(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710668784.9
(22)申请日 2017.07.31
(71)申请人 宁夏大学
地址 750021 宁夏回族自治区银川市西夏
区贺兰山西路489号
(72)发明人 白一茹 王幼奇 赵云鹏 张兴
(51)Int.Cl.
G01N 27/00(2006.01)
G01N 5/00(2006.01)
(54)发明名称一种基于时域反射仪的土壤含水量检测方法(57)摘要本发明公开了一种基于时域反射仪的土壤含水量检测方法，将采得的土样摊开，阴凉处风干，人工掰碎，除杂，过2mm土筛后，填入PVC圆形桶中；在PVC圆形桶内部按每隔5厘米划线，划6个刻度共计30cm，之后每个刻度逐层夯土，直至填至30cm为止；将土柱填好夯实后，土壤浸入水分饱和后将容器放在电子秤上称重，称重前需要用毛巾擦干底部水分，记录数值；称重之后将TDR插入其中，探针插入点为土柱中心，之后进行测数，每隔3-5小时测一次，测数时同时需要称重；通过以下线性函数对所得的TDR数据加以校正：y＝0.2769x+0.0554(R 2＝0.9668)；其中，x为TDR测得的含水量， y为土壤实际含水量。权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 107478681 A 2017.12.15
C N 107478681
A
1.一种基于时域反射仪的土壤含水量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、首先在采样点采用五点取样法取样后，将采得的土样摊开，放在室内阴凉处风干，人工掰碎，除去根系、杂草、砾石，过2mm土筛后，填入PVC圆形桶中；
S2、在PVC圆形桶内部按每隔5厘米划线，划6个刻度共计30cm，之后每个刻度逐层夯土，直至填至30c
m为止，每次夯土的量按如下公式计算：
已知土壤容重ρ＝1.5g/cm 3，PVC管子半径r＝19.2cm，所以每5cm需加土m＝πr 2h ×ρ＝
3.14×9.62×5×1.5×10-3＝2.17kg；30cm一共需加：M＝6×m＝13.02kg；
S3、将土柱填好夯实后，浸入水中浸泡24h，让水分充分渗透，土壤浸入水分饱和后将容器放在电子秤上称重，称重前需要用毛巾擦干底部水分，然后记录数值；
S4、称重之后将TDR插入其中，探针插入点为土柱中心，之后进行测数，每隔3-5小时测一次，测数时同时需要称重，在称重过程中不可以晃动TDR，防止探针插入孔隙过大，影响测量效果；
S5、通过以下线性函数对步骤S4所得的TDR数据加以校正：
y＝0.2769x+0.0554(R 2＝0.9668)；
其中，x为TDR测得的含水量，y为土壤实际含水量。
权 利 要 求 书1/1页CN 107478681 A
一种基于时域反射仪的土壤含水量检测方法
技术领域
[0001]本发明涉及土壤水分检测领域，具体涉及一种基于时域反射仪的土壤含水量检测方法。
背景技术
[0002]土壤含水量是土壤分析的常规项目，在水循环研究和农田灌溉排水管理中，更是必不可少的基本资料。农田土壤水分的动态变化直接反映作物的水分供需状况，快速、准确地测定农田土壤水分，对于探明作物生长发育期内土壤水分的盈亏，以便适时作出灌溉、施肥决策或排水措施等具有重要意义。
[0003]目前，测定土壤含水量的方法主要有烘干法、张力计法、电阻法，中子法等，各种方法都有着不同程度的应用。然而随着人们对实验要求的不断提高，时常需要获得连续、准确的数字，这些方法都存在着不同程度的缺陷。例如烘干法，我们最常用的方法，它是所有方法里面最为精确的方法，是其他方法的基准。但是它的操作十分不方便，需要采土称重，之后还要烘干6-8小时再称重，十分麻烦。在采土的过程会破坏原样本，不能用于原位监测，同时也不便于获得大量连续的数据。而中子法虽然测得数据精确迅速，但由于辐射的原因会对人的健康造成伤害，所以基本上被淘汰。
[0004]而TDR(time domain reflectometry，时域反射仪)法因为具有测量速度快速、准确、操作简单且非破坏性等特点，成为当今被广泛运用的方法。而通过王贵彦，史秀捧等对用TDR法、中子法和重量法测
得的土壤水含量观测值的比较结果表明，用TDR法测定土壤含水量是可靠的。并且龚元石等对TDR、中子仪和土钻法测定的土壤含水量进行了比较，结果表明，应用TDR测定农田土壤水分要优于中子仪和土钻法。
[0005]TDR法是测定电磁波在土壤中的传播速度的一种方法。由于电磁波的传播速度与传播媒体的介电常数密切相关，而土壤颗粒、水和空气本身的介电常数差异很大，故一定容积土壤中水的比例不同时其介电常数便有明显的变化，由其电磁波的传播速度便可判断其含水量。Topp最早发展TDR法时，曾声言此法不受土壤质地、容重、温度等物理因素的影响。后来的研究表明，在测量精度要求较低时，这一结论是正确的。李道西，彭世彰等研究表明TDR测量值较烘干法明显偏小，相对偏差随着土壤含水量的减小有增加趋势。
发明内容
[0006]为解决上述问题，本发明提供了一种基于时域反射仪的土壤含水量检测方法，通过一条简单的线性函数对TDR测试所得的数据加以校正，校正后的TDR测量值中将有96.68％的值接近土壤含水量的真实值，从而实现了TDR对土壤含水量的精确测定。[0007]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0008]一种基于时域反射仪的土壤含水量检测方法，包括如下步骤：
[0009]S1、首先在采样点采用五点取样法取样后，将采得的土样摊开，放在室内阴凉处风干，人工掰碎，除去根系、杂草、砾石等，过2mm土筛后，填入PVC圆形桶中；
[0010]S2、在PVC圆形桶内部按每隔5厘米划线，划6个刻度共计30cm，之后每个刻度逐层夯土，直至填至30cm为止，每次夯土的量按如下公式计算：
[0011]已知土壤容重ρ＝1.5g/cm3，PVC管子半径r＝19.2cm，所以每5cm需加土m＝πr2h×ρ＝3.14×9.62×5×1.5×10-3＝2.17kg；30cm一共需加：M＝6×m＝13.02kg；
[0012]S3、将土柱填好夯实后，浸入水中浸泡24h，让水分充分渗透，土壤浸入水分饱和后将容器放在电子秤上称重，称重前需要用毛巾擦干底部水分，然后记录数值；
[0013]S4、称重之后将TDR插入其中，探针插入点为土柱中心，之后进行测数，每隔3-5小时测一次，测数时同时需要称重，在称重过程中不可以晃动TDR，防止探针插入孔隙过大，影响测量效果；
[0014]S5、通过以下线性函数对步骤S4所得的TDR数据加以校正：
[0015]y-0.2769x+0.0554(R2＝0.9668)；
[0016]其中，x为TDR测得的含水量，y为土壤实际含水量。
[0017]本发明具有以下有益效果：
[0018]通过一条简单的线性函数对TDR测试所得的数据加以校正，校正后的TDR测量值中将有96.68％的值接近土壤含水量的真实值，从而实现了TDR对土壤含水量的精确测定。
附图说明
[0019]图1为本发明实施例中TDR法含水量校正曲线。
具体实施方式
[0020]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]以下实施例中，所使用的仪器为美国Spectrum TDR300型土壤水分速测仪，仪器规格和具体性能如下：仪器净重为1.36kg，长度90cm；土壤体积含水量测量范围为0-100％；TDR300的测量精度为±3％，分辨率1.0％；探针的直径为0.5cm，长20cm，两根探针间距为3.3cm，读数表尺寸为10.5cm×7cm×1.8cm，如图1。开机启动3秒后即可读数，之后每1秒均可读出一个数据。
[0022]重置土容器由PVC圆形桶，底座和纱布三项构成，PVC圆柱桶测量直径为19.2cm，高度为50cm(
加土样至30cm处)；本次实验中土壤主体为砂质土壤，土壤容重为1.50g/cm3，环境温度在15-25℃左右。
[0023]用于称量的电子秤为美国双杰公司生产的TC30KH型电子秤，其最大量程为30kg，精度1g。
[0024]实施例
[0025]此次试验采样点位于宁夏引黄灌区，采用室内标定，“由湿到干”土柱实验。试验具体步骤如下：
[0026]S1、首先在采样点采用五点取样法取样后，将采得的土样摊开，放在室内阴凉处风干，人工掰碎，除去根系、杂草、砾石等，过2mm土筛后，填入PVC圆形桶中；
[0027]S2、在PVC圆形桶内部按每隔5厘米划线，划6个刻度共计30cm，之后每个刻度逐层
夯土，直至填至30cm为止，每次夯土的量按如下公式计算：
[0028]已知土壤容重ρ＝1.5g/cm3，PVC管子半径r＝19.2cm，所以每5cm需加土m＝πr2h×ρ＝3.14×9.62×5×1.5×10-3＝2.17kg；30cm一共需加：M＝6×m＝13.02kg；
[0029]S3、将土柱填好夯实后，浸入水中浸泡24h，让水分充分渗透，土壤浸入水分饱和后将容器放在电子秤上称重，称重前需要用毛巾擦干底部水分，然后记录数值；
[0030]S4、称重之后将TDR插入其中，探针插入点为土柱中心，之后进行测数，每隔3-5小时测一次，测数时同时需要称重，在称重过程中不可以晃动TDR，防止探针插入孔隙过大，影响测量效果；
[0031]实验数据
[0032]此次实验于2015年四月初开始进行，实验过程中一共测定了41组数据，每隔3-5小时测定一次。表1为实验所测得的数据。
[0033]表1：TDR测量值和湿土重
[0034]
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