全文总字数：8312字

关键词：土壤含水量；含水量测量研究；图像处理；灰度值摘 要：农田灌溉中，土壤含水量是植物生长状况的重要影响因素。及时测定土壤含水量是灌溉管理调配用水的重要参数，是农业节水灌溉、高效利用水资源的重要技术方法，对农业生产有很重要的指导意义。土壤水分测量法先后提出烘干称重法、频域发射法、土壤水分遥测法等测量方法。如何快速、有效、精确、低成本测定土壤含水量方法是如今农业工程研究的热点，图像处理和算法结合是当前农业工程领域的热点研究方向之一。土壤图像的灰度值与含水量存在相关性，根据这一特征提出建立灰度值与土壤含水量的数学模型。在对土壤表层含水量检测的过程中，由摄像头采集土壤表层图像，然后对土壤表层图像进行预处理、图像分割，提取特征参数灰度平均值，再利用一定数量的灰度值特征参数来训练BP神经网络（反向传播算法），最后使得神经网络能够对获得的新图片进行土壤含水量的测定。

引言

土壤含水量是作物生长的关键因素，不同类型作物对土壤水分需求量不同。根据作物需水规律进行灌溉是现代农业精准控制灌溉的发展趋势。实现农业生产中对作物供水的精准控制灌溉，首先要测出土壤的实际含水量。现有的测定土壤含水量的方法，有的测量时间长，有的成本较高，不适于农业生产广泛推广应用。探索快速、精准、成本低的土壤含水量测定方法是研究者当前研究的方向。目前，图像处理技术与数值化分析相结合在农业领域的应用越来越广。通过采集土壤表层图像及提取图像中与水分含量相关的特征参数灰度值，进行土壤含水量的测量。研究发现土壤表面灰度值与表层土壤含水量呈指数负相关，利用变化特征建立数学模型可以比较精准地根据土壤颜色来判定土壤含水量。

为全面了解土壤含水量的测量方法，本文通过查询CNKI中国期刊全文数据库与万方数据知识服务平台，参考了近些年来的相关文献近30篇，并进行综述。

2 研究现状

长期以来，土壤水分都是森林、草原和农田等生态系统研究的重要内容，尤其是在占世界陆地约1/3的干旱区和半干早区。土壤水分是研究农业干早及作物干早的重要指标，是农田灌溉管理、区域水文条件研究和流域水分平衡计算的重要参量。特别是随着水源危机日益突出,国内外对节水农业研究都给予高度重视，土壤含水量也就成了节水农业研究中经常测定的项目。土壤水分测量应用广泛，涉及到国民经济的许多领域，与工农业生产密切相关。测定方法的研究主要体现在如何快捷、准确、经济地测定土壤含水量方面，这对于及时探明土壤水分状况，以便适时做出科学的决策或采取合理的措施等具有重要意义。对于土壤水分测量技术的发展，许多学者作了大量的研究工作。

2.1 研究历史

早在1992年,国外学者在这方面起步较早，得到的成果也比较多。早在1922年， Gardner就开始从事张力计快速测定非饱和土壤水张力的研究；Shaw- Bauer在1939年利用埋入土壤的热电线电阻变化进行土壤水分快速测量的研究； Belender和 Gardner Kirknam^[1]分别在1950年和1952年提出了利用中子衰减法测量土壤水分的方法；1976年Topp和Davis^[2]首先将时域反射法引入了土壤水分快速测量的研究，并逐步形成了一种比较完善的土壤水分快速测量系统；1983年， Hainsworth^[3]等人开始探讨利用X—射线来快速测量土壤湿度的可行性；同年， Wheeler^[4]等人则探讨利用通过两点布设Y—射线来监测数小时灌溉的水分运动状况；1991年， Walley^[5]等在实验室内用近红外的方法来快速测量土壤含水量，并取得了一定的研究成果，后来，日本学者在这方面进行了大量的研究，并研制成功了近红外土壤水分传感器。近几年来，利用遥感技术来检测士壤含水量已成为科学工作者的研究热门。

近年来，我国在土壤水分快速测量技术方面也取得了一定的进展，从用传统的烘干方法测量土壤含水量逐步发展为用快速、无损伤技术来测量土壤含水量。国家对此研究投入了大量的人力物力，力图寻找一种适合中国国情的、价廉物美的、便携式土壤水分快速测量技术，对我国土壤水分快速测量技术的发展起到了很大的推动作用。早在二十世紀七十年代末期，西安电子科技大学就开发了SVJ—3型微波水分测量仪，同时，兰州大学、南京大学也对此进行了探索性研究；1960年前后，我国开始进行实验室条件下利用Y一射线透视法测量土壤含水量的研究；巫新民^[6]、王伟^[7]等人1982年就开始进行利用阻抗方法测量土壤含水量的研究；到二十世纪末期，中国农业大学的王一鸣^[8-11]开始对基于驻波率原理的快速土壤测量方法进行研究，并取得了一定进展。

2.2 研究现状对比

土壤含水量测量研究已有半个多世纪的历史，先后提出了数十种测量土壤水分的方法，对于这些土壤水分测量方法来说各有优缺点。本文只对几种常用的土壤水分测量方法加以介绍和对比。

2.2.1 土壤外观触摸法