TDR土壤墑情傳感器在貴州銅仁地區(qū)的應(yīng)用初探

鄧超 舒揚 姚俊

摘 要：針對貴州銅仁地區(qū)自動墑情監(jiān)測站（FDR）上報數(shù)據(jù)不準確的問題，在貴州銅仁市水文水資源局院內(nèi)安裝了1套XHG1800型墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)（TDR），與人工取土烘干方法進行了45d的數(shù)據(jù)對比試驗。結(jié)果表明：XHG1800型墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)（TDR）上報的數(shù)據(jù)合格率達到90.48%，符合土壤墑情監(jiān)測規(guī)范的要求。表明該系統(tǒng)在貴州銅仁地區(qū)的適應(yīng)性良好，具有全面推廣的價值。

關(guān)鍵詞：自動墑情監(jiān)測;TDR;絕對誤差;適應(yīng)性

中圖分類號 ?S152.7文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）22-0123-03

Abstract：In response to the problem of inaccurate data reported by the automatic moisture monitoring station（FDR）in Tongren，Guizhou，a set of XHG1800 automatic moisture monitoring system（TDR）was installed in the yard of the Hydrology and Water Resources Bureau of Tongren City，Guizhou，and it was carried out with manual soil drying methods. A data comparison test for one and a half months. The results show that：a set of XHG1800 automatic moisture monitoring system（TDR）reported a data pass rate of 90.48%，which meets the requirements of soil moisture monitoring regulations. This system has good adaptability in the Tongren area of Guizhou and has the value of comprehensive promotion.

Key words：Automatic soil moisture monitoring;TDR;Absolute error;Adaptability

銅仁地處云貴高原向湘西丘陵、四川盆地過渡的斜坡地帶，主要表現(xiàn)為季風(fēng)氣候明顯，氣候的垂直差異顯著，雨量充沛，年平均氣溫為13～17.5℃。由于海拔較低的緣故，銅仁為貴州省的高溫中心，夏天最高氣溫可達42.5℃。銅仁地區(qū)由于易發(fā)干旱等原因[1]，墑情自動監(jiān)測顯得尤為重要。

現(xiàn)有的土壤墑情自動監(jiān)測站使用的絕大部分為頻域反射法（FDR）儀器[2-3]，在數(shù)年的監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，其監(jiān)測數(shù)據(jù)不準確，與人工取土烘干法相比較存在數(shù)據(jù)誤差較大的問題[4]，近年來國產(chǎn)TDR技術(shù)日趨成熟和穩(wěn)定[5]。因此，為了滿足精準的土壤墑情自動化監(jiān)測的需要，引入準確度更高的時域反射法（TDR）儀器已迫在眉睫。為了驗證TDR在線土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)在銅仁地區(qū)的適應(yīng)性以及準確性，本研究在貴州銅仁試驗站安裝了國產(chǎn)TDR在線土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)1套，進行了為期45d的野外比測試驗。

1 材料與方法

銅仁實驗站位于貴州省銅仁市（東經(jīng)109°18′，北緯27°70′），屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，在建站以前種植大蒜。自動墑情站于2013年建于貴州省銅仁市水文水資源局院內(nèi)，使用某國內(nèi)公司生產(chǎn)的AZS-2型插針式墑情傳感器（FDR），并于當年6月1日開始上報數(shù)據(jù)。試驗站工作人員在自動墑情站使用過程中發(fā)現(xiàn)，儀器上報的體積含水量數(shù)據(jù)（機測數(shù)據(jù)）與人工取土烘干法相比，絕對誤差在4%以內(nèi)的數(shù)據(jù)少之又少，完全不符合土壤墑情監(jiān)測規(guī)范[6]的要求。2020年5月，在銅仁市水文水資源局院內(nèi)安裝了1套國產(chǎn)TDR原理的墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)，并且于2020年7月15日至2020年8月24日對銅仁市水文水資源局院內(nèi)的新（TDR）舊（FDR）的自動墑情站進行了人工數(shù)據(jù)對比試驗。

1.1 TDR儀器選用 選取江蘇南水科技生產(chǎn)的XHG1800型墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)1套。該產(chǎn)品為在線式時域反射法（TDR）土壤含水量自動監(jiān)測系統(tǒng)，對于可耕作田間土壤（體積含水率低45%，干容重（1.2～1.6），無須率定即可達到測量精度要求。安裝完成后不需要進行率定。系統(tǒng)安裝于舊的自動墑情監(jiān)測站附近1m范圍內(nèi)，傳感器安裝的深度分別為10cm、20cm和40cm。

1.2 比測試驗 2020年7月15日至2020年8月24日，每7d選取1d于，早10時在自動墑情站周邊使用100cm3環(huán)刀人工取土烘干測量土壤體積含水量，取土深度為10、20和40cm，每層取3份，取平均值作為此深度的體積含水量。在人工取土的同時，收集記錄舊的（FDR）和新的（TDR）自動墑情站上報的10、20和40cm土層體積含水量機測數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

建站后舊的（FDR）自動墑情站未進行系統(tǒng)的率定，且多年來也缺乏相應(yīng)的維護，僅能做到按時上報墑情數(shù)據(jù)。2020年7月15日至2020年8月24日期間，共測得有效實驗數(shù)據(jù)7組，其中7月最后7d由于防汛搶險未來得及進行人工取土，于8月3日進行人工補測。從表1可以看出，從2020年7月15日至2020年8月24日這45d的時間內(nèi)，共7組人工取土烘干法得出的土壤體積含水量數(shù)據(jù)，10cm土層體積含水量在25.30%～38.93%，20cm土層體積含水量在32.06%～40.85%，40cm土層體積含水量在37.05%～47.78%。舊的（FDR）自動墑情站上報的3層土壤的機測土壤體積含水量數(shù)據(jù)均小于人工烘干數(shù)據(jù)，其中10cm土層兩者差值在5.18%～18.88%，其中差值在4.00%以內(nèi)的數(shù)據(jù)0組，沒有合格數(shù)據(jù)（絕對誤差在±4%范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)）;20cm土層兩者差值在0.53%～10.79%，其中差值在4.00%以內(nèi)的數(shù)據(jù)3組，合格數(shù)據(jù)占42.86%;40cm土層兩者差值在7.81%～18.00%，其中差值在4.00%以內(nèi)的數(shù)據(jù)0組，沒有合格數(shù)據(jù);總體數(shù)據(jù)合格率為14.29%，均遠不符合土壤墑情監(jiān)測規(guī)范[6]要求的合格數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)80%的要求，機測數(shù)據(jù)總體偏小的原因可能是傳感器周圍土壤開裂產(chǎn)生裂隙，從而使得傳感器無法緊密結(jié)合土壤，過多的空氣導(dǎo)致儀器所測得的頻率偏大，相應(yīng)測得的土壤體積含水量偏小。

表2中新的（TDR）自動墑情站上報的3層土壤的機測土壤體積含水量數(shù)據(jù)與人工烘干數(shù)據(jù)相比，10cm土層兩者差值在-1.80%～0.86%，其中差值在±4.00%以內(nèi)的數(shù)據(jù)7組，數(shù)據(jù)合格率（絕對誤差在±4%范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)）100%;20cm土層兩者差值在-1.14%～4.07%，其中差值在±4.00%以內(nèi)的數(shù)據(jù)6組，合格數(shù)據(jù)占85.71%;40cm土層兩者差值在-5.54%～3.83%，其中差值在±4.00%以內(nèi)的數(shù)據(jù)6組，合格數(shù)據(jù)占85.71%;總體數(shù)據(jù)合格率為90.48%，符合土壤墑情監(jiān)測規(guī)范[6]合格數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)80%的要求。

綜合表1和表2均未經(jīng)率定的舊的（FDR）自動墑情站和新的（TDR）自動墑情站上報的21組數(shù)據(jù)與人工取土法獲得的墑情數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，舊的（FDR）自動墑情站的數(shù)據(jù)總體合格率僅為14.29%，達不到土壤墑情監(jiān)測規(guī)范[7]的要求，屬于無法正常使用數(shù)據(jù);而新的（TDR）自動墑情站數(shù)據(jù)的總體合格率達到90.48%，滿足土壤墑情監(jiān)測規(guī)范[6]的要求。

3 結(jié)論與討論

歷時45d，通過對銅仁市水文水資源局院內(nèi)的新（TDR）舊（FDR）的自動墑情站進行了人工數(shù)據(jù)對比試驗，結(jié)果表明：

（1）未經(jīng)率定的舊（FDR）的自動墑情站機測土壤體積含水量與人工取土烘干法數(shù)據(jù)相比總體偏小，且僅14.29%的數(shù)據(jù)在±4%的范圍內(nèi)，不符合土壤墑情監(jiān)測規(guī)范[6]的要求，無法正常使用。

（2）未經(jīng)率定的新（TDR）的自動墑情站機測土壤體積含水量與人工取土烘干法數(shù)據(jù)相比，90.48%的數(shù)據(jù)在±4%的范圍內(nèi)，符合土壤墑情監(jiān)測規(guī)范[6]的要求，可以滿足野外墑情自動監(jiān)測需要。

（3）XHG1800型墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)（TDR）無需率定，安裝在銅仁市水文水資源局院內(nèi)的上報數(shù)據(jù)準確，在貴州銅仁地區(qū)有大范圍替代FDR傳感器的潛力。

由于時間和經(jīng)費的限制，在銅仁地區(qū)僅安裝了1個站點以及取得7組數(shù)據(jù)做試驗對比。在未來需要更長的時間的監(jiān)測對比以及更多的站點來安裝建設(shè)來驗證XHG1800型墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)（TDR），研究其在本地區(qū)的適應(yīng)性和實用性。

參考文獻

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（責(zé)編：張宏民）