PDF《TRIME-T3 管式 TDR 在测量土壤水分时 的误差及校正》

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correction 湖北农业科学2013 年1TRIME-T3 管式 TDR 的基本结构 和测量原理 德国 IMKO 公司的专利产品 TRIME-T3 管式TDR 系统包括 FM3 读数表、T3 探头和探管等配置, 表层含水量可选配P3 系列表层探头配合使用.TRIME-T3 管式 TDR 的安装使用方法与中子仪相 近,所不同的是可实现非扰动定位瞬时观测,TRIME-T3 管式 TDR 采用 TECANAT 制成的透明塑 料管代替中子仪的铝管,只需移动圆柱式探头(外包PVC 外壳,4 个反向弹性铝条为 TDR 波导体)在 塑料管中的位置, 就可以从 FM 水分表离线式读出 探头水分测量值, 即不同深度土壤的体积含水率, 测量深度可达

3 m. 该仪器的测量原理为:TDR 发射频率为1MHz~1 GHz 的电磁脉冲,经过同轴电缆进入波导探 针进行传播, 遇到障碍物后产生反射并返回到仪 器,通过测量电磁脉冲沿波导探针在土壤介质中传 播并在其末端反射所需时间就可以计算出被测物 质含水量的大小[7] .

2 TRIME-T3 管式 TDR 的误差来源

1980 年Topp 等[8] 对各类不同粒级土壤的研究 表明,土壤的介电常数强烈地依赖土壤中液态水含 量,而对土壤类型、密度和温度(>

0 ℃)的依赖性很 小. 但后来的研究表明,在测量精度要求较高时这 一结论是不正确的[9-11] . TRIME-T3 管式 TDR 系统 作为 TDR 的一种,在安装和使用过程中受多种因素 影响,且各因素间可能相互作用. 下面就各个因素 分别进行论述. 2.1 土壤空隙产生的误差 TRIME-T3 管式 TDR 的探管和土壤之间不能 存在空隙,因为空气具有最低的介电常数. 如果存 在空隙,TDR 测出的水分含量就比实际的土壤水分 含量要低得多,且土壤含水量越高时空隙造成的误 差越大.

1 mm 的空隙,在土壤体积含水量为 15%时, 误差±(1%~2%);

土壤体积含水量为 25%时,误差 ±5%;

在更高体积含水量下,误差可高达±10%[12] . 另外,空隙对于具有膨胀和收缩性质的土壤产生的误 差更大[6] . 2.2 土壤温度产生的误差 应用 TDR 野外测定土壤水分时会受土壤温度 的影响,并且土壤各层次的影响程度和大小各不相 同. 姜小三等[13] 研究表明,在温度 23~31 ℃下,对黄 土高原土壤用 TDR 所测土壤含水量比土钻法所测 值偏高;

温度低于

23 ℃或高于

31 ℃时,TDR 所测土 壤含水量比土钻法所测值偏低;

而在

23 ℃和31 ℃ 附近时,这两种方法测得的土壤含水量的差异不显 著. 2.3 土壤类型产生的误差 土壤类型对测值影响不大,通常情况下,如若 对精度要求不高,可直接使用其出厂标定. 但对于 一些特殊的土壤,测值就不够准确[5,14] ,如黏土(土 壤体积含水量>

40%,尤其是膨胀性黏土)和有机质 含量较高的土壤(黑泥土、腐殖质、无土栽培基质 等),当含水量较高时,由于输入电磁波的能量耗散 较大,导致反射讯息模糊,容易造成失准. 周凌云 等[7] 利用 Steven TDR 在室内分别测定了沙土、壤土、 粉沙土和黏土

4 种土壤类型的土壤含水量,结 果表明沙土和黏土的 TDR 测量值与烘箱法测量值 之间的偏差较大,壤土和粉沙土的测量偏差相对较 小. 李道西等[15] 的研究表明,在黏壤质土中,TDR 法 的土壤含水量测值较烘箱法显著偏小,绝对偏差范 围在 0.02~0.09 cm3 /cm3 ,相对偏差范围 4.1%~44.0%. 2.4 土壤电导率产生的误差 土壤电导率作为土壤盐分的一个指标反映了 土壤中离子的含量. 最初的一些研究认为土壤电导 率不对 TDR 测定结果产生影响[8] ,但后来的一些研 究者对此持不同意见.Dalton 等[16] 认为,当土壤孔隙 水溶液电导率接近或大于