魯向東

摘 要： 土壤水分觀測(cè)是氣象為農(nóng)服務(wù)工作之一，對(duì)土壤水分連續(xù)觀測(cè)是監(jiān)測(cè)農(nóng)田旱、澇情況的重要依據(jù)。實(shí)踐中通過對(duì)土壤中不同層中數(shù)量變化的、水分的移動(dòng)情況及其巖石、大氣等自然體等水分交換整體概況的深入分析，有利于獲取到所需的土壤水分狀況信息。作為土壤成分的重要組成部分，其水分的存在，為土壤中自身的特性、氣體的活動(dòng)等密切相關(guān)，影響著土壤養(yǎng)分、微生物活動(dòng)等不同要素。若土壤水分狀況良好，則有利于提高其生產(chǎn)力。因此，需要結(jié)合土壤的實(shí)際情況，對(duì)其水分狀況、變化規(guī)律等進(jìn)行深入分析，以便促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。在對(duì)土壤濕度進(jìn)行氣象觀測(cè)時(shí)，應(yīng)注重人工實(shí)測(cè)與儀器自動(dòng)的氣象觀測(cè)方法的配合使用?；诖?，本文將對(duì)土壤水分觀測(cè)方法和土壤濕度項(xiàng)目表述的意義進(jìn)行系統(tǒng)闡述。

關(guān)鍵詞：人工實(shí)測(cè)；自動(dòng)觀測(cè)；土壤濕度；氣象觀測(cè)方法

中圖分類號(hào)：S16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180431061

1 人工實(shí)測(cè)方法

1.1 地段選擇

選擇有代表性的地塊作為長(zhǎng)期觀測(cè)點(diǎn)，分作物地段和固定地段，每次觀測(cè)都在此地塊上進(jìn)行。

1.2 觀測(cè)時(shí)間

固定觀測(cè)時(shí)間為每年3月18日開始至土壤凍結(jié)達(dá)10cm結(jié)束，每旬逢8日下午取土觀測(cè)；因農(nóng)事活動(dòng)服務(wù)需要可增加觀測(cè)次數(shù)。

1.3 取樣方法

固定觀測(cè)地段和作物觀測(cè)地段各層均取4個(gè)重復(fù)。采用烘干稱重法測(cè)定土壤濕度，計(jì)算土壤重量含水率，土壤相對(duì)濕度、土壤水分總貯存量和有效水分貯存量。

測(cè)定深度一般為50cm。分0～10cm、10～20cm，20～30cm，30～40cm，40～50cm5個(gè)層次。把觀測(cè)地段分成4個(gè)小區(qū)，每次取土各小區(qū)取1個(gè)重復(fù)。取土下鉆地點(diǎn)應(yīng)距前次測(cè)點(diǎn)1～2m且在兩行作物中間，壟作、溝作地段應(yīng)分別在壟背、壟溝上取土。每個(gè)層次取土樣40～60g，放入盛土盒內(nèi)，隨即蓋好盒蓋，再將鉆頭內(nèi)余土刮凈并觀測(cè)記錄該土層的土壤質(zhì)地。按上述步驟依次取出各個(gè)重復(fù)各個(gè)深度的土樣。

1.4 烘干方法

首先稱盒與濕土共重，以克為單位，取一位小數(shù)按4個(gè)重復(fù)和深度順序記入觀測(cè)薄。校驗(yàn)無誤后放入烘箱內(nèi)烘烤。烘烤溫度應(yīng)穩(wěn)定在100～105℃之間。烘土?xí)r間的長(zhǎng)短以土樣完全烘干，土樣重量不再變化時(shí)為準(zhǔn)，具體時(shí)間視土壤性質(zhì)而定。從烘箱內(nèi)溫度達(dá)到100℃開始記時(shí)，一般沙土、沙壤土約6～7h，壤土7～8h，粘土10～12h。然后從上、中、下不同深度層次取出4～6盒土樣稱重，再放回烘箱烘烤2h，復(fù)稱1次。如前后兩次重量差均≤0.2g，即取后1次的稱量值作為最后結(jié)果，否則，按上述方法繼續(xù)烘烤，直到相鄰2次各抽取樣本的重量差均≤0.2g為止。實(shí)踐中完成燒烤作業(yè)后，需要將電源及時(shí)斷開，并用盒蓋將取出的土樣蓋好，完成相應(yīng)的稱重作業(yè)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行復(fù)稱處理；當(dāng)所有的計(jì)算工作完成后，需要將土樣倒掉并對(duì)土蓋進(jìn)行清洗，按照一定的次序放置于指定位置，以備下次使用。

1.5 土壤濕度計(jì)算

1.5.1 計(jì)算土壤重量含水率

即土壤含水量占干土重的百分比，其公式計(jì)算如下：

式（1）中的盒重、盒與濕土總重、盒與干土總重分別用、、表示，單位：g；土壤重量含水率用W表示，且以百分比的方式來衡量土壤中含水率的大小。實(shí)踐中計(jì)算土壤重量含水率時(shí)，需要充分地考慮不同深度土壤重量的實(shí)際情況，進(jìn)而將各深度土壤重量含水率相加取平均值，確定所求的該層重量含水率。即為氣象服務(wù)發(fā)布的土壤濕度。

土壤重量含水率測(cè)出后，為了進(jìn)一步了解土壤墑情狀況還要計(jì)算土壤相對(duì)濕度、土壤水分儲(chǔ)存量和土壤有效水分儲(chǔ)存量。此外在土壤濕度觀測(cè)同時(shí)還要觀測(cè)與土壤濕度相關(guān)的地下水位深度，干土層厚度降水滲透深度等項(xiàng)目，綜合判斷大田土壤濕度和旱、澇形勢(shì)發(fā)展形勢(shì)。

1.5.2 土壤相對(duì)濕度

即以重量含水率占田間持水量的百分比表示。它有利于在不同土壤間進(jìn)行比較。

1.5.3 土壤水分貯存量

在人工實(shí)測(cè)方法運(yùn)用過程中，需要結(jié)合土壤濕度氣象觀測(cè)要求，深入分析其水分貯存量。具體表現(xiàn)為：通過對(duì)某一深度土壤含水量的分析，確定土壤水分總貯存量，且各層的所含水分深度單位為mm，用整數(shù)進(jìn)行表示；土壤水分實(shí)測(cè)分析中通過對(duì)大于凋萎濕度水分貯存量的科學(xué)分析，確定土壤的有效水分貯存量。

1.6 其它要素的測(cè)定

1.6.1 實(shí)踐中的地下水位深度

由于土壤上層水分與地下水位變化之間有著密切的聯(lián)系，需要在基于人工實(shí)測(cè)的土壤濕度氣象觀測(cè)分析中確定土壤相關(guān)的地下水位深度。具體表現(xiàn)為以下方面：

實(shí)踐中的測(cè)定地點(diǎn)確定。在開展土壤相關(guān)的地下水位深度測(cè)底工作時(shí)，可選取臺(tái)站外地下水位大于2m的區(qū)域進(jìn)行操作，并通過對(duì)用于農(nóng)業(yè)灌溉、生活飲水的水井選取，或竹管井、簡(jiǎn)易管井等，開展相應(yīng)的測(cè)定工作；若在冬季進(jìn)行土壤地下水位深度測(cè)定工作時(shí)，需要在臺(tái)站的支持下，在選取好的觀測(cè)地段實(shí)現(xiàn)地下水位深度的科學(xué)測(cè)定。

實(shí)踐中的測(cè)定時(shí)間確定。在進(jìn)行土壤相關(guān)的地下水位深度測(cè)定時(shí)，為了得到理想的測(cè)定結(jié)果，可在早晨開展測(cè)定工作。在此期間，因人為因素的影響而導(dǎo)致觀測(cè)段的地下水位深度發(fā)生了一定的變化，則需要落實(shí)好相應(yīng)的補(bǔ)測(cè)作業(yè)，且補(bǔ)測(cè)中的水井水位深度用米表示，后面保留1位小數(shù)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)既定的地下水位深度變化測(cè)定目標(biāo)。

1.6.2 實(shí)踐中的干土層厚度

在土壤濕度氣象觀測(cè)分析中，為了了解觀測(cè)區(qū)域土壤的干旱情況，則需要對(duì)其干土層厚度進(jìn)行充分考慮并加以分析，積極開展相應(yīng)的土層測(cè)定工作，并對(duì)大于3cm的土壤土層厚度進(jìn)行及時(shí)記錄。在此期間，應(yīng)做到：在觀測(cè)地段上開展測(cè)定工作，確保干土層厚度測(cè)定地點(diǎn)選取有效性；確保與土壤濕度測(cè)定時(shí)間的一致性，確定最佳的測(cè)定時(shí)間；通過對(duì)鐵鏟的合理使用，對(duì)觀測(cè)地段的土壤垂直剖面進(jìn)行處理，并用直尺確定所求的土壤干土層厚度，單位為cm，并用整數(shù)進(jìn)行表示。

1.6.3 實(shí)踐中的降水滲透深度

在土壤水分及觀測(cè)地段旱情情況分析的過程中，注重土壤的降水滲透深度觀測(cè)，有利于得到參考價(jià)值大的觀測(cè)成果。實(shí)際操作中為了得到準(zhǔn)確性強(qiáng)的降水深度數(shù)據(jù)，應(yīng)做到：在選取好的觀測(cè)地段上開展相應(yīng)的測(cè)定工作；通過對(duì)厚度及日均降水量分別大于等于3cm及2.5mm土壤干土層厚度的分析，結(jié)合其降水后的實(shí)際情況，開展相應(yīng)的測(cè)定工作。

1.6.4 實(shí)踐中的農(nóng)田土壤凍結(jié)和解凍觀測(cè)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水分情況及其物理特性的有效分析，則需要落實(shí)好與之相關(guān)的凍結(jié)與解凍觀測(cè)研究工作。在此期間，應(yīng)做到：通過對(duì)凍土與解凍日期及深度分別達(dá)到10cm及20cm土壤表層情況的深入分析，確定觀測(cè)項(xiàng)目；在選取好的觀測(cè)地段上開展相應(yīng)的測(cè)定工作；在觀測(cè)時(shí)間確定過程中，可在早晨與下午分別進(jìn)行土壤表層凍結(jié)與解凍觀測(cè)。

2 自動(dòng)觀測(cè)方法

作為一種智能化程度高、自動(dòng)化效果顯著的觀測(cè)方法，自動(dòng)觀測(cè)方法實(shí)踐應(yīng)用中取得了良好的作用效果，市場(chǎng)應(yīng)用前景良好。該觀測(cè)方法實(shí)際作用發(fā)揮中對(duì)性能可靠的觀測(cè)儀依賴性強(qiáng)，可在頻域反射法原理的支持下，實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測(cè)地段土壤含水量的科學(xué)分析。因此，在落實(shí)土壤濕度氣象觀測(cè)研究工作過程中，通過對(duì)基于采集器、傳感器等硬件部分與采集、業(yè)務(wù)軟件的軟件部分共同構(gòu)成的自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的有效使用，實(shí)現(xiàn)土壤濕度的自動(dòng)觀測(cè)。同時(shí)，在該儀器的作用下，有利于提升我國(guó)農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)水平，確保土壤水分監(jiān)測(cè)有效性。

在農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)中一般為：0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、70～80、90～100cm。在自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的支持下，需要通過對(duì)土壤相對(duì)濕度、水分總貯存量等不同指標(biāo)的深入分析，確定觀測(cè)地段土壤中的含水量大小。

2.1 數(shù)據(jù)采集計(jì)算方法

自動(dòng)站采集器對(duì)土壤體積含水量的采樣頻率為每分鐘1次。通過對(duì)10個(gè)采樣值的選取并求出相應(yīng)的平均值，有利于得到10min以內(nèi)所需的土壤濕度氣象觀測(cè)結(jié)果。在此期間，需要在質(zhì)量控制方式的作用下，對(duì)得到的平均值作算術(shù)平均處理，確保觀測(cè)時(shí)間內(nèi)土壤水分含量觀測(cè)結(jié)果有效性，并確定與之相關(guān)的指標(biāo)，像土壤相對(duì)濕度、水分貯存量等。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)

在信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的共同支持下，構(gòu)建出功能強(qiáng)大的自動(dòng)土壤水分站觀測(cè)系統(tǒng)，并建立與之相關(guān)的中心站，從而提升土壤水分自動(dòng)觀測(cè)水平，滿足其觀測(cè)站組網(wǎng)需求。

通過組網(wǎng)，各自動(dòng)土壤水分觀測(cè)站通過GPRS能夠?qū)崟r(shí)主動(dòng)地將數(shù)據(jù)無線傳送至中心站。在中心站的作用下，能夠結(jié)合自動(dòng)土壤水分觀測(cè)站數(shù)據(jù)采集器的實(shí)際運(yùn)行工況，采用遠(yuǎn)程控制方式進(jìn)行處理，促使觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用中能夠達(dá)到實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。

省級(jí)中心站可顯示存儲(chǔ)所有自動(dòng)站土壤水分實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，供所有下級(jí)觀測(cè)站隨時(shí)進(jìn)行查詢資料使用。

3 總結(jié)

通過對(duì)土壤濕度氣象觀測(cè)方法簡(jiǎn)單介紹，使讀者能夠了解現(xiàn)代土壤水分觀測(cè)、監(jiān)測(cè)的手段，能夠分清各項(xiàng)土壤濕度概念和所代表的物理意義。使得我們的土壤墑情服務(wù)產(chǎn)品能夠被用戶更好的理解和運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)氣象局，土壤水分自動(dòng)觀測(cè)儀器功能規(guī)格書[M].2008.