DZN3 自動(dòng)土壤水分觀測儀的誤差分析

李玉春，姜 楠，徐淑華

（1.呼瑪縣氣象局，黑龍江 呼瑪165100；2.五大連池市氣象局，黑龍江 五大連池164100）

1 DZN3 自動(dòng)土壤水分觀測儀原理

DZN3 自動(dòng)土壤水分觀測儀是利用頻率反射原理， 根據(jù)傳感器電容震蕩頻率與土壤水分之間的關(guān)系測量土壤體積含水量，完成土壤水分信息的采集、存儲(chǔ)及傳輸。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以位于黑龍江省呼瑪縣呼瑪鎮(zhèn)榮邊鄉(xiāng)的自動(dòng)土壤水分觀測站為分析對象，利用DZN3 型自動(dòng)土壤水分觀測儀和人工烘干稱重。 兩種方法地段相同，土壤質(zhì)地0-30 cm 均為粉壤土，40-50 cm 均為粘壤土、土壤微酸性，地段無灌溉條件，地段地下水位深度常年大于2 m。選取本站自動(dòng)土壤觀測儀器標(biāo)定之后的數(shù)據(jù)2014年4月8日-11月8日共22 次，每旬逢8日利用人工烘干稱重法和DZN3 自動(dòng)土壤水分觀測儀測定的土壤相對濕度進(jìn)行對比分析， 期間覆蓋了多雨時(shí)期和干旱時(shí)期，以及土壤凍結(jié)時(shí)期。 人工觀測點(diǎn)取4 個(gè)重復(fù)， 測定深度為0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm、30-40 cm、40-50 cm 5 個(gè)土層。

3 對比結(jié)果分析

自動(dòng)土壤水分觀測儀和人工烘干稱重法之間存在誤差。 0-10 cm 和10-20 cm 兩個(gè)層次自動(dòng)土壤水分觀測儀土壤相對濕度均小于人工烘干稱重法的，尤其是0-10 cm 自動(dòng)土壤水分觀測儀相對濕度偏小多達(dá)20-40%。20-30 cm 自動(dòng)土壤水分觀測儀測量的土壤濕度最接近人工烘干稱重法測量值， 差值范圍在10%以內(nèi)。30-40 cm6月8日以前自動(dòng)土壤水分觀測儀測量的土壤相對濕度略小于人工烘干稱重法測量值，但6月18日以后自動(dòng)土壤水分觀測儀測量的數(shù)據(jù)均大于人工烘干稱重法測量值。 40-50 cm 前期自動(dòng)土壤水分觀測儀測量的土壤相對濕度小于人工烘干稱重法測量值， 后期自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)大于人工烘干稱重法測量值，但差值范圍均不大。 雖然DZN3 自動(dòng)土壤水分觀測儀器和人工烘干稱重法測量值有差異，但是兩者均可以反映出降水的趨勢，有較大降水時(shí)， 自動(dòng)和人工兩種方法測量的土壤相對濕度均增大，無降水時(shí)段蒸發(fā)或作物吸收水分時(shí)，自動(dòng)和人工兩種方法測量的土壤相對濕度均減小。

4 產(chǎn)生差異的原因分析

由以上觀測結(jié)果分析，DZN3 自動(dòng)土壤水分觀測儀與人工烘干稱重法測定的土壤相對濕度存在誤差，而DZN3 自動(dòng)土壤水分觀測儀為新型儀器，測定可能會(huì)出現(xiàn)儀器本身、人為因素等原因造成誤差，通過分析DZN3 自動(dòng)土壤水分觀測儀產(chǎn)生誤差的原因可能是以下幾種：

（1）DZN3 型自動(dòng)土壤水分觀測儀與人工烘干稱重法觀測原理不同。 自動(dòng)土壤水分觀測儀器直接測定的是體積含水率，需要換算才是土壤重量含水率，人工烘干稱重法直接測定的是土壤重量含水率。

（2）當(dāng)降水少或降水偏大時(shí)，土壤表層出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，傳感器與土壤面接觸不良，自動(dòng)土壤水分觀測儀數(shù)據(jù)將偏低，甚至為零。

（3)冬季土壤凍結(jié)，土壤水分變?yōu)楣虘B(tài)，自動(dòng)土壤水分測量值降低。

（4）土壤水文物理特性田間持水量、土壤容重和凋萎濕度作為自動(dòng)土壤水分觀測儀器標(biāo)定系數(shù)，存在人為因素造成測量誤差。

（5）自動(dòng)土壤水分觀測儀和人工烘干稱重法觀測地段相同，但兩種方法取土地點(diǎn)存在間距，也造成觀測數(shù)據(jù)存在差異。

(6)自動(dòng)土壤水分觀測儀器的傳感器周圍50*50 cm 范圍內(nèi)沒有種植作物， 而人工烘干稱重法測量的地點(diǎn)種植作物，在作物生育期內(nèi)存在差異。

5 結(jié)論

DZN3 型自動(dòng)土壤水分觀測儀節(jié)省了人力、物力和時(shí)間，達(dá)到了定點(diǎn)實(shí)時(shí)觀測土壤水分連續(xù)變化，滿足了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和氣象業(yè)務(wù)發(fā)展的需求， 這是人工每旬逢8 采用烘干稱重法所無法比擬的。 應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）加強(qiáng)值班巡視和儀器維護(hù)，每天9時(shí)和17時(shí)觀測儀器數(shù)據(jù)運(yùn)行情況，是否按時(shí)上傳數(shù)據(jù)。 嚴(yán)格按照要求加強(qiáng)對自動(dòng)土壤水分觀測儀的日常維護(hù)。

（2) 隨時(shí)注意降雪后清理太陽能太陽板上的積雪。

（3）DZN3 自動(dòng)土壤水分觀測儀測定結(jié)果與烘干稱重法測定結(jié)果有差異， 但是所反映的旱澇形勢基本一致。