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美国METER集团公司土壤、植物研究设备应用讲座
为了更好地发挥仪器设备的优良性能，配合科研工作的要求，北京力高泰科技有限公司邀请METER集团公司科学家Colin S. Campbell博士和产品经理Matt Galloway先生访问中国，并将于2017年5月8日至12日先后在北京、石家庄、杨凌、兰州、成都举办讲座，并详细解答各种科研设备在应用中易出现的问题及解决方法。
2017年5月8日至12日METER集团公司研发总监Colin博士和国际销售经理Matt走访了全国5个城市，和当地科研工作者进行了深入交流。此次行程，Colin和Matt向大家介绍了METER集团公司的发展现状、在研产品以及未来的发展规划，并作了一系列关于METER生态环境类产品的应用报告。下面，就此行中大家感兴趣的问题做了一个梳理。
问题1 我们都知道，农业领域测量监测技术日新月异，在这方面，METER集团公司有哪些创新技术和大家分享？
Colin博士：的确是这样。其实，不仅仅是农业，基于互联网和传感器技术，人们已经可以在远隔万里的地方时时监控自己家中的室内、外温度、空气相对湿度等信息。METER集团公司在这方面也在努力，例如，正在研发的ZENTRA云平台，可以方便用户随时随地了解样地的传感器状态、测量数据等。这些数据包括：气象数据、土壤温度、土壤水分含量、土壤水势等。除此之外，近期，还会有土壤粒径自动分析仪PARIO和大家见面，非常方便使用。
图2 PARIO土壤粒径自动分析仪
问题2 目前，大多数气象站中的传感器各自独立，安装和维护成本较高。用户如果单独购买了传感器和数采，往往还需要自己接线和编程。METER有什么好的解决方案吗？
Colin博士：METER目前正在研发一款SDI12数字信号的集成式气象站，叫做ATMOS41。它集多个气象传感器于一身，没有活动元件，安装和维护非常简单。ATMOS41即插即用，并可基于云服务器存储和管理数据。整个过程不涉及接线，也无需编程。它只占用ZENTRA数据采集器1个通道，剩余的5个通道还可以连接更多的土壤温度、土壤水分含量等传感器。另外一下很有意思的是，ATMOS41可以监测闪电的次数。如果在大范围内安装多个ATMOS41，就可以研究风暴的移动，进而可以帮助我们更深入的理解天气过程。
问题3 同步测量土壤水分含量和土壤水势，有什么应用价值吗？
Colin博士：通常，土壤水分含量可以告诉我们单位体积土壤内水分所占的比例；土壤水势则代表土壤水具有的势能，反映了土壤颗粒对水的束缚能力，直接关系到植物是否能吸收到水。如果我们同步测量了这两个参数，把它们放在一张图上。例如，可以把土壤水势作为横坐标，土壤水分含量作为纵坐标。我们把这种图称作土壤水分释放曲线（Soil Moisture Release Curve）。沙土和壤土的曲线形状差异很大，因此，如果我们有一个标准数据库，无需测量土壤的粒径组成，只需要测量得到其土壤水分释放曲线，就可以判断它的土壤质地。
图4 土壤水分释放曲线
问题4 新型的土壤水分传感器中很多都加入了土壤电导（EC）的测量，如GS3，对于采集的数据我们怎么解读呢？
Colin博士：土壤电导看似是一个土壤的物理参数。实际它表明了土壤中离子态物质的多少，而离子态物质的多少又和土壤养分的可利用性有关。因此，结合土壤水分含量数据，可以指导作物的养分管理。以5TE或GS3为例，他们可同时测量土壤水分含量、土壤温度以及土壤的电导，在智慧农业中，可以发挥很好的作用。
图5 作物养分管理
问题5 如何安装土壤水分传感器，才能达到好的测量效果呢？
Matt经理：这个问题的答案和土壤水分传感器的测量原理相关。不同物质的介电常数不同，如空气大约是1，而纯水大约是80。土壤是一个混合物，借助测量其介电常数，可以建立和其水分含量的关系，进而推断其水分含量。因此，传感器和被测土体能否紧密接触就是一个非常关键的问题，如果接触不紧密，传感器和土壤有间隙，测量结果中就混杂了间隙中空气的介电常数，从而拉低了土壤实际的介电常数，转换成土壤水分含量也会偏低。METER为此研发了一个专门的土壤水分传感器安装工具。借助这个工具，可以非常方便安装GS3等土壤水分传感器。这种安装方法，是将GS3传感器侧向插入土壤剖面，在一定程度上优于竖直安装。因为竖直安装传感器后，土体回填过程中，必然破坏了原有的土壤结构，进而会影响地表降水的入渗过程。
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