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土壤水分傳感器:哪種安裝方法最好?

來源:北京力高泰科技有限公司 發(fā)布日期:2017-08-04 17:18:17 瀏覽次數(shù):2901

土壤水分傳感器

想要獲取理想的土壤水分含量數(shù)據(jù),
除了選擇合適的傳感器,
安裝方式是決定監(jiān)測數(shù)據(jù)好壞的最關鍵因素...

 


文/Colin Campbell

譯/ 路翔 王瑾芳 賈子毅

源/http://www.environmentalbiophysics.org/soil-moisture-sensors-installation-method-best/

http://soilandwater.bee.cornell.edu/research/pfweb/educators/intro/why.htm

 

當拿到土壤水分傳感器,準備安裝在樣地里時,不知你是否考慮過:怎樣安裝,才能確保測量數(shù)據(jù)準確可靠?也許你會說,這有啥難的?挖個坑,把傳感器插入待測深度的土體,埋好,一接線,確認程序無誤,Perfect!但是,安裝也許不像看起來的那樣簡單。不信?待小編一一道來。

 

LI-6800 傳感器和土壤是否充分接觸是關鍵

 

 

目前,絕大部分傳感器都是通過測量土壤的介電常數(shù),推算土壤的體積含水量的。而不同物質的介電常數(shù)存在很大差異(圖1),如空氣的介電常數(shù)是1,而純水的介電常數(shù)是80。因此,如果傳感器與土壤之間接觸不良或有間隙,傳感器的測量結果中就可能會混入空氣的介電常數(shù)信息,從而拉低土壤的實際介電常數(shù)值,導致推算的體積含水量偏低。

土壤水分傳感器

圖1 不同物質的介電常數(shù)

 

LI-6800 優(yōu)先流(Preferential Flow)對傳感器測量的影響

 

 

傳感器安裝過程中,可能會不經(jīng)意間形成優(yōu)先流通道,而優(yōu)先流會對傳感器的測量產(chǎn)生直接影響。那什么是優(yōu)先流(Preferential Flow)呢?在土壤中會存在孔洞和裂隙,這些孔洞和裂隙的形成原因有很多,如成土過程中自然形成的大孔隙、小型動物活動形成的孔洞、土壤干濕凍融交替過程中形成的裂隙、或是植物根系生長過程中形成的小孔等等。由于這些縫隙及小孔的存在,地表水在向下運移過程中會優(yōu)先通過這些小孔或是縫隙。在這個通道上,土壤水下滲運移速度會明顯更快一點,這就是優(yōu)先流(圖2,圖3)。

土壤水分傳感器

圖2 優(yōu)先流原理示意

土壤水分傳感器

圖3 土壤中優(yōu)先流染色實驗
 

通常,如果我們用土鉆豎直向下在地表鉆一個孔道,安裝土壤水分傳感器,之后將土回填。在這個過程中,我們可能就會人為制造了一個優(yōu)先流通道。在短時間內取得的測量結果,就很可能受到優(yōu)先流的影響,尤其是當傳感器沒有安裝在側壁,而是豎直向下插入待測土體,如圖4中的第2種安裝方式。

 

 

土壤水分傳感器

圖4 幾種常見的土壤水分傳感器安裝方式

 

LI-6800 溝槽式側壁安裝比較理想,但工作量大

 

 

為了盡量避免優(yōu)先流對測量的干擾,一個簡單的辦法就是溝槽式側壁安裝。這種安裝方法最大的優(yōu)點是將傳感器安裝在土壤剖面?zhèn)缺诘脑瓲钔辽?,盡可能的不受回填土及優(yōu)先流的干擾(圖5)。但是需要預先挖溝,挖出土方應分層堆放,待傳感器安裝之后按順序回填。缺點是如果傳感器要安裝在較深的土層中,工作量很大,必要時需要動用重型機械。

 

土壤水分傳感器

圖5 溝槽式側壁安裝方式 (攝影/杜啟燃)

 

LI-6800 預制孔道側壁安裝

 

 

通過預制孔道,側壁安裝傳感器,不需要重型設備,較溝槽安裝方便了很多。所謂預制孔道,就是借助土鉆,在地表垂直向下鉆出一個豎直向下的孔道。根據(jù)傳感器的大小,孔道的直徑可大可小。之后將傳感器安裝在孔道側壁上(圖6中第3種安裝方法)。由于孔道內徑不大,當傳感器安裝深度較深時,側壁安裝方式很困難。Meter為此開發(fā)了一個安裝工具,非常方便用戶在野外安裝土壤水分傳感器,詳見下面的視頻(安裝工具從視頻第35秒開始出現(xiàn))。值得注意的是,與溝槽式側壁安裝一樣,回填土應分層砸實,保持和原來的土壤盡量相同的密度,減少優(yōu)先流和邊緣效應的干擾。

 

土壤水分傳感器

圖6 幾種常見的土壤水分傳感器安裝方式

 

土壤水分含量傳感器安裝專用工具

土壤水分含量傳感器安裝專用工具
 


土壤水分傳感器安裝的三個基本原則

 
  • 確保土壤水分傳感器和待測土體充分接觸;
  • 無論采用哪種安裝方式,都需要考慮優(yōu)先流對測量的影響;
  • 一般情況下,對比豎直向下安裝,側壁安裝方式更優(yōu)。
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