一、應(yīng)用背景與市場需求

土壤水分張力計(jì), 也就是土壤水勢測定儀, 是眼下農(nóng)業(yè)、生態(tài)、環(huán)保等領(lǐng)域里, 用于監(jiān)測土壤水分狀態(tài)的基礎(chǔ)工具, 它借助直接測量土壤基質(zhì)勢, 也就是負(fù)壓, 來反映植物根系實(shí)際上能夠吸收到的水分能量, 并非傳統(tǒng)意義的土壤含水率, 正是這樣的特性, 使其在準(zhǔn)確灌溉方面, 在土壤墑情監(jiān)測方面, 在科研教學(xué)方面, 具備不可替代的價(jià)值。

在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化不斷推進(jìn)的進(jìn)程中, 在智慧灌溉逐步發(fā)展擴(kuò)展當(dāng)中, 在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)持續(xù)開展之際, 越來越多的用戶從依據(jù)土壤干涸與否的判斷方式, 轉(zhuǎn)變?yōu)閼{借植物是否缺水作考量?；适┯脠鼍? 滴灌應(yīng)用場景, 水肥一體化運(yùn)用場景, 智能大棚構(gòu)建場景, 都針對土壤水勢數(shù)據(jù)產(chǎn)生了對其有實(shí)時(shí)性要求、有定量性要求、有準(zhǔn)確性要求的需求。與此同時(shí), 于土壤普查這一領(lǐng)域, 在生態(tài)修復(fù)這個(gè)范疇, 在邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測此方面, 這些環(huán)保和工程領(lǐng)域, 也開始大規(guī)模去引進(jìn)此類儀器, 將其用作基礎(chǔ)監(jiān)測設(shè)備。

可是, 市面上的那種產(chǎn)品, 其參數(shù)表現(xiàn)得極為繁雜, 而且型號(hào)數(shù)量也是特多。好多的用戶, 對于“張力計(jì)”“負(fù)壓計(jì)”“水勢儀”這些概念, 認(rèn)識(shí)居然不清楚。對于那么重要的量程選擇環(huán)節(jié), 對于傳感器類型方面, 對于安裝維護(hù)這些格外關(guān)鍵的環(huán)節(jié), 竟然都缺乏相應(yīng)的了解。所以, 圍繞著土壤水分張力計(jì)實(shí)際應(yīng)用以及技術(shù)核心這個(gè)層面, 結(jié)合萊恩德LD-TSS型號(hào), 系統(tǒng)地去梳理它的行業(yè)背景、產(chǎn)品方案、技術(shù)結(jié)構(gòu)、性能驗(yàn)證和創(chuàng)新方向, 這對于用戶選型、應(yīng)用以及日常維護(hù)而言, 有著明確的指導(dǎo)意義。

二、行業(yè)分析

現(xiàn)在, 農(nóng)業(yè)灌溉依舊是土壤水分張力計(jì)為關(guān)鍵的應(yīng)用場景所在。以往傳統(tǒng)的灌溉方式依靠經(jīng)驗(yàn), 憑借 eyeballing, 極易形成“大水漫灌”那樣的浪費(fèi)狀況, 這不但對作物根系呼吸產(chǎn)生影響, 還會(huì)增加土壤鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)程度。在把張力計(jì)引入進(jìn)來之后, 管理者能夠依據(jù) -10 kPa、-30 kPa、-60 kPa 等不一樣的閾值去判斷灌水的時(shí)機(jī), 慢慢達(dá)成了“按需供水”的狀態(tài)。

根據(jù)行業(yè)趨勢而言, 智慧農(nóng)業(yè)針對土壤傳感器的需求此刻正在迅速攀升, 物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算跟農(nóng)業(yè)深度交融, 田間監(jiān)測裝置不會(huì)再單獨(dú)運(yùn)用, 而是接入采集器、云平臺(tái)、手機(jī)APP, 達(dá)成遠(yuǎn)程查看以及自動(dòng)決策, 張力計(jì)的電子版本（具備傳感器輸出）恰好適配這一趨勢, 能夠和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)毫無縫隙地對接。

有著明顯的痛點(diǎn), 傳統(tǒng)機(jī)械式張力計(jì)要人工讀取表頭, 碰到大面積布點(diǎn)時(shí), 數(shù)據(jù)采集成本高且低下效率嘛, 部分低端產(chǎn)品陶土頭堵塞得快速快, 響應(yīng)比較滯后滯后響應(yīng), 用戶對于“負(fù)壓”, 或者說“水勢”等參數(shù)理解不深刻, 容易同含水率傳感器混淆, 進(jìn)而造成誤判, 這些痛點(diǎn)恰恰是萊恩德等品牌在產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及解決方案上核心突破的方向。

從機(jī)遇角度而言, 土壤普查這一政策推動(dòng), 耕地質(zhì)量提升這一舉措帶動(dòng), 面源污染治理這一行動(dòng)助力，生態(tài)水文研究這一起步促進(jìn), 使得土壤水勢監(jiān)測的應(yīng)用邊界持續(xù)拓展。不只是在農(nóng)田范圍, 果園也包括在內(nèi), 茶園同樣如此, 溫室不例外，草坪也涵蓋其中, 高爾夫球場也涉及, 甚至城市綠化帶也涉及, 都已然開始著重關(guān)注灌溉的科學(xué)化。

三、產(chǎn)品解決方案

針對上述行業(yè)痛點(diǎn)情況, 所提供的萊恩德這款LD - TSS土壤水勢測定儀, 它屬于中低端實(shí)用型的儀器類別。此類型含有多種特性, 比如有著直接測量的特性, 具備快速響應(yīng)的特質(zhì), 它同時(shí)擁有寬量程的品性，有著耐用設(shè)計(jì)的屬性, 還有低容易低維護(hù)的特點(diǎn)呈現(xiàn)出來。它是由陶土頭構(gòu)成部分, 還有真空表或者傳感器的構(gòu)成部分, 以及儲(chǔ)水管這些組成而言這樣的。它借助負(fù)壓原理這種模式, 直接進(jìn)行土壤基質(zhì)勢來測量的操作, 適用于包含農(nóng)業(yè)對于灌溉進(jìn)行管理這個(gè)場景, 還有園藝溫室開展種植的情景, 以及生態(tài)水文所做的研究的情況, 另外也適用于地質(zhì)災(zāi)害展開監(jiān)測的場景, 并且適用于實(shí)驗(yàn)室這一環(huán)境以及野外調(diào)查的不一樣多種場景的哦。

LD-TSS的核心優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

進(jìn)行直接測量, 所獲數(shù)據(jù)真實(shí), 其能用以反映土壤基質(zhì)勢, 并非是含水率換算值, 相比之下更為貼近植物實(shí)際吸收水分狀態(tài)。

迅速作出反饋: 陶土制成的頭具有很高的透氣性質(zhì), 可依據(jù)土壤里水分的變化情況實(shí)現(xiàn)動(dòng)能上的反應(yīng)。

覆蓋范圍是: 典型的量程是從0到-100 kPa, 它覆蓋了作物對于水分需求的為關(guān)鍵的區(qū)間, 特別適宜于在關(guān)于中低張力范圍的精細(xì)化管理方面應(yīng)用。

抗腐蝕、耐鹽堿的陶土頭, 具備耐用設(shè)計(jì), 管體采用透明PVC材質(zhì)或者不銹鋼材質(zhì), 能夠防紫外線老化, 它適合長期深埋。

具備低維護(hù)特性, 采用注水式設(shè)計(jì), 通過按一定周期進(jìn)行注水還需排氣這般操作, 方可起到維持測量準(zhǔn)確性的作用, 其操作過程較為簡單。

其具備很強(qiáng)兼容性, 能夠選擇機(jī)械表頭, 或者選擇電子傳感器, 電子版本可以搭配數(shù)據(jù)采集器達(dá)成自動(dòng)化監(jiān)測, 適合與智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)相適配。

同別的品牌相比較而言, 萊恩德于產(chǎn)品成熟程度、參數(shù)涵蓋范圍、配套服務(wù)這些方面呈現(xiàn)出均衡態(tài)勢, 特別是在經(jīng)濟(jì)實(shí)用特性上存有優(yōu)勢, 適宜進(jìn)行大面積布點(diǎn)監(jiān)測, 能夠滿足科研以及教學(xué), 還有基層推廣等多種不同的需求。

四、核心技術(shù)結(jié)構(gòu)

LD-TSS的核心技術(shù)結(jié)構(gòu)主要由以下部分組成：

陶土頭

作為張力計(jì)敏感元件之一的陶土頭, 會(huì)直接與土壤水分相接觸。其中, 它的微孔孔徑處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為1至1.5微米, 并且具備耐鹽堿這種特性。它還能夠在鹽分比較高的土壤里面穩(wěn)定開展工作。陶土頭具有的高透氣性, 確保了水勢變化時(shí)候能夠快速傳遞, 是達(dá)成了。

儲(chǔ)水管與真空表/傳感器

儲(chǔ)水管當(dāng)中是充滿著水的, 它借助陶土頭跟土壤水分相接觸。一旦土壤水分有所減少, 管內(nèi)那一水分就會(huì)被土壤給吸走, 進(jìn)而產(chǎn)生負(fù)壓, 此時(shí)真空表或者電子傳感器能夠讀取負(fù)壓值, 然后將其轉(zhuǎn)化成以kPa作為單位的土壤水勢數(shù)據(jù)。機(jī)械表頭精度為±1.0 kPa, 電子傳感器精度是±0.5 kPa, 分辨率為0.1 kPa, 能夠滿足不同精度的需求。

溫度測量單元

集成了電子版本的溫度傳感器, 其量程是從0℃至50℃, 精度具有±0.5℃, 能夠同步監(jiān)測土壤的溫度, 可為水勢數(shù)據(jù)給予溫度補(bǔ)償, 以此提高整體數(shù)據(jù)的可靠性。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與通訊模塊

電子型號(hào)具備內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力, 存儲(chǔ)量多是3萬條數(shù)據(jù), 并且支持128條數(shù)據(jù)段管理。它的通訊接口是Type-C, 借助這接口能方便地和電腦或者數(shù)據(jù)采集器連接, 進(jìn)而達(dá)成數(shù)據(jù)導(dǎo)出以及遠(yuǎn)程傳輸。其電池容量是12V 3000mAh, 額定功率為1W, 能夠連續(xù)工作10小時(shí), 足以滿足野外長時(shí)間監(jiān)測的需求。

防護(hù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整機(jī)防護(hù)等級(jí)為IP67, 能夠防止短時(shí)浸泡以及粉塵進(jìn)入, 工作環(huán)境溫度是-20至60℃, 濕度在0~100%RH, 可適應(yīng)大部分野外應(yīng)用場景, 傳感器長度為380mm、580mm、780mm能夠定制, 以適應(yīng)不同土壤深度監(jiān)測需求。

五、性能驗(yàn)證數(shù)據(jù)

在實(shí)際應(yīng)用中，LD-TSS的技術(shù)性能通過多項(xiàng)驗(yàn)證得到支撐。

測量精度與重復(fù)性

機(jī)械表頭精度為正負(fù) 1.0 kPa, 電子傳感器精度是正負(fù) 0.5 kPa, 這兩者在常規(guī)的 -10 kPa 至 -60 kPa 區(qū)間之內(nèi), 多次重復(fù)測量時(shí)偏差能夠被控制在正負(fù) 1 kPa 以內(nèi), 進(jìn)而滿足農(nóng)學(xué)、園藝以及科研的需求, 其分辨率為 0.1 kPa, 可以捕捉微小的水分變化。

響應(yīng)速度

在實(shí)驗(yàn)室的條件狀況之下, 把干燥的用于實(shí)驗(yàn)的陶土頭插入到濕潤的土壤當(dāng)中, 此濕潤土壤的水勢大約是負(fù)二十千帕, 百分之九十下的響應(yīng)時(shí)間是小于三十秒的, 借此達(dá)成了快速地跟蹤土壤水分狀態(tài)方面的變化。然后進(jìn)行的田間對比測試同樣顯示了, 在灌溉之后, 土壤水勢出現(xiàn)快速回升的一個(gè)情況內(nèi), 也就是從負(fù)六十千帕提升回升至負(fù)十千帕的這個(gè)進(jìn)程進(jìn)程期間, LD-TSS的讀數(shù)變化和土壤實(shí)際的水分恢復(fù)趨勢呈現(xiàn)出高度的一致。

長期穩(wěn)定性

在持續(xù)30天于田間進(jìn)行埋設(shè)的測試情況下 , 其中日均氣溫處于15℃到35℃的范圍 , 土壤水分波動(dòng)區(qū)間為 -5 kPa 至 -80 kPa ，測得的LD - TSS數(shù)據(jù)沒有出現(xiàn)明顯漂移現(xiàn)象 , 陶土頭既沒有發(fā)生堵塞情況 , 也不存在破裂狀況 , 在注水之后能夠恢復(fù)到初始讀數(shù)。相較于部分品牌產(chǎn)品在7至10天之后就出現(xiàn)明顯衰減或者數(shù)據(jù)偏差 , 萊恩德產(chǎn)品在長期穩(wěn)定性方面具備明顯優(yōu)勢。

溫度補(bǔ)償效果

電子版本集成了溫度傳感器, 之后, 在實(shí)驗(yàn)室里, 模擬不同的溫度環(huán)境, 也就是5℃的、25℃的、45℃的環(huán)境, 去測量同一土壤樣品, 數(shù)據(jù)偏差都能夠被控制在±1 kPa以內(nèi), 溫度補(bǔ)償?shù)男Ч诛@著, 從而確保了夏冬季節(jié)數(shù)據(jù)的可比性很強(qiáng)。

自動(dòng)化監(jiān)測適配

和數(shù)據(jù)采集器搭配使用, LD-TSS能夠達(dá)成每10分鐘、每小時(shí)等不一樣時(shí)間間隔的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集, 持續(xù)運(yùn)行超7天沒有數(shù)據(jù)遺失或通訊中斷, 契合智慧農(nóng)業(yè)及科研監(jiān)測對于無人值守的需求。

六、技術(shù)創(chuàng)新總結(jié)

主要集中在以下幾個(gè)方面的是, 萊恩德LD-TSS土壤水勢測定儀的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

直接測量土壤基質(zhì)勢

和靠間接換算的含水率傳感器不一樣, LD - TSS能直接測量土壤吸力, 其數(shù)據(jù)的物理意義清晰明了, 跟植物吸水的過程直接關(guān)聯(lián), 對于指導(dǎo)灌溉決策更具優(yōu)勢, 特別是在中低張力范圍（0至 - 100 kPa）有著顯著表現(xiàn)。

快速響應(yīng)且耐鹽堿

陶土頭選用高透氣性材料, 其孔徑處于1至1.5微米范圍, 且經(jīng)過耐鹽堿處理, 于鹽分較高的土壤當(dāng)中, 依舊能夠維持良好的響應(yīng)速度以及長期穩(wěn)定性, 成功解決了傳統(tǒng)陶土頭在高鹽堿環(huán)境下容易堵塞的行業(yè)難題。

機(jī)械與電子雙模兼容

同一的產(chǎn)品線, 在同一時(shí)間, 對機(jī)械表頭（現(xiàn)場進(jìn)行直接讀取的那種）以及電子傳感器（能夠自動(dòng)展開采集工作的類型）予以支持, 用戶, 可以依據(jù)預(yù)算情況、具體場景狀況以及自動(dòng)化方面的需求, 靈活地去做出選擇, 以此來降低選型時(shí)以及采購過程中所產(chǎn)生的成本。電子版本的, 還對Type-C通訊給予了支持, 并且能夠存儲(chǔ)3萬條數(shù)據(jù), 這方便了數(shù)據(jù)管理這一行為以及追溯工作。

低維護(hù)設(shè)計(jì)理念

注水式設(shè)計(jì)將日常維護(hù)流程予以簡化, 只要定期進(jìn)行注水排氣就能使性能得以恢復(fù), 并不需要頻繁地去更換耗材或者進(jìn)行專業(yè)校準(zhǔn)。相較于部分品牌規(guī)定要定期更換陶土頭或者傳感器, 萊恩德所生產(chǎn)的產(chǎn)品在操作便捷性以及經(jīng)濟(jì)性方面展現(xiàn)出了更顯著的優(yōu)勢。

寬場景適用性

工作溫度范圍是從零下二十?dāng)z氏度到六十?dāng)z氏度, 防護(hù)等級(jí)為IP67, 長度有三百八十毫米、五百八十毫米、七百八十毫米這幾種可定制, 使得LD-TSS能夠在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定工作, 能夠在野外田間穩(wěn)定工作, 能夠在高寒地區(qū)穩(wěn)定工作, 能夠在熱帶雨林等多種環(huán)境下穩(wěn)定工作, 真正達(dá)成“一機(jī)多用”。

注重用戶體驗(yàn)與數(shù)據(jù)價(jià)值

與數(shù)據(jù)采集器以及上位機(jī)軟件相配套, 免費(fèi)予以贈(zèng)送, 這使得用戶構(gòu)建監(jiān)測體系的門檻得以降低。具備數(shù)據(jù)段管理功效, 擁有自動(dòng)存儲(chǔ)功能, 還有斷電保護(hù)作用等, 這些功能能夠保障數(shù)據(jù)不會(huì)丟失, 并且可以進(jìn)行追溯, 從而為科學(xué)研究以及準(zhǔn)確農(nóng)業(yè)積攢可靠的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。