精准有效的土壤监测数据不仅能够指导田间灌溉施肥，也是发展智慧农业的基础与保障。因此探讨如何得到精准有效的土壤监测数据十分必要，也是我们智慧农业能否行稳致远的基础与关键。

   那么如何得到精准有效的数据呢？传感器的选择与测量原理的正确理解、是否需要标定都是关系到数据精准性、有效性的关键环节。

         1、FDR原理测量土壤水盐为何如此受青睐

   目前国内外土壤监测传感器无外乎采用红外线、中子仪、遥感、电磁学四种方法，那么为什么现在通用的是电磁学呢？主要是因为：

   总之，电磁学几十年以来完败其他测量方法，成为现在田间原位土壤水盐廓线连续监测的主流方法，霸占整个市场。电磁学主要有时域反射法（TDR）、频域反射法（FDR），小编再从测量原理与结果等方面为大家分析比较一下。

   ①原理上，FDR与TDR都是通过土壤中不同组分的介电常数不同，来进行待测物质的区分。

   土体是由土壤颗粒，水，空气构成的混合物，土颗粒是非极性材料，由于只能发生电子极化和离子极化，它们的介电常数比较低，大多数在3左右，空气的介电常数我们一般认为只有1。但对于极性材料，如水，除了发生电子极化和离子极化，还能发生转向极化，因此它的介电常数最高，一般为81。岩石和土壤的介电常数与其含水量几乎呈线形关系增长，且与水的介电常数特性相同。研究表明，土壤中含水量的变化影响介电常数的实部，水溶液中含盐量的变化影响土壤的导电性，即介电常数的虚部。

   ②先有TDR，后有FDR，FDR是TDR的一个变换，优化版

   20世纪80年代，TDR（Time Domain Reflectometry），以具有快速、准确，连续测定等优点。通过电磁波在介质中的传播速度随着介质的介电常数变化而改变这一物理事实来测量物料的介电特性。1986年，Dalton在修改了土壤的传输线等效果型后，利用TDR原理测出水-土混合物的虚部-介电损耗，并由此估计出土壤中的盐含量。

   1994年，荷兰Hilhorst认为在某一理想测试频率下可以对土壤介电常数进行分解，利用实部确定土壤水分，虚部确定土壤电导率。

   从本质上讲，FDR实际上是TDR的一个Fourier变换，且这种变换克服了TDR电路复杂，成本高，及对传感器器型的依赖（TDR测量要求测量探针10cm以上）。FDR法几乎具有TDR的所有优点，探头形状非常灵活。比较夸张的甚至可以放在做成犁状放在拖拉机后面运动中测量。

   ③纠正一个错误观念，TDR与FDR一样，也是需要标定的

   传感器标定的原理就是将传感器在土壤介质中输出的介电属性的参数（电器参数频率或时间）与待测的土壤含水量、电导率等专业属性之间建立线性方程，比如TDR最有代表的Topp方程。不同土壤固相与水的相互作用机制不同，土壤容重、粘粒含量、孔隙度均影响相对介电常数的测量，我国南方土壤中含有大量的铁铝矿物造成介电损失，进而导致介电常数的偏大。同时，温度会影响转向极化带来的介电损失，TDR测定的含水量在实际含水量大于0.3时有明显的偏差。温度升高时，测得的土壤含水量偏高，反之依然。

因此，TDR在不需标定的路上，只能说比FDR适用范围更广些，在较特殊复杂的土壤环境下，依然需要标定，且受器型。安装方式等限制，甚至需要更多更复杂的校正（标定）工作。

   ④FDR在实际应用上的绝对优势主要集中在两点：

   一田间不破坏土壤剖面的原位安装，TDR针式传感器的安装极其麻烦，需先挖一人多高的大坑，从下至上一层层安装后回填，不仅破坏土壤，对于后期维护也相当困难，设备安装后几乎无法回收，更无法更换地点重新安装。而目前的FDR管式传感器不仅安装方便快速，原位安装几乎不破坏土壤剖面，后期运维也相当方便。

   二软件系统界面友好性，数据分析的深入性，TDR大多为进口设备，除提供数据及曲线外，功能较单一，管式FDR传感器则除提供直接测量数据外，还提供蒸发、降雨量等预测数据，实用性更强。

  因此，利用FDR原理的管式土壤水盐一体传感器是目前田间土壤水盐廓线数据获得最优设备选择。

         2、在标定与免标定之间，怎么平衡？

   FDR反射原理可简单解释为，在传感器的两个导电环之间产生的振荡电容场会从PVC导管延伸到周围的介质-土壤（电介质）中。当向传感器施加高频、低频电磁场（扫频电场）时，电路的震动频率随着土壤θv、盐分、养分的变化而变化。从而得到土壤体积含水量和体积盐度索引指数（Volumetric Salinity Indexation Characteristic VSIC）；FDR分频技术，实现在土壤中提取不同的介电常数（因不同水分、盐份和温度影响），形成包含大量土壤理化信息的介电谱。从而实现高频段测水，低频段测水盐，多频段测养分。

受两个主要因素影响，完全的免标定不可行！

  1、土壤

  我国地大物博、幅员辽阔，土壤种类繁多，质地多种多样，每种土壤的颗粒大小、有机质和矿物质组成都有很大差别，所以不同的土壤相对介电常数各不相同，土壤容重、粘粒含量、孔隙度均影响相对介电常数的测量。

   2、水质影响

   除了土质影响之外，灌溉水质也是影响土壤介电常数的因素。水质构成复杂，影响因素多样，主要包括有机物、无机物、重金属以及各种微生物等，另外灌溉水的来源不同，比如北方地区以雨水补给为主，而西北地区以高山冰雪融化补给为主，这些因素都导致各地的水质存在很大差异。而灌溉水对土壤的影响又难以忽略，这就导致土质与水质的各种差异相结合后，产生的变化更存在叠加的效果，这就更要求我们在传感器的设计上要排除诸多特异性变化。

所以，特定情况下，一地一标定就显得尤为重要，甚至是必不可少的一环。

WITU提出的限定条件下免标定！

   1、灌溉水量计算时

在进行灌溉水量判断时，用体积含水量的变化值△θv可以消除掉部分误差时适用；若用于计量时，则必须进行标定。

        2、建立以美国制12种质地分类，容重范围1.3~1.6g/cm3的标定曲线库，再结合国家土壤质地分布图，通过调取地点信息实现自动参数选择

   因此各地要想得到精准有效的数据必须进行标定！

         3、巍图的标定拟合性要求

   巍图农业理论与实践相结合，多年探索，总结出FDR型土壤水盐传感器的标定方法，要求水分数据相关性R2≥95%。盐分数据相关性R2≥60%，并对相关方法形成标准化步骤，欢迎朋友们就此沟通交流。