用于土壤温湿度检测的声表面波标签设计

针对土壤温湿度的并行检测提出了基于声表面波标签的解决方案。采用耦合模理论对阻抗负载型声表面波标签进行建模与仿真,得到负载反射栅回波幅值和相位随电容值变化规律。在此基础上,根据声表面波标签对土壤温湿度不同的敏感机理,设计了一种双通道双边带标签结构,采用时分多址的方法解决了对不同深度层级土壤同时检测时存在的回波信号混叠问题。通过回波信号的相位和幅值比实现了土壤温湿度检测,结合矢量网络分析仪和阅读器对标签进行测试,测试结果表明了标签的有效性。

基于遥感与地面实测的青藏高原冻土流域土壤温湿度变化分析

为研究青藏高原冻土流域土壤温湿度变化特征,在唐古拉冻土流域基于多源遥感(SMAP、ESA CCI)监测数据进行表层土壤温湿度的时空分布刻画,基于地面实测站点(唐古拉冻土气象站、DFIR冻土积雪气象站)数据进行不同深度土壤温湿度的动态分析,并进行遥感与地面站点表层土壤温湿度的对比研究。结果表明,唐古拉冻土流域海拔较低处土壤温度高于海拔较高处,流域东部土壤湿度高于西部;土壤温湿度变化随着埋深加深明显滞后,且冻结期土壤湿度呈现出明显的两段式下降趋势;SMAP土壤温湿度数据与地面站点监测数据相关性较好,相比ESA CCI数据,SMAP数据准确度更高。

基于无线传感器网络的农田土壤温湿度监测系统的设计与开发

根据农田环境的应用需求,设计了农田土壤温湿度监测系统,该系统由农田无线监测网络和远程数据中心两部分组成。采用以JN5121无线微处理器为核心的传感器节点开发策略,构建基于ZigBee协议的无线监测网络;采用ARM9微处理器S3C2410,基于嵌入式Linux开发的网关节点实现数据汇聚和GPRS通信方式的远程数据转发。远程数据中心的管理软件FieldNet采用了数据库管理模式,并通过应用ESRI嵌入式GIS组件库ArcEngine进行监测数据的实时变化和空间变异分析。系统的设计开发为精细农业时空差异性与决策灌溉研究提供了有效工具。

北京城市绿化树种叶片碳同位素组成的季节变化及与土壤温湿度和气象因子的关系

城市绿化树种是城市生态系统的重要组成部分,为了探讨城市绿化树种水分利用效率的季节变化及其影响因素,本文对北京24个城市绿化树种(包括6个常绿针叶和18个落叶阔叶树种)叶片碳同位素组成(δ13C)的季节变化以及与土壤温湿度和气象因子的相关性进行了研究。结果表明:常绿树种叶片δ13C季节间差异不显著,春、夏和秋季的平均值都接近-25.9‰,在-27.0‰～-24.5‰间变化;落叶树种叶片δ13C季节间差异极显著(p=1.97×10-7<p=0.01),除国槐外夏季各树种叶片δ13C最低,平均为-27.095‰,而春季最高,为-25.638‰,秋季居中,为-26.291‰,且种间差异极显著(p=5.05×10-6<p=0.01),最大为-23.396‰(白腊春季),最小为-28.360‰(臭椿夏季),变幅达5‰;落叶树种叶片δ13C与土壤温湿度和气象因子的相关性明显高于常绿树种,达到显著水平,表明落叶树种的叶片δ13C更易受环境的影响,而常绿树种叶片δ13C主要受自身的生物学特性决定。叶片δ13C值春季>秋季>夏季,表明绿化树种水分利用效率(WUE)也为春季>秋季>夏季。研究发现:叶片δ13C与比叶面积(SLA)呈显著的负相关(落叶p=6.195×10-8<p=0.01;常绿p=0.002<p=0.01),因此,SLA可以在生产作为叶片δ13C简易代替指标来估计WUE。

不同耕作方式对黑土农田土壤温湿效应的影响

2005～2007年以中层黑土土壤为研究对象,研究免耕和秋翻处理对黑土农田土壤温湿效应的影响。结果表明:不同耕作处理对春季播种期土壤含水量影响较大,玉米田和大豆田免耕处理分别显著高于秋翻6.2%和6.6%。在玉米抽雄期,玉米田和大豆田2种耕作处理条件下土壤含水量均没有显著差异,但与秋翻相比,免耕保持了较好的耕层土壤水分。春季播种期耕层免耕处理的土壤温度明显低于秋翻。对玉米出苗期到抽雄期玉米田和大豆田土壤温度动态监测表明:5、10和15 cm免耕处理土壤温度均小于秋翻,并且在5和15 cm处达到差异显著性水平(P<0.05)。免耕由于秸秆覆盖抑制水分蒸发,对保持土壤墒情具有重要作用,秸秆腐烂后能增加土壤有机质含量,有利于提高土壤的持续生产能力。

不同类型地膜对土壤温湿度、杂草抑制及芋头生长发育的影响

以香沙芋为试验材料,设置PPC生物降解膜(A1)、PCO2生物降解膜(A2)、普通黑膜(A3)、普通白膜(A4)和露地(CK) 5个处理,研究2种生物降解膜降解过程及其对土壤温度、湿度、杂草抑制和植株生长的影响。结果表明:A1、A2平均降解周期分别为155、184 d。A1和A2较CK均明显提高土壤温度,土壤日均温度较CK分别提高1.85和3.52℃,但增温效应低于普通薄膜A3和A4。各处理对土壤湿度的影响由大到小依次为A3、A4、A2、A1、CK。A2对田间杂草的控制效果最好(A3除外),其杂草抑制率在7月31日、8月29日分别为85.29%和64.29%。A1、A2对芋头株高、茎粗、叶长和叶宽的促进作用低于A3、A4,但较CK显著提高芋头株高。与CK相比, 2种可降解生物膜均显著提高单株鲜芋产量15%以上,但增产效果均显著低于普通薄膜A3、A4。综合2种生物降解膜降解速率、土壤增温保墒、产量表现等,建议A2用于该地区芋头地膜覆盖栽培。

间作马铃薯覆盖不同地膜对土壤温湿度和产量的影响

以马铃薯与玉米间作体系中的马铃薯为研究对象,通过田间试验研究了间作马铃薯覆盖不同地膜对土壤温湿度及其产量的影响。结果表明:覆膜可明显提高土壤含水量和马铃薯生长前期的土壤温度,显著提高马铃薯的产量(P<0.01)。在与玉米间作条件下,白色地膜覆盖马铃薯对水分的保持效果最好,马铃薯增产效果最佳,其次是黑色地膜覆盖。在马铃薯出苗期至块茎形成期间覆膜处理的土壤温度均高于对照,在马铃薯块茎膨大期以后,白色地膜覆盖处理的土壤温度显著低于其他处理(P<0.05)。在马铃薯与玉米间作体系中马铃薯用白色地膜覆盖,其增产效果优于黑色地膜和降解地膜。

基于ZigBee和LabVIEW的土壤温湿度监测系统设计

针对目前土壤温湿度监测系统中存在的有线网络及人工抽样监测方式存在的成本高、灵活性差的问题,设计了一种基于无线传感器网络Zigbee和Lab VIEW的土壤温湿度监测系统。系统的传感器终端节点、路由节点、协调器节点都以CC2530为核心,终端节点采集温湿度后,将数据无线发送到路由节点,然后再转发到协调器节点,协调器节点将数据处理后传递到上位机进行监测。上位机界面采用Lab VIEW软件开发,可实现实时数据显示、历史数据回读和报警设置及实现等功能。实验结果表明,该系统采集数据较准确、成本低,解决了现有土壤温湿度监测系统存在的问题。

青藏高原高寒湿地冻融过程土壤温湿变化特征

青藏高原高寒湿地作为大江大河支流的发源地,其冻融过程对该地区及下游的生态系统和气候调节有重要意义。利用青藏高原腹地三江源区隆宝高寒湿地试验站的高时间分辨率土壤温湿数据,对冻融过程中土壤温湿的季节、日以及冻融转换期变化特征进行分析和探讨。结果表明:(1)高寒湿地土壤冻融过程中,土壤温度整体表现出夏高冬低的变化特征,冻结期5 cm、40 cm、20 cm、30 cm和10 cm地温依次增大,地温随深度变化存在一定的不规律性,而非冻结期则正好相反;土壤湿度在冻结期自上而下逐渐降低,融化期自上而下逐渐增加。(2)土壤表层5 cm和深层40 cm地温存在显著的日变化特征,表层较深层变化更显著,且夏季变化幅度最大;土壤含水率较稳定,除表层有一定波动,其他各层无明显日变化。(3)冻融转换期,土壤温度垂直分布存在显著的三层结构,10 cm和30 cm处与邻近层的温度差异是导致这种特殊分布的主要原因;随着深度的加深,土壤含水率冻结期(融化期)逐渐增加(减少),且深层比浅层的变化时间明显滞后。

基于STC89C52单片机土壤温湿度检测器的设计

针对大棚农业、植被种植、特别是育种等农业种植方面对土壤温度和湿度环境的特殊要求,以STC89C52单片机为核心芯片,并搭配相关的外围功能模块,设计了一款基于STC89C52单片机土壤温湿度检测器;该土壤温湿度检测器利用温度和湿度传感器SHT11采集土壤的温度和湿度信息,并将采集到的信息并传送到STC89C52单片机,单片机将接收到的信号进行分析和处理,并将采集到的温湿度信息发送到LCD1602进行显示;同时,通过将采集到的温湿度信息与设置温度和湿度的门限值进行比较,进而控制声光报警模块,实现超限报警功能;实验表明,该检测器的温度范围为-40^+123.8℃、精度误差为±0.4℃,湿度范围为0~100%RH、误差为±3.0%RH;实验结果表明土壤温湿度检测器的测量精度高、可靠性较高,而且具有价格便宜、操作方便、方便携带及体积小的优点。

基于WSN的多层土壤温湿度监测节点及供能优化设计

土壤温湿度作为农业生产的重要影响因素,对作物的生长状况起到关键性作用,实现实时、长期、连续地监测多层土壤的温湿度对于指导农事种植与操作具有重要意义。为此,针对多层土壤温湿度监测,设计了4层土壤温湿度监测节点,并提出太阳能分段利用方法设计了太阳能分段利用供电模块,使其能长期、稳定的运行。同时,利用Zig Bee网络进行数据传输,实现了低功耗、高精度、高稳定度的数据采集及传输。

生物降解地膜对热区土壤温湿度和西瓜生长的影响

[目的]研究生物降解地膜对热区土壤温湿度和西瓜生长的影响。[方法]通过比较5种不同生物降解地膜在热带地区对土壤温湿度和西瓜生长的影响,综合评价降解地膜在热带地区性能表现及适用性。[结果]5种生物降解地膜对土壤的温湿度差异显著,NDSJ3、ND-SJ4保温保墒效果最好。西瓜生长方面,除叶绿素外,其他几个生长指标均存在差异,具体表现为:株高TZ-1下降9.1%、HNWS下降8%;茎粗ND-SJ3>CK>DN-SJ4>HD-2>TZ-1>HN-WS;叶面积ND-SJ4下降5.5%、TZ-1下降10.2%、HD-2下降4.4%、HN-WS下降19.7%。产量和品质方面,几种地膜间的差异不大;降解效果以HD-2、TZ-1表现最好,ND-SJ3、ND-SJ4降解时间较长。[结论]HD-2、TZ-1、ND-SJ3、ND-SJ4生物降解地膜可以代替普通地膜起到保温保墒的作用,并且可以满足西瓜的生长,可以进行示范推广。

大田柑橘根区土壤温湿度数据采集系统设计与研究

基于PLC、HMI、传感器等设备开发了一套可以长期监测土壤湿温度的自动采集系统。整个系统分为:数据监测层、数据处理层、数据记录层等三个环节。柑橘根部土壤温湿度值经过检测、传递、处理等过程以报表的的形式保存到存储介质中。结合柑橘的实际生长情况,该系统获得的数据有利于探寻出一种适宜大田柑橘生长的土壤温湿度环境。

基于ZigBee技术的农田土壤温湿度监测系统设计

根据现代农田合理灌溉的需求,设计了一种基于ZigBee技术的农田土壤温湿度监测系统,该系统由传感器节点、协调器节点和PC机组成。采用低功耗的CC2530芯片为核心,设计开发了协调器节点、传感器节点的硬件电路和软件流程。传感器节点增加了功放CC2591,实现农田无线网络土壤信息的远距离传输。试验表明,系统能够实时显示土壤温度及传感器节点网络地址,并在无障碍情况下,网络通信距离可达1.8km。该系统具有距离远、成本低、功耗低等特点,满足设计要求。

基于RS-485和RS-232的室内实验土壤温湿度测试仪设计

基于RS-485和RS-232的室内实验土壤温湿度测试仪是为快速测量室内盆栽实验土壤温湿度而设计的仪器。该仪器主要包括系统硬件、主要传感器的设计及传感器接线板和监测系统的开发。通信接口选择了RS-485和RS-232;根据Topp原理自行设计了灵敏度较高的四针传感器;使用图形化界面友好的VB进行编写,实现土壤基本参数数据的采集。结果表明,测试仪测量结果准确度较高,运行可靠;系统具有良好的人机操作环境,界面友好,便于功能扩展,易于维护,适宜用于室内实验并能满足要求。

基于集合卡尔曼滤波的土壤温湿度同化试验

以通用陆面模式CLM 3.0(Community Land Model 3.0)为模型算子,基于集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,En KF)发展了一个土壤温湿度同化系统,主要用于改进模式对土壤温湿度和地表水热通量的模拟精度,并考察集合样本数、同化频率及不同观测量的组合对同化效果的影响。该系统同化了FLUXNET两个站点(阿柔和Bondville)不同土壤深度、不同时间频率的土壤温度和湿度数据。通过对阿柔站不同集合样本数的设计,综合考虑计算成本和计算精度,最终将集合样本数设置为40。通过分析三种同化方案对同化频率的敏感性得出,同化土壤温度最为敏感,同时同化土壤温湿度次之,同化土壤湿度最不敏感。对于阿柔站点,同化系统对不同土壤深度温度和湿度的模拟精度均能提高90%,潜热通量的均方根误差由94.0 W·m^(-2)降为46.3 W·m^(-2),感热通量均方根误差由55.9 W·m^(-2)降为24.6 W·m^(-2)。Bondville站点浅层土壤温度的改进在30%左右,深层土壤温度改进达到60%,对土壤湿度的改进均在70%以上,潜热通量和感热通量的均方根误差分别从57.4 W·m^(-2)和54.4 W·m^(-2)降为51.0 W·m^(-2)和42.5 W·m^(-2)。试验结果表明,同化站点土壤温湿度数据对土壤水热状况及通量的模拟改进非常有效,同时也验证了同化土壤水分遥感产品的可行性和必要性。

葡萄园自然生草对土壤温湿度及果实日灼的影响

葡萄园生草是葡萄绿色生产的一项重要技术,试验通过葡萄园生草对园内温湿度的影响和日灼病的效应调查,明确了葡萄园自然生草且在保持合适生长高度条件下,较未生草园地表温度降低4.3~9.5℃,地表含水量提高7.4%~9.8%,日灼果穗率减少47.1%。

青藏高原那曲中部土壤温湿分布特征

青藏高原土壤水热状况对气候变化和植被退化方面的研究具有重要意义,土壤湿度的准确刻画还会影响到数值预报模式对当地及其下游地区降水的模拟能力。为此,采用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站安多观测点2014年1—12月的土壤温度、土壤湿度观测资料以及同期安多气象站观测数据,分析了青藏高原那曲中部不同深度土壤温湿度的分布特征及其与气温、降水量等气象要素的关系。结果表明:土壤温度在浅层为正弦曲线,随着土壤深度的增加,曲线逐渐接近直线。土壤升温迅速而降温过程缓慢。封冻和解冻日期随土壤深度的增加而推迟,封冻期逐渐缩短。不同层次土壤湿度日内变化较小。月变化呈单峰型结构,峰值和谷值基本出现在8月和12月。土壤湿度上升速率较下降速率缓慢。区域尺度上GLDAS-NOAH资料显示出类似的变化特征。土壤温湿度在一年中的变化不一致,但土壤温湿度呈显著正相关。浅层土壤的温度梯度明显大于深层;浅层土壤湿度最大,中间层较大,深层土壤湿度最小。随着干季向湿季的转换,由于太阳辐射的增加,非绝热加热呈增加的趋势。土壤湿度与气象要素在不同时段的相关性存在一些差异,但总体上土壤湿度与气温、降水量和相对湿度呈正相关,与风速、日照时数相关性不显著。

甘肃河东玉米地土壤温湿变化特征研究

利用甘肃河东地区代表站玉米地土壤含水量、地温、降水资料,运用统计模拟方法,分析了土壤贮水量、温度的变化特征及水热耦合效应。结果表明,甘肃河东地区玉米地100cm土层的贮水年变化呈抛物线状,6月上旬至中旬土壤贮水量达到最低值。地温自20世纪70年代以来呈上升趋势,其中冬季上升幅度最为明显。水热交互作用与土壤含水量的变化有显著相关关系。一年内玉米地土壤温湿变化特征表明,土壤贮水量主要有2个低值阶段:5～6月及7～8月,不同时间温湿匹配对玉米生长造成不同影响。

覆盖地布栽培对板栗园土壤温湿度及树体生长量的影响

为了研究不同栽培措施对板栗园土壤温湿度和板栗生长的影响,进行了板栗园覆盖地布栽培和自然生草栽培对土壤温度、水分及树体生长量的影响试验。结果表明:栗树生育期内,覆盖地布栽培0~60cm土壤平均温度比自然生草栽培增加0.85℃,土壤平均含水量增加0.68%,尤其在干旱时期保墒效果更突出,另外覆盖地布还具有促进树体生长、有效控制杂草和改善土壤环境的作用。因此,覆盖地布栽培是一种理想的栽培模式,建议因地制宜推广。