CN104089854B - 一种土壤湿度计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤湿度计，筒状纤维管束贴合于密封腔体顶部和上部内侧壁；筒状纤维管束桶内侧壁贴合一层半透膜；筒状纤维管束顶部有湿度敏感性油墨；密封腔体顶部采用透气的透明塑料；密封腔体中有柱状纤维管束，从密封腔体内腔上半部一直延伸到密封腔体外，密封腔体内的柱状纤维管束与筒状纤维管束不接触；柱状纤维管束外侧贴合另一半透膜，半透膜超出柱状纤维管束顶部，直到筒状纤维管束顶部，在第一部分半透膜与密封腔体内壁之间充满有渗透压的盐离子溶液。通过根部细胞内与外界的渗透压的差来实现的对土壤湿度的监测，可以真实灵敏的反映植物根部吸水的状况。结构简单，成本低廉，适用于大面积作物栽培过程中对土壤湿度的监测。

Description

一种土壤湿度计

技术领域

本发明涉及一种土壤湿度计。

背景技术

土壤湿度决定农作物的水分供应状况。土壤湿度过低，形成土壤干旱，光合作用不能正常进行，降低作物的产量和品质；严重缺水导致作物凋萎和死亡。土壤湿度过高，恶化土壤通气性，影响土壤微生物的活动，使作物根系的呼吸、生长等生命活动受到阻碍，从而影响作物地上部分的正常生长，造成徒长、倒伏、病害滋生等。农作物对土壤水分的吸收主要在根尖进行，主要动力是根尖细胞液的浓度差，也就是渗透压。

传统测量土壤湿度的方式有多种，但本质上都是测量土壤中含水量有多少。这种方法的问题在于即便所测量的土壤湿度准确，但受制于土粒吸附力、毛管力和重力等因素制约，土壤湿度并不能准确反映作物对土壤的需水情况。

发明内容

本发明是针对现在土壤湿度测量精度不高的问题，提出了一种土壤湿度计，可以直接测量作物根部渗透压的土壤湿度计，这种湿度计结构简单，成本低廉，适用于大面积作物栽培过程中对土壤湿度的监测。

本发明的技术方案为：一种土壤湿度计，包括密封腔体、两组纤维管束、两部分半透膜、盐离子溶液、湿度敏感性油墨和透明塑料；筒状纤维管束贴合于密封腔体顶部和上部内侧壁，筒状纤维管束底部为敞开；筒状纤维管束桶内侧壁贴合一层第二部分半透膜；筒状纤维管束顶部有湿度敏感性油墨；密封腔体顶部采用透气的透明塑料，可以肉眼直接识别湿度敏感性油墨；密封腔体中有柱状纤维管束，从密封腔体内腔上半部一直延伸到密封腔体外，延伸到密封腔体外的柱状纤维管束插入土壤，密封腔体内的柱状纤维管束与筒状纤维管束不接触；柱状纤维管束外侧贴合第一部分半透膜，半透膜超出柱状纤维管束顶部，直到筒状纤维管束顶部，半透膜下端与密封腔体底部保持距离，不接触，在第一部分半透膜与密封腔体内壁之间充满有渗透压的盐离子溶液。

所述湿度敏感性油墨可由电阻式湿度传感器代替。

所述半透膜为盐离子溶液中的水分可以自由流动，但盐离子无法穿透的半透膜。所述两部分半透膜在密封腔体内在高度上相对重叠为密封腔体的1/3区域。

本发明的有益效果在于：本发明一种土壤湿度计，通过根部细胞内与外界的渗透压的差来实现的对土壤湿度的监测，本发明土壤湿度计可以真实灵敏的反映植物根部吸水的状况。

附图说明

图1为本发明土壤湿度计剖视图；

图2为本发明检测到干燥土壤时土壤湿度计剖视图。

具体实施方式

如图1所示土壤湿度计剖视图，土壤湿度计为圆柱型结构，包括密封腔体6、两组纤维管束（1、2）、两部分半透膜（3、4）、盐离子溶液8、湿度敏感性油墨5和透明塑料7，筒状纤维管束2贴合于密封腔体6顶部和上部内侧壁，筒状纤维管束2底部为敞开；筒状纤维管束2桶内侧壁贴合一层半透膜4；筒状纤维管束2顶部有湿度敏感性油墨5；密封腔体6顶部采用透气的透明塑料7，可以肉眼直接识别湿度敏感性油墨；密封腔体6中有柱状纤维管束1，从密封腔体6内腔上半部一直延伸到密封腔体6外，柱状纤维管束1与筒状纤维管束2不接触；柱状纤维管束1外侧贴合半透膜3，半透膜3超出柱状纤维管束1顶部，直到筒状纤维管束2顶部，下端与密封腔体6底部保持距离，不接触，在半透膜3与密封腔体6内壁之间有盐离子溶液8。在有半透膜存在的情况下，盐离子溶液中的水分可以自由流动，但盐离子无法穿透半透膜（例如RO膜）。当两部分半透膜3，4之间的盐离子溶液液面降低后，会促使半透膜3内和密封腔体6内的盐离子溶液不断失水，甚至所有水分失去形成盐结晶。但盐结晶具有很强的吸收水分的作用，一旦两部分半透膜3，4内的盐离子溶液液面升高到该腔体范围内的时候，这些盐结晶，或者是高浓度的盐离子溶液会根据渗透压的差吸收3和6之间盐离子溶液的水分。直至渗透压重新达到平衡。故1、该区域不需要一直保持盐离子溶液，但需要一直保持盐离子的存在。2、两部分半透膜3，4重叠高度是为了满足区域内重新获得水分的需要，相对位置在上1/3区域。

半透膜的作用是通过腔内的一定浓度的盐离子溶液8维持一个渗透压，这个渗透压与土壤内的水分渗透压保持平衡，在土壤水分充分时，抬高盐离子溶液8的液面高度，在土壤水分缺乏时，降低盐离子溶液8的液面高度。当离子溶液8的液面高度升高到一定的高度时，离子溶液8与半透膜4接触，水分渗出半透膜4，通过包括在半透膜4外的筒状纤维管束2传递至湿度敏感性油墨5，让其产生颜色或透明度变化，借以判断土壤水分的湿度。除底端部分纤维管束1外，其余结构被封装在密封的腔体6内，密封腔体6的顶部采用透气的透明塑料6，可以肉眼直接识别湿度敏感性油墨5印刷的标志在不同湿度的变化。

使用前充满一定渗透压的盐离子溶液，当插入未灌水前土壤后，该湿度计内的盐离子溶液需要首先与土壤渗透压形成平衡，由于土壤的毛细扩散作用和蒸腾作用，会导致湿度计内的盐离子溶液失水，从而形成空间。在达到湿度计内盐离子浓度与土壤内水分渗透压相同后，形成平衡。湿度计内盐离子溶液液面随土壤渗透压变化而上下变动。通常来说，使用氯化钙作为溶解盐，配置浓度为3%的盐离子溶液，整个腔体6长度为80毫米，上段半透膜长度为30毫米，可适应大多数土壤湿度测量要求。推荐最好是根据使用效果与湿度计的对比配置合适浓度的盐离子溶液。

然后将该湿度计插入土壤中，灌水淋湿土壤使湿度计的柱状纤维管束1与土壤紧密接触。经过一段时间后，土壤内的水分渗透压与离子溶液8的渗透压平衡，离子溶液的液面保持一定的高度如图1所示，这时湿度敏感性油墨5颜色发生变化，显示湿度标记。而当土壤水分缺乏时，土壤水分渗透压持续降低，吸引离子溶液8的水分持续释放，导致离子溶液8的液面下降，与半透膜4脱离接触，如图2所示，从而无法持续供给筒状纤维管束2水分，印刷在筒状纤维管束2顶上的湿度敏感性油墨5颜色随着水分的挥发而恢复原色，显示干燥标记。

传统的湿度计测量的是土壤水分的相对比例，受制于土壤成分的不同，这种相对湿度的计量方式并不能直接评估土壤水分对作物吸收作用的影响。由于作物吸收水分是通过根部细胞内与外界的渗透压的差来实现的，因此该湿度计可以真实灵敏的反映植物根部吸水的状况。

此外，基于本发明原理，可以用测量电阻的方式替代湿度敏感性颜料。具体来说，在筒状纤维管束2上连接两个电极，由于筒状纤维束之间的干湿状况会使得电极之间的导电性能发生变化，通过检测这种导电性能间接反映纤维束之间的干湿状况，进而反应土壤中含有水分的情况。

Claims (4)

1.一种土壤湿度计，其特征在于，包括密封腔体（6）、两组纤维管束（1、2）、两部分半透膜（3、4）、盐离子溶液（8）、湿度敏感性油墨（5）和透明塑料（7）；筒状纤维管束（2）贴合于密封腔体（6）顶部和上部内侧壁，筒状纤维管束（2）底部为敞开；筒状纤维管束（2）桶内侧壁贴合一层第二部分半透膜（4）；筒状纤维管束（2）顶部有湿度敏感性油墨（5）；密封腔体（6）顶部采用透气的透明塑料（7），可以肉眼直接识别湿度敏感性油墨（5）；密封腔体（6）中有柱状纤维管束（1），从密封腔体（6）内腔上半部一直延伸到密封腔体（6）外，延伸到密封腔体（6）外的柱状纤维管束（1）插入土壤，密封腔体（6）内的柱状纤维管束（1）与筒状纤维管束（2）不接触；柱状纤维管束（1）外侧贴合第一部分半透膜（3），半透膜（3）超出柱状纤维管束（1）顶部，直到筒状纤维管束（2）顶部，半透膜（3）下端与密封腔体（6）底部保持距离，不接触，在第一部分半透膜（3）与密封腔体（6）内壁之间充满有渗透压的盐离子溶液（8）。

2.根据权利要求1所述土壤湿度计，其特征在于，所述湿度敏感性油墨（5）由电阻式湿度传感器代替。

3.根据权利要求1所述土壤湿度计，其特征在于，所述半透膜为盐离子溶液中的水分可以自由流动，但盐离子无法穿透的半透膜。

4.根据权利要求3所述土壤湿度计，其特征在于，所述两部分半透膜在密封腔体（6）内在高度上相对重叠为密封腔体（6）的1/3区域。