DZN3型土壤水分測(cè)量?jī)x與人工觀測(cè)的對(duì)比

陳桂玲，吳春德

（遜克縣氣象局，黑龍江遜克 164400）

DZN3型土壤水分測(cè)量?jī)x與人工觀測(cè)的對(duì)比

陳桂玲，吳春德

（遜克縣氣象局，黑龍江遜克 164400）

1 引言

土壤水分貯存量及其變化規(guī)律的監(jiān)測(cè)是農(nóng)業(yè)氣象生態(tài)環(huán)境及水文環(huán)境監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)性工作之一。掌握土壤水分變化規(guī)律，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土壤墑情監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和其他相關(guān)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)服務(wù)及理論都具有重要意義。DZN3型土壤水分測(cè)量?jī)x與人工對(duì)比觀測(cè)資料的分析方法是：進(jìn)行每旬定期人工取土、采用烘干稱(chēng)重法，測(cè)出土壤水分的重量百分比；利用容積百分比和重量百分比之間的換算關(guān)系，排除土壤水分測(cè)量?jī)x所在的地段的安裝因素造成的誤差，盡量避開(kāi)外界因素的干擾和影響，使兩者數(shù)據(jù)具有充分的可比性，給出客觀的對(duì)比觀測(cè)結(jié)果。

2 DZN3型土壤水分測(cè)量?jī)x的技術(shù)特點(diǎn)

DZN3型土壤水分測(cè)量?jī)x采用最新的單片機(jī)技術(shù)，實(shí)時(shí)采集土壤剖面上各層的體積含水量進(jìn)行計(jì)算，并按規(guī)定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。測(cè)量?jī)x傳感器采用國(guó)際新型的TDR/FDR技術(shù)，具有實(shí)時(shí)自動(dòng)采集土壤剖面各層水分?jǐn)?shù)據(jù)能力。測(cè)量要素為土壤體積含水量，可測(cè)量10個(gè)層面。具有系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)、訂正功能，采集器的電源在無(wú)市電供應(yīng)的情況下，能保證正常運(yùn)行10 d以上。水分儀測(cè)量范圍為0～100%土壤體積含水量，分辨率為1%；最大允許誤差為0～40%（含40%）時(shí)為±2%，標(biāo)定后可達(dá)±1%、40～100%（不含40%）時(shí)為±3%，標(biāo)定后可達(dá)±2%。

3 DZN3型土壤水分測(cè)量?jī)x測(cè)量土壤濕度的原理

土壤濕度的測(cè)量可用土壤含水量與土壤濕度位勢(shì)的測(cè)定來(lái)表示。土壤含水量反映了土壤中水的質(zhì)量與體積，而土壤濕度位勢(shì)則反映了土壤水分能量狀態(tài)。

3.1 土壤重量含水量θg的定義

人工觀測(cè)土壤濕度一般是采用稱(chēng)重技術(shù)，這也是目前測(cè)量土壤含水量最為簡(jiǎn)單且被廣泛應(yīng)用的方法。此方法簡(jiǎn)單易行而且是直接測(cè)量，所以被用作其他方法參照的標(biāo)準(zhǔn)。

其中：Mwater為土樣中水質(zhì)量，Msoil為土樣中烘干（100～ 110℃）后的土質(zhì)量。

3.2 土壤體積含水量θv的定義

其中：Vwater為水體積，Vsoil為土壤（土+氣+水）總體積。

土壤體積含水量的變化可從風(fēng)干土壤的少于10%到臨近飽和的礦物土壤的40-50%間變化。由于水與土壤體積的準(zhǔn)確測(cè)定存在困難，體積含水量通常間接測(cè)定。體積法測(cè)量土壤含水量與稱(chēng)重法測(cè)量土壤含水量有如下關(guān)系：

其中：ρb是干土壤體積密度，ρw是土壤水分密度

4 基本資料與處理方法

所用資料取自2006年1～12月的合肥國(guó)家氣象觀測(cè)站土壤水分測(cè)量?jī)x與人工取樣對(duì)比平行觀測(cè)的土壤濕度資料。測(cè)量?jī)x與人工值均取自地表下10 cm、20 cm、30cm、40 cm、50 cm、100 cm數(shù)據(jù)。選取全年春夏秋冬四季有代表月份的1、5、8、11月共36旬的數(shù)據(jù)，進(jìn)行差值相對(duì)百分率計(jì)算。

5 測(cè)量?jī)x與人工觀測(cè)值的對(duì)比分析

統(tǒng)計(jì)各觀測(cè)時(shí)次測(cè)量?jī)x與人工觀測(cè)的各土層相對(duì)濕度數(shù)據(jù)，10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、100 cm數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 各月數(shù)據(jù)對(duì)比

在對(duì)比觀測(cè)過(guò)程中，總體來(lái)說(shuō)，儀器測(cè)量值略低于人工觀測(cè)值，但在允許誤差范圍內(nèi)。上述差異表明，一是DZN3型土壤水分測(cè)量?jī)x與人工觀測(cè)的原理不同，造成系統(tǒng)性偏差；二是測(cè)量?jī)x數(shù)據(jù)為人工觀測(cè)時(shí)的上一時(shí)段內(nèi)的正點(diǎn)數(shù)據(jù)，在這一時(shí)段內(nèi)，人工取土土樣在稱(chēng)重過(guò)程中，土壤水分的蒸發(fā)引起的水分流失；三是測(cè)量?jī)x的傳感器安裝后，由于土壤沉降，也可能改變其所處土層結(jié)構(gòu)、深度，但一般相距不遠(yuǎn)，可是兩者的環(huán)境不同總會(huì)影響到觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異。

6 結(jié)論與討論

由以上分析可以看出，DZN3型土壤水分測(cè)量?jī)x的資料基本可以代替人工觀測(cè)資料，僅有一些個(gè)別時(shí)次有差異。通過(guò)測(cè)量?jī)x長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行情況來(lái)看，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

（1）加強(qiáng)值班巡視和儀器維護(hù)，注意巡視儀器運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)排除；嚴(yán)格按照技術(shù)要求加強(qiáng)對(duì)測(cè)量?jī)x的維護(hù)，避免儀器誤差。

（2）安裝土壤水分測(cè)量?jī)x之前，對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥莱?shù)必須準(zhǔn)確測(cè)定，測(cè)量?jī)x的工作原理決定其對(duì)儀器安裝環(huán)境的土壤常數(shù)要求的嚴(yán)格性，這直接決定測(cè)量值的變化和系統(tǒng)誤差的大小。

（3）土壤水分測(cè)量?jī)x的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)若作為正式土壤水分觀測(cè)記錄后，對(duì)一些統(tǒng)計(jì)土壤濕度的指標(biāo)值可能會(huì)產(chǎn)生影響。因此，在使用自動(dòng)測(cè)量?jī)x的水分資料時(shí)，應(yīng)充分考慮儀器換型前后的變化，需要適當(dāng)?shù)挠喺员ＷC資料的連續(xù)性和可靠性。

1002－252X（2011）03－0039－02

2011－6－6

陳桂玲（1961-），女，黑龍江省雙城市人，黑龍江省委黨校，大專(zhuān)生，工程師.