提高烘干法含水量數據準確度的研究

金福一

（遼寧省水文局，110003，沈陽）

人工取土烘干法是墑情信息采集的基本方法，烘干法取得的重量含水量數據是直接數據，可以對中子儀法、張力計法、介電類法等墑情監測取得的間接數據進行對比分析和校準。針對人工取土烘干法在監測操作步驟的綜合分析研究，結合多年實踐經驗，總結目前存在的問題和提出解決這些問題的方法，以提高人工取土烘干法數據準確度，為農業抗旱提供更準確的土壤墑情信息。

一、人工取土烘干法儀器組成

人工取土烘干法主要由所使用的稱重設備、烘干設備和輔助取土、裝土工具等組成。取土工具主要包括挖土鍬、取土鉆、洛陽鏟、環刀、削土刀、鋁盒等，用于開挖監測點取土剖面或鉆取不同采集深度的土壤采集樣品，并按規定裝樣、保存。稱重設備主要采用分析天平，用于精確稱取鋁盒、鋁盒+濕土、鋁盒+干土的重量。烘干設備主要是恒溫烘箱及干燥器，用于將土壤樣品烘干至恒重并冷卻。

二、儀器特點和常見問題

人工取土烘干法所采用的工具設備，屬于直接測量土壤重量含水量的儀器，具有直觀、操作簡單、監測準確等優點，適用于人工土壤含水量監測，也常用于自動監測儀器的公式率定或校準土壤含水量監測，以檢驗自動監測儀器的監測值精度。通過總結實際的工作經驗發現：在目前土壤含水量監測中，人工取土烘干所使用的工具設備被廣泛采用，但監測人員缺乏正規的操作培訓，相關的技術標準尚不完善，設備配備不規范和人工操作不當，均影響土壤含水量監測成果；人工取土烘干法造成的誤差主要來自于野外土樣采集、土樣保存、實驗室稱重、烘干等操作過程，由于人工操作時間較長和設備配置差異等原因，不可避免地產生設備、人為操作等測量誤差。通常造成測驗誤差的主要因素：一是監測設備配置不標準；二是土樣采集操作不規范；三是稱重烘干操作不規范。因此，亟須對人工取土烘干法的設備工具配置、土樣采集、烘干操作等進行規范和完善。

三、提高監測精度的措施

1.監測設備配置

規范監測設備配置是采用人工取土烘干儀器設備進行土壤含水量監測的主要條件。采用人工取土烘干儀器設備進行土壤含水量監測，為保證監測成果精度，儀器設備配置應滿足如下基本要求：

一是分析天平要求稱重感量不低于0.01g，經過質量技術監督部門鑒定合格，并在鑒定有效期內使用，以滿足土壤含水量稱重計算精度要求。

二是在正常監測情況下，烘干設備要求采用恒溫烘箱烘干，烘箱溫度應控制在105℃±2℃內，且穩定工作持續達8 h以上。僅在監測精度要求不高、旱情要求快速得到墑情信息的情況下，可采用酒精燃燒法、電爐、微波爐等烘干設備對土壤進行簡易烘干，否則應盡量避免加熱不均勻帶來的測量誤差。

2.土樣采集操作

土樣采集操作是造成人工取土烘干法誤差的人為影響因素之一，應采用以下措施規范土樣采集操作：

要求測量人員經過專門培訓，了解人工取土烘干法的測量原理，熟練掌握測量步驟和技術要求；選擇合適的取土時機和地點，避開降雨日和地表積水日；利用專用取土工具，采用開挖剖面或鉆孔方式采集土壤樣品；要求開挖或鉆孔前應對地表層植被等進行處理，防止植被附著的雨水、露水等流入開挖剖面或鉆孔影響監測成果；要求每次取土位置距上次取土地點距離不小于0.5m，以避免上次取土形成的松軟土層土壤含水量與大田實際含水量不符，盡可能消除土壤空間不同的影響；鉆孔取土時，要求取土鉆轉動方向不變，均勻緩慢下壓，不得左右扭動及用力下壓取土鉆，盡量避免擠壓取土鉆內外的土壤。使用取土鉆應分段取土，每鉆進5 cm應緩慢拔出，拔出時轉動方向與鉆進方向一致，清除取土鉆內土壤后再次鉆進。取土位置的土柱中心對應各采集深度，土柱高度應小于10 cm，見圖1，在每一采集深度各取樣3份，每份重量以30～50g為宜，確保土壤樣品的代表性。

取土后應對造成的地面孔洞進行填補平整，降低取土對農作物和土壤結構造成的破壞，以保持土壤天然孔隙度不發生較大變化；要求土樣裝入鋁盒后應立即蓋緊，并擦凈鋁盒表面，防止鋁盒表面附著土壤。沒有現場稱重條件時，應用塑料膠帶密封鋁盒，裝入塑料袋并扎緊袋口，防止土壤樣品水分蒸發損失。

圖1 鉆孔人工取土示意圖

通過上述操作措施，可以有效降低人工取土烘干法監測過程中人為取樣操作產生的誤差。

3.稱重、烘干與計算

有現場稱重條件時，應立即對土壤樣品進行現場稱重，以減少土壤樣品水分流失造成的測量誤差；否則應及時帶回室內稱重。除了應使用標準分析天平進行稱重外，要求空鋁盒應定期稱重復核，避免由于稱重造成的測驗誤差；分析天平應使用專用砝碼定期校正，確保天平數據可靠。要求鋁盒（濕土狀態）稱重后應防止盒內土樣灑出和盒蓋內壁附著土樣，否則應將灑出土樣或附著土樣收集放回鋁盒內。另外，稱重前土樣放置的時間也是影響測驗精度的一個方面，應盡量減少其放置時間。

烘干操作時溫度控制及烘烤時間差異是產生人為操作誤差的主要原因。由于在黏粒或有機質含量高的土壤中，烘箱中水分散失量隨著烘箱溫度的升高而增大，加熱烘烤時溫度需要控制，溫度過低，則烘烤時間過長；溫度過高，則會烘烤燒焦土壤中的腐殖質，影響測量精度。

烘箱溫度應設置在105℃±2℃之間，要求持續恒溫烘烤6～8 h，否則會影響測驗精度。若為黏性土樣可適當延長烘干時間；對于有機質含量豐富的土樣可適當降低烘箱溫度，延長烘干時間，以避免土壤中有機質氣化而影響土壤含水量測量精度。另外，要求烘干結束后，取出鋁盒立即蓋好盒蓋放入干燥器冷卻，避免經烘干后仍處于高溫狀態的土樣吸收空氣中的水分，影響烘干效果。沒有干燥器或土壤樣品較多時，也可在不打開烘箱門的情況下，自然冷卻到室溫。

在監測點同一采集點深度的3個土壤樣品，經稱重烘干后分別根據公式計算樣品重量含水量，要求3次測量土壤重量含水量的結果最大值與最小值之差≤1.0%。

四、結論

本文詳細說明了人工取土烘干法操作過程中容易出現的問題和解決方法，對稱重設備和烘干設備提出明確的要求。設備配置符合精度要求，操作人員熟練掌握測量步驟等措施，可有效提高人工墑情監測數據的準確度。

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