垂向多梯度土壤监测

一、产品介绍
S-CGSR 垂向多梯度土壤监测仪是一款针对土壤分层监测打造的一体化智能设备，集成数据采集、远程传输、数据分析等功能，可同步监测不同深度土层的体积含水量、土壤温度、土壤电导率三大核心参数。设备按照 20cm、40cm、60cm 标准梯度布设传感器，传感器间距固定为 20cm，可构建二维或三维土壤观测矩阵，精准呈现土壤垂向剖面的参数分布规律。
系统配备多路采集端口，支持灵活设置采样间隔，依托 4G 网络实现数据远程无线传输，搭配专用分析软件完成数据汇总、趋势分析与报表生成。传感器采用成熟检测技术，测量精度高、稳定性强，探头具备良好的防腐与适配性，可长期埋设于野外农田、林地、边坡、园区等各类土壤环境中。整套设备安装便捷、运行可靠，无需人工现场值守，广泛应用于农业灌溉、水土保持、生态监测、地质勘察等场景，为土壤状况研判、水肥管理、灾害预警提供连续、精准的数据支撑。 二、功能特点

1. 多梯度分层监测

标配 3 支土壤传感器，按 20cm、40cm、60cm 垂向深度布设，传感器间距统一为 20cm，可直观反映不同土层水分、温度、盐分的垂向分布特征，支持组建二维、三维观测矩阵，满足大面积区域网格化监测需求。

2. 三参数同步采集

单支传感器可同时检测土壤体积含水量、土壤温度、土壤电导率，一机实现多指标监测，减少设备布设数量，降低现场施工与运维成本。

3. 灵活采样与远程传输

采集仪搭载不少于 6 路传感器输入端口，拓展能力强；采样间隔可在 5 分钟至 12 小时区间自由设置，适配不同监测频次需求；标配 4G 远程通讯功能，数据实时远传，摆脱现场布线限制。

4. 测量精度优异

土壤水分、温度、电导率均采用高规格检测方案，量程覆盖全面，高低区间精度划分合理，分辨率精细，可捕捉土壤参数的细微变化，保障监测数据真实有效。

5. 环境适应性强

传感器探头采用耐腐蚀材质，密封性佳，可长期埋入土壤工作，耐受潮湿、酸碱等复杂土质环境；整机工作温区宽泛，户外露天、野外深埋场景均可稳定运行。

6. 本地 + 云端数据管理

采集仪本地缓存监测数据，搭配专用分析软件，支持数据查看、曲线绘制、历史查询、报表导出、趋势分析等功能，数据可长期存储、追溯。

7. 低功耗与高稳定性

整体电路采用低功耗设计，适合野外无持续供电场景长期工作；信号抗干扰能力强，野外电场、震动等外界因素不会造成数据异常波动。

8. 安装运维简便

传感器体积小巧，采用插入式布设方式，打孔埋设操作简单；模块化设计，部件独立，后期检修、更换配件便捷，日常维护工作量小。
 
三、监测原理
本系统综合采用 FDR 频域反射法、交流电桥法及温度感应技术，结合数据采集、4G 无线传输、软件分析模块，完成垂向多层土壤参数全流程监测，具体分为五大环节：

1. 分层信号感知

将 3 支传感器分别埋入地下 20cm、40cm、60cm 深度位置，各探头独立工作。土壤水分通过 FDR 原理检测介质介电常数，换算为土壤体积含水量；土壤电导率采用交流电桥法，检测土壤溶液导电能力；内置温度感应元件实时感知土体温度，将三类物理量同步转化为标准电信号。

2. 信号汇总采集

各路传感器输出的电信号接入数据采集仪，采集仪按照预设采样间隔，依次读取每一层传感器的水分、温度、电导率数据，同时完成信号滤波、降噪处理，剔除外界干扰，保证原始数据纯净。

3. 数据本地缓存

采集仪对处理后的数据进行本地存储，防止网络中断造成数据丢失，存储容量充足，可留存长时间历史数据。

4. 4G 远程传输

设备通过 4G 通讯模块，将分层监测数据按照约定通讯协议远程上传至后台分析软件，传输过程稳定，支持断点续传。

5. 数据分析应用

专用分析软件接收全部监测数据，自动分类整理各土层参数，生成数据表格、变化曲线，统计日、周、月数据均值与极值。工作人员结合分层数据，分析土壤水分下渗、热量传递、盐分迁移规律，指导灌溉、水土治理等工作。
四、设备参数
（一）整体配置清单
 

配置名称	数量	说明
数据采集仪	1 台	集成信号采集、4G 传输、本地存储功能
三合一土壤传感器	3 支	分别对应 20cm、40cm、60cm 监测深度
分析软件	1 套	支持数据查看、曲线分析、报表导出
配套线缆及辅件	1 套	含连接线缆、安装支架、密封配件等

（二）系统通用参数
 

参数名称	技术指标
传感器输入端口	不少于 6 路，支持多设备拓展
采样间隔	5min ~ 12h 可调
通讯方式	4G 远程无线通讯
标准监测深度	20cm、40cm、60cm
传感器间距	固定 20cm
通讯协议	标准 Modbus-RTU
工作环境	适配野外常规土壤环境

（三）单支土壤传感器参数

1. 土壤体积含水量

| 测量量程 | 0 ~ 100% |
| 分辨率 | 0.1% |
| 测量精度 | 0~50% 区间：±2%；50%~100% 区间：±3% |

2. 土壤温度

| 测量量程 | -20℃ ~ 60℃ |
| 测量精度 | ±0.5℃ |

3. 土壤电导率

| 测量量程 | 0 ~ 10000μS/cm |
| 分辨率 | 10μS/cm |
| 测量精度 | 全量程 ±3% FS |
（四）采集仪辅助参数
 

参数名称	技术指标
供电方式	直流供电（可搭配太阳能供电系统）
防护等级	户外型防护设计，防雨防尘
工作温度	-40℃ ~ 80℃
数据存储	大容量本地存储，断电数据不丢失
输出信号	RS485 数字信号

 
五、应用行业

1. 现代农业行业

大田作物、设施大棚、果园、茶园等场景，监测不同土层土壤水分、温度、盐分变化，指导精准节水灌溉、科学施肥，规避土壤盐渍化问题，提升农作物产量与品质。

2. 水土保持与水利行业

水文站点、流域灌区、水库周边土壤分层监测，分析土壤水分入渗、径流规律，辅助水资源调度、水土流失治理工作。

3. 生态环境行业

自然保护区、湿地、林地、草原生态监测，研究植被与深层土壤水热、盐分耦合关系，评估生态系统健康状态，支撑生态修复项目。

4. 地质灾害防治行业

边坡、山体、尾矿库等区域垂向土壤监测，深层土壤含水量过高易引发滑坡、泥石流，通过分层数据提前预判地质风险，发布预警信息。

5. 科研教学行业

农林院校、科研院所开展土壤学、生态学、农业工程等课题试验，连续采集分层土壤数据，用于学术研究、试验分析。

6. 园林市政行业

城市公园、道路绿化带、大型苗圃土壤监测，根据不同土层墒情优化绿植养护方案，提升苗木成活率。

7. 盐碱地改良行业

盐碱地治理区域分层监测土壤电导率与水分，跟踪盐分垂向迁移情况，评估改良措施效果，优化治理方案。
 
六、安装方式
1. 前期点位规划
根据监测需求选定监测点位，避开石块、树根、回填杂土等区域，保证监测土体具有代表性。按照 20cm、40cm、60cm 深度规划传感器埋设位置，三点呈垂向直线分布，间距严格保持 20cm，如需组建观测矩阵，按网格均匀布点。
2. 传感器埋设

1. 使用专用取土钻垂直钻孔，孔径与传感器探头匹配，分别钻至 20cm、40cm、60cm 预设深度，钻孔过程避免孔壁坍塌。
2. 清理孔内碎石、杂物，将传感器探头垂直缓慢插入孔底，保证探头与周边土壤紧密贴合，无空隙，防止空气、杂物影响测量精度。
3. 分层回填原土并轻轻夯实，恢复地表原貌，做好点位标记，记录每支传感器对应的埋设深度。

3. 线路布设

1. 传感器信号线缆沿地表规整布设，做好防护，避免车辆碾压、人为踩踏、动物啃咬，线缆预留少量伸缩余量。
2. 多支传感器线缆分类绑扎，粘贴深度标识，区分 20cm、40cm、60cm 测点，便于后期接线与检修。
3. 线缆引至采集仪安装位置，室外走线可加装防护套管。

4. 采集仪安装与接线

1. 采集仪采用壁挂、立杆方式安装在地势较高、干燥通风处，远离积水、强电磁设备，做好防雨、防晒防护。
2. 断电状态下按照线序将各路传感器线缆依次接入采集仪对应输入端口，接线端子紧固，杜绝虚接。
3. 接通供电电源，检查设备供电状态。

5. 系统调试

1. 通电后查看采集仪运行指示灯，确认设备正常工作。
2. 本地查看实时数据，核对 20cm、40cm、60cm 各土层水分、温度、电导率数值，确认数据无异常。
3. 配置 4G 通讯参数、采样间隔，登录分析软件，检查数据远程上传情况。
4. 设置数据存储、报表生成等参数，试运行 24 小时，数据稳定后投入常态化监测。

安装注意事项

1. 埋设探头时禁止大力敲击，避免探头内部精密元件损坏；
2. 土壤过于干燥时，可少量洒水浸润土体，保证探头接触良好；
3. 每年定期巡检探头与线缆，清理周边杂草、杂物，检查密封与固定情况。

 
七、使用场景

1. 农田精准灌溉监测

粮食田、果蔬大棚分层监测土壤墒情，根据浅层、深层含水量差异，确定灌溉时机与灌溉水量，实现按需灌溉，节约农业用水。

2. 盐碱地动态监测

长期监测不同土层电导率变化，跟踪盐分上下迁移规律，评估淋洗、改良等治理手段的实施效果。

3. 边坡地质预警监测

山区边坡、路基边坡布设监测矩阵，深层土壤含水量突增时及时发布滑坡、泥石流预警，保障区域安全。

4. 林地生态长期观测

森林、荒漠植被区垂向土壤监测，研究树木根系吸水范围、土壤水热季节性变化，服务生态保护与植被恢复。

5. 野外无人值守监测

偏远灌区、自然保护区等无人工值守区域，依托 4G 远程传输，实现全自动数据采集与上传，减少现场巡检频次。

6. 土壤科研试验

实验室、野外试验田开展对照试验，对比不同土层土壤参数变化，为土壤改良、作物育种提供数据支撑。

7. 城市绿地养护

公园、行道树绿化带分层监测，结合土壤温湿度、盐分数据，制定差异化养护方案，降低绿植枯萎概率。
 
八、效果分析

1. 分层监测效果

标准 20cm、40cm、60cm 梯度设计，可清晰区分表层、中层、深层土壤参数差异，完整呈现土壤垂向剖面状态，解决单一深度监测数据片面的问题，数据维度更全面。

2. 数据精准性效果

设备各参数量程划分合理，分辨率精细，高低湿度区间区分精度标准，搭配信号滤波技术，有效抵御野外环境干扰，长期监测数据稳定可靠，可直接作为科研、工程依据。

3. 运维与成本效果

单台采集仪可接入多路传感器，拓展能力强，大面积网格化监测时设备投入少。4G 远程传输免去现场布线、人工抄表工作，大幅降低人工巡检与数据整理成本，运维效率显著提升。

4. 环境适配效果

传感器密封防腐设计，可长期埋入各类土质中，整机温区范围广，可适应南北方不同气候、四季温差变化，雨雪、干旱等恶劣天气下均可稳定运行，设备故障率低。

5. 功能应用效果

采样间隔灵活可调，可适配高频试验监测、低频常规监测等不同需求。配套分析软件实现数据可视化、自动化报表，数据趋势一目了然，便于工作人员快速研判土壤状态，及时采取灌溉、排盐、加固等措施。

6. 安全与防护效果

本地 + 云端双重数据存储，有效避免网络中断、设备临时故障导致的数据丢失，数据完整性得到保障，满足长期连续监测的要求。
 
九、国标规范
本产品设计、生产、安装、检测及应用严格遵循国家与行业相关标准：

1. NY/T 1782-2025《农田土壤墒情监测技术规范》，规范土壤含水量监测方法、测点布设、设备技术要求。
2. GB/T 43816-2024《林草物联网 传感器通用技术要求》，规定传感器硬件、防护、通讯、环境适应性指标。
3. GB/T 44985.1-2024《农业物联网通用技术要求 第 1 部分：大田种植》，适用于农田场景物联网监测系统建设。
4. GB/T 36346-2018《信息技术 面向设施农业应用的传感器网络技术要求》，规范系统通讯、组网、数据传输标准。
5. GB/T 20524《农林小气候观测仪》，约束土壤温湿度检测设备的精度与试验方法。
6. GB/T 17626《电磁兼容 试验和测量技术》，保障设备在野外复杂电磁环境下抗干扰能力。
7. GB/T 4208《外壳防护等级（IP 代码）》，规范设备户外防水、防尘防护指标。

 
十、参考文献
[1] NY/T 1782-2025，农田土壤墒情监测技术规范 [S]
[2] GB/T 43816-2024，林草物联网 传感器通用技术要求 [S]
[3] GB/T 44985.1-2024，农业物联网通用技术要求 第 1 部分：大田种植 [S]
[4] GB/T 36346-2018，信息技术 面向设施农业应用的传感器网络技术要求 [S]
[5] GB/T 20524，农林小气候观测仪 [S]
[6] GB/T 17626，电磁兼容 试验和测量技术 [S]
[7] GB/T 4208，外壳防护等级（IP 代码）[S]