6050X1 TDR测量土壤电导率以及影响因素研究

论文摘要

土壤水是土壤最重要的组成部分之一。土壤含水量是研究土壤学和农业生产中一个重要的参数。随着时域反射仪(Time Domain Reflectometry)技术的发展,这项技术已经广泛应用于测定土壤含水量。土壤学的研究结果表明,土壤电导率这一参数包含了土壤品质多方面信息,近年来随着现代农业研究的兴起,土壤电导率分析越来越引起人们的关注。到现在已经有很多关于分析土壤电导率与土壤含水量、盐分、有机质含量、土壤质地等因素的影响关系的研究报道。使用6050X1 Trase型TDR对土壤含水量和电导率的同时测量是本文的出发点。实验首先标定出了自制探头的几何参数,然后得出TDR测量电导率的准确度。与土壤电导率相关的诸多因素中,土壤含水量和土壤盐分是影响土壤电导率变化的两个最主要因素。本文也对此进行了实验研究,并通过相关实验分析给出相应结论。本文通过研究,得出主要的结论如下:(1)根据TDR原理,制作了自制探头。实验得出了TDR自制探头几何参数,从而可以利用该参数通过计算求出电导率。(2)利用时域反射仪技术,实现了用6050X1型TDR对土壤含水量和土壤电导率的实时动态测量。(3) 6050X1型TDR可以用来测量电导率值,通过逐步增加不同种盐溶液浓度和混合盐溶液的方法,得出该仪器可以测量电导率的最大值小于5ds/m,而且测量电导率的最大值与介质的离子种类无关。(4)在土壤含水量10%到30%的范围内,土壤电导率在0.1ds/m到1.5ds/m变化时,对6050X1型TDR测量土壤水分含量准确性几乎不受影响。(5)得出Trase波形的形状与土壤的含水量和含盐量都有关系。随着土壤含水量和含盐量的增加,波形衰减也增减。这反应在刚进入波导时接受的脉冲振幅和在波导末端反射的振幅在高度有很大的不同。高度差异越大,反射系数说明土壤含水量和含盐量就越高。(6)土壤含水量很高或者很低时候,土壤电导率数值变化不大。当土壤体积含水量在14.8%～30.1%时候,对土壤电导率的影响及其显著,而且近似为线性关系。当土壤含水量超过30%后,土壤电导率变化明显减缓。(7)同种土壤在含盐量不同的时候,土壤所表现出的电导率也不相同。表现为随着土壤含盐量的增加,土壤的电导率也增加,也就是在含水量相同的情况下,含盐量高的土壤电导率大。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的意义和目的
• 1.2 TDR技术的研究技术发展及其在工程领域和农业上的应用
• 1.3 本文的研究内容
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 TDR（6050X1）的测试技术
• 2.1 TDR测试系统的组成
• 2.2 时域反射技术测量土壤含水量
• 2.2.1 物质的介电常数（Ka）
• 2.2.2 TDR测量土壤水分原理
• 2.3 时域反射技术测定土壤电导率EC（Soil conductivity）
• 2.3.1 电导、电导率
• 2.3.2 TDR对土壤电导率的测量
• 2.3.3 6050X1型TDR测定电导率的理论基础
• 第三章 相关实验的材料和方法
• 3.1 供试土壤环境详细介绍
• 3.2 TDR探头的制作与相关的标定
• 3.2.1 TDR测定范围的标定
• 3.2.2 TDR探头型式的选择
• 3.2.3 探头的制作
• 3.3 探头几何参数的标定以及测定电导率最大值的确定
• 3.3.1 用KCI溶液对TDR探头几何参数的标定实验
• 3.3.2 TDR测试电导率准确度实验
• 3.3.3 TDR（6050 X1）型测定电导率最大值的确定
• 3.4 不同土壤电导率对TDR测定含水量的影响
• 3.4.1 PVC管土柱实验
• 3.4.2 实验方法和原则
• 3.4.3 不同土壤含水量的电导率的获得
• 3.4.4 土壤电导率对TDR测定结果影响分析
• 3.4.5 不同盐分条件对土壤电导率的影响
• 第四章 结果与分析
• 4.1 TDR测定体积范围的标定结果
• 4.2 TDR几何参数的标定结果和测定电导率的验证
• 4.2.1 数据结果与分析
• 4.2.2 TDR测定电导率值的准确度实验
• 4.2.3 测定电导率最大值的确定
• 4.2.4 在其它类盐分溶液中测定电导率的波形图
• 4.3 土壤电导率对TDR测量结果影响分析
• 4.4 相同含水量，不同含盐量土壤的TDR波形分析
• 4.5 相同含盐量，不同含水量土壤的TDR波形分析
• 4.6 含水量对土壤电导率的影响
• 4.7 盐分对土壤电导率的影响
• 第五章 结论和建议
• 5.1 研究成果
• 5.2 进一步研究的建议
• 参考文献
• 研究生期间发表的论文
• 个人基本情况