摘要：土壤墒情是指土壤中水分的含量状态，对农作物生长、灌溉决策、水资源调度及生态环境保护具有重要意义。本方案采用FDR（Frequency Domain Reflectometry，频域反射）原理的土壤墒情传感技术，对不同深度土壤水分进行精准监测，实时采集和远程传输
一、方案介绍
土壤墒情是指土壤中水分的含量状态，对农作物生长、灌溉决策、水资源调度及生态环境保护具有重要意义。本方案采用FDR（Frequency Domain Reflectometry，频域反射）原理的土壤墒情传感技术，对不同深度土壤水分进行精准监测，实时采集和远程传输数据，为农业灌溉、旱情预警、水资源科学配置提供可靠依据。系统具备高灵敏度、低功耗、自动化运行等特点，适配多场景部署需求。
二、监测目标
实时监测不同深度土壤的体积含水率变化；掌握耕层及根区土壤墒情动态；支持科学灌溉决策与节水增产管理；为农业抗旱、水利调度、生态恢复等提供数据支撑；建立区域墒情数据库，提升农业气象服务能力。三、需求分析
在传统农业中，灌溉多依赖经验判断，无法科学掌握作物实际需水状况，常出现“过度灌溉”或“灌溉不足”等问题，既浪费水资源，又影响作物产量和品质。面对日益严峻的水资源紧张与极端气候挑战，亟需一种能够连续监测土壤水分状态的自动化手段，实现用水定量化、科学化管理。
四、监测方法
本方案基于FDR频域反射原理监测土壤体积含水率。将传感器埋设于农田、果园、林地等区域指定深度，传感器内部电极发射高频电磁信号，通过土壤介电常数的变化反映水分含量。采集终端将多通道传感器数据进行采集、分析，并通过4G或LoRa无线方式上传至远程监控平台，实现全天候、无人值守的数据采集与分析。
五、应用原理
FDR传感器工作原理基于电磁波在介质中传播的频率响应特性。土壤中水分对电磁波有显著吸收效应，不同含水量的土壤其介电常数不同。通过测量电磁信号在土壤中的传播频率变化，结合校准模型可推算出土壤的体积含水率。该方法响应快速，抗干扰性强，适用于长时间连续监测。
六、功能特点
高精度测量：采用FDR原理，相较传统电阻法更具稳定性和可靠性；多点多层监测：可同时监测表层、中层、深层墒情；自动数据上传：支持4G、NB-IoT、LoRa等多种无线通信模式；智能预警系统：系统可设定上限、下限阈值，自动生成预警信息；数据可视化平台：实时曲线、历史趋势图、墒情分布图直观呈现；低功耗运行：配套太阳能供电系统，适应野外长期部署；开放接口集成：可对接灌溉控制系统、农业信息平台等。七、硬件清单
系统主要包含FDR型土壤水分传感器、数据采集主机、无线通信模块（4G或LoRa）、太阳能供电单元、立杆支架及后台管理平台。各传感节点可根据需求配置单点或多点、多层深度（如10cm、30cm、60cm）组合使用。
八、硬件参数（量程、精度）
FDR土壤水分传感器测量范围为0%至100%体积含水率，测量精度为±2%，响应时间小于1秒。工作电压DC 5~12V，功耗小于0.1W。采样间隔可设定为10分钟至1小时。设备具备IP67防护等级，适用于室外各种恶劣环境。
九、方案实现
在目标监测区域设置传感节点，传感器按照作物根系分布深度垂直埋设，采集终端定时获取数据并通过无线方式传输至云端平台。平台自动对数据进行分析处理，并结合气象、作物模型生成灌溉建议。用户可通过网页端或移动端随时查看数据，设定报警策略，实现精准化管理。
十、数据分析
平台可生成以下类型分析结果：墒情时序曲线、层间水分梯度分析、干旱胁迫指数、灌溉时机建议、墒情预报趋势图等，为农业灌溉提供数据支撑。同时支持数据导出、报表自动生成、GIS地图联动展示等功能，便于政府监管部门、科研单位或农技推广部门进行宏观管理与决策参考。
十一、预警决策
系统设定墒情上下限阈值，一旦检测值超出范围，立即通过短信、微信、APP推送等方式通知用户。对于长时间低于作物适宜水分值的情况，系统可触发灌溉系统联动控制指令，实现灌溉自动开启或提醒人工操作，防止作物受旱。支持按作物类型、土质结构、气象条件等灵活设定预警模型。
十二、方案优点
无需人工取样，实时在线监测，自动上传数据；采用FDR频域技术，抗干扰性强，适应复杂土壤环境；支持多层监测，适合多种作物根区管理；降低灌溉频率与用水总量，节约水资源；可与其他农业物联网系统联动，构建数字农田基础设施；提升农业生产的数字化、精准化水平，助力绿色农业发展。十三、应用领域
本方案适用于农田灌区、智慧农场、设施农业、林业育苗基地、水土保持试验站、生态恢复区域、水利信息化工程等多种场景。也可用于高校、科研院所、气象站进行长期土壤墒情研究。
十四、效益分析
实施后可有效提高灌溉水利用率20%以上，减少作物旱情发生率达60%，平均节水30%~50%。对于需精准灌溉管理的高效农业区域，该系统可实现科学灌溉调度、降低能耗、提升产量与作物质量，显著增强抗旱减灾能力。
十五、国标规范
《GB/T 32944-2016 土壤墒情自动监测技术规范》《GB/T 32136-2015 农业水价综合改革技术导则》《NY/T 401-2000 灌溉试验场土壤水分监测规范》《GB/T 20481-2017 农业节水灌溉技术要求》《SL 327-2006 灌溉农田土壤水分监测规范》十六、参考文献
《基于FDR原理的土壤水分测量系统研究》，农业工程学报《现代节水灌溉系统中的墒情监测方法综述》，中国农业科技导报《精准农业背景下的墒情信息获取技术》，智慧农业研究《旱作农业中土壤水分传感器的应用研究》，水土保持学报《数字农业基础支撑技术——墒情监测网络建设》，国家农业信息化工程技术研究中心十七、案例分享
在河北省张家口市某马铃薯种植基地部署FDR土壤墒情监测系统共20组传感节点，监测深度涵盖10cm、30cm、60cm三个层次。系统运行3个月以来，帮助基地实现科学灌溉调度，有效降低不必要的灌溉次数，亩均节水约100吨，提高产量7.2%，获得良好的经济与生态效益。相关数据也用于该地区抗旱气象服务及耕地质量评估中。
来源：厦门涉川
