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，通過改變儀器結構，成功實現移動墑情監(jiān)測之目的，取得了突破性成果，該成果對于開展干旱區(qū)旱情應急監(jiān)測具有很好的應用和推廣價值。

土壤水分采集儀；移動墑情監(jiān)測；應用研究

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。站點是事先根據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換和旱情分析時轉換成相對濕度。同時，還要確定該站的土壤墑情評價指標，供干旱等級分析時使用。在監(jiān)測地塊現場不需安裝監(jiān)測儀器。

1.2 改變儀器結構

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據的精度要求。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，進行儀器參數調整，監(jiān)測精度方可滿足要求。而這種儀器需固定在墑情站，無法實現移動墑情監(jiān)測之目的。經與廠家共同分析論證，決定對固定站監(jiān)測儀器進行結構改進，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)測地塊里并調整好儀器參數。

需要開展旱情應急監(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，開始儀器參數調整，直至達到精度要求。儀器參數的調整方法是：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，兩者進行比較，如果誤差超過控制標準，即進行參數調整，調一次參數就要進行一次對比觀測，直至儀器監(jiān)測的數據滿足精度要求為止，儀器外殼的安裝工作宣告結束。如果通過參數調整還達不到精度要求，就要重新安裝儀器外殼，再穩(wěn)定、再觀測、再調參。

1.4 實施移動監(jiān)測

以大安移動墑情站作為實驗站點。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)測數據進行比較，用±15%的相對誤差作控制，對儀器參數進行調整，參數調整完成后，進行了兩個多月的對比觀測。經統(tǒng)計分析，儀器監(jiān)測的數據合格率為100%。

1.5 儀器外殼保護

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，同時可在儀器外殼周圍建設護欄、立桿裝上全景攝像頭（假的），掛上警示標志。

1.6 儀器應用

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

2 討論

1）灌漿排氣法安裝儀器外殼。在沒有應用灌漿排氣法安裝儀器前，曾做過多種安裝實驗，多次改進土鉆直徑，但誤差總是降不下來，誤差大且沒有規(guī)律可循。通過進一步學習和總結發(fā)現，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)測數據的精度會不同；用同一個鉆，不同的人打孔，得到的監(jiān)測數據的精度也會不同。所以安裝儀器時要把握住關鍵的三點：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，沒有凸凹現象；三是灌進去的泥漿要把儀器外殼與鉆孔之間的空氣介層填滿。經過多次實驗，最后總結出：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。所以要經過一定時間的入滲、擴散，最后達到穩(wěn)定。目的就是讓灌進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。穩(wěn)定期的長短通過儀器監(jiān)測數據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）調整儀器參數。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。因為檢測中心的檢測方法和儀器廠家標定公式的方法均屬于實驗室法，土壤都是經過人工處理后才進行儀器檢測或公式標定的，用這樣的儀器監(jiān)測實際農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果均已證明了這一點。所以，儀器在投入生產應用之前，一定要通過野外對比觀測的檢驗。

當儀器達到了穩(wěn)定期，即可進行參數微調。研究中發(fā)現，穩(wěn)定期過后監(jiān)測到的數據與烘干法數據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，需要進行參數微調。其方法還是用對比觀測法，每天進行一次對比觀測并調整參數，通過3～5 d的調整即可達到目的。有時需要通過第二次的參數微調才能達到要求。如果誤差嚴重超標，通過參數微調達不到要求時，就要重新安裝儀器，重新穩(wěn)定、調參。

3 結語

插管式土壤水分采集儀通過結構改造，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整儀器參數，完全可以實現移動墑情監(jiān)測的目的，精度也可滿足旱情分析對數據的精度要求。

由于時間和精力所限，該研究只針對一臺固定式儀器的結構進行了改造，也只針對一個移動墑情站進行了應用研究并獲得了成功，對于一臺儀器一天能夠承擔幾個移動墑情站的監(jiān)測任務，還要因地制宜，開展進一步的研究。

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1002－0624（2017）02－0064－02

2016-08-05