An attempt to find a
suitable place for soil moisture sensor in a drip irrigation system
| Zahra Amiri a,b,
Mahdi Gheysari a,*，Mohammad Reza Mosaddeghic, Samia Amiri d, Mahsa Sadat Tabatabaei aa Department
of Civil and Environmental Engineering, Colorado State Universityb Environmental
Sciences Department, University of California- RiversidecDepartment
of Soil Science, College of Agriculture, Isfahan University of TechnologydDepartment
of Civil and Environmental Engineering, Colorado State University |
https://doi.org/10.1016/j.inpa.2021.04.010
农业对干旱和半干旱地区其他部门的水资源造成了巨大压力，滴灌系统在提高水资源利用效率方面具有巨大潜力，近年来越来越受到人们的重视。滴灌通过对水分和养分的精确分配，实现了对土壤含水量的精确管理，准确测量根区内的SWC对于最佳使用滴灌系统和最大限度地提高作物生产力至关重要，因此，正确安装传感器一直是滴灌管理的一个具有挑战性的方面。
1.水在土壤剖面中的动态运动使土壤湿度传感器的合适位置变得复杂；
2.生长季节根系发育影响玉米对土壤水分的吸收模式。
灌溉管理：第一次灌溉在种植后2天(DAP)进行。从植树日到30DAP，灌溉计划以补偿0 ~ 20cm土层土壤水分亏缺为基础，灌溉间隔1 ~ 2 d，为发芽提供最佳条件。从30DAP到生长季结束，采用监测活跃根区SWC和利用每日气象数据估算作物蒸散发(ETC)相结合的方法确定灌溉时间和灌溉量。在生长季节，PR2/6探针在0~35 cm和35~50 cm土层的灌溉时间和测量的SWC如图1所示。图1 PR2探针(a)、玉米田(b)、土壤剖面中芯样器的重力土壤水分测量(c、d)、土壤剖面中芯样器的根系采样(e、f)对生长季灌溉管理土壤水分的监测
通过测量剖面水平（HD）和垂直方向（VD）的SWC来研究土壤水分的运动，如图2。为了研究根系生长对土壤剖面SWC分布的影响，在两个灌溉间隔内，在玉米的两个生长阶段采集了样品。在每个采样日期，收集了72个土壤核心样品，并使用重量法测定了SWC。由于在两个灌溉间隔期间收集的SWC数据是间歇性的，因此引入了一个新概念，即受TSRP概念启发的平均水分代表面(AMRS)。AMRS确定了土壤剖面的表面，它代表了每个采样日期中湿体积的平均SWC。图2 在土壤剖面中进行土壤含水量测定的核心取样方案（不同水平间隔和不同土层的垂直间隔）如图3所示，70%以上的根系集中在30
cm表层，30 - 40 cm表层的RLD较低，说明后一层吸水性较低，因此，较深层(>30
cm)土壤SWC变化较小，对灌溉补吸和根系吸水不敏感。在这些层中安装土壤湿度传感器可能不能代表剖面中实际的SWC波动，在确定合适的SWC采样位置时，考虑土壤和根系发育模式的局限性是不可避免的。
图3 通过70 DAP和73 DAP平均水分代表面(AMRS)相交面积:(a)±0.05相对误差;(b)±0.10相对误差)确定土壤水分采样的适宜位置通过两个生长期SWC监测适宜位置的比较发现，随着根系发育，生长季中期适宜深度为上层10~30 cm，生长季末适宜深度为10~20 cm。生长季中期最大RLD为2.5 cm/cm3，临近生长季结束时最大RLD为3.9 cm/cm3，表明控制水分通量的土壤水力特性可能比中期根系吸水量更有效。此外, 由于在小尺度的土壤剖面(35 cm×60 cm)上，土壤水力特性的变化不大，因此更大的AMRS面积更能代表土壤剖面的平均SWC。随着茎部发育和蒸腾速率的增加，根系分布优于土壤水力特性。生长季末，滴管附近上层(0~20层)的RLD增加，水分运动受剖面中根系吸水性的支配。该研究探讨了在土壤剖面中确定两个灌溉间隔、两个生育期根区平均SWC (AMRS)代表区域的可行性，确定土壤湿度传感器的最佳位置的主要挑战是土壤剖面中水分和根系发育的动态运动。在生长季结束时，滴管附近根系生长的显著增加加剧了不同土层间根系吸水量的变化。因此，SWC取样的合适位置可以限制在上层(0~20 cm)。在壤土中，在玉米整个生长季节，张力仪和TDR等土壤传感器的推荐安装位置为距作物5~20 cm的水平距离和距土壤表面10~20 cm的深度。
引用格式：
Amiri, Z., Gheysari, M., Mosaddeghi, M. R.,
Amiri, S., & Tabatabaei, M. S. An attempt to find a suitable place
for soil moisture sensor in a drip irrigation system. Information Processing in
Agriculture, 2022, 9(2), 254-265.
编辑：胡琪鸣
校对：鲁娜
审核：付学谦
日期：2024年5月31日
《农业信息处理(英文)》，创刊于2014年，由中国农业大学主办，李道亮教授主编，已被ESCI、EI、Scopus、DOAJ、中国科学引文数据库(CSCD)等数据库检索。2019年入选《中国科技期刊卓越行动计划》之高起点新刊项目，2020年入选中国农林核心期刊（A类）目录，2023年正式被ESCI(Emerging Sources Citation Index)收录，将于2024年收获第一个期刊影响因子。《WJCI报告》学科排名位居全球TOP5%或学科排名TOP3，影响因子7.908。2022年Citescore为13.7，CiteScoreTracker 2023 (最近更新于05 April, 2024)为21.0，农业与生物科学排名1%~2%，计算机科学应用排名前4%。主要刊载最新信息技术在农业的应用，包括：农业物联网、农业人工智能和大数据、农业机器人、农业能源与控制、农业供应链与管理、空间信息技术、信息技术在现代农业工程的应用和其他农信息化技术。推文投稿：欢迎INPA作者/农业信息领域学者，撰写发表的/感兴趣的INPA论文公众号推文，一同打造INPA微信公众号精彩内容。纪尚一，s20233081809@cau.edu.cn鲁娜，B20233080715@cau.edu.cn
