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土壤水分传感器:哪种安装方法最好?

来源:力高泰 发布时间:2017-08-04 16:50:37 点击数: 使用提问咨询价格

土壤水分传感器

想要获取理想的土壤水分含量数据,
除了选择合适的传感器,
安装方式是决定监测数据好坏的最关键因素...

 


文/Colin Campbell

译/ 路翔 王瑾芳 贾子毅

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

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

 

当拿到土壤水分传感器,准备安装在样地里时,不知你是否考虑过:怎样安装,才能确保测量数据准确可靠?也许你会说,这有啥难的?挖个坑,把传感器插入待测深度的土体,埋好,一接线,确认程序无误,Perfect!但是,安装也许不像看起来的那样简单。不信?待小编一一道来。

 

LI-6800 传感器和土壤是否充分接触是关键

 

 

目前,绝大部分传感器都是通过测量土壤的介电常数,推算土壤的体积含水量的。而不同物质的介电常数存在很大差异(图1),如空气的介电常数是1,而纯水的介电常数是80。因此,如果传感器与土壤之间接触不良或有间隙,传感器的测量结果中就可能会混入空气的介电常数信息,从而拉低土壤的实际介电常数值,导致推算的体积含水量偏低。

土壤水分传感器

图1 不同物质的介电常数

 

LI-6800 优先流(Preferential Flow)对传感器测量的影响

 

 

传感器安装过程中,可能会不经意间形成优先流通道,而优先流会对传感器的测量产生直接影响。那什么是优先流(Preferential Flow)呢?在土壤中会存在孔洞和裂隙,这些孔洞和裂隙的形成原因有很多,如成土过程中自然形成的大孔隙、小型动物活动形成的孔洞、土壤干湿冻融交替过程中形成的裂隙、或是植物根系生长过程中形成的小孔等等。由于这些缝隙及小孔的存在,地表水在向下运移过程中会优先通过这些小孔或是缝隙。在这个通道上,土壤水下渗运移速度会明显更快一点,这就是优先流(图2,图3)。

土壤水分传感器

图2 优先流原理示意

土壤水分传感器

图3 土壤中优先流染色实验
 

通常,如果我们用土钻竖直向下在地表钻一个孔道,安装土壤水分传感器,之后将土回填。在这个过程中,我们可能就会人为制造了一个优先流通道。在短时间内取得的测量结果,就很可能受到优先流的影响,尤其是当传感器没有安装在侧壁,而是竖直向下插入待测土体,如图4中的第2种安装方式。

 

 

土壤水分传感器

图4 几种常见的土壤水分传感器安装方式

 

LI-6800 沟槽式侧壁安装比较理想,但工作量大

 

 

为了尽量避免优先流对测量的干扰,一个简单的办法就是沟槽式侧壁安装。这种安装方法最大的优点是将传感器安装在土壤剖面侧壁的原状土上,尽可能的不受回填土及优先流的干扰(图5)。但是需要预先挖沟,挖出土方应分层堆放,待传感器安装之后按顺序回填。缺点是如果传感器要安装在较深的土层中,工作量很大,必要时需要动用重型机械。

 

土壤水分传感器

图5 沟槽式侧壁安装方式 (摄影/杜启燃)

 

LI-6800 预制孔道侧壁安装

 

 

通过预制孔道,侧壁安装传感器,不需要重型设备,较沟槽安装方便了很多。所谓预制孔道,就是借助土钻,在地表垂直向下钻出一个竖直向下的孔道。根据传感器的大小,孔道的直径可大可小。之后将传感器安装在孔道侧壁上(图6中第3种安装方法)。由于孔道内径不大,当传感器安装深度较深时,侧壁安装方式很困难。Meter为此开发了一个安装工具,非常方便用户在野外安装土壤水分传感器,详见下面的视频(安装工具从视频第35秒开始出现)。值得注意的是,与沟槽式侧壁安装一样,回填土应分层砸实,保持和原来的土壤尽量相同的密度,减少优先流和边缘效应的干扰。

 

土壤水分传感器

图6 几种常见的土壤水分传感器安装方式

 

土壤水分含量传感器安装专用工具

土壤水分含量传感器安装专用工具
 


土壤水分传感器安装的三个基本原则