栽培基质水分监测探针传感器的公式率定

夏海波 ，于晓蕾 ，黄 乾

（1. 山东省水利科学研究院，山东 济南 250014；2.山东省现代农业节水工程技术研究中心，山东 济南 250014）

无土栽培是一种新型的栽培方式,是指不用天然土壤而用基质或仅育苗时用基质，在定植以后用营养液进行灌溉的栽培方法。研究保护地栽培条件下无土栽培蔬菜的需水、需肥规律及优质高效水肥一体化灌溉指标，可以促进无土栽培蔬菜的发展，提高水分利用效率，实现有机蔬菜的优质高产、以水调质的功效，对无土栽培条件下作物的水肥资源高效利用及生产效益的提高具有重要意义。

在这研究过程中对栽培基质水分数据的检测十分重要，为此安装了RailBox 水分监测系统对栽培基质进行实时监测，因该设备主要应用于土壤环境中，缺少栽培基质中的水分率定公式，所以本文通过系统监测数据与人工烘干法数据的对比分析，找出设备监测栽培基质水分数据与栽培基质实际水分数据的率定公式，以便更好的研究栽培基质的水分数据。

1 率定原理

RailBox 水分监测系统探针传感器使用时将传感器插入栽培基质中，利用频域反射法或时域反射法原理，测量反馈的电信号值，通过率定公式得到栽培基质含水量数据。建立率定公式就是将传感器电信号值与实时的栽培基质含水量作为一组数据，在栽培基质含水量不同状态下测量传感器反馈的电信号值，形成数据系列，利用多项式等数学模型，建立传感器电信号值与栽培基质含水量的函数关系。

2 栽培基质试样的选取

本次实验的栽培基质为“无土栽培作物需水规律研究”课题组在莱芜试验大棚内应用的有机栽培基质，主要成分为草炭、蛭石、珍珠岩、椰糠、发酵物。测量数据时，RailBox 水分监测系统的探针传感器垂直插入选取的栽培基质中测量数据，为确保数据准确性，2 个传感器间隔10 cm 距离放置。

2.1 栽培基质试样的制作

将未开封的袋装栽培基质均匀搅拌并装入4组验桶中。每组试验桶内对栽培基质进行抚平、击实，并对4 组试验桶进行称重记录，确保4 组试验桶内栽培基质密实度、质量一致。栽培基质体积含水量分按20%、30%、40%、50%配置。在温室大棚内静置24 h 后进行实验。

2.2 数据采集

1）传感器数据。在RailBox 水分监测系统终端读取探针传感器在4 组栽培基质中的实时水分数据，并做好记录。

2）环刀取样。将探针传感器取出，用辅助工具将试验桶中栽培基质进行剖面清除，使栽培基质在实验桶中形成到底部的垂直剖面，在剖面的上中下3 个区域各取一组环刀，用工具锤敲击环刀手柄使环刀进入栽培基质中，在环刀没入基质中后取下环刀手柄，再将环刀取出，并用辅助工具将环刀两端修平，盖好环刀上下盒盖，整个过程中避免环刀中的基质掉落。

3）环刀称重。对4 组12 个环刀进行编号，并用电子天平（感重0.01 g）称重，记录12 个装有湿基质的环刀重量。

4）烘干试样。将4 组12 个环刀放入恒温烘箱，环刀上盖取下放在傍边，关闭烘干箱门，设定温度105 ℃，设定烘干时间12 h。

5）干样称重。将烘干的环刀称重并记录，完成后将环刀中的干基质取出，对带盖空环刀进行称重并记录。

3 数据对比分析

通过制作的栽培基质试样，在温室大棚内进行实验数据采集，计算得到人工烘干法、水分监测系统探针传感器数据对比见表1。

表1 人工烘干法、水分监测系统探针传感器、TRIME 探头传感器数据对比

4 拟合率定公式与检验

4.1 拟合率定公式

利用 Microsoft Excel 中“图表”的“XY 散点图”绘图功能,以RailBox 水分监测系统的探针传感器测出数据作为x 轴，以人工烘干法监测的栽培基质重量含水量作为y 轴,根据表1 数据点绘各测次基质含水量与传感数据关系，见图1。

图1 探针传感器数据与人工烘干法数据关系图

结果表明，相关系数平方值R2=0.995，大于0.95，人工烘干法监测的栽培基质重量含水量与探针传感器测出栽培基质重量含水量关系显著，代表性较好。

4.2 检验率定公式

将拟合的率定公式代入RailBox 水分监测系统，然后在4 组试验桶内进行人工烘干法监测基质含水量与水分监测系统自动监测基质含水量同步对比检验，比测数据不少于6 组。结果显示：同步对比检验中的16 个数据，代入率定公式后绝对误差在±4%范围内的数据有13 个，占比81.25%，合格率超过80%，率定公式可用。

5 结 语

通过对栽培基质水分的传感器监测与人工烘干法测出数据的对比分析，建立两者的相关关系，确定率定公式，加强了传感器检测数据的准确性。对提高RailBox 水分监测系统数据的准确性、可靠性具有重要的意义，对栽培基质的利用分析以及未来的无土栽培研究有较高的价值。