[发明专利]一种森林土壤参数测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，更具体地，涉及一种森林土壤参数测量装置及方法。

背景技术

土壤是森林生态系统重要组成部分,对森林巨大的生态环境效应具有积极意义，是开展精细农林业实践的重要基础。土壤水分、温度和电导率是土壤的重要参数，在作物的生长过程中起到重要作用。

森林土壤水分是森林植物养分运转的载体和溶剂、通气性的调节剂以及土壤中有毒物质的稀释剂,也是土壤径流的供源。土壤水分物理性质常被作为评价土壤质量的重要指标，不仅决定土壤中水、气、热和生物状况，而且影响土壤中植物营养元素的有效性和供应能力。

森林土壤不仅储蓄水分还有水分涵养作用，其作用对森林火灾的防护起到关键作用。森林土壤含水性能取决于枯枝落叶层厚度和分解程度以及土壤厚度和有机质含量。

土壤的温度是指地表以下土壤中的温度，主要指的是与植物生长发育相关的地表浅层的温度。土壤温度影响着微生物的化学反应，进而影响植物的生长发育和产量。一般我们所说的电导率指的是土壤体的电导率，土壤电导率受到土壤物理化学特性综合影响，包括可溶性盐、粘粒含量、矿物质、土壤含水率、容重、有机质及温度。

目前，国内外有多种土壤水分、温度、电导率的测量方法及装置。土壤含水率测量方法大体分为两类，一类是传统测量方法，如烘干法和碳化钙法等；另一类是现代测量方法，如张力计法、近红外法、时域反射法、频域反射法、电容法、中子散射法和热量流动法等。测量土壤温度可以直接将温度计插入到土壤中获得温度或者采用温度敏感元件(如铂电阻、热敏电阻、热电偶、数字式温度传感器)测量。农林业一共有两大类方法用来测量土壤的电导率，一类是化学法，典型代表是土壤浸提液方法；另一类是利用土壤的电气特性测量电导率，包括电磁感应法、时域反射法、电阻法等。基于上述理论国内外已研发出多款土壤水分、土壤温度、土壤电导率传感器，既可以在实验室内测量也可以应用于农田林地测量。土壤水分、温度、电导率之间存在较大的耦合关系，为了更加全面的了解土壤信息，同时获取上述三参数具有重要意义。目前虽然可以使用多个不同传感器测量以获得三个参数，但由于土壤存在空间异质性，即同一土壤类型，不同时间、不同空间上的土壤性质不同。

首先，在使用多个传感器测量时难以保证不同传感器测量同一土壤时处于同一空间，但土壤性质决定了土壤存在空间异形，不同空间土壤本身的差异将导致多个传感器测量误差大、精度低的弊端，另外，多个传感器测量土壤的含水率、温度以及电导率容易引起相互干扰，精度难以保证，如：前一个传感器测量后留下的孔洞会对下一个传感器的测量产生干扰，最后，非集成式的多个传感器在携带和操作时都不便捷，成本也较高。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的森林土壤参数测量装置及方法。

第一方面，本发明提供一种森林土壤参数测量装置，包括：土壤水分检测模块、土壤电导率检测模块、土壤温度检测模块、电源、电源控制模块、时钟模块和处理器；

所述土壤水分检测模块包括探头，所述土壤电导率检测模块包括所述探头，所述土壤温度检测模块和所述探头安装在一个安装体上；

所述时钟模块和所述处理器连接，用于向所述处理器提供时钟信号；

所述处理器和所述电源控制模块连接，用于根据所述时钟信号向所述电源控制模块输出控制信号；

所述电源分别和所述土壤水分检测模块、土壤电导率检测模块、土壤温度检测模块连接，所述电源控制模块和所述电源连接，用于根据所述控制信号将电源输出给所述土壤水分检测模块和土壤温度检测模块，或输出给所述土壤电导率检测模块和土壤温度检测模块。

优选的，所述安装体包括空心管、三个PVC管和锥形头部；所述探头为双环式探针探头，所述双环式探针探头包括两个金属环探针，所述空心管、一个所述PVC管、一个所述金属环探针、第二个所述PVC管、另一个所述金属环探针、第三个所述PVC管和所述锥形头部依次连接，所述土壤温度检测模块嵌在所述锥形内侧。

优选的，所述土壤水分检测模块还包括：信号源、传输线和检波测量电路；

所述信号源通过所述传输线连接所述探头，所述传输线上的两点连接所述检波测量电路；

所述信号源，用于为所述探头提供入射信号；

所述探头，用于在接收到所述入射信号时反射回部分入射信号，以使反射信号和所述入射信号在所述传输线上叠加形成驻波；所述反射信号为反射回的入射信号；

所述检波测量电路，用于检测形成驻波的传输线上两点的电压。

优选的，所述检波测量电路连接所述处理器；