基于介电特性的土壤盐渍化实时检测研究及系统实现

摘要

土壤盐渍化是一种常见的土壤退化现象,尤其中国西部干旱、半干旱地区土壤盐渍化情况非常普遍,严重影响了当地生态环境.传统土壤盐渍化检测方法没有考虑到土壤含盐量、含水量之间复杂的耦合关系,所以无法达到预期的检测精度,更没有实现到实际应用之中.为了高效精确的检测土壤盐渍化程度,减少土壤水分对检测精度的影响,设计了一种基于土壤介电特性下土壤盐渍化实时检测系统,由正弦波信号发生模块、探针及信号处理模块和信号放大检测模块组成.通过检测极化信号的幅值差与相位差作为土壤盐渍化检测的影响因子,探究了土壤水盐含量与极化信号幅值差、相位差的相关关系,并建立预测土壤盐渍化程度的经验公式.分析结果表明:极化信号幅值差US与土壤盐渍化程度相关性为0.536,与土壤干旱程度相关性为0.68,均达到显著性相关,极化信号相位差 α 与土壤盐渍化程度相关性为0.147,基本不相关,而与土壤干旱程度相关性为0.976,达到显著性相关.使用多元线性回归方法可以建立土壤干旱程度与幅值差US、相位差 α 的映射方程,精确度为95.8％.通过观察检测数据规律,建立土壤含盐量与幅值差US、相位差 α 的经验方程,在土壤盐渍化程度分级精度要求下,实现了75％预测精度要求.与传统四电极土壤盐分检测设备相比,检测精度从55％提高到70％,满足了土壤盐渍化程度的测量要求.