微波爐法在果園土壤相對含水量測定中的應(yīng)用*

王小龍，龐國成，史祥賓，冀曉昊，王海波

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧省落葉果樹礦質(zhì)營養(yǎng)與肥料高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧興城 125100）

快速、準(zhǔn)確地測定土壤樣品相對含水量有助于水分高效利用技術(shù)研究工作的順利進(jìn)行以及果樹精準(zhǔn)灌溉技術(shù)的推廣。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測定土壤含水量通常采用烘箱法，這是一切土壤含水量的校準(zhǔn)基礎(chǔ)。烘箱法測定土壤含水量對黏土的烘干時間不得少于8 h，對沙土不得少于6 h[1]。加之烘箱的容積大、額定功率高，會給少量土壤樣品測定造成能源極大的浪費(fèi)。此外，烘箱價格較高，嚴(yán)重阻礙了果樹精準(zhǔn)灌溉技術(shù)的普及。

用微波爐測定土壤含水量的方法研究在國外起始于20世紀(jì)70年代初，并在實(shí)際操作中得到廣泛應(yīng)用[2]。在國內(nèi)雖然有針對不同土壤進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)研究[3-7]，但由于土壤礦物成分及性質(zhì)差異，以致使其達(dá)到應(yīng)用規(guī)程仍存在較大的距離。然而，我國果樹栽培生產(chǎn)中又特別需要此種快速、準(zhǔn)確測定土壤相對含水量的方法，以加快果樹精準(zhǔn)灌溉和水肥一體化的研究和應(yīng)用。近年來，本課題組就微波爐法測定土壤相對含水量展開了系統(tǒng)而深入的試驗(yàn)，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際摸索出其具體操作條件。

1 材料與方法

1.1 主要試驗(yàn)設(shè)備

微波爐：廣東格蘭仕微波生活電器制造有限公司生產(chǎn)，型號為G80F23CN3L-C2（R1），其微波頻率為2 450 MHz，微波輸出功率為800 W。電子秤：量程為500 g，誤差0.01 g。研缽：容積為200 mL，口徑為50 mm，能盛土50～60 g。烘箱：北京陸?？萍加邢薰旧a(chǎn)，型號為DHG-9240A。

1.2 田間持水量測定方法

土壤樣品采集于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所砬山綜合試驗(yàn)示范基地，類型為粗骨土。田間持水量測定方法基于室內(nèi)環(huán)刀法進(jìn)行[8]。將所采集的土壤樣品等量分成2份，1份土壤樣品置于微波爐中微波至恒重，烘干后填裝在鋁盒中，壓實(shí)并覆蓋1層濾紙；另1份土壤樣品置于鋁盒中，倒扣在燒杯中，并緩慢加水，使水平面始終保持低于鋁盒頂端2 mm，在水中浸泡24 h。將充分浸泡處理含土的鋁盒倒扣在蓋有濾紙裝有烘干土的鋁盒上端，使土壤界面充分接觸，靜置8 h。稱量上層鋁盒中土壤重量，記為m1。將上層鋁盒中的土壤用微波爐微波至恒重，稱土壤重量，記為m2，按照公式w（%）=［（m1-m2）/m2］×100計算其田間持水量，重復(fù)3次。本研究中土樣的田間持水量為23.24%。

1.3 試驗(yàn)方法

將土壤樣品充分混合，灌水配置土壤相對含水量為40%～90%。烘箱法：單個土壤樣品取樣量分別為10.00、20.00、30.00 g，烘干溫度設(shè)置在105 ℃，烘干時間8 h以上，直至達(dá)到恒重，以此作為測定土壤樣品相對含水量的標(biāo)準(zhǔn)。微波爐法：對單個土壤樣品質(zhì)量進(jìn)行控制，分別取10.00、20.00、30.00 g；微波爐的加熱火力分別取80%（640 W）、100%（800 W）。每組進(jìn)行3種不同相對含水量的試驗(yàn)。每隔3 min測定1次土樣相對含水量，直到不再發(fā)生變化為止。依據(jù)下列公式計算相對含水量。

相對含水量（%）=［（烘干前土壤重量-烘干后土壤重量）/（烘干后土壤重量×田間持水量）］×100

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與作圖，采用SPSS 22.0進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波爐法土壤達(dá)恒重所需時間及土重的確定

由表1可知，對于微波爐使用功率為800 W、相對含水量為40%～90%的土壤樣品，樣品量為10.00 g時，累計微波15 min能夠達(dá)到恒重，相對含水量與烘箱法無顯著性差異；樣品量為20.00 g時，累計微波21 min能使其達(dá)到恒重，相對含水量與烘箱法無顯著性差異；樣品量為30.00 g時，累計微波27 min，其相對含水量與烘箱法基本一致，且無顯著性差異。由于微波爐不能控制溫度，在微波時間過長、溫度過高的情況下，土壤內(nèi)有機(jī)質(zhì)會損失[9]，由此會造成微波爐法相對含水量大于烘箱法情況的出現(xiàn)，比如微波爐使用功率為800 W，取樣量為30.00 g，在累計微波18 min后的相對含水量為49.05%，而烘箱法為48.14%。對于微波爐使用功率為640 W、相對含水量為40%～80%的土壤樣品，樣品量為10.00 g時，累計微波18 min，相對含水量和烘箱法基本一致，且無顯著性差異；當(dāng)樣品量為20.00 g時，累計微波24 min，土樣相對含水量和烘箱法基本一致，且無顯著性差異；當(dāng)樣品量為30.00 g時，累計微波30 min時的土樣相對含水量與烘箱法無顯著性差異，并保持穩(wěn)定。由此可見，對于相對含水量40%～80%的土樣，取樣量為10.00～30.00 g，微波爐使用功率為800 W時，微波時間應(yīng)在27 min為宜；當(dāng)微波爐使用功率為640 W時，微波時間應(yīng)在30 min為宜。

表1 不同取樣量土壤樣品在微波爐不同使用功率下達(dá)恒重所需時間

2.2 微波爐法所適用相對含水量范圍的確定

分別用微波爐法（使用功率800 W、累計微波27 min和使用功率640 W、累計微波30 min）和烘箱法將田間隨機(jī)采取的土樣進(jìn)行烘干，取樣量為10.00～30.00 g。由表2可以看出，微波爐法使用功率800 W、累計微波27 min條件下，對于相對含水量20%～90%的土壤和微波爐法使用功率640 W、累計微波30 min條件下，對于相對含水量20%～90%的土壤用微波爐法與烘箱法試驗(yàn)結(jié)果基本相近，差值絕對值均小于1%。

表2 微波爐法適用相對含水量范圍

為建立微波爐法和烘箱法相對含水量的相關(guān)性關(guān)系，在表2的基礎(chǔ)上又做了使用功率800 W和使用功率640 W各30組的微波爐法和烘箱法測定土壤相對含水量的對比試驗(yàn)。由圖1可知，相對含水量變化范圍20%～90%，2種方法測定結(jié)果的差值絕對值均小于1%，相關(guān)系數(shù)（R2）為0.996 2。試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步說明，微波爐法測定土壤相對含水量的精度可以滿足果樹產(chǎn)業(yè)需求。

圖1 微波爐法和烘箱法測定土壤相對含水量線性關(guān)系

2.3 微波爐法測定土壤相對含水量的農(nóng)業(yè)應(yīng)用實(shí)例

土壤相對含水量能夠體現(xiàn)出植物生長土壤中有效水分的含量，測定果園土壤相對含水量是研究和推廣果樹精準(zhǔn)灌溉和水肥一體化的重要基礎(chǔ)。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所正在從事設(shè)施內(nèi)葡萄精準(zhǔn)灌溉研究，土壤相對含水量是試驗(yàn)設(shè)計中重要的技術(shù)指標(biāo)。測定土壤相對含水量通常采用烘箱法，但是烘箱法周期較長（通常需要過夜處理），此期間設(shè)施內(nèi)土壤相對含水量已經(jīng)發(fā)生變化。因此，相對含水量與實(shí)際值發(fā)生偏離，會引起灌水量不滿足試驗(yàn)要求，最終造成設(shè)施內(nèi)葡萄最佳灌溉條件的錯位。微波爐法是一種能夠快速、準(zhǔn)確地測定土壤相對含水量的方法，完全可以滿足相關(guān)研究的需求。

3 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，微波爐使用功率為800 W、微波累計27 min或使用功率為640 W、微波累計30 min條件下，適宜測定相對含水量在20%～90%的粗骨土。通過本研究發(fā)現(xiàn)，利用微波爐法測定土壤相對含水量可以滿足果樹栽培的需求，其在加快果樹精準(zhǔn)灌溉及水肥一體化的研究與應(yīng)用中起到了較為重要的作用，目前已在葡萄精準(zhǔn)灌溉研究中得到了應(yīng)用。微波爐法測定土壤相對含水量有推廣應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義。

然而，在應(yīng)用微波爐法測定土壤相對含水量時需要注意微波爐的型號、土壤類型及初始土壤相對含水量等因素，均對微波爐烘烤時間及適宜土壤用量影響較大。吳憲[10]研究發(fā)現(xiàn)，微波爐頻率為2 450 MHz、測定功率為30W條件下，利用微波爐法測定100 g黏土含水量需要40min，其含水量為9%～40%。王建華等[4]研究表明，利用2 450MHz、800 W微波爐測定40g原狀黏性土壤含水率需要24 min，其含水量為17%。因此，應(yīng)用微波爐法測定土壤相對含水量時應(yīng)因地制宜，建議在應(yīng)用前進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，修正關(guān)系式后再進(jìn)行使用。