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1、农业信息技术 第二章 农业信息采集 n 可以分别采用插入式、埋入式和管道式探头测定 表土层和土壤剖面不同深度的土壤含水量,剖面 湿度最深可达3m。 n 如果与多路盒相连可以连接多个探头，实现多点 土壤水分同时监测。 第四节 土壤信息的采集与处理 （二）负压计土壤湿度监测系统 一、土壤含水量的监测 n 土壤含水量与毛管力之间具有 一定的函数关系，毛管力变化 能够反映土壤含水量变化。 n 负压计，又称张力计，以测量 土壤负压（张力）来显示土壤 水分状况 第四节 土壤信息的采集与处理 （二）负压计土壤湿度监测系统 一、土壤含水量的监测 n 负压计包括一个多孔的陶瓷杯和一个液压计。 n 陶瓷杯埋于所测
2、的土壤中，负压计内部的水分 通过陶瓷杯上的微孔同土壤水分进行交换而使 内外水势渐趋平衡，由于水分渗入和渗出使负 压计读数发生变化，仪器上所指示的负压值即 代表土壤水势，可以直接反映土壤水分能为植 物吸收利用的程度，同时又可换算为土壤含水 率。 第四节 土壤信息的采集与处理 （二）负压计土壤湿度监测系统 一、土壤含水量的监测 n 负压计结构简单、易于制造、价钱便宜、使用方便，可以在不同测点 多处埋设，可进行连续多次观测。 n 但需要提前测定土壤水分特性曲线来换算土壤含水量，安装前要注水 除气、密封和标定，需要12d的土壤吸力平衡过程才能正常观测 n 测试土壤吸力范围为00.86105Pa，土壤干
3、燥、吸力大于0.86105Pa 时会使陶瓷杯击穿，因而不适合于干旱土地，适用于灌溉地、喷灌和 滴灌田。 n 同时，负压计易于受环境温度的影响，仪器稳定性较差，观测结果具 有滞后性，往往不能及时反映土壤水分状况。 第四节 土壤信息的采集与处理 （三）中子土壤湿度仪 一、土壤含水量的监测 n 利用中子热化原理，快中子源发出的 中子在遇到氢原子后，失去部分动能 转化成慢中子，仪器根据测出的慢中 子数量计算出土壤含水量。 n 土壤含水量愈多，快中子转化为慢中 子的数量也愈多，仪器可以将计数器 的计数转换为土壤含水量值。 第四节 土壤信息的采集与处理 （三）中子土壤湿度仪 一、土壤含水量的监测 n 中子
4、仪由探头和计数器组成。 n 探头由快中子源和一个三氟化硼慢中子 检测器组成 n 计数器用来监测土壤散射的慢中子通道 。 n 中子仪使用方法较为简单，只需将探头 插入预设的测量孔某一位置，即可测出 该位置（点）周围的土壤含水量。 n 沿测孔上下移动即可测定不同深度土层 的土壤含水量，可测量多达30m深的土 壤剖面含水量。 第四节 土壤信息的采集与处理 （三）中子土壤湿度仪 一、土壤含水量的监测 n 中子仪法的特点是能快速、周期性的反复测定深层土壤含水 量而不破坏土壤，但当土壤有机质含量高时测定精度差，且 仪器价格较贵，需要提前埋设铝管，导致设备成本较高，同 时30cm表土层因辐射危害健康，需要采
5、用其它方法测定。 n 目前主要采用手工方法测量，也可改造为自动化或半自动化 监测仪。 第四节 土壤信息的采集与处理 （四）电阻/电容式土壤湿度监测系统 一、土壤含水量的监测 n 通过测量埋入土壤中 的感湿元件的电阻值 得到感湿元件的湿度 ，从而间接求得土壤 湿度 n 测量结果易受土壤盐 分影响，且有滞后性 n 根据土壤介电常数 随土壤湿度变化的 原理来测定土壤湿 度 n 受土壤盐分的影响 较小 电阻式土壤湿度传感器电容式土壤湿度传感器 第四节 土壤信息的采集与处理 （四）电阻/电容式土壤湿度监测系统 一、土壤含水量的监测 n 如石膏块土壤水分测定系统，通过测量石膏块内两个电极间的 电阻可以显示
6、含水量。 n 石膏块永久埋入土壤中，寿命为35年，适用于干燥土壤环境 （张力计无法使用），测量范围3100kPa。 第四节 土壤信息的采集与处理 一、土壤含水量的监测 （五）FDR土壤水分测定系统 n FDR 频域反射仪是一种用于测量土壤水分 的仪器，它利用电磁脉冲原理，根据电磁 波在介质中传播频率来测量土壤的表观介 电常数, 从而得到土壤容积含水量。 n FDR具有简便安全、快速准确、定点连续 、自动化、宽量程、少标定等优点，在土 壤干旱条件下测定结果误差小于TDR。 n FDR的探针类似于TDR。 nThetaprobe土壤水分测量 系统，其传感器测量范围 是5%55%的体积湿度， 精确度
7、为2%。 第四节 土壤信息的采集与处理 一、土壤含水量的监测 （六）土壤水分遥感监测 n 利用卫星遥感监测土壤水分的方法具有宏观、高时效、经济、 视野广、周期快和动态条件好等特点 n 成为区域性土壤水分和农作物干旱监测与评估的重要手段 n 遥感技术可以迅速、大面积与多时相地获得地面信息，且具有 简便、不破坏环境的特点，而且其监测点点俱到, 较容易画出土 壤不同含水量区域之间的界线，便于对不同含水量区域面积的 统计和分析，已成为一种监测土壤含水量的全新方法。 第四节 土壤信息的采集与处理 一、土壤含水量的监测 （六）土壤水分遥感监测 n 若地表有植被覆盖时，可用多谱段遥感技术来区分 植物反射和土
8、壤反射光谱，找出土壤含水量与多谱 段反射率的关系，确定土壤含水量。 n 裸地，可利用热红外遥感土壤水分，其内容包括 ：一是通过热红外遥感方法获取的热图像数据推 算地表温度的时空分布，二是确定土壤水分含量 与地表温度之间的定量关系，推算土壤湿度的地 区分布。 n 此外，还可采用微波遥感土壤水分和应用NOAA AVHRR数据探测土壤水分。 二、土壤养分成分的监测 第四节 土壤信息的采集与处理 （一）土壤养分的连续流动分析 n 连续流动分析技术（Continuous-Flow Analysis-CFA）将样品显色 与检测合为一体，使浸提样品的检测效率成倍提高 n 德国布朗卢比公司推出的AutoAna
9、lyzer 3系统，由自动进样器、 蠕动泵、化学分析盒、检测器和计算机等5个独立部分组成 二、土壤养分成分的监测 第四节 土壤信息的采集与处理 （一）土壤养分的连续流动分析 n 能进行在线消解、在线溶剂萃取、在线蒸馏、在线过滤 、氧化还原、在线离子交换、自动稀释、自动进样， WINDOWS下全计算机自动系统控制软件，结果自动报 表打印，多功能化学分析盒，高低量程转换，不用装电 子除气泡装置 n 大量应用于海水、自来水、地表水、污水、烟草、土壤 、植株、肥料、食品等样品的自动检测 二、土壤养分成分的监测 第四节 土壤信息的采集与处理 （一）土壤养分的连续流动分析 二、土壤养分成分的监测 第四节
10、土壤信息的采集与处理 （二）土壤养分成分监测ISFET法 n 化学量传感器是继物理量传感器之后兴起的另一类传感器。 n 化学量传感器的传感对象包括离子与分子。 n 离子传感器是能把溶液中离子活度转换为电位或电流等电信号的传 感器。 n 离子传感器的基本原理是离子识别，利用固定在敏感膜上的离子识 别材料有选择性地结合被传感的离子，从而发生膜电位或膜电流的 改变。 二、土壤养分成分的监测 第四节 土壤信息的采集与处理 n ISFET（Ion Sensitive Field Effect Transistor ）即离子敏场效应晶体管或称离子选择性场 效应管是常见的离子传感器 n ISFET是由ISE
11、 敏感膜和MOSFET 场效应晶体 管组合而成的、对离子具有一定选择性的新 型半导体器件，能在被测离子作用下产生相 应的漏源电流IDS，以显示该种离子的浓 度 （二）土壤养分成分监测ISFET法 第四节 土壤信息的采集与处理 二、土壤养分成分的监测 n 其离子的主要探测元件为固态或液态的离子敏感膜，选择不同的 敏感膜，可以测定不同的离子浓度。 n ISFET主要H+、K+、Na+、Ca2+、Cl、F、Br、I、CN、Ag+、 S2、NH4+等几种。 n 也可以将H、K、Na、Cl等离子敏感膜集成在一个芯片上， 通过模拟开关使4个ISFET输出信号，分别测定离子的浓度。 n 对于土壤营养监测来说
12、，ISFET器件的技术关键是在于离子选择性 敏感膜的研制。 n 可以将多ISFET传感器集成到FIA（Flow Injection Analysis）系统中 进行土壤营养成分的监测。也可以用ISFET连续检测土壤pH值。 （二）土壤养分成分监测ISFET法 第四节 土壤信息的采集与处理 二、土壤养分成分的监测 （三）土壤养分测试仪 n 如国产土壤养分测定仪TPY-6， 可测定土壤速效氮、速效磷、有 效钾、全氮、全磷、全钾、有机 质含量、土壤酸碱度及土壤含盐 量（定量）等指标，具有存储和 打印功能。 n 国内外已研制出适宜于野外使用的众多型号的土壤养分 和肥料快速测定设备。 第四节 土壤信息的采
13、集与处理 二、土壤养分成分的监测 （三）土壤养分测试仪 n 国外生产的Rqflex 便携式反射光度计土壤养分测定仪，利用 反射分光光度计原理，用于多种有机物质和无机离子的快速测定 ，测试的种类包括氨态氮、硝态氮、亚硝酸盐、磷酸盐、钾、硫 酸盐、钙、氯、铬、钴、铜、铝、铁、铅、镁、锰、钼、镍、过 氧化物、pH、酒石酸、甲醛、维生素C、葡萄糖等。 n 可在原地实时测量，数据随机存贮， 可方便用户即时决策。 n 仪器主要包括显色试纸、含仪器校正 和控制功能的条形码、反射光度计表 头三个部分 第四节 土壤信息的采集与处理 二、土壤养分成分的监测 （三）土壤养分测试仪 n 利用可见和近红外光谱技术，结合
14、数据 挖掘和融合技术，研制而成的光谱法土 壤养分分析仪，是一种新型土壤养分快 速测试分析方法，不破坏样品，不需要 化学试剂，不需要前处理，即可实现了 土壤养分的实时快速测试。 n 可以测试土壤、肥料、植株中全量的和 速效的氮、磷、钾； 有机质和酸碱度 ，可溶性含盐量以及腐殖酸的含量 第四节 土壤信息的采集与处理 二、土壤养分成分的监测 （四）土壤盐分的监测 n 大地电导仪是快速勘查大面积土壤电导率的专门仪器。 n 土壤电导率数据包含了土壤含盐量、土壤水分、有机质含量、 土壤压实度、质地结构、空隙度等土壤理化信息。 n 接触式土壤电导率传感器是一种电极式传感器，采用电流电 压四端法，将恒流电源、
15、电压表、电极和土壤构成回路，用车 辆牵引并集成GPS系统，用于测定土壤电导率。 第四节 土壤信息的采集与处理 二、土壤养分成分的监测 （四）土壤盐分的监测 n 如美国的Veris公司的Veris3100大地电导仪，有6个犁刀式电极，用车 辆牵引并集成GPS系统，可同时获得030.5cm和091.5cm的土壤电 导率，每隔1s记录一组数据，记录在闪存中，经过配备的专门数据处 理与分析软件，就可得到农田土壤电导率分布图。 第四节 土壤信息的采集与处理 二、土壤养分成分的监测 （四）土壤盐分的监测 n 非接触式土壤电导率传感器，如加拿大Geonics公司的EM38大地电导 仪，重量较轻，长度也仅1m
16、，能以极好灵敏度快速地进行勘查。 n 主其要工作原理是在电导仪后端有一个小型发射线圈，它可以产生一 个随时间变化的初级磁场，这个磁场在大地中诱导出微小电子涡流， 而其前端有一个小型接受线圈，这个接受器既接受发射线圈产生的磁 场，又接受由初级磁场诱导出的次级磁场，通过测量诱导出的次级磁 场来测量大地电导率。其主磁场强度和副磁场强度比值与电导率呈线 性关系。 第四节 土壤信息的采集与处理 二、土壤养分成分的监测 （四）土壤盐分的监测 n 正常进行测定时，只要把仪器放在地上，就可记录土壤含盐量。 n 也可以把它安装在木制滑桥上，以步行速度在地上拖着走，并用DSA70 数采将数据上连续记录下来，（大约每隔0.3m记一次数），在一小时以 内记下3000个数据，从而完成密集数据采集，探测深度达1.5m。 n 配套Map图形软件可以绘制土壤含盐量地理轮廓图像。 （五）土壤样品自动化采集系统 第四节 土壤信息的采集与处理 二、土壤养分成分的监测 n 土壤样品自动化采集系统系统由 取样管、导向器、液压油缸、采 样头定位器、移动滑道、底座加 强套
