制造简单且低成本的土壤表层温度与称重法含水量传感器

该方法可使任何人构建能够测量土壤最表层五毫米内温度和湿度的传感器，这一区域动态变化显著且难以测量。同时测量土壤表层的微气候，有助于评估温度和土壤湿度如何影响土壤表层的生物、气体通量以及其他生态系统功能组分。土壤表层极易发生温度和湿度的剧烈波动，在调控整个生态系统活动方面可能具有不成比例的重要作用。

这些传感器为研究土壤湿度表层生物群如何受温度和湿度变化的调控及其对这些变化的响应提供了新的见解，而此类研究在以往一直难以开展。准备热电偶电缆时，从电缆末端剥除4至5厘米的电缆护套，并将新露出的细径护套从导线末端剥去5毫米，将接地导线在电缆护套处切断，使其不超出护套范围。佩戴适当的防护装备后，对导线裸露的端部进行电弧焊连接，然后轻轻拉扯导线以测试焊点的牢固性，并确保焊点不会分离。

将热电偶电缆的弧焊接头浸入液态电工胶带中，覆盖导线暴露的金属部分以及小直径导线护套至少三毫米。在电工胶带干燥至少四小时后（或按照制造商建议的时间），截取一段长约3.3毫米的热缩管，其长度需足以覆盖小直径护套上的电工胶带以及热电偶护套至少一厘米的部分，将导线穿入该热缩管，然后将热缩管推回电缆护套上。准备土壤湿度传感器电缆时，从电缆末端剥去五厘米长的电缆护套，并将接地线在电缆护套处剪断，使其不超出护套。

从土壤水分测量导线两端剥去一厘米长的内层小直径护套，并将每根导线裸露的金属部分拧紧，以合并细小的金属丝。然后，在佩戴适当的皮肤和眼部防护装备的情况下，将焊料涂覆在每根导线裸露的金属端部，对已拧紧的细小金属丝进行镀锡处理。接下来，截取一段直径为10毫米的热缩管，其长度应比电缆护套剥除至镀锡导线末端的距离长约一厘米，并将该热缩管套在两根导线上。

将套管重新滑至电缆护套上，截取两段1.5厘米长的3.3毫米热缩管。将每段套管套在导线上，然后在双孔插座条的两个插针上涂抹助焊剂。将导线的镀锡端焊接到双孔插座条的两端，注意保持两端分离，避免相互接触。

将两段直径为3.3毫米的热缩管移至双针插座条的底部，确保所有金属部分均被覆盖。使用热风枪加热固定热缩管，注意避免过热导致管下焊料熔化。将一段直径为10毫米的热缩管移至双针插座条末端1毫米处，使其覆盖插座条、细径导线以及部分电缆护套，然后使用热风枪将该热缩管固定到位。

为了改装八针端子条，将端子条方向调整至顶部针脚弯曲远离视线，然后使用剪线钳从左侧起剪除第二、第四和第七个针脚，剪切位置位于黑色塑料接触条正下方。在黑色塑料接触条下方5毫米处做标记，对从左起第三、第五和第六个针脚在5毫米标记处进行剪切。在传感器头部组装过程中，截取两段长约1厘米、直径约13毫米的热缩管，分别套在热电偶和土壤湿度传感器的电缆上。

将热电偶导线的ARC焊接端移至第三个带夹片的支脚顶部，使热电偶的尖端与该支脚末端对齐，并弯曲导线使其沿支脚的顶部弧度走线。将直径为3.3毫米的热缩管沿支脚的弯曲部分和热电偶导线向上推入，并检查热缩管是否同时覆盖了热电偶电缆护套的一部分。使用热风枪加热固定热缩管，并用手指挤压覆盖在支脚弯曲部分的热缩管，使其紧密贴合。

将第五和第六个叉指的顶部弯曲端插入双叉插座条中，并将直径为13毫米的热缩管上端向传感器头部移动，直至其位于距头部约1厘米的位置。使用热风枪将热缩管固定到位，注意保持双叉插座条牢固连接在第五和第六叉指上，同时确保其与第三叉指上的热电偶导线连接可靠，并在前一段热缩管后方几厘米处固定另一段直径为13毫米的热缩管。在固定热缩管时，双叉插座条与改装后传感器头部的第五和第六叉指之间必须形成良好的连接。

然后，将液态绝缘胶带涂覆在热电偶导线和第三针脚的所有侧面，以及插座条连接处的所有侧面，确保所有暴露的金属部分均被覆盖。但是，不要覆盖与连接相关的5毫米剪切针脚。此处展示了三种土壤基质中每种两个样品的烘干校准数据，每种样品均使用独立的探头。

粉壤土土壤样品的回归曲线与其他两种土壤基质明显不同，因此，将粉壤土的回归方程应用于苔藓生物结皮，或反之，将导致截然不同的结果。另一方面，细沙土壤和苔藓生物结皮的重力含水量与探针电阻之间的关系较为相似。由于基质内部可能存在变异，获得足够大的样本量以生成准确的校准曲线，并为所有采样点分别建立独立的校准曲线至关重要。

在这些图表中，可以观察到2018年5月初发生的两次独立降雨事件期间，增温样地与对照样地的平均温度和重力含水量。增温样地的平均温度始终高于对照样地的平均温度。在这两次降雨事件过程中，增温样地的电阻率传感器记录的土壤湿度低于对照样地，且增温样地的干燥速度更快。

在进行电弧焊连接热电偶导线以及将第二根金属条连接到传感器头部时，确保连接良好至关重要。我们已安装了这些传感器，用于开展多项增温实验，因为了解温度处理如何影响土壤水分读数，对于解读土壤表层微气候数据具有重要意义。结合其他仪器，这些传感器使研究人员能够探究土壤表层的温度和湿度如何影响诸如二氧化碳向大气释放等基本土壤过程。

这种地表土壤微气候与土壤通量之间的新联系，对于我们理解干旱地区土壤如何对全球变化产生反馈作用至关重要。