[发明专利]一种土壤田间持水量的测定方法及系统

说明书

本发明提供一种土壤田间持水量的测定方法及系统，包括：构建含水率时序数据集；根据土壤水分变化状态、土体饱和状态，确定单次饱和退水区间作为时间序列变化数据集；对时间序列变化数据集中的数据进行两次相邻点斜率计算，获取土壤含水量二次斜率数据集；在相邻时刻的土壤含水量二次斜率差值绝对值小于预设阈值的土壤含水量作为田间持水量。本发明提供的土壤田间持水量的测定方法及系统，提出了基于时间序列数据的智能灌水区间识别方法和基于时序二次斜率的土壤田间持水量自动判定算法，有效地避免了传统滑动平均法在数据波动误差条件下的不足，提升了田间持水量测定的精度。

技术领域

本发明涉及农业智能检测技术领域，尤其涉及一种土壤田间持水量的测定方法及系统。

背景技术

田间持水量是指在地下水较深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允许水分充分下渗，并防止其水分蒸发，经过一定时间，排除重力水后，土壤剖面所能维持较稳定的土壤水含量。田间持水量是重要的土壤水分常数之一，不仅是农田墒情监测站点必测的本底数据和计算土壤相对含水量，包括土壤重量含水量与田间持水量的比值的重要依据，也是开展墒情评价、旱情分析不可缺少的基础信息。田间持水量常被用作为灌溉上限和衡量土壤保水性能的重要指标，是土壤干旱指标的重要组成部分，对农业生产及抗旱有着重要的参考价值和指导意义。

关于田间持水量的测定方法一般分为野外测定法和室内实验室测定法两类。野外测定法主要包括：天然降水法、围框淹灌法(也称小区灌水法)等。室内实验室测定方法主要包括：环刀法(也称威尔科克斯法)、整段标本法、压力膜法等。目前主要应用的是环刀法、天然降水法、围框淹灌法3种测定方法。针对目前常用的三种土壤田间持水量测定方法进行分析，其测定方法流程和局限性在于：

所谓环刀法，即利用环刀工具在实验地块采集原状土带回室内，在人工干预情况下，使土样含水量达到饱和，排出重力水后，测定的土壤含水量即为田间持水量。该方法是实验室内测定田间持水量最常用的方法，其不受天气限制，易操作。但该方法容易受到取样代表性、实验室环境、上下环刀对接的贴合程度等因素的影响，与实际生产环境有一定偏差，且测定过程长，对测定人员要求高。

天然降水法即饱和雨后测定法，是指当大气降水达到一定量级，实验地块土壤水分含量达到饱和，排除多余重力水后测定的土壤含水量即为田间持水量。该法较符合田间实际，不受人为因素影响，测定结果代表性好。但该方法对降水条件、监测时机要求较高，局限于待测区的降雨强度和降雨量，以及待测区在降水前期所受气温、风力、蒸发和地下水入渗等因子的影响，对于干旱或半干旱且常年少雨地区，此种方法的实用性不强。

围框淹灌法即在实验地块中建立实验区，通过设置围框、人工灌水、地膜覆盖、自然渗透等一系列人工干预的技术手段，使围框内土壤含水量达到饱和，待自然排出重力水后，测定最大毛管悬着水量即为田间持水量。该法不受降水控制，可随时选取试验区进行测定，由于试验区保持了土壤的自然状态，测定结果具有代表性，适用于田间持水量的精准测定。但目前的人工围框淹灌法均需要通过高频率烘干取土法监测土壤退水过程，全部测定过程均需技术人员在野外进行，测定周期长、工作量，在一定程度上限制了其应用推广。

发明内容

针对现有技术在进行田间持水量测量时所存在的缺陷，本发明实施例提供一种土壤田间持水量的测定方法及系统。

本发明提供一种土壤田间持水量的测定方法，包括：

在连续时刻内采集待测样地的土壤含水量，构建含水率时序数据集；根据土壤水分变化状态、土体饱和状态，确定待测样地的单次饱和退水区间，以从含水率时序数据集中选择出时间序列变化数据集，所述时间序列变化数据集为单次饱和退水区间内的含水率数据集；依次对时间序列变化数据集中的数据进行相邻点斜率计算，获取土壤含水量一次斜率数据集；依次对土壤含水量一次斜率数据集中的数据进行相邻点斜率计算，获取土壤含水量二次斜率数据集；遍历土壤含水量二次斜率数据集中的数据，在t时刻的土壤含水量二次斜率与t+1时刻的土壤含水量二次斜率之间的差值绝对值小于第一预设阈值的情况下，则将t时刻的土壤含水量作为待测样地的田间持水量。