温度自动补偿型土壤水分张力计系统及测定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种温度自动补偿型土壤水分张力计系统及测定方法，该系统由张力计端和控制中心端构成，张力计端和控制中心端通过无线信号传输；所述张力计端包括张力计，数据采集、处理发送器；张力计内设有压力传感器和温度传感器；各传感器与数据采集处理发送器相连；所述控制中心端包括计算机和接收器，接收器与张力计端的数据采集处理发送器通过无线传输数据或指令。本发明专利技术降低了张力计系统由于环境温度变化而导致的误差。可同时对土壤环境的温度和含水量状况实施全天候实时监测，数据采集量大，并可自动上传至中央控制器实现水分管理。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，该系统由张力计端和控制中心端构成，张力计端和控制中心端通过无线信号传输；所述张力计端包括张力计，数据采集、处理发送器；张力计内设有压力传感器和温度传感器；各传感器与数据采集处理发送器相连；所述控制中心端包括计算机和接收器，接收器与张力计端的数据采集处理发送器通过无线传输数据或指令。本专利技术降低了张力计系统由于环境温度变化而导致的误差。可同时对土壤环境的温度和含水量状况实施全天候实时监测，数据采集量大，并可自动上传至中央控制器实现水分管理。【专利说明】
本专利技术属于农业设施栽培及大田作物生产上土壤(或基质)水势自动监控
，涉及一种以陶土头水势传感器(土壤水分张力计)，通过在其内部加装高精度温度传感器，再经过软件的计算分析，对测量所得的土壤或栽培基质中水势进行温度校正的一整套系统，从而有效提高田间土壤水势的测量的精度度，可提高作物灌溉的效率及改善作物的生长状况。
技术介绍
21世纪我国农业可持续发展的主要制约因素是水资源不足及水土资源分布不均匀，对于用水占73.1%的农业用水大户来讲，在水资源不足的情况下，由于我国的灌溉技术水平较为落后，存在严重的灌溉不及时和超额灌溉等现象，影响了作物的产量，灌溉效率较低，同时由于干旱缺水，还导致过量引用地表水和超采地下水，引起严重的生态环境问题，威胁到人类生存环境和农业的可持续发展。随着农业灌溉技术的不断进步，灌溉自动控制技术逐渐得到应用。将计算机、人工智能、信息技术、地理信息系统、卫星遥感、全球定位系统等现代高新技术与传统的作物栽培、气象学、灌溉、系统工程、经济学等学科基本理论相结合，提高灌溉实时调度的灵活性、准确性、实用性，是智能灌溉今后的发展趋势。精准农业灌溉施肥管理技术是指根据作物的需水、需肥规律，来控制、调配灌溉用水、用肥，以最大限度地满足作物对水分、养分的需求，实现区域效益最佳的农田水分、肥料调控管理。它包括土壤墒情监测与预报技术、土壤肥力监测、节水、节肥高效灌溉制度的制订，以区域总效益最大为目的的灌溉预报技术，输配水与灌水量的量测和施用肥料量的调节控制技术等几个方面。对作物的生长发育过程以及环境要素的现状实现数字化、网络化、智能化控制。(徐磊、唐玉邦、虞利俊等用于避雨栽培的精准灌溉智能控制器设计与应用江西农业学报2012，24 (6):170?172)随着现代农业、设施农业的发展，作物水分的精准灌溉越来越受到人们的重视。把计算机、人工智能、信息技术、传感器技术引进到农业生产中实现了土壤墒情监测与预报，并在此基础上完成作物的自动精准灌溉。在整个过程中准确获得土壤(或栽培基质)的水分信息成为了关键。近几十年的研究表明，要了解土壤水分运动及土壤对植物的供水能力，只有土壤水分数量的观念是不够的。例如，对粘土的土壤含水量为21%，砂土的土壤含水量为16%,两土样接触，土壤水应怎样移动？如果只考虑土壤水分数量的观念，似乎土壤水分应从粘土土样流向砂土，但事实恰恰相反。正因为此时砂土的土壤水分能量高，即砂土的土水势大使水分由砂土流向粘土。这充分说明，只有土壤水分数量的观念，尚不能很好研究土壤水分运动及对植物的供水，必须建立土壤水分能量的观念，即土水势的概念。土壤水势的测量有张力计法、负压法、离心机法、压力膜法等，以负压式土壤张力计法最为方便。(刘思春，王国栋，朱建楚，等负压式土壤张力计测定法改进及应用西北农业学报2002，11(2):29 ?33)土壤水分张力计是获得土壤水分信息的基本装置。众所周知，土壤水分受土壤孔隙的毛管引力和土粒的分子引力的作用，使土壤孔隙中的水分处于负压(吸力)状态，土壤吸力愈大，土壤孔隙中的水分愈少，土壤含水量也就愈低；反之，土壤吸力愈小，土壤孔隙中的水分愈多，则土壤含水量愈高。所以土壤张力计指示的数据就能大致反应出土壤的含水量状况。用张力计测定土壤水张力的方法在田间应用已经多年。张力计是一充水管道，一端是中空的陶瓷头，另一端是真空仪表和密封塞。张力计安装在土壤的合适深度中，陶瓷头与土壤紧密接触。通过陶瓷头使张力计中的水与土壤中的水最终达到压力平衡。张力计封闭管道中的水通过陶瓷头进入土壤，产生张力。当土壤吸湿以后，张力梯度下降，水分流回陶瓷头。土壤经过干湿循环，就可获得张力读数，(牟献友，冀鸿兰农业水量管理中土壤含水量的监测技术内蒙古农业大学学报2003年12月第24卷第4期)由此反应土壤的含水量状况，为科学灌溉提供依据。现阶段土壤水分张力计结构特点为:陶土头、腔体、集气室、计量指标器等部件组成。陶土头是仪器的感应部件，具有许多微小的孔隙，陶土头被水浸润后，在孔隙中形成一层水膜。因此，实际使用时必须将陶土头中的空气充分排出，严格按照张力计的使用规程进行操作:1、将自来水煮沸20分钟后，放置冷却备用。2、开启集气管的盖子，并将仪器倾斜，用塑料瓶徐徐注入经煮沸后冷却的无气水，直到加满为止，仪器直立10—20分钟(不要加盖子)，让水把陶土管湿润，并见水从陶土头表面滴出。3、再将仪器注满无气水，用干布或吸水性能好的纸从陶土头表面吸水(或在注水处塞入一个插有注射针头的橡皮器，用注射器进行抽气，抽气时注意针尖必需穿过橡皮塞并伸入仪器内部。同时用左手顶住橡皮塞，不让其松动漏气)。此时，可以看到真空表的指针，指向40Kpa左右，并有气泡从真空表内逸出，逐渐聚集在集气管中。缓缓拔去塞子，让真空表指针缓慢退回零位。继续将仪器注满无气水，仍用上述方法进行抽气。这样重复3-4次,真空表内的空气即可除去大部份。4、将仪器注满无气水，加上塞子，加以密封，并将仪器直立，让陶土管在空气中蒸发，约二小时后，即可见真空表的指针指向40Kpa或更高。此时从陶土管真空表塑料管及集气管中会有埋藏的气泡逸出，同时，轻轻将仪器上下倒置，使气泡集中到集气管中。5、将陶土管浸入无气水中，此时，可见真空表指针回零，打开盖子，重新注满无气水，加上盖子，再让陶土管在空气中蒸发。此时，真空表的指针可升至50Kpa或更高。同时轻轻将仪器上下倒置，收集逸出的空气。6、按以上步骤进行2-3次，每进行一次之后真空表的指针可升得更高，直到指针达到SOKpa时将陶土管浸入无气水中，真空指针转动回零。打开盖子，注满水，盖子盖紧，将陶土管浸在无气水中备用。数据采集:仪器安装好24小时之后，便可进行数据采集。土壤水吸力受温度、容重等影响，应注意不要踩实仪器周围的土壤，尽量在温度变化小的时间采集(最好在清晨)以避免测点和仪器因温度不同而造成的误差。当陶土头中的孔隙全部充水后，孔隙中水就具有张力，这种张力能保证水在一定压力下通过陶土头，但阻止空气通过。当充满水且密封的土壤湿度计插入水分不饱和的土壤时，水膜就与土壤水连接起来，产生水力上的联系。土壤系统的水势不相等时，水便由水势高处通过陶土头向水势低处流动，直至两个系统的水势平衡为止(这个过程一般需要24小时以上平衡时间)。因为仪器是密封的，仪器中就产生真空度或吸力(抵于大气参照压力的压力)，这就是土壤的吸力。张力计中部积水管中的水量除了受土壤干湿度的影响外，环境温度也会改变管中水的体积。水可随着环境温度的增减发生膨胀或收缩，在密封的张力计积水管中由于水体积的变化所产生的负压或正压就改变真空表或压力传感器的读数(见实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度自动补偿型土壤水分张力计系统，其特征在于，由张力计端和控制中心端构成，张力计端和控制中心端通过无线信号传输；所述张力计端包括张力计，数据采集、处理发送器；张力计内设有压力传感器和温度传感器；各传感器与数据采集处理发送器相连；所述控制中心端包括计算机和接收器，接收器与张力计端的数据采集处理发送器通过无线传输数据或指令。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐玉邦，虞利俊，徐磊，裴勤，曹庆穗，王恒义，褚芳，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32