土壤水分采集儀在移動墑情監(jiān)測中的應(yīng)用研究

徐 凱，辛玉?。质勄楸O(jiān)測中心，吉林長春130033）

土壤水分采集儀在移動墑情監(jiān)測中的應(yīng)用研究

徐 凱，辛玉琛
（吉林省墑情監(jiān)測中心，吉林長春130033）

文章結(jié)合吉林省墑情監(jiān)測工作實際，選擇某廠家的插管式土壤水分采集儀作為研究對象，通過改變儀器結(jié)構(gòu)，成功實現(xiàn)移動墑情監(jiān)測之目的，取得了突破性成果，該成果對于開展干旱區(qū)旱情應(yīng)急監(jiān)測具有很好的應(yīng)用和推廣價值。

土壤水分采集儀；移動墑情監(jiān)測；應(yīng)用研究

1 探索研究

1.1 移動墑情站的含義

所謂移動墑情站，并不是站點(diǎn)移動，想在哪監(jiān)測就在哪監(jiān)測。而是監(jiān)測儀器和使用儀器的人在移動。站點(diǎn)是事先根據(jù)建站原則確定好的監(jiān)測地塊，有備案。而且事先就要把監(jiān)測地快的土壤干容重和田間持水量測定出來，以用于土壤含水量轉(zhuǎn)換和旱情分析時轉(zhuǎn)換成相對濕度。同時，還要確定該站的土壤墑情評價指標(biāo)，供干旱等級分析時使用。在監(jiān)測地塊現(xiàn)場不需安裝監(jiān)測儀器。

1.2 改變儀器結(jié)構(gòu)

目前，用于移動墑情監(jiān)測的儀器精度均不能滿足墑情分析和旱情評價對數(shù)據(jù)的精度要求。只有一種插管式固定式土壤水分采集儀通過螺旋鉆打孔，環(huán)刀鉆切削鉆孔，灌漿排氣法安裝儀器。穩(wěn)定期過后，進(jìn)行儀器參數(shù)調(diào)整，監(jiān)測精度方可滿足要求。而這種儀器需固定在墑情站，無法實現(xiàn)移動墑情監(jiān)測之目的。經(jīng)與廠家共同分析論證，決定對固定站監(jiān)測儀器進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，即把儀器核心組件（總成）與儀器外殼分離開來，做成即插即拔的形式。儀器外殼配上帶有密封功能的螺旋罩蓋，然后把儀器外殼按照固定墑情站儀器的安裝方法（即灌漿排氣法）事先安裝在監(jiān)測地塊里并調(diào)整好儀器參數(shù)。

需要開展旱情應(yīng)急監(jiān)測時，帶上儀器核心組件（總成）趕往移動墑情站，打開儀器外殼，插入儀器組件（總成）實施監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)束后，拔出儀器組件，裝好密封罩蓋，前往下一站。

1.3 儀器外殼安裝

按照墑情監(jiān)測規(guī)范要求，在各移動墑情站的監(jiān)測地快選擇安裝位置，用配套的螺旋鉆打孔，用環(huán)刀鉆切削鉆孔，用灌漿排氣法將儀器外殼安裝到鉆孔里，穩(wěn)定七、八天后，開始儀器參數(shù)調(diào)整，直至達(dá)到精度要求。儀器參數(shù)的調(diào)整方法是：把儀器組件（總成）插入儀器外殼，測取土壤含水量，同時在儀器附近人工采集土樣，用烘干法求得土壤含水量，兩者進(jìn)行比較，如果誤差超過控制標(biāo)準(zhǔn)，即進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，調(diào)一次參數(shù)就要進(jìn)行一次對比觀測，直至儀器監(jiān)測的數(shù)據(jù)滿足精度要求為止，儀器外殼的安裝工作宣告結(jié)束。如果通過參數(shù)調(diào)整還達(dá)不到精度要求，就要重新安裝儀器外殼，再穩(wěn)定、再觀測、再調(diào)參。

1.4 實施移動監(jiān)測

以大安移動墑情站作為實驗站點(diǎn)。帶上移動監(jiān)測儀器趕往該站，將儀器組件（總成）放入儀器外殼，測取土壤含水量。同時在儀器附近對應(yīng)的監(jiān)測深度人工采集土樣，用烘干法測得土壤含水量，將兩組監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用±15%的相對誤差作控制，對儀器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，參數(shù)調(diào)整完成后，進(jìn)行了兩個多月的對比觀測。經(jīng)統(tǒng)計分析，儀器監(jiān)測的數(shù)據(jù)合格率為100%。

1.5 儀器外殼保護(hù)

為保證安裝好的儀器外殼在野外不受破壞，可考慮與土地所有者商談給予看護(hù)，同時可在儀器外殼周圍建設(shè)護(hù)欄、立桿裝上全景攝像頭（假的），掛上警示標(biāo)志。

1.6 儀器應(yīng)用

一個省或一個地區(qū)建設(shè)的移動墑情站會有很多，而一臺移動墑情監(jiān)測儀器不可能承擔(dān)起所有移動墑情站的監(jiān)測任務(wù)。一般根據(jù)土壤類型和站與站距離的遠(yuǎn)近確定一臺儀器一天能夠監(jiān)測幾個站，調(diào)整儀器參數(shù)時就要在這幾個站之間同時進(jìn)行，一旦儀器參數(shù)調(diào)整完成后，就要對儀器和測站進(jìn)行登記備案。在以后的旱情應(yīng)急監(jiān)測中就要使用對應(yīng)的儀器開展移動監(jiān)測工作。

2 討論

1）灌漿排氣法安裝儀器外殼。在沒有應(yīng)用灌漿排氣法安裝儀器前，曾做過多種安裝實驗，多次改進(jìn)土鉆直徑，但誤差總是降不下來，誤差大且沒有規(guī)律可循。通過進(jìn)一步學(xué)習(xí)和總結(jié)發(fā)現(xiàn)，影響儀器監(jiān)測精度的主要因素是鉆孔壁與儀器外殼之間的空氣。而且這正是對儀器精度影響最大的敏感空間，排出了此空間的空氣，儀器的監(jiān)測精度就會大幅度提高。實踐證明的確如此。用灌漿排氣法安裝儀器外殼很好地解決了空氣對儀器精度的影響。但是，值得注意的是，同樣都用灌漿排氣法安裝儀器外殼，用不同的鉆打孔，得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度會不同；用同一個鉆，不同的人打孔，得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度也會不同。所以安裝儀器時要把握住關(guān)鍵的三點(diǎn)：一是鉆孔直徑盡可能與儀器外殼直徑相同；二是鉆出的孔壁盡可能光滑，沒有凸凹現(xiàn)象；三是灌進(jìn)去的泥漿要把儀器外殼與鉆孔之間的空氣介層填滿。經(jīng)過多次實驗，最后總結(jié)出：用螺旋鉆打孔，環(huán)刀鉆切削鉆孔，灌漿排氣法安裝儀器外殼是最好的安裝方法。

2）穩(wěn)定期。用灌漿排氣法安裝儀器外殼，其周圍的土壤水分必然升高。所以要經(jīng)過一定時間的入滲、擴(kuò)散，最后達(dá)到穩(wěn)定。目的就是讓灌進(jìn)去的泥漿的水分入滲到周圍的土壤之中，并且使儀器周圍的土壤含水量達(dá)到平衡穩(wěn)定。亦即使儀器周圍的土壤含水量不受灌漿水的影響。穩(wěn)定期的長短與土壤類型、土壤的干濕程度、泥漿的用量多少有關(guān)。穩(wěn)定期的長短通過儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化速度與變化量來確定。每個監(jiān)測地塊都能測到土壤的退水曲線，很容易確定出穩(wěn)定期。在吉林省穩(wěn)定期一般為7～8 d。

3）調(diào)整儀器參數(shù)。從儀器監(jiān)測土壤含水量的原理可知，即使儀器通過了檢測中心的檢測，也不能直接用于生產(chǎn)。因為檢測中心的檢測方法和儀器廠家標(biāo)定公式的方法均屬于實驗室法，土壤都是經(jīng)過人工處理后才進(jìn)行儀器檢測或公式標(biāo)定的，用這樣的儀器監(jiān)測實際農(nóng)田的土壤含水量一定會存在誤差。在此前開展的對比觀測結(jié)果均已證明了這一點(diǎn)。所以，儀器在投入生產(chǎn)應(yīng)用之前，一定要通過野外對比觀測的檢驗。

當(dāng)儀器達(dá)到了穩(wěn)定期，即可進(jìn)行參數(shù)微調(diào)。研究中發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定期過后監(jiān)測到的數(shù)據(jù)與烘干法數(shù)據(jù)還會存在一定的誤差，可能系統(tǒng)偏大或偏小，也可能合格率不夠高，需要進(jìn)行參數(shù)微調(diào)。其方法還是用對比觀測法，每天進(jìn)行一次對比觀測并調(diào)整參數(shù)，通過3～5 d的調(diào)整即可達(dá)到目的。有時需要通過第二次的參數(shù)微調(diào)才能達(dá)到要求。如果誤差嚴(yán)重超標(biāo)，通過參數(shù)微調(diào)達(dá)不到要求時，就要重新安裝儀器，重新穩(wěn)定、調(diào)參。

3 結(jié)語

插管式土壤水分采集儀通過結(jié)構(gòu)改造，使之變成移動墑情站監(jiān)測儀器，通過螺旋鉆打孔，環(huán)刀鉆切削鉆孔，灌漿排氣法安裝儀器外殼，并通過對比觀測法調(diào)整儀器參數(shù)，完全可以實現(xiàn)移動墑情監(jiān)測的目的，精度也可滿足旱情分析對數(shù)據(jù)的精度要求。

由于時間和精力所限，該研究只針對一臺固定式儀器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，也只針對一個移動墑情站進(jìn)行了應(yīng)用研究并獲得了成功，對于一臺儀器一天能夠承擔(dān)幾個移動墑情站的監(jiān)測任務(wù)，還要因地制宜，開展進(jìn)一步的研究。

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1002－0624（2017）02－0064－02

2016-08-05