DZN3型土壤水分測量儀與人工觀測的對比

陳桂玲，吳春德

（遜克縣氣象局，黑龍江遜克 164400）

DZN3型土壤水分測量儀與人工觀測的對比

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)測是農(nóng)業(yè)氣象生態(tài)環(huán)境及水文環(huán)境監(jiān)測的基礎(chǔ)性工作之一。掌握土壤水分變化規(guī)律，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土壤墑情監(jiān)測、預(yù)測和其他相關(guān)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測預(yù)測服務(wù)及理論都具有重要意義。DZN3型土壤水分測量儀與人工對比觀測資料的分析方法是：進(jìn)行每旬定期人工取土、采用烘干稱重法，測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，排除土壤水分測量儀所在的地段的安裝因素造成的誤差，盡量避開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，給出客觀的對比觀測結(jié)果。

2 DZN3型土壤水分測量儀的技術(shù)特點(diǎn)

DZN3型土壤水分測量儀采用最新的單片機(jī)技術(shù)，實(shí)時采集土壤剖面上各層的體積含水量進(jìn)行計算，并按規(guī)定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。測量儀傳感器采用國際新型的TDR/FDR技術(shù)，具有實(shí)時自動采集土壤剖面各層水分?jǐn)?shù)據(jù)能力。測量要素為土壤體積含水量，可測量10個層面。具有系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)、訂正功能，采集器的電源在無市電供應(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%）時為±2%，標(biāo)定后可達(dá)±1%、40～100%（不含40%）時為±3%，標(biāo)定后可達(dá)±2%。

3 DZN3型土壤水分測量儀測量土壤濕度的原理

土壤濕度的測量可用土壤含水量與土壤濕度位勢的測定來表示。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

人工觀測土壤濕度一般是采用稱重技術(shù)，這也是目前測量土壤含水量最為簡單且被廣泛應(yīng)用的方法。此方法簡單易行而且是直接測量，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)確測定存在困難，體積含水量通常間接測定。體積法測量土壤含水量與稱重法測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月的合肥國家氣象觀測站土壤水分測量儀與人工取樣對比平行觀測的土壤濕度資料。測量儀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)行差值相對百分率計算。

5 測量儀與人工觀測值的對比分析

統(tǒng)計各觀測時次測量儀與人工觀測的各土層相對濕度數(shù)據(jù)，10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、100 cm數(shù)據(jù)見表1。

表1 各月數(shù)據(jù)對比

在對比觀測過程中，總體來說，儀器測量值略低于人工觀測值，但在允許誤差范圍內(nèi)。上述差異表明，一是DZN3型土壤水分測量儀與人工觀測的原理不同，造成系統(tǒng)性偏差；二是測量儀數(shù)據(jù)為人工觀測時的上一時段內(nèi)的正點(diǎn)數(shù)據(jù)，在這一時段內(nèi)，人工取土土樣在稱重過程中，土壤水分的蒸發(fā)引起的水分流失；三是測量儀的傳感器安裝后，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)境不同總會影響到觀測數(shù)據(jù)的差異。

6 結(jié)論與討論

由以上分析可以看出，DZN3型土壤水分測量儀的資料基本可以代替人工觀測資料，僅有一些個別時次有差異。通過測量儀長時間的運(yùn)行情況來看，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)問題及時排除；嚴(yán)格按照技術(shù)要求加強(qiáng)對測量儀的維護(hù)，避免儀器誤差。

（2）安裝土壤水分測量儀之前，對當(dāng)?shù)氐耐寥莱?shù)必須準(zhǔn)確測定，測量儀的工作原理決定其對儀器安裝環(huán)境的土壤常數(shù)要求的嚴(yán)格性，這直接決定測量值的變化和系統(tǒng)誤差的大小。

（3）土壤水分測量儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)若作為正式土壤水分觀測記錄后，對一些統(tǒng)計土壤濕度的指標(biāo)值可能會產(chǎn)生影響。因此，在使用自動測量儀的水分資料時，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，大專生，工程師.