[發(fā)明專利]土壤水勢效應(yīng)器設(shè)備及其應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880055137.3
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號(hào): CN111108366A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·謝特里特
• 申請（專利權(quán)）人: 艾德里佩爾公司
• 主分類號(hào): G01N19/10
• 分類號(hào): G01N19/10;G01N33/24;A01G27/00;F16K31/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 張秀芬

提供了一種用于在含水介質(zhì)中影響水勢的設(shè)備，該設(shè)備包括透水殼體、可保持水的體積變化材料、可壓縮插入物以及用于接收和轉(zhuǎn)換信號(hào)的接收器。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2017年7月18日提交的以色列專利申請第253540號(hào)和2018年4月26日提交的美國臨時(shí)專利申請第62/662,950號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及土壤水勢領(lǐng)域，尤其涉及土壤水勢效應(yīng)器系統(tǒng)及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

可使用干燥土壤樣品之前和之后之間的重量差直接確定土壤中的水含量。這種直接技術(shù)通常被稱為熱重法(或簡稱重量法)，當(dāng)將水含量表示為水的重量相對于干燥土壤的重量，GWC[lb³lb^-3](即，樣品中存在的水的質(zhì)量與土壤樣品烘干(100℃至110℃)至恒重之后的質(zhì)量之比)。另一方面，熱體積法(或簡稱體積法)給出的水含量為一定體積的未擾動(dòng)土壤VWC[ft³ft^-3]中的水的體積(即，與烘干的未擾動(dòng)樣品(土芯)的體積相關(guān)的水的體積)。盡管這些直接方法準(zhǔn)確(±0.01ft³ft^-3)且便宜，但它們具有破壞性、速度慢(最少2天)、費(fèi)時(shí)且不允許在同一位置重復(fù)。

另選地，許多間接方法可用于監(jiān)測土壤含水量。這些方法通過與其他一些可測量變量之間的校正關(guān)系來估算土壤濕度。每種方法的適用性取決于幾個(gè)問題，諸如成本、準(zhǔn)確性、響應(yīng)時(shí)間、安裝、管理和耐用性。

取決于所測量的量，間接技術(shù)首先被分類為體積法和張力法。前者提供體積土壤濕度，后者產(chǎn)生土壤吸力或水勢(即，毛細(xì)作用產(chǎn)生的張力)。體積技術(shù)估算未擾動(dòng)土壤樣品體積中的水的體積[ft³ft^-3]。該量對于確定土壤的飽和程度(即，土壤水溶液占土壤總體積的比例)很有用。當(dāng)以深度(即，單位表面積土壤中向下至給定深度的水的體積(英寸水))表示時(shí)，可將其與其他水文變量(如降水、蒸發(fā)、蒸騰作用和深層排水)進(jìn)行比較。

張力法估算土壤水的基質(zhì)勢(matric potential)，其包括土壤的吸附和毛細(xì)作用。基質(zhì)勢是總土壤水勢的組分中的一種，總土壤水勢還包括重力(相對于參考高程平面的位置)、滲透性(土壤溶液中的鹽分)、氣壓或氣動(dòng)(來自滯留的空氣)以及上覆蓋層組分。基質(zhì)勢和重力勢的總和是土壤和其他類似土壤的多孔介質(zhì)中水運(yùn)動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力。

所有可用的張力測量儀器均具有與土壤接觸的多孔材料，水可通過該多孔材料移動(dòng)。因此，水從干燥土壤中的多孔介質(zhì)中抽出，并被從土壤中抽出到潮濕土壤中的介質(zhì)中。除了諸如直接讀數(shù)和耐鹽堿性的某些優(yōu)點(diǎn)外，張力計(jì)已知具有有限的土壤吸力范圍(1bar)；響應(yīng)時(shí)間相對較慢；它們需要與陶瓷杯周圍的土壤緊密接觸以獲取一致的讀數(shù)，并避免頻繁排放(內(nèi)部水柱破裂)，需要頻繁維護(hù)(重新填充)以保持管內(nèi)充滿水，尤其是在炎熱干燥的天氣中。

因此，仍然需要一種通用的、持久的、耐用的、廉價(jià)的并且對土壤含水量的細(xì)微變化反應(yīng)靈敏的水勢效應(yīng)器系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的主要目的是克服用于感測和測量土壤水勢的現(xiàn)有技術(shù)方法和系統(tǒng)的缺點(diǎn)，從而提供具有快速響應(yīng)時(shí)間并且能夠響應(yīng)土壤含水量的細(xì)微變化的通用的、耐用的、成本有效的、范圍廣的水勢效應(yīng)器設(shè)備。

本發(fā)明的水勢效應(yīng)器設(shè)備包括：透水殼體，其包括能夠保持水的預(yù)定濃度的體積變化材料(VCM)，所述VCM被配置成響應(yīng)于含水介質(zhì)的水勢的變化而增加或減小其體積；以及可壓縮插入物，其被配置成維持預(yù)定的內(nèi)部壓力，其中殼體的內(nèi)表面與VCM直接接觸，并且當(dāng)所述VCM的體積增加時(shí)，它變得在操作上與接收器接合，從而影響含水介質(zhì)中的水勢。

根據(jù)第一方面，提供了一種設(shè)備，其包括：

a.殼體，其包括至少一個(gè)透水部分；