[發明專利]一種土壤田間持水量的測定方法及系統

有效

• 申請號: 202110203851.6
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN113030431B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 鄭文剛;于景鑫;張鐘莉莉;董靜;姚麗;史凱麗
• 申請（專利權）人: 北京農業智能裝備技術研究中心
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 聶俊偉

本發明提供一種土壤田間持水量的測定方法及系統，包括：構建含水率時序數據集；根據土壤水分變化狀態、土體飽和狀態，確定單次飽和退水區間作為時間序列變化數據集；對時間序列變化數據集中的數據進行兩次相鄰點斜率計算，獲取土壤含水量二次斜率數據集；在相鄰時刻的土壤含水量二次斜率差值絕對值小于預設閾值的土壤含水量作為田間持水量。本發明提供的土壤田間持水量的測定方法及系統，提出了基于時間序列數據的智能灌水區間識別方法和基于時序二次斜率的土壤田間持水量自動判定算法，有效地避免了傳統滑動平均法在數據波動誤差條件下的不足，提升了田間持水量測定的精度。

技術領域

本發明涉及農業智能檢測技術領域，尤其涉及一種土壤田間持水量的測定方法及系統。

背景技術

田間持水量是指在地下水較深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允許水分充分下滲，并防止其水分蒸發，經過一定時間，排除重力水后，土壤剖面所能維持較穩定的土壤水含量。田間持水量是重要的土壤水分常數之一，不僅是農田墑情監測站點必測的本底數據和計算土壤相對含水量，包括土壤重量含水量與田間持水量的比值的重要依據，也是開展墑情評價、旱情分析不可缺少的基礎信息。田間持水量常被用作為灌溉上限和衡量土壤保水性能的重要指標，是土壤干旱指標的重要組成部分，對農業生產及抗旱有著重要的參考價值和指導意義。

關于田間持水量的測定方法一般分為野外測定法和室內實驗室測定法兩類。野外測定法主要包括：天然降水法、圍框淹灌法(也稱小區灌水法)等。室內實驗室測定方法主要包括：環刀法(也稱威爾科克斯法)、整段標本法、壓力膜法等。目前主要應用的是環刀法、天然降水法、圍框淹灌法3種測定方法。針對目前常用的三種土壤田間持水量測定方法進行分析，其測定方法流程和局限性在于：

所謂環刀法，即利用環刀工具在實驗地塊采集原狀土帶回室內，在人工干預情況下，使土樣含水量達到飽和，排出重力水后，測定的土壤含水量即為田間持水量。該方法是實驗室內測定田間持水量最常用的方法，其不受天氣限制，易操作。但該方法容易受到取樣代表性、實驗室環境、上下環刀對接的貼合程度等因素的影響，與實際生產環境有一定偏差，且測定過程長，對測定人員要求高。

天然降水法即飽和雨后測定法，是指當大氣降水達到一定量級，實驗地塊土壤水分含量達到飽和，排除多余重力水后測定的土壤含水量即為田間持水量。該法較符合田間實際，不受人為因素影響，測定結果代表性好。但該方法對降水條件、監測時機要求較高，局限于待測區的降雨強度和降雨量，以及待測區在降水前期所受氣溫、風力、蒸發和地下水入滲等因子的影響，對于干旱或半干旱且常年少雨地區，此種方法的實用性不強。

圍框淹灌法即在實驗地塊中建立實驗區，通過設置圍框、人工灌水、地膜覆蓋、自然滲透等一系列人工干預的技術手段，使圍框內土壤含水量達到飽和，待自然排出重力水后，測定最大毛管懸著水量即為田間持水量。該法不受降水控制，可隨時選取試驗區進行測定，由于試驗區保持了土壤的自然狀態，測定結果具有代表性，適用于田間持水量的精準測定。但目前的人工圍框淹灌法均需要通過高頻率烘干取土法監測土壤退水過程，全部測定過程均需技術人員在野外進行，測定周期長、工作量，在一定程度上限制了其應用推廣。

發明內容

針對現有技術在進行田間持水量測量時所存在的缺陷，本發明實施例提供一種土壤田間持水量的測定方法及系統。

本發明提供一種土壤田間持水量的測定方法，包括：

在連續時刻內采集待測樣地的土壤含水量，構建含水率時序數據集；根據土壤水分變化狀態、土體飽和狀態，確定待測樣地的單次飽和退水區間，以從含水率時序數據集中選擇出時間序列變化數據集，所述時間序列變化數據集為單次飽和退水區間內的含水率數據集；依次對時間序列變化數據集中的數據進行相鄰點斜率計算，獲取土壤含水量一次斜率數據集；依次對土壤含水量一次斜率數據集中的數據進行相鄰點斜率計算，獲取土壤含水量二次斜率數據集；遍歷土壤含水量二次斜率數據集中的數據，在t時刻的土壤含水量二次斜率與t+1時刻的土壤含水量二次斜率之間的差值絕對值小于第一預設閾值的情況下，則將t時刻的土壤含水量作為待測樣地的田間持水量。