WET便携式土壤水分、温度、电导率测量仪在太空种植中的应用

WET便携式土壤水分、温度、电导率测量仪在太空种植中的应用

        所谓“兵马未动，粮草先行”，中国航天的未来要大力发展空间站，必然要考虑太空中的给养问题。我国在之前发射的神舟十一号飞船中，带去了生菜的种子以及专门定制的蔬菜培养箱，在对接的天宫二号中首次当起了“太空菜农”。

        土壤中水分主要受到3种力的作用，重力，吸附力和毛管力（表面张力）。其中保持土壤水分的力主要有两种，即吸附力和毛管力。而重力主要影响水分的下渗速度。

        在地球上，当给土壤浇水后，水分受到重力作用，同时受到吸附力和毛管力作用，会使土壤含水量逐渐呈下降趋势。因此会出现如图中地基含水量的变化曲线。

        当在太空中进行同样的实验时，由于土壤水分失去重力，主要的影响力变为吸附力和表面张力。这两种力会慢慢使水分在土壤中均匀化，因此从开始浇水后探头周围的水分含量会逐渐增加，到一定程度后会达到一个水分平衡。在图中显示为8-9天的过程。

        由于仪器本身是金属，当探头发射电磁波后，在探针周围会出现一定极性，继而吸附水分聚集在探头周围而形成一种水膜，使探针测出的水分值近似于土壤饱和水分含量（约50%-60%左右）。这种平衡会保持一定时间，除非再次灌溉，或者蒸发量很大的情况下才会改变。图中显示为9-18天的曲线过程。

        当再次浇水后，水分急剧增加，打破原来的水分平衡，会出现高峰值并开始逐渐下降，这跟地基所测定的曲线图是比较吻合的，图中显示为19-27天的曲线过程。

        目前测量土壤水分含量的方法主要有3种：时域反射或频域反射（高频电磁波法）、电容法和烘干法。

        第一种为发射高频电磁波，通过接收反射回的不同频率电磁波信号或电磁波反射回的时间不同来测定水分含量。

        第二种为发射电流，测定土壤水分中电容的变化，从而界定水分含量。

        第三种为烘干法，为绝对含水量值。通过称重烘干前及烘干后土壤重量测定土壤中的水分绝对含量，这是对前两种仪器校准的一种方法。

        对于在太空中做实验，第三种方法需要测量土壤重量，所以无法实现。前两种相比较的话第一种受的影响更小，所以还是建议使用电磁波法的仪器来测定。

        土壤水分含量的测定更多的时候观测的还是变化曲线，而不是绝对的水分含量值，所以建议在太空中做实验时考虑到失重对水分的影响即可。同时参考所测定的电导率值，这对于太空植物种植具有很大的参考意义。