土壤圆锥指数、水分与容重耦合模型的试验比较——Ⅰ.模型性能的统计检验与容重预测

应用一种先进的双变量（土壤圆锥指数与水分）传感器复合测量系统,基于前人提出的土壤圆锥指数、水分与容重的4种半经验模型（Ayers,Upadhyaya,Busscher与Hernanz模型）,以相关系数R^2与统计残差作为检验指标,根据各模型的结构特点,结合两种质地土壤（粘土与粉质壤土）,针对容重预测精度与可应用性进行了深入试验研究．结果表明,Ayers和Upadhyaya模型虽然预测精度较高,但与土壤容重的解析关系为隐函数,在线辨识计算工作量只能取决迭代过程的收敛性,因而在实际应用上受到一定程度的限制．相比之下Busscher与Hernanz模型计算土壤容重方便快捷,但预测精度较低．     

不同粗糙度尺度下预测表层土壤孔隙率量化指数比较研究

针对当前精细农业对农田信息快速采集的需求,本研究提出了基于土壤粗糙度预测表层土壤孔隙率的方法,而采用何种量化指数表征土壤粗糙度是深化研究的关键.本文首先系统总结了几种已有的衡量土壤粗糙度的量化指数,进而提出一种新的基于小尺度的土壤粗糙度指数Rd.根据对4种不同耕作方式下应用地面激光扫描仪获取的原始试验数据进行初步处理,并将4种粗糙度量化指数与表层土壤孔隙率的相关性做了比较研究,得出了两个重要结论:(1)与其它粗糙度量化指数相比,Rd与表层土壤孔隙率的相关性最高(R2=0.752);(2)基于激光扫描方法快速分析表层土壤孔隙率具有潜在的应用价值.     

一种基于三角波窄脉冲序列的时域反射土壤水分测量方法

在基于阶跃脉冲激励的时域反射测量原理基础上,提出了一种三角波窄脉冲序列激励的时域反射土壤介电特性测量方法.不仅给出了相应的理论分析依据,对土壤探针阻抗的频域特性也做了深入探讨,并通过实验研究检验了该方法的可行性.它为改进面向土壤水分测量的时域反射仪器设计提供了一种技术途径,可有效降低测量过程中高速脉冲发生器关键部件—雪崩晶体管的动态负载,提高测量速率.     

一种土壤剖面水分与坚实度同步测量装置

土壤坚实度、水分与容重存在着复杂的耦合关系.为了满足参数解耦对数据同步性的要求,研制了一种可同步测量土壤剖面水分与圆锥指数的智能化测量装置.其创新点主要表现在:(1)依据ASAE标准实现FD水分传感器与圆锥指数传感器结构一体化设计;(2)系统集成上引入超声波深度传感器动态确定圆锥在土壤中的位置,实时获取双参数2D分布剖面;(3)测量系统采用双MCU结构,具有智能化信息处理与大容量农田数据存储能力,通过串口外接GPS模块实现田间GPS定位采集.在实验室环境下对复合传感器及超声波深度传感器进行针对性标定试验,结果表明各传感器达到相应技术性能指标.     

土壤圆锥指数、水分与容重耦合模型的试验比较研究——Ⅱ.水分与深度的影响

在对4种模型统计性能的水平检验与容重预测精度评价的基础上,分析与检验了各模型中水分与行进深度的影响作用.为分解水分对圆锥指数的单因数影响,采用定义水分影响指数(的方法.对于圆锥传感器行进深度的影响作用,借助于da与ead两种独立的深度影响因子,结合各模型与试验数据进行了计算与比较.结果表明:(1)只有Ayers模型能够较好地刻画土壤圆锥指数与水分间的耦合关系;(2)根据Ayers模型与Upadhyaya模型,圆锥传感器行进深度对圆锥指数的影响作用可以忽略;(3)根据Busscher模型,圆锥传感器行进深度显著影响圆锥指数的数值,但与此同时水分影响却可忽略不计,这显然与事实不符.由此看来,应用 Ayers 模型解析土壤圆锥指数、水分与容重的耦合关系,优于其它模型,但它作为隐函数,寻求最优迭代算法有待进一步研究.     

一种太阳能供电的土壤水分无线传感器

针对农田环境的实际需要,研制了一种基于FD阻抗变换原理的新型土壤水分传感器.该传感器依靠太阳能供电,解决了农田环境下工作能量的补给问题, 测量结果可实时无线传输.根据高频边缘电场效应,将传感器电极嵌入支撑杆末端,可在5～500 mm的不同深度下测量土壤水分.为了使传感器实现低功耗运行,在降低系统各环节功耗与工作时序等方面进行了优化设计.试验结果表明,这种无线传感器能够依靠太阳能供电持久可靠工作,对于大面积农田水分无线网络化监控具有应用价值.