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土壤水分檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展
來(lái)源： 類別：技術(shù)文章 更新時(shí)間：2013-10-11 閱讀次
快速、方便的土壤水分測(cè)定是農(nóng)業(yè)科技的一個(gè)重要問(wèn)題，早在本世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了大量研究，先后提出了幾十種方法。到目前為止，研究較多的有重量、能量、熱特性、中子、阻抗、電容、時(shí)域反射（TDR）、微波、近紅外、光學(xué)、X-射線、C-射線方法等，也根據(jù)這些原理方法研發(fā)出了土壤水分記錄儀等土壤水分檢測(cè)記錄的儀器，而從阻抗法到C射線這8種方法都是基于廣義電磁波與土壤相互作用原理，因此可將其概括為廣義電磁方法。由于人們對(duì)電磁波的認(rèn)識(shí)已相當(dāng)深入，而現(xiàn)代電子技術(shù)又為其研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，這是目前研究最多，最深入且最具潛力的一類方法。因此，分析其研究現(xiàn)狀，探討其存在問(wèn)題及新的研究途徑，具有重要理論和實(shí)踐意義。
回顧現(xiàn)有研究可以發(fā)現(xiàn)，過(guò)去國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤廣義電磁測(cè)量進(jìn)行了大量研究，取得了顯著進(jìn)展。但現(xiàn)有方法都是從其它領(lǐng)域引進(jìn)而來(lái)，在這些方法使用的領(lǐng)域里可能取得較高精度，但由于田間土壤容重、質(zhì)地、含鹽量和土壤結(jié)構(gòu)的變異性以及土壤分層等原因，使其使用時(shí)需要對(duì)不同土壤乃至不同田塊、不同點(diǎn)及同一點(diǎn)不同層次進(jìn)行大量田間標(biāo)定，而且田間標(biāo)定又相當(dāng)困難，標(biāo)定結(jié)果應(yīng)用范圍也很狹窄，有些方法如電阻法，隨著時(shí)間的推移，標(biāo)定結(jié)果往往很快失效。而且滿足測(cè)量精度要求的方法如TDR法大多技術(shù)十分復(fù)雜，成本高，這些都極大地限制了方法的推廣應(yīng)用。而造成以上問(wèn)題的原因，引入對(duì)其它物質(zhì)濕度測(cè)量方法時(shí)，沒(méi)有充分考慮土壤復(fù)雜、多變的性質(zhì)，特別是土壤理化性質(zhì)的空間變異，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其存在問(wèn)題時(shí)，大多不是從物理機(jī)理上進(jìn)行分析和解決，而是引入土壤理化校正和補(bǔ)償曲線解決。應(yīng)該指出的是由于田間土壤的復(fù)雜性和變異性，使得任何一種方法在測(cè)量田間土壤水分時(shí)，都存在一定的誤差。造成這一誤差既有測(cè)定技術(shù)和土壤水分速測(cè)儀等儀器方面的原因，也有方法本身的原因。對(duì)于前者可通過(guò)技術(shù)改進(jìn)予以減小或消除；而對(duì)后者，減小它則非常困難。因此問(wèn)題的核心是確定在一般農(nóng)田土壤理化變異情況下不同方法本身的誤差究竟有多大，是否在允許范圍內(nèi)，這是確定一種方法是否有進(jìn)一步研究潛力的關(guān)鍵。由于研究對(duì)象——土壤十分復(fù)雜和多變，這一研究不應(yīng)從某一具體方法的實(shí)驗(yàn)入手，而應(yīng)以物理機(jī)理上的理論分析為基礎(chǔ)。從物理機(jī)理上看，現(xiàn)有各種電磁測(cè)量方法，盡管其具體原理互不相同，但都是利用電磁波與土壤相互作用的原理實(shí)現(xiàn)的，在這一點(diǎn)上其總原理是統(tǒng)一的。在廣義電磁波譜范圍內(nèi)，包括土壤在內(nèi)的所有物質(zhì)電磁特性都可用復(fù)介電常數(shù)、復(fù)折射率、朗伯吸收系數(shù)、質(zhì)量吸收系數(shù)這幾個(gè)反映物質(zhì)電極化特性相互聯(lián)系的電磁參數(shù)來(lái)概括，因此通過(guò)分析這幾個(gè)電磁參數(shù)的水分敏感性及土壤質(zhì)地、容重、含鹽量對(duì)其影響，才能避開(kāi)各種具體技術(shù)方法的糾纏，正確估計(jì)各種土壤水分電磁測(cè)量方法進(jìn)一步研究的潛力。同時(shí)這是一個(gè)涉及土壤電磁特性和電子測(cè)量技術(shù)的綜合性問(wèn)題，必須對(duì)目前其它物料水分測(cè)定技術(shù)進(jìn)行分析和考察，把土壤水分電磁特性與傳感測(cè)試技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究，這是今后研究的方向。
回顧現(xiàn)有研究可以發(fā)現(xiàn)，過(guò)去國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤廣義電磁測(cè)量進(jìn)行了大量研究，取得了顯著進(jìn)展。但現(xiàn)有方法都是從其它領(lǐng)域引進(jìn)而來(lái)，在這些方法使用的領(lǐng)域里可能取得較高精度，但由于田間土壤容重、質(zhì)地、含鹽量和土壤結(jié)構(gòu)的變異性以及土壤分層等原因，使其使用時(shí)需要對(duì)不同土壤乃至不同田塊、不同點(diǎn)及同一點(diǎn)不同層次進(jìn)行大量田間標(biāo)定，而且田間標(biāo)定又相當(dāng)困難，標(biāo)定結(jié)果應(yīng)用范圍也很狹窄，有些方法如電阻法，隨著時(shí)間的推移，標(biāo)定結(jié)果往往很快失效。而且滿足測(cè)量精度要求的方法如TDR法大多技術(shù)十分復(fù)雜，成本高，這些都極大地限制了方法的推廣應(yīng)用。而造成以上問(wèn)題的原因，引入對(duì)其它物質(zhì)濕度測(cè)量方法時(shí)，沒(méi)有充分考慮土壤復(fù)雜、多變的性質(zhì)，特別是土壤理化性質(zhì)的空間變異，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其存在問(wèn)題時(shí)，大多不是從物理機(jī)理上進(jìn)行分析和解決，而是引入土壤理化校正和補(bǔ)償曲線解決。應(yīng)該指出的是由于田間土壤的復(fù)雜性和變異性，使得任何一種方法在測(cè)量田間土壤水分時(shí)，都存在一定的誤差。造成這一誤差既有測(cè)定技術(shù)和土壤水分速測(cè)儀等儀器方面的原因，也有方法本身的原因。對(duì)于前者可通過(guò)技術(shù)改進(jìn)予以減小或消除；而對(duì)后者，減小它則非常困難。因此問(wèn)題的核心是確定在一般農(nóng)田土壤理化變異情況下不同方法本身的誤差究竟有多大，是否在允許范圍內(nèi)，這是確定一種方法是否有進(jìn)一步研究潛力的關(guān)鍵。由于研究對(duì)象——土壤十分復(fù)雜和多變，這一研究不應(yīng)從某一具體方法的實(shí)驗(yàn)入手，而應(yīng)以物理機(jī)理上的理論分析為基礎(chǔ)。從物理機(jī)理上看，現(xiàn)有各種電磁測(cè)量方法，盡管其具體原理互不相同，但都是利用電磁波與土壤相互作用的原理實(shí)現(xiàn)的，在這一點(diǎn)上其總原理是統(tǒng)一的。在廣義電磁波譜范圍內(nèi)，包括土壤在內(nèi)的所有物質(zhì)電磁特性都可用復(fù)介電常數(shù)、復(fù)折射率、朗伯吸收系數(shù)、質(zhì)量吸收系數(shù)這幾個(gè)反映物質(zhì)電極化特性相互聯(lián)系的電磁參數(shù)來(lái)概括，因此通過(guò)分析這幾個(gè)電磁參數(shù)的水分敏感性及土壤質(zhì)地、容重、含鹽量對(duì)其影響，才能避開(kāi)各種具體技術(shù)方法的糾纏，正確估計(jì)各種土壤水分電磁測(cè)量方法進(jìn)一步研究的潛力。同時(shí)這是一個(gè)涉及土壤電磁特性和電子測(cè)量技術(shù)的綜合性問(wèn)題，必須對(duì)目前其它物料水分測(cè)定技術(shù)進(jìn)行分析和考察，把土壤水分電磁特性與傳感測(cè)試技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究，這是今后研究的方向。
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