CN102027366A - 用于测量土壤水分含量的系统、设备与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于确定土壤水分含量的系统和方法。一方面，系统包括两个或更多被设置为位于孔洞中的探针，孔洞围绕所关的心区域间隔开，两个或更多探针中的每一个探针包括个电极，电极沿探针的长度以已知间距间隔开。系统还包括控制单元，该控制单元是可操作的，从而：在被选的电极对之间施加经测量的电流以及对其它被选的电极对之间所生成的电位差进行测量以获取所述区域的电阻率测量结果，电极对中的每个电极位于两个或更多探针中的不同探针上；以及对电阻率测量结果进行处理，以确定土壤水分含量。

Description

用于测量土壤水分含量的系统、设备与方法

技术领域

本发明涉及用于测量土壤水分含量的系统、方法和设备，更具体地但非排他地涉及用于以三维测量土壤水分剖面和/或深层排水的技术和电极配置。

背景技术

有必要对土壤特征进行了解以确定如何对农田进行最佳灌溉。例如，知晓农田的水分含量和深层排水特征十分有助于确定在灌溉活动中在何时和以何量来用水。此外，可以利用这种信息以基于预测的天气情况对灌溉活动进行计划。

已经提出多种用于测量土壤水分含量的技术。其中一项技术涉及利用中子探针。中子探针通过对射如所关心的区域中的中子的能量损失进行测量来进行操作。由于中子探针的放射性特性，因此在操作该装置时必须十分小心。此外，中子探针的影响范围随着土壤干燥周期而变化，因此随着逐渐靠近土壤表面进行测量，该装置的精度降低。

另一技术涉及围绕该区域安装一组渗漏测定计以提供对深层排水的直接测量。渗漏测定计收集流动的土壤溶液，随后该流动的土壤溶液被分析以确定排出水中的可溶解成分。然而，本领域技术人员可以理解，安装渗漏测定计可能非常耗费，并且频繁采样并不方便。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种确定土壤水分含量的系统，该系统包括：

两个或更多探针，被设置为位于孔洞中，孔洞围绕所关心的区域间隔开，两个或更多探针中的每一个探针包括多个电极，多个电极沿探针的长度并以已知间距间隔开；以及

控制单元，其是可操作的，从而：

在被选的电极对之间施加经测量的电流以及对其它被选的电极对之间所产生的电位差进行测量，以取得所述区域的电阻率测量结果，电极对中的每个电极位于所述两个或更多探针中的不同探针上；以及

对电阻率测量结果进行处理，以确定土壤水分含量。

在一个实施方式中，控制单元通过从电阻率测量结果计算土壤的视各向异性指数(AAI)来确定土壤水分含量，使视各向异性指数与数据集相关以确定土壤水分含量。

在一个实施方式中，数据集包括与土壤剖面的多种土壤特性相关联的数据，土壤特性与土壤水分含量有关。

在一个实施方式中，电极对与其它的电极对邻近。

在一个实施方式中，电极对以正方形配置围绕所关心的区域设置。

在一个实施方式中，控制单元是可操作的以通过在限定的时期内进行相同的测量来确定所述区域的体电阻率，电阻率的时间特性提供土壤水分含量变化的指示。

在一个实施方式中，在多个深度进行测量以生成三维电阻率剖面。

在一个实施方式中，探针围绕植物根部结构设置，因此孔洞的深度与根部结构的深度相对应。

根据第二方面，本发明提供一种确定土壤水分含量的方法，该方法包括以下步骤：

提供被设置为位于孔洞中的两个或更多探针，孔洞围绕所关心的区域间隔开，两个或更多探针中的每一个包括多个电极，多个电极沿探针的长度并以已知间距间隔开；

通过在被选的电极对之间施加经测量的电流以及测量其它被选的电极对之间所产生的电位差，获取所述区域的电阻率测量结果，电极对中的每个电极位于两个或更多探针中的不同探针上；以及

对电阻率测量结果进行处理，以确定土壤水分含量。

在一个实施方式中，通过从电阻率测量结果计算土壤的视各向异性指数(AAI)来确定土壤水分含量，使视各向异性指数与土壤数据集相关以确定土壤水分含量。

在一个实施方式中，土壤数据集包括与土壤剖面的多种土壤特性相关联的数据，土壤特性与土壤水分含量有关。

在一个实施方式中，电极对与其它的电极对邻近。

在一个实施方式中，在多个深度进行测量以生成三维电阻率剖面。

在一个实施方式中，电极对以正方形配置围绕所关心的区域设置。

在一个实施方式中，通过在限定的时期内进行相同的测量来确定所述区域的体电阻率测量结果，电阻率测量结果的时间特性提供土壤水分含量变化的指示。

在一个实施方式中，围绕植物根部结构设置探针，因此孔洞的深度与根部结构的深度相对应。

根据第三方面，本发明提供一种确定土壤剖面的土壤水分含量和/或深层排水(deep drainage)的方法，该方法包括以下步骤：

在多个深度测量土壤剖面的开裂强度；以及

将开裂强度的测量结果与数据集进行比较以确定土壤水分含量和/或深层排水，其中所述数据集包括相关土壤剖面的已知土壤特征。

在一个实施方式中，通过计算所述土壤剖面的视各向异性指数(AAI)来确定土壤剖面的开裂强度。

在一个实施方式中，通过利用根据第一方面所述的系统来计算视各向异性指数。

根据第四方面，提供了一种计算机程序代码，当由处理器执行该计算机程序代码时，该计算机程序代码实施根据第二方面所述的方法。

根据第五方面，提供了一种计算机可读介质，其包括根据第四方面所述的程序代码。

根据第六方面，提供了一种数据信号，其包括根据第四方面所述的计算机程序代码。

附图说明

现在参照附图并仅通过实施例对本发明的实施方式进行描述，在附图中：

图1是示出根据本发明的实施方式的电阻率测量技术的示意图；

图2a是根据一个实施方式的探针配置的示意图；

图2b和2c分别为图2a的探针之一的立体图和俯视图；

图3是示出根据一个实施方式的实施本发明的方法步骤的流程图；

图4示出3个独立的电极配置，其用于通过使用图2的正方形探针阵列来计算视各向异性指数(AAI)；

图5是用于对本发明的实施方式进行测试的水箱实验装置的示意图；

图6是示出从图5的实验装置所输出的AAI测量结果的图表；

图7a和7b是示出在4个样本测量时间获得的用于田间实验装置的AAI测量结果的图表；

图8是用于在图7中所使用的相同4个测量时间的电阻率分布图；以及

图9是小型渗漏测定计装置所测量的深层排水的曲线图。

具体实施方式

通过广泛的研究和测试，本发明人已经发现，通过对位于所关心的区域中的土壤的开裂强度检查，可以有效地确定土壤水分含量和/或深层排水的可能性。本发明人还发现，通过测量土壤中当前流动(current flow)的不均匀性，可以容易地确定开裂深度和强度(在一个实施方式中，利用各向异性指数测量结果)。本文所描述的实施方式示出了这种技术，并且还示出了用于实施这种技术的简单的系统配置。

本发明的实施方式还涉及通过利用体电阻率测量结果来确定土壤水分含量的技术。土壤的体电阻率受土壤基质的性质以及土壤溶液的性质的影响。通常，随着时间推移，土壤溶液的性质比土壤基质的性质要显示出更多的变化。通过使用这种技术，可从体电阻率的短期时间变化追溯土壤溶液或土壤水分含量的变化。

原理

可以通过利用图1所示的电极结构来实现用于以二维确定土壤样本的电阻率的基本操作。基本上，低电阻率与潮湿土壤有关，而高电阻率与更加干燥的土壤有关。这是因为，随着水分从土壤中消失，电流将找到更少的流过其中的连续路径，从而使电阻率增加。在图1中，沿着平面分布有4个电极，但是可以根据期望的分辨率水平设置更多的电极。电极中的两个102a、102b为“载流”电极，其使可操作的以运载由电源106产生的恒定的测量电流。电源106可以是AC电压源，也可以是DC电压源。需要由电源106输出的总电压最终取决于载流电极102之间的最大间距。另两个电极(即“电压探测”电极104a、104b)用于测量载流电极102之间的电压降(即电位差)。电压表108连接至电压探测电极104以测量电压降。测量的电流与探测的电压之间的比值提供对电极阵列中央下方的区域中的视电导率的一维测量，其中通过结合电极“a”之间距离的几何因子使该电流与电压之间的比值标准化。为了从视电导率分布确定地下的真实电导率，需要对数据集进行反演(invert)。适于执行该二维反演程序的软件包是“RES2DINV”包(从以下URL下载得到：www.http://www.geoelectrical.com)。该地带/区域的近似深度为电极间隔的一半。通过改变4个电极的位置来创建二维测量。本领域技术人员可以理解，还可以通过调整电极间隔来改变深度。

电阻率与土壤水分含量之间的关系

在包含低电阻率溶液且具有低表面电导率的沉积物中，可以通过Archies定律(用于不饱和条件)来表示土壤水分含量与电阻率之间的关系，如以下等式1所示：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ps}}=S^n\left({\mathrm{\σ}}_w{\mathrm{\φ}}^m\right)$ (等式1)

其中

为部分饱和的土壤的电导率，S为充有水的土壤孔隙的分数，n为经验常数，σ_w为土壤溶液的电导率，Φ为孔隙率，m为胶结系数。

如农田中的那样，如果在样本中存在泥土或有机物，则土壤水分含量与电阻率之间的关系更加复杂。在等式2中示出了可以利用的一个示例性等式：

${\mathrm{\σ}}_b={\mathrm{\σ}}_w{\mathrm{\φ}}^m+{\mathrm{\σ}}_g{(1-\mathrm{\φ})}^{(\log (1-{\mathrm{\φ}}^m)/\log (1-\mathrm{\φ}))}$ (等式2)

其中σ_b为土壤的电导率，σ_g为粒面电导率。

依照等式1的方法，对于不饱和条件可将等式2表示为如下：

${\mathrm{\σ}}_b=S^n({\mathrm{\σ}}_w{\mathrm{\φ}}^m+{\mathrm{\σ}}_g{(1-\mathrm{\φ})}^{(\log (1-{\mathrm{\φ}}^m)/\log (1-\mathrm{\φ}))})$ (等式3)

本领域技术人员可以理解，等式3并不包括对开裂强度的测量，由于充有空气的裂缝用作绝缘体，因此开裂将对土壤的电导率产生影响。因此，可以包含视各向异性指数(AAI)的测量结果来满足该变量的需要。在下面的段落中对利用AAI测量结果确定土壤水分含量和深层排水进行描述。

在图2a中示出了根据上述实施方式的系统200的示意图，该系统用于进行三维体电阻率测量。通过利用所提出的系统200，可以在土壤剖面的整个宽度和深度上保持恒定的分辨率。该系统200包括围绕所关心的区域布置的4个探针202a、202b、202c和202e(探针配置的更多细节见图2b和2c)。每个探针202位于4个孔洞214其中之一中，这4个孔洞214以已知间隔围绕该区域(例如作为大规模灌溉的一部分的待灌溉庄稼的单独植物)布置。通过每次包括位于两个或4个探针上的电极来进行电阻率测量。

如上所述，体电阻率读数可以提供对围绕植物根部结构且在多个深度的土壤水分含量的指示，这种指示接着可用来确定何时灌溉以及以何量灌溉。通过考虑预计的未来气候条件，还可以有利地利用上述读数来确定何时应进行将来的灌溉。

每个探针202包括呈环形不锈钢盘形式的多个电极204。沿着非导电管状主体206的长度以已知间距设有环形盘204；在该实施方式中，沿着1.2米长的PVC管设有16个电极。而且，在主体206上可以设置任意数量的电极，然而为了便于显示，该实施方式示出每个探针4个电极。如图2a所示，每个电极通过连接线与控制单元210连接。

控制单元210是可操作的以控制向被选的电极对供应电流以及对其它电极对之间产生的电位差进行测量。由于更高的电流可能导致发热，所以在该实施方式中，电流不超过20mA。然而，如果孔洞与电极之间的间距增加，那么更高的电流可能是优选的。为了实现该功能，控制单元210包括与ABEM SAS4000电法仪连接的LUND ES10-64自动电极选择器。可以使用两种类型的电极配置来进行体电阻率测量。在一个实施方式中，沿着可在4个探针202之间绘出的6个平面对视电阻率进行测量。如果赋予探针编号1、2、3和4，那么可以在探针之间按照如下方式绘出6个平面：1+2、2+3、3+4、4+1、1+3、2+4。沿着每个平面所进行的测量包括一个电流电极和一个电位电极，该电流电极和电位电极位于该测量中所涉及的两个探针中的每一个上。在一个实施方式中，电流电极位于电位电极上方。可以在电流电极与电位电极之间存在3至6个电极间距的情况下进行测量。可以在两个探针上的电极处于相同高度的情况下以及在这两个探针上的电极之间存在多达6个电极间距的高度差的情况下对每个间距进行测量。附录A的表1中示出了用于获得期望测量结果的示例性轮询(polling)技术。可以利用多通道测量来减少获取时间。在一个实施方式中，依照上述的相同原理但略过某些电极间距，可以实现较短的测量程序。虽然精度稍微降低，但在需要对瞬态过程进行监控的情况下，这种程序可能有利。

在图3的流程图300中示出了一种通过利用图2a的系统200确定土壤水分含量的方法。在第一步骤302中，该方法包括在围绕所关心的区域间隔开的孔洞中设置两个或更多探针202。在步骤304，通过在被选的电极对之间施加经测量的电流以及对其它被选的电极对之间产生的电位差进行测量，取得该区域的电阻率测量结果。如以上段落中所述，可以对于每个相关联的平面(取决于探针的数量)进行测量。电极对的每个电极位于上述两个或更多探针中的不同探针上。在最后步骤中，例如通过使用在以上段落中所述的处理技术来处理电阻率测量结果，以确定土壤水分含量(步骤306)。可以通过控制单元210进行上述处理，或者在可替换实施方式中，通过远离现场探针配置200的一些其它处理或计算装置进行上述处理。

可替换电极配置包括利用AAI提供对土壤水分含量和/或深层排水的指示。而且，在所有电极在探针中处于相同高度的情况下以及在两个电流电极与两个电位电极之间存在多达4个电极间距的高度差的情况下进行测量。下面，还附加参照图4对该技术进行更详细描述。如上所述，该技术适于通过利用各向异性指数与开裂强度之间的关系容易地确定土壤水分含量和/或深层排水。

在图4中(以俯视图)示出3个独立的用于正方形阵列的电极配置。在图4中，“C”用来表示载流电极，而“P”用来表示电压电位电极。在均一地层中，通过电极配置“A”所测量的视电阻率与通过电极配置“B”所测量的相等。在非均一地层中，视电阻率取决于电流源相对于被调查区域的位置和定向。因此，在大多数情况下，通过电极配置A和B所测量的视电阻率可能不同。

视各向异性指数(以下称“AAI”)是通过电极配置A所测量的视电阻率(ρ_a)与通过电极配置B所测量的视电阻率(ρ_b)之间的比值，并且可以表示为如下：

AAI＝ρ_aA/ρ_aB    (等式4)

从下面的实验结果部分显而易见的是，可以利用等式4来提供随深度的开裂强度测量。为此，可以使用4个探针202中每一个探针的电极(两个电位电极和两个电流电极)。对正方形阵列配置A、B和C进行测量并计算AAI。

实验结果

(a)水箱实验装置

首先，在如图5所示的水箱中对上述AAI实施方式进行测试。将系统200置于深度为45cm的充有沙子的称重式渗漏测定计(weighinglysimeter)502中，从而以沙子剖面中的多个深度进行正方形阵列测量。将1cm厚的呈塑料板504形式的电绝缘体插在探针202之间，以模拟充有空气的土壤裂缝。将使用3个图4所示的正方形阵列配置的电阻率协议编程进控制单元210中。在所有电极处于一个深度的情况下以及在两个电流电极与两个电位电极之间存在多达3个电极间距的深度差的情况下进行测量。对于每个正方形配置，总共进行270个测量。

图6示出了对于塑料板504的两个不同位置的AAI测量结果。在两种情况下，塑料板504均被插入到20cm的深度，即沙子剖面深度的一半。在第一平面中，该塑料板仅延伸至正方形阵列中的一半，而在第四平面中，该塑料板穿过整个正方形。编程进控制单元210中的电阻率协议首先处理位于剖面顶部的电极，然后移至剖面底部，然后再次向上(解释了当塑料板504在表面处的影响减小时，AAI朝向x-轴的中间(对应于剖面的底部)增加)。

第四平面的AAI示出了与1的较大偏离，因此表明该剖面中的较大非均一性。这与插入的塑料板的较大水平延伸是一致的。

(b)田间实验装置

在澳大利亚新南威尔士州Boggabri的农田中围绕高粱植物钻4个竖直的孔洞。在生长季的4个不同时间过程中运行上述编程进控制单元210中的协议，说明如下：

·样本“290”：采集于处于生长季早期的十一月。观测到无任何明显裂缝的潮湿的土壤。植物被记录为5-10cm高。

·样本“314”：采集于恰早于当年第二次和最后一次灌溉的十二月。观测到较小的表面土壤裂缝。

·样本“319”：采集于最后一次灌溉之后的那一天。观测到无任何表面裂缝的湿润土壤剖面。

·样本“328”：采集于收割前十天的一月中旬。观测到具有严重表面裂缝的非常干燥的土壤剖面。

图7a示出了所有处于同一深度水平的电极的上述4个观测时间的AAI测量结果。对于“328”样本(即最后一次灌溉的几周后)所测量的AAI剖面示出与1的最大AAI偏离，因此表明在水平层中的非均一性最大。

图8为4个测量时间的每一个的相对应的体电阻率分布图(将在试验装置“c”标题下进行更详细描述)。从图8可以看到，在非常干燥的土壤剖面(与所观测的条件相对应)中采集样本“328”。在样本“314”中发现具有与1的第二最大偏离的AAI，其为第二最干燥的剖面。在剖面的顶部所观测的AAI最有可能受到灌溉沟的东西方向的影响。因此，不期望对于均一湿润的无裂缝条件的为1的AAI。

图7b示出了对于整个协议的AAI。换言之，图7b包括对于所有处于同一水平的电极的测量结果以及在电位电极和电流电极处于不同深度的测量结果。因用于该测量的协议编程错误，在测量点号码49处存在与为1的AAI值之间的高偏差。由于示例装置中所使用的协议在无重复测量以进行质量控制的情况下运行在时滞模式下，因此极有可能因因测量误差而导致样本319存在偶然性异常值。

可以看出，总体上图7b的主要AAI位于1上方，这可能是由于孔洞位置轻微偏离理想正方形。因此，为了对层均一性进行量化，使用AAI相对于均一湿润的无裂缝条件的变化可能更加重要。正如图7a所示，样本328的AAI示出与1的最大偏差。AAI朝向100个电阻率测量结果的中间几乎增加至1。从图8的电阻率图中可以看到，AAI增加的区域与在土壤剖面的下半部中所进行的电阻率测量结果相对应。该测量中所涉及的电极越低，样本328的AAI就越接近于1。这种随深度而增加的非均一性是有希望的指示，其使得通过AAI确定开裂程度成为可能。然而，土壤剖面中的不均匀干燥图案也可能引发非均一性。

如图8所示，土壤水分含量的最大非均一性出现在0.45米深度，而最大均一性出现在土壤剖面的更上部。该数据表明，AAI不是由干燥图案的差异而是由土壤开裂决定的。

在样本田中记录的深层排水的高变化率使得水文过程的高特殊可变性以及对给出空间解决方案的测量方法的需要变得突出。提出的系统和设备提供了这样的方法，从生长实验期产生的实验结果表明，所提出系统的理论概念成功地应用在田地中。

(c)体电阻率实验装置

用于获取实验结果(a)和(b)的AAI的相同探针装置也被用于以三维测量体电阻率分布。沿着位于4个孔洞之间的6个平面进行测量(如附录A的表1所示)并通过RES3DINV对该结果进行反演。在整个生长期中的若干时间测量电阻率，并将结果与在邻近电极配置200定位的小型渗透测定计设备中所收集的深层排水进行比较。图8的图表314和319示出了在第二次灌溉活动之前以及之后产生的电阻率分布。在1.2米深度处的电阻率仅表现出小的变化，这一事实表明在该深度根本不出现或很小可能出现深层排水。此结果与在邻近的小型渗透测定计中不存在记录的深层排水相匹配，该小型渗透测定计记录移动经过1.2m深度处的水。

除了测量土壤水分含量和深层排水以外，本发明的实施方式还可以用来：

·监视土壤中的水运动/深层排水(即经过根部区域的水运动)；

·监视土壤剖面中的电阻率变化，其中电阻率变化可与水分变化相关。量化这些水分变化的校准包括土壤孔隙度的测量、阳离子交换能力、土壤盐度以及土壤的开裂强度。

·通过对土壤在不同深度的AAI进行测量，监视对开裂强度在深度剖面上的变化。然后该信息可用于对土壤水分-体电阻率关系进行校准。该信息还可用于确定深层排水的风险(裂缝是用于土壤中优先水运动的通路并因此是用于深层排水的通路。可通过该方法测量的裂缝系统的深度是供优先流动的深度用的指示)。

·监视盐分浸析。由于土壤的盐分含量对该土壤的体电阻率产生影响。可以使用体电阻率的变化来追踪土壤剖面中的盐运动。通常，农夫应用额外的灌溉水来去除已在土壤剖面中累积的盐。该手段可用于对这种额外应用的需求进行监视。

除非另外指明，不应将本文所包含的对现有技术的任何引用当做承认该信息为公知常识。

最后，应理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对之前所描述的部分进行各种改变或增加。

附录A

用于测量位于探针1与2之间的平面的示例性探针轮询技术：

假设4个探针均具有14个电极(如图1所示)，最长电极配置的开始如表1中所示。

安装在4个孔洞之一中的每一个都具有14个电极的4个探针的示意图

表1：用于测量位于探针1与探针2之间的平面的电流电极和电位电极的编号

电流1    电流2     电位1    电位2

1        15        4        18

2        16        5        19

3        17        6        20

4    18    7    21

5    19    8    22

6    20    9    23

7    21    10   24

8    22    11   25

9    23    12   26

10   24    13   27

11   25    14   28

1    15    5    19

2    16    6    20

3    17    7    21

4    18    8    22

5    19    9    23

6    20    10   24

7    21    11   25

8    22    12   26

9    23    13   27

10   24    14   28

1    15    6    20

2    16    7    21

3    17    8    22

4    18    9    23

5    19    10   24

6    20    11   25

7    21    12   26

8    22    13   27

9    23    14   28

1    15    7    21

2    16    8    22

3    17    9    23

4    18    10   24

5    19    11   25

6    20    12   26

7    21    13   27

8    22    14   28

1    15    8    22

2    16    9    23

3    17    10   24

4    18    11   25

5    19    12   26

6    20    13   27

7    21    14   28

1    16    5    20

1    17    5    21

1    18    5    22

1    19    5    23

1    20    5    24

1    21    5    25

2    15    6    19

2    17    6    21

2    18    6    22

2    19    6    23

2    20    6    24

2    21    6    25

2    22    6    26

3    15    7    19

3    16    7    20

3    18    7    22

3    19    7    23

3    20    7    24

3    21    7    25

3    22    7    26

3    23    7    27

4    15    8    19

4    16    8    20

4    17    8    21

4    19    8    23

4    20    8    24

4    21    8    25

4    22    8    26

4    23    8    27

4    24    8    28

5    15    9    19

5    16    9    20

5    17    9    21

5    18    9    22

5    20    9    24

5    21    9    25

5    22    9    26

5    23    9    27

5    24    9    28

6    15    10   19

6    16    10   20

6    17    10   21

6    18    10   22

6    19    10   23

6    21    10   25

6    22    10   26

6    23    10   27

6    24    10   28

7    15    11    19

7    16    11    20

7    17    11    21

7    18    11    22

7    19    11    23

7    20    11    24

7    22    11    26

7    23    11    27

7    24    11    28

8    16    12    20

8    17    12    21

8    18    12    22

8    19    12    23

8    20    12    24

8    21    12    25

8    23    12    27

8    24    12    28

9    17    13    21

9    18    13    22

9    19    13    23

9    20    13    24

9    21    13    25

9    22    13    26

9    24    13    28

10   18    14    22

10   19    14    23

10   20    14    24

10   21    14    25

10   22    14    26

10   23    14    27

Claims (22)

1.一种用于确定土壤水分含量的系统，所述系统包括：

两个或更多探针，被设置为位于孔洞中，孔洞围绕所关心的区域间隔开，所述两个或更多探针中的每一个探针包括多个电极，所述多个电极沿探针的长度并以已知间距间隔开；以及

控制单元，其是可操作的，从而：

在被选的电极对之间施加经测量的电流以及对其它被选的电极对之间所产生的电位差进行测量，以取得所述区域的电阻率测量结果，电极对中的每个电极位于所述两个或更多探针中的不同探针上；以及

对电阻率测量结果进行处理，以确定所述土壤水分含量。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制单元通过从电阻率测量结果计算土壤的视各向异性指数(AAI)来确定所述土壤水分含量，使视各向异性指数与数据集相关以确定所述土壤水分含量。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述数据集包括与土壤剖面的多种土壤特性相关联的数据，土壤特性与所述土壤水分含量有关。

4.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，电极对与其它的电极对邻近。

5.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，电极对以正方形配置围绕所关心的区域设置。

6.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，所述控制单元是可操作的以通过在限定的时期内进行相同的测量来确定所述区域的体电阻率，电阻率的时间特性提供土壤水分含量变化的指示。

7.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中

8.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中，探针围绕植物根部结构设置，因此孔洞的深度与根部结构的深度相对应。

9.一种确定土壤水分含量的方法，所述方法包括以下步骤：

提供被设置为位于孔洞中的两个或更多探针，孔洞围绕所关心的区域间隔开，所述两个或更多探针中的每一个包括多个电极，所述多个电极沿探针的长度并以已知间距间隔开；

通过在被选的电极对之间施加经测量的电流以及测量其它被选的电极对之间所产生的电位差，获取所述区域的电阻率测量结果，电极对中的每个电极位于所述两个或更多探针中的不同探针上；以及

对电阻率测量结果进行处理，以确定所述土壤水分含量。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过从电阻率测量结果计算土壤的视各向异性指数(AAI)来确定所述土壤水分含量，使视各向异性指数与土壤数据集相关以确定所述土壤水分含量。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述土壤数据集包括与土壤剖面的多种土壤特性相关联的数据，土壤特性与所述土壤水分含量有关。

12.根据权利要求9至11任一项所述的方法，其中，电极对与其它的电极对邻近。

13.根据权利要求9至12任一项所述的方法，其中，在多个深度进行测量以生成三维电阻率剖面。

14.根据权利要求9至13任一项所述的方法，其中，电极对以正方形配置围绕所关心的区域设置。

15.根据权利要求9至14任一项所述的方法，其中，通过在限定的时期内进行相同的测量来确定所述区域的体电阻率测量结果，所述电阻率测量结果的时间特性提供土壤水分含量变化的指示。

16.根据权利要求9至15任一项所述的方法，其中，围绕植物根部结构设置探针，因此孔洞的深度与所述根部结构的深度相对应。

17.一种确定土壤剖面的土壤水分含量和/或深层排水的方法，所述方法包括以下步骤：

在多个深度测量所述土壤剖面的开裂强度；以及

将开裂强度的测量结果与数据集进行比较以确定土壤水分含量和/或深层排水，其中所述数据集包括相关土壤剖面的已知土壤特征。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，通过计算所述土壤剖面的视各向异性指数(AAI)来确定所述土壤剖面的开裂强度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，通过利用根据权利要求1至8任一项所述的系统来计算视各向异性指数。

20.一种计算机程序代码，当由处理器执行所述计算机程序代码时，所述计算机程序代码实施如权利要求9至19任一项所述的方法。

21.一种计算机可读介质，包括如权利要求20所述的程序代码。

22.一种数据信号，包括如权利要求21所述的计算机程序代码。

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