CN220525588U - 一种监测田间土壤灌溉水分扩散的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种监测田间土壤灌溉水分扩散的装置，属于环境检测技术领域。所述监测田间土壤灌溉水分扩散的装置包括：监测电极组、基准电极和电压记录设备；所述监测电极组包括至少1个监测电极，当监测电极的数量多于1个时，各个监测电极按纵向排列固定在待测干燥土壤中，且监测电极之间相互间隔在0.5‑10cm；所述基准电极纵向固定在灌溉土壤处；所述监测电极组的各个监测电极分别与基准电极形成一对电极，通过导线与电压记录设备相连接。本实用新型的装置具有成本低和操作简单的优势，能够用于监测不同土壤的水分扩散范围、扩散深度、扩散速率等参数，能够提高农业灌溉的效率，服务于农业发展。
Description
技术领域
本实用新型属于环境检测技术领域，具体涉及一种利用土壤电信号监测田间土壤灌溉水分扩散的装置。
背景技术
节水灌溉用水量少，起到了节水作用，但另一方面，要保证有限的水分能扩散到作物根系，节水灌溉才有效果。对于土壤水分扩散范围的监测可以用人工观察浸润线来实现，但是水分扩散的深度就无法直接观察。取土加热测含水量的方法耗能费力，且无法在线连续监测；中子法测土壤含水量存在成本较高的问题。
发明内容
针对目前节水灌溉过程中土壤水分扩散深度难以监测的问题，本实用新型提供了一种利用土壤电信号监测田间土壤灌溉水分扩散的装置。该装置具有成本低、操作简单、可在线监测的优势，而且监测过程不使用任何化学物质。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种监测田间土壤灌溉水分扩散的装置，包括：监测电极组、基准电极和电压记录设备；
所述监测电极组包括至少1个监测电极，当监测电极数量多于1个时，各个监测电极按纵向排列固定在待测干燥土壤中，且监测电极之间相互间隔在0.5-10cm；
所述基准电极纵向固定在灌溉土壤处；
所述监测电极组的各个监测电极分别与基准电极通过导线连接形成对电极，且对电极与电压记录设备相连接。
进一步地，所述监测电极的材质为不锈钢、钛或石墨。
进一步地，所述基准电极的材质为不锈钢、钛或石墨。
进一步地，所述导线的材质为铜、铝或钛。
进一步地，所述电压记录设备为万用表、数据采集卡或电化学工作站。
进一步地，所述装置还包括监测电极套管，所述监测电极套管的管壁开设有至少1个孔洞，所述监测电极穿插在孔洞内。
进一步地，所述监测电极套管的材质为塑料。
实施监测时，将基准电极垂直插入受水灌溉的土壤，深度小于20 cm；监测电极组通过监测电极套管垂直插入远离灌溉位置、干燥的土壤中，深度小于50 cm，监测电极套管为一根硬质塑料管，管壁有等距的若干小孔，监测电极暴露在小孔外，并通过小孔连接塑料管内的导线，每根导线的一端连接一个监测电极。导线从塑料管顶端引出后，每根导线另一端与每根基准电极导线的另一端两两配对形成一对电极，与电压记录设备连接，记录一对电极之间的电压，用于监测土壤水分从灌溉位置向周围干旱土壤的扩散情况。
土壤水分从受水灌溉位置扩散时，水分边界逐渐触碰到监测电极组的一系列电极，此时电压记录设备就会出现电压值。由于监测电极组插入土壤后，其上的不同电极位于不同土壤深度，因此，当某一个监测电极与基准电极组成的一对电极对应的电压快速增长80mV以上，就可以认为水分扩散到了那个监测电极所在的土壤深度，并且该深度的土壤含水量超过10%，这是因为电压的产生是因为基准电极处土壤中盐浓度与水分扩散边界位置的土壤中盐浓度存在差异。基准电极处的土壤处于受水灌溉位置，含水量高，土壤盐浓度低；而水分扩散边界位置的土壤含水量低，土壤盐浓度高，从而在基准电极和监测电极之间形成浓差电压。
有益效果：本实用新型的装置能够实现原位在线监测灌溉水分在土壤中的扩散深度，提升节水灌溉的效果，更好服务于粮食增产。同时还具有成本低、操作简单，以及不使用任何化学物质的优点。
附图说明
图1为实施例1的装置的结构示意图，其中：1为监测电极套管、2为监测电极组、3为导线、4为基准电极、5为电压记录设备。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明，但不应理解为对本实用新型的限制。在不背离本实用新型精神和实质的情况下，对本实用新型方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本实用新型的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。
以下实施例采用的土壤采集自甘肃省，土壤含水量5.52%，质地为壤土，为典型北方农田旱地土壤。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种利用土壤电信号监测田间土壤灌溉水分扩散的装置，由监测电极套管1、监测电极组2、导线3、基准电极4和电压记录设备数据采集卡5组成。
监测电极套管1的长度15 cm，为聚四氟乙烯材质，在管壁一侧开设有6个孔洞，用于插设监测电极。管壁上插设的各个监测电极间距为 2cm，共6个监测电极，监测电极穿过管壁的孔洞一端与土壤接触，另一端在套管内。将监测电极套管1插入干燥的土壤中，6个监测电极分别位于土壤表面以下1cm、3cm、5cm、7cm、9cm、11cm。基准电极4为长度10cm的不锈钢棒，顶部连接6根导线。将基准电极4底部插入滴灌位置的土壤中，基准电极的6根导线与监测电极的6根导线两两配对形成六对电极，与数据采集卡5连接，实时在线记录6对电极之间的开路电压，用于监测土壤水分从灌溉位置向周围干旱土壤的扩散情况。
设置滴灌速率为2滴/秒，水分以基准电极4为圆心向土壤四周扩散。滴灌之前，数据采集卡显示6对电极间的开路电压为0 mV。滴灌开始后8秒时，基准电极与监测电极组中位于土壤下方1 cm 的电极之间电压跃升至122.4 mV，表明水分扩散至1 cm深度；26秒时，基准电极与监测电极组中位于土壤下方3 cm 的电极之间电压跃升至156.2 mV，表明水分扩散至3 cm深度；1分12秒时，基准电极与监测电极组中位于土壤下方5 cm 的电极之间电压跃升至107.9 mV，表明水分扩散至5 cm深度；5分31秒时，基准电极与监测电极组中位于土壤下方7 cm 的电极之间电压跃升至95.0 mV，表明水分扩散至7 cm深度；13分49秒时，基准电极与监测电极组中位于土壤下方9 cm 的电极之间电压跃升至90.6 mV，表明水分扩散至9 cm深度；30分05秒时，基准电极与监测电极组中位于土壤下方11 cm 的电极之间电压跃升至86.5 mV，表明水分扩散至11 cm深度。
Claims (6)
1.一种监测田间土壤灌溉水分扩散的装置，其特征在于：包括：监测电极套管（1）、监测电极组（2）、基准电极（4）和电压记录设备（5）；
所述监测电极组（2）包括至少1个监测电极，当监测电极的数量多于1个时，各个监测电极按纵向排列固定在待测干燥土壤中，且监测电极之间相互间隔在0.5-10cm；
所述监测电极套管（1）的管壁开设有至少1个孔洞，所述监测电极穿插在孔洞内；
实施监测时，基准电极（4）垂直插入受水灌溉的土壤，监测电极组（2）通过监测电极套管（1）垂直插入远离灌溉位置、干燥的土壤中；
所述监测电极组（2）的各个监测电极分别与基准电极（4）通过导线（3）连接形成一对电极且与电压记录设备（5）相连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述监测电极的材质为不锈钢、钛或石墨。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述基准电极（4）的材质为不锈钢、钛或石墨。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述导线（3）的材质为铜、铝或钛。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电压记录设备（5）为万用表、数据采集卡或电化学工作站。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述监测电极套管（1）的材质为塑料。
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