摘要：土壤含水量是影响作物生长、生态恢复、水资源调控与土壤保育的核心参数。尤其在农业灌溉决策、森林水分平衡评估、荒漠化防治和水土保持工程中，不同深度土层的水分状况具有重要指导意义。本方案通过分层嵌入式水分传感器，结合4G数据采集主机，实现对不同土层土壤含水量的全天候
一、方案介绍
土壤含水量是影响作物生长、生态恢复、水资源调控与土壤保育的核心参数。尤其在农业灌溉决策、森林水分平衡评估、荒漠化防治和水土保持工程中，不同深度土层的水分状况具有重要指导意义。本方案通过分层嵌入式水分传感器，结合4G数据采集主机，实现对不同土层土壤含水量的全天候在线监测与远程传输，为科学用水、精准灌溉、生态评价提供技术支撑。
二、监测目标
实时监测地表以下不同深度（如10cm、30cm、60cm等）的土壤含水量；反映土壤垂向水分分布特征与动态变化趋势；支持数据远程采集、无线传输与平台可视化展示；实现历史数据分析、曲线对比与阈值预警；为农业灌溉调度、水土保持和生态监测提供量化依据。三、需求分析
在传统灌溉和生态恢复管理中，由于缺乏分层水分数据，往往造成过量灌溉或水分亏缺，影响植物根系吸收效率及地表水资源合理配置。因此，急需一套具备多层深度监测能力、可远程运维、适用于野外复杂环境的含水量监测系统，以提升精细化水分管理能力和生态适应性管控水平。
四、监测方法
系统采用分层式土壤水分传感器，通过多探针结构分布在不同深度，采集电容型或TDR技术测得的体积含水率数据。传感器连接至低功耗采集主机，由4G通信模块将数据实时上传至云平台。平台支持数据可视化、参数设置与远程运维，用户可通过手机或电脑随时掌握土壤水分变化状况。
五、应用原理
土壤含水量测量基于介电常数与含水率之间的物理相关性。传感器探头通过测量土壤电容变化或电磁波传播时间，间接获得不同层次土壤的体积含水率。系统设定采集间隔和传输周期后，自动完成数据采集、存储、上传全过程，确保监测连续性与实时性。
六、功能特点
多层深度监测：可设置三层、五层或更多层水分探测点；高精度数据采集：采用高灵敏电容式或TDR技术；远程无线传输：支持4G全网通信模块，数据上报及时稳定；云平台可视化：曲线图、柱状图展示土壤水分动态；低功耗设计：适配太阳能供电，实现野外无人值守运行；报警功能：设置含水率上下限，超限自动报警通知；灵活部署：适用于大田、林区、温室、沙地等多种地形。七、硬件清单
包括多层土壤水分传感器、4G数据采集主机、太阳能供电系统、配套安装支架、信号天线、云平台账号接入组件、设备防护装置等。
八、硬件参数（量程、精度）
土壤含水率测量范围：0%～100%体积含水率；测量精度：±2%（在常见土壤类型下）；探头监测深度：10cm、20cm、40cm、60cm等可选；通讯方式：4G全网通（支持NB-IoT/Wi-Fi定制）；采集周期：最小间隔可达5分钟；传输延迟：小于30秒；工作电压：DC 12V（太阳能配电）；工作环境：-30℃至70℃，防护等级IP66以上。九、方案实现
勘查监测点土壤层结构，预设传感器埋设深度；安装分层式水分传感器并连接至采集主机；启动主机并设置上传周期、报警阈值与设备编号；数据经4G网络上传至云平台，实时显示各层水分值；平台支持历史数据浏览、导出及可视化分析；管理者通过手机小程序或网页平台远程监控设备状态。十、数据分析
系统平台支持对各深度土层水分变化趋势进行独立分析与联合分析。可视化界面呈现每日、每周、每月的水分变化曲线，识别地下水动态响应时间、降雨渗透速率、灌溉效果及作物耗水行为，为精准灌溉与水分调度提供科学依据。
十一、预警决策
用户可设定各土层水分的安全下限和饱和上限，系统检测到异常即发送短信、微信或平台通知，提醒相关人员采取干预措施。同时，平台支持规则设定和智能策略输出，可与灌溉系统联动实现水分闭环管理。
十二、方案优点
原位测量、连续采集，避免取样误差；实时在线、远程可视，提高管理效率；多层监测、精准分布，利于根区动态分析；自主供电、低功耗运行，适合野外环境；数据长期可溯源，支持多季节、多年对比研究。十三、应用领域
本方案广泛适用于农业灌溉区、设施农业种植、森林生态监测、草地恢复、水土保持工程、沙地治理、地下水研究、气象台站支撑、智慧农场建设、生态站科研平台等多种场景。
十四、效益分析
通过实施本方案，能够显著提升灌溉精准性，节水效率可达20%～50%；同时避免过湿引发病害或过干影响生长，促进产量提升和资源高效配置。对生态工程而言，有助于及时掌握地表水分变化，指导科学修复和植被种植策略，提升生态治理成效。
十五、国标规范
《GB/T 22029-2015 土壤水分传感器性能测试规范》《GB/T 17120-1997 土壤水分测定方法》《NY/T 1982-2011 农业灌溉自动化监测系统通用技术条件》《HJ 933-2017 水土保持监测技术规范》《GB/T 31174-2014 温室环境参数监测与控制技术规范》十六、参考文献
《土壤水分动态监测技术与应用》，农业工程技术期刊《分层式水分监测在设施农业中的应用研究》，中国农业科技导报《智慧农业环境感知技术研究进展》，农业传感器与自动化《不同灌溉方式对土壤水分垂向分布影响分析》，灌溉排水学报《水土保持中土壤墒情监测体系构建思路》，生态经济评论十七、案例分享
在河北某现代节水灌区，通过本方案部署12个观测点，每个点设三层水分监测，实现对整个农田根层土壤的全时段墒情掌握。结合灌溉系统联动控制，每年节水量约达15%，玉米亩产提高12%，实现生态效益与经济效益双赢。该系统运行稳定，设备维护简便，受到农业管理部门与农户高度认可。
来源：欣仰邦
