力平衡。张力计封闭管道中的水通过陶瓷头进入土壤,产生张力。当土壤吸湿以后,张力梯度下降,水分流回陶瓷头。土壤经过干湿循环,就可获得张力读数，（牟献友,冀鸿兰农业水量管理中土壤含水量的监测技术内蒙古农业大学学报2003年12月第24卷第4期）由此反应土壤的含水量状况，为科学灌溉提供依据。

现阶段土壤水分张力计结构特点为：陶土头、腔体、集气室、计量指标器等部件组成。陶土头是仪器的感应部件，具有许多微小的孔隙，陶土头被水浸润后，在孔隙中形成一层水膜。因此，实际使用时必须将陶土头中的空气充分排出，严格按照张力计的使用规程进行操作：

1、将自来水煮沸20分钟后，放置冷却备用。

2、开启集气管的盖子，并将仪器倾斜，用塑料瓶徐徐注入经煮沸后冷却的无气水，直到加满为止，仪器直立10—20分钟（不要加盖子），让水把陶土管湿润，并见水从陶土头表面滴出。