馬繼坤　辛玉琛

摘 要：吉林省是旱災(zāi)頻發(fā)的省份之一，隨著近幾年的氣候變化，旱情在吉林省幾乎年年發(fā)生。土壤墑情應(yīng)急監(jiān)測是開展旱情監(jiān)測的有效手段，而目前的監(jiān)測方式很難應(yīng)用到應(yīng)急監(jiān)測中，針對以往工作中存在的問題，對某型號探針式采集儀在吉林省中西部進(jìn)行改進(jìn)試驗(yàn)。本次對某型號土壤水分采集儀探針的長度和傳感器手柄進(jìn)行了改進(jìn)，采用改進(jìn)后的探針式土壤水分采集儀采集的數(shù)據(jù)與人工取土烘干法監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析，分析結(jié)果是相對誤差合格率為96.4%，符合《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范》（SL364—2015）準(zhǔn)確性評估其值不應(yīng)小于80%的規(guī)定。通過本次應(yīng)用試驗(yàn)，得出了改進(jìn)后的某型號探針式土壤水分采集儀應(yīng)用在土壤墑情應(yīng)急監(jiān)測中不僅滿足時效性，高效性的要求，而且也滿足監(jiān)測精度要求，能夠科學(xué)準(zhǔn)確評估旱災(zāi)損失，提高了抗旱減災(zāi)指揮決策能力，具有推廣使用的價值。

關(guān)鍵詞：土壤墑情應(yīng)急監(jiān)測；改進(jìn)后的探針式土壤水分采集儀；對比監(jiān)測；旱情

中圖分類號：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180532006

吉林省是農(nóng)業(yè)大省，中西部又是糧食主產(chǎn)區(qū)，旱災(zāi)是吉林省主要自然災(zāi)害之一，全省中西部發(fā)生頻率較高，幾乎是年年有旱，區(qū)域性中度以上（含中度）干旱時有發(fā)生。旱災(zāi)不僅對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了不利影響，同時對全省城鄉(xiāng)人民生活和城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也構(gòu)成了一定的威脅。土壤墑情應(yīng)急監(jiān)測是開展旱情監(jiān)測的有效手段，也是對固定墑情監(jiān)測站的必要補(bǔ)充，可以有效掌握受旱區(qū)域的發(fā)展變化，科學(xué)準(zhǔn)確評估旱災(zāi)損失，而且機(jī)動靈活，投資少，成本低，是旱情監(jiān)測優(yōu)先選用方法之一。目前，探針式土壤水分采集儀是應(yīng)急監(jiān)測的手段之一，它應(yīng)用的準(zhǔn)確性和適用性顯得尤為關(guān)鍵。

1 基本情況

土壤墑情應(yīng)急監(jiān)測站是根據(jù)抗旱工作需要，臨時布設(shè)在非固定地塊、不連續(xù)觀測的監(jiān)測站，也稱臨時土壤墑情監(jiān)測站。目前，吉林省旱情應(yīng)急監(jiān)測站共布設(shè)129處，覆蓋全省9個市（州），其中中西部地區(qū)布設(shè)93處，占全省72.1%。2014年，吉林省中西部發(fā)生了較為嚴(yán)重的伏旱，啟動了旱情應(yīng)急監(jiān)測響應(yīng)。采用人工取土烘干法進(jìn)行監(jiān)測，投入了大量的人力物力，也不能為政府提供及時的旱情信息，滿足不了數(shù)據(jù)的時效性。近2a由于科技的發(fā)展，土壤水分采集儀廣泛應(yīng)用到了土壤墑情監(jiān)測中，但在監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)存在以下問題。

1.1 勞動強(qiáng)度大，用時長

探針式土壤水分采集儀有水平和垂直2種插入方式，2種插入方式安裝儀器時都需要開挖安裝剖面。水平插入方式需用挖土鍬開挖一個土槽，開挖尺寸為0.7m（長）×0.4m（寬）×0.5m（深）。垂直插入方式用取土打孔鉆（帶有刻度的圓鋼管/洛陽鏟等）在壟臺（地表面）打孔。當(dāng)發(fā)生中度以上（含中度）干旱時，干土層較厚，土壤板結(jié)，水平插入方式需要用鎬開挖才能完成安裝剖面，勞動強(qiáng)度很大，用時較長；垂直插入方式打孔鉆打孔需要夯擊才能完成，同樣費(fèi)時費(fèi)力。

1.2 探針插入困難，影響監(jiān)測精度

旱情發(fā)生時水平和垂直插入探針都非常吃力，插入時會出現(xiàn)上下或左右搖晃的現(xiàn)象，使得探針與原狀土接觸不實(shí)，監(jiān)測到的數(shù)據(jù)精度受到影響。

可見以往探針式土壤水分采集儀應(yīng)用到應(yīng)急監(jiān)測中費(fèi)時費(fèi)力，還影響數(shù)據(jù)精度，給實(shí)際工作造成很大困難，需要做一定的改進(jìn)。

2 改進(jìn)的方法

本次應(yīng)用試驗(yàn)，主要是為了滿足土壤墑情應(yīng)急監(jiān)測的需要，對某型號探針式土壤水分采集儀進(jìn)行改進(jìn)，試驗(yàn)采用垂直插入方式進(jìn)行。

2.1 改變探針長度

將等長度的探針分別制作成10cm、20cm、40cm的長度。用10cm、20cm、40cm的探針分別監(jiān)測《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范》（SL364—2015）三點(diǎn)法10cm、20cm、40cm深度的數(shù)值。這樣在監(jiān)測時無需開挖安裝剖面和打孔，安裝簡單易行，從而減輕了勞動強(qiáng)度，節(jié)省了時間。改進(jìn)前后不同探針長度傳感器對比圖，見圖1。

2.2 安裝加力手柄

由于40cm深度的土壤為心土層，土壤結(jié)構(gòu)密實(shí)，插入探針非常困難，所以本次試驗(yàn)只在40cm探針長的手柄上安裝了加力裝置，這樣也同時避免了探針插入時出現(xiàn)上下或左右搖晃的現(xiàn)象，提高了監(jiān)測精度。加力手柄裝置，見圖1中40cm探針長的傳感器。

3 應(yīng)用試驗(yàn)及分析

3.1 對比監(jiān)測

采用改進(jìn)后的某型號探針式土壤水分采集儀進(jìn)行監(jiān)測試驗(yàn)，稱為儀器法。為了驗(yàn)證改進(jìn)后的儀器效果，儀器法與人工取土烘干法進(jìn)行對比監(jiān)測。

監(jiān)測時間：監(jiān)測時間為2016年8—11月份，共獲得了28組數(shù)據(jù)。

監(jiān)測地點(diǎn)：監(jiān)測地點(diǎn)為吉林省易旱區(qū)，分別為長春地區(qū)、松原地區(qū)、白城地區(qū)、吉林地區(qū)的土壤墑情自動站附近進(jìn)行對比監(jiān)測，基本覆蓋了吉林省中西部地區(qū)。

監(jiān)測深度：儀器法監(jiān)測的深度分別為0～10cm、0～20cm、0～40cm；人工取土烘干法監(jiān)測的深度為10cm、20cm、40cm。對應(yīng)關(guān)系為儀器法0～10cm與人工取土烘干法10cm、儀器法0～20cm與人工取土烘干法20cm、儀器法0～40cm與人工取土烘干法40cm。

監(jiān)測方法：采用人工取土烘干法與儀器法同步進(jìn)行，儀器法是將監(jiān)測深度相應(yīng)長度的探針直接從地表面垂直方式插入采集數(shù)據(jù)；人工取土烘干法取樣方法是以儀器為中心，距儀器40～50cm范圍內(nèi)，在儀器周圍呈三角形取不同監(jiān)測深度的土樣，相同深度取3個土樣，取3個土樣的平均值為該深度的平均重量含水量。對比監(jiān)測成果見表1。

3.2 誤差分析

本次應(yīng)用試驗(yàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)共28組，相對誤差絕對值最大值18.2%，最小值0.2%，平均值5.0%。依據(jù)水利部水文局“土壤墑情監(jiān)測與信息服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究”課題成果，儀器法監(jiān)測的土壤含水量與人工取土烘干法測得的土壤含水量相對誤差不超過±15%，將±15%作為控制值，由成果統(tǒng)計(jì)表1中的相對誤差，繪制相對誤差控制圖，見圖2。

從圖2可見只有1組監(jiān)測數(shù)據(jù)超出相對誤差±15%控制范圍內(nèi)，只超3%，其他27組都在相對誤差控制范圍內(nèi)，合格率為96.4%，符合《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范》（SL364—2015）準(zhǔn)確性評估其值不應(yīng)小于80%的規(guī)定，本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足精度要求。

4 結(jié)論與建議

本次應(yīng)用為了滿足土壤墑情應(yīng)急監(jiān)測的需要及土壤水分采集儀在應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)和試驗(yàn)。改進(jìn)后的土壤水分采集儀，通過本次試驗(yàn)和對比分析取得了以下結(jié)論和建議：

儀器法監(jiān)測的數(shù)據(jù)合格率96.4%，滿足規(guī)范監(jiān)測精度要求，所以儀器法監(jiān)測的0～10cm、0～20cm、0～40cm深度可以替代人工法監(jiān)測的10cm、20cm、40cm深度；

省時省力，在土壤墑情應(yīng)急監(jiān)測中可以實(shí)現(xiàn)一天多個土壤墑情應(yīng)急監(jiān)測站的監(jiān)測任務(wù)，滿足了應(yīng)急監(jiān)測時效性，高效性的要求；

應(yīng)用到應(yīng)急監(jiān)測中，為科學(xué)準(zhǔn)確評估旱災(zāi)損失，提供了技術(shù)支撐，提高了抗旱減災(zāi)指揮決策能力，具有推廣使用的價值；

不需要開挖儀器安裝剖面，減少了破壞耕地的面積；

建議探針的直徑至少6mm，以適應(yīng)干旱時期的土壤板結(jié)，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度；

建議在傳感器的手柄上安裝機(jī)械加力裝置，更加省力省時。

作者簡介：馬繼坤（1972-），女，本科，副高級工程師，研究方向：土壤墑情分析與評價。