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乔木体水分的测试技术及其监测系统的研究

王海兰

  作为陆地范围内最大的生态系统,森林资源中树木的新陈代谢与水息息相关。随着世界人口的增长,需水量的增加,人类各种开发活动的加剧,全球可利用水资源所面临的压力也有增无减。另一方面,树木本身的用水量也并非越多越好,采取科学的节水技术,实时检测出树木体内的含水量,实现按需供水已成为植物学家们共同关注的问题。本论文以植物介电特性为切入点,对基于驻波率原理(Standing Wave Ratio—SWR)的乔木体水分测试技术做了系统的理论分析和深入的性能研究,验证了基于驻波率原理的BD-Ⅱ型乔木茎体水分传感器可用于实时检测乔木茎体的含水率。概括起来,本论文的研究内容主要有以下几点: 1)根据植物生理学知识,乔木体水势、茎流速率和茎体含水率都是衡量乔木体正常生长发育的重要指标,而乔木体水势、茎流速率的测量已得到了国内外的广泛认可,本论文在分析乔木茎体含水率与其水势、茎流速率之间变化关系的基础上,建立了乔木茎体含水率与其水势、茎流速率之间的关系模型,分析了乔木茎体含水率的日变化趋势。 2)通过对植物介电特性的理论分析,论证了利用驻波率技术测试乔木茎体含水率的可行性。 3)将双针等长式结构的乔木茎体水分探头看成是平行传输线的特殊形式,从标准传输线特征阻抗入手,提出了双针等长结构的乔木茎体水分探头的特征阻抗数学模型;借助高频仿真软件HFSS和有机溶液模拟试验等,确定了传感器的探针结构参数。 4)通过室内烘干试验分析了BD-Ⅱ型乔木茎体水分传感器的测试性能,验证了乔木茎体水分传感器的良好一致性。在项目的资助下,本文将BD-Ⅱ型乔木茎体水分传感器与国际先进的木材水分仪(韩国生产,型号GMK-1010)进行性能对比分析试验、以及在室外正常生长的白玉兰树上长达两年的季节性监测试验中,论证了基于SWR原理的乔木茎体水分测试技术的可行性和实用性,论证了BD-Ⅱ型乔木茎体水分传感器测量的优越性。 5)通过本论文设计的乔木茎体水分实时监测系统来监测室外活立木的茎体含水率,利用德国生产的SF-L型径流计同步观测茎流速率、美国wescor公司生产的PSYPRO型叶水势仪同步监测叶水势等验证了乔木茎体含水率与其水势、茎流速率之间的关系模型的正确性。 总之,本论文的研究为实时、准确地提取乔木茎体含水率,按照植物的生命需求进行灌溉,为乔木体正常生长发育、节水技术体系的有效实施提供了强有力的理论支撑。……   
[关键词]:乔木体水分;测试技术;驻波率(SWR);茎流速率;叶水势
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:北京林业大学2011年