管式土壤剖面水分速测仪是托普云农设计开发的一款可以实时监测土壤剖面多层次土壤水分变化的土壤仪器。这款仪器与传统的土壤水分仪不同，它能通过更深层的土壤环境监测，来协助人们进行的科研工作，同时也能通过综合的土壤环境指导农业进行节水灌溉的工作。例如通过该仪器研究黄土区陡坡林环境变化。

为实现土壤剖面不同深度水分的同时测量,研制了管式土壤剖面水分速测仪，对传感器节点部分的电路进行了设计与实现,具有功耗低、成本低等特点。实验结果表明:应用此电路的传感器,输出电压随着土壤体积含水量的增加而减小;与烘干法所测得的土壤水分实际值相比,传感器的最大绝对测量误差为-5.10%;传感器用于土壤剖面不同深度的土壤水分测量,水分梯度变化明显,性能良好。

土壤水分是制约陕北黄土区陡坡林草植被建设主要限制因素,深入系统的研究陡坡土壤水分变异规律是科学开展林草植被建设的重要前提。目前,陡坡不同季节、不同坡向、不同坡度的土壤水分变异规律尚未见系统的研究。为此,本研究通过管式土壤剖面水分速测仪观测陕北黄土区坡面尺度的自然恢复流域陡坡土壤含水量,研究分析了陡坡土壤水分季节变化规律、陡坡土壤水分垂直变化规律。

结果表明:
(1)陕北黄土区陡坡的土壤水分消耗期、土壤水分积累期、土壤水分消退期和土壤水分稳定期分别对应3-6、7-9、10-11和12月-次年2月;
(2)0~120 cm土层中0~60 cm土层土壤含水量变化活跃。土壤水分随着土层深度的增加而增加,且各层间的差异也越来越显著;
(3)基于土壤水分的垂直变化规律,陡坡的土壤水分弱利用层、土壤水分利用层、土壤水分调节层分别为0~40、40~60和60~100 cm。
(4)在垂直于陡坡坡面方向上,深度大于40~50 cm的土壤层能为植被生长提供良好的土壤水分环境,有利于人工植被建设在陡坡开展。