【论文精选】超声波技术检测不同干湿交替条件下的土壤含水率

来源：农业工程学报

《农业工程学报》2020年第36卷第8期刊载了华南农业大学等单位李君、潘丽敏、潘翠敏、徐岩、陆华忠与李振伟的论文——“干湿交替下基于超声波速度的土壤含水率估算模型”。该研究由广东省自然科学基金（项目号：2019A1515011055）等资助。

超声波检测技术是一种无损、快速、简便的检测手段，已被广泛应用于海洋探查开发、工业无损检测、生物医学等领域。超声波是一种良好的信息载体，在土壤介质中传播时与土壤相互作用，因而接收波中携带了许多与土壤含水率相关的信息，因此在土壤含水率检测领域表现出强有力的优势。

该研究以农田耕作层土壤作为检测对象，在室外利用模拟降雨器对土壤样本进行加湿处理，使土壤样本的初始含水率分别为15%、20%、25%和30%，然后将样本置于自然环境下干燥，直到含水率达到5%，如此反复，共进行4次干湿交替循环，以此来模拟常见的4种农田耕作层土壤在自然条件下的干湿交替过程。在样本由湿到干的过程中，启动ZBL-U510非金属超声波检测仪发射超声波，测量超声波透过土壤样本的超声波速度值，分析土壤含水率变化对超声波速度的影响，进而构建基于超声波速度的土壤含水率预测模型。

研究结果表明，超声波速度随着土壤含水率的下降呈非线性的递增关系，4次干湿交替过程中土壤含水率与超声波速度的关系曲线的形状相似。因而，采用非线性回归分析构建了土壤含水率-超声波速度的关系模型，并利用不同灌溉管理条件下4种墒情需求不同的耕作区域对模型验证，预测值与实测值的平均相对误差在6%左右。研究结果可为利用超声波速度特性进行农田土壤含水率持续预测提供参考。