劉 敏，敬纏琴，胡愛(ài)蓮

（甘肅省環(huán)縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 環(huán)縣 745700）

土壤墑情是作物根系分布層土壤水分的分布狀況。土壤水分狀況受多種因素的影響，包括氣象、土壤、作物生長(zhǎng)狀況、田間管理技術(shù)等，其多少直接影響著作物的正常生長(zhǎng)及其產(chǎn)量、產(chǎn)品的質(zhì)量。墑指土壤適宜植物生長(zhǎng)發(fā)育的濕度，墑情指土壤濕度的情況。土壤濕度是土壤的干濕程度，即實(shí)際含水量，可用土壤含水量占烘干土重的百分?jǐn)?shù)表示：土壤含水量=水分重/烘干土重×100%。相當(dāng)于田間持水量的百分比，或相對(duì)于飽和水量的百分比等相對(duì)含水量表示。田間持水量是降雨或灌溉后，多余的重力水已經(jīng)排除，滲透水流已降至很低或基本停止時(shí)土壤所吸持的水量。飽和含水量指全部土壤孔隙充滿水時(shí)的含水量，又稱(chēng)最大持水量。如按容積百分比計(jì)，飽和含水量則相當(dāng)于土壤總孔隙度。

在全球氣候變暖的背景下，干旱發(fā)生的頻率和強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)，干旱災(zāi)害所引發(fā)的水資源匱乏、糧食危機(jī)、生態(tài)惡化（如荒漠化）等，直接威脅到國(guó)家糧食安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。墑情監(jiān)測(cè)是推廣高效低耗節(jié)水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)用水和高效用水的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[2]。為了進(jìn)一步提高農(nóng)情調(diào)度工作的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性，實(shí)現(xiàn)農(nóng)情信息采集規(guī)范性、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、管理自動(dòng)化，確保農(nóng)情調(diào)度工作順利開(kāi)展，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)立了農(nóng)情信息采集項(xiàng)目，甘肅省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳種植業(yè)管理處組織安排各縣做好農(nóng)情項(xiàng)目工作，加快現(xiàn)代農(nóng)情信息體系建設(shè)，為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)相關(guān)部門(mén)指導(dǎo)農(nóng)民抗旱提供科學(xué)依據(jù)。

環(huán)縣地形復(fù)雜，梁峁起伏，溝壑縱橫，水資源緊缺，智能監(jiān)測(cè)土壤墑情顯得十分重要。利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用各類(lèi)傳感器，在線采集墑情信息，實(shí)現(xiàn)墑情自動(dòng)預(yù)報(bào)、智能決策、自動(dòng)控制灌溉等功能，對(duì)指導(dǎo)旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、抗旱減災(zāi)、農(nóng)作物的科學(xué)補(bǔ)給用水具有重要意義。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

環(huán)縣屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，自然條件嚴(yán)酷，是典型雨養(yǎng)旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。土地面積923 600 hm2，耕地239 000 hm2，平均海拔高度1 400～1 700 m，覆蓋質(zhì)地疏松、耕性良好的黃綿土，主要種植小麥、玉米、小雜糧，屬于溫帶半干旱季風(fēng)氣候，降水量少，蒸發(fā)量大，年降水量不多，降水變率大，常出現(xiàn)干旱。年平均日照時(shí)數(shù)2 551 h，年太陽(yáng)總輻射量6 091 MJ/m2。年平均氣溫8.70 ℃，毛井一帶最低，曲子一帶最高，南北相差2 ℃以上。年平均降水為430.70 mm，降水量從東南向西北遞減，西、北部年平均降水偏少100～150 mm，抗旱減災(zāi)已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的常態(tài)。農(nóng)田土壤墑情和旱情監(jiān)測(cè)始于2014 年，為了能夠更加準(zhǔn)確地了解環(huán)縣土壤墑情的現(xiàn)狀及發(fā)展變化情況，依據(jù)地貌類(lèi)型和作物布局布設(shè)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷更新升級(jí)，土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向著自動(dòng)化發(fā)展，系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備和土壤墑情檢測(cè)設(shè)備4部分構(gòu)成，用戶可通過(guò)手機(jī)APP 接收墑情預(yù)警信息推送，查看實(shí)時(shí)墑情、歷史數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，及時(shí)發(fā)布、上報(bào)土壤墑情信息，保證數(shù)據(jù)科學(xué)、準(zhǔn)確，為提高水分利用率和更好地開(kāi)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效低耗節(jié)水措施提供重要的基礎(chǔ)信息。近年來(lái)，環(huán)縣以玉米、馬鈴薯、蔬菜、瓜果等作物為重點(diǎn)，大力示范推廣膜下滴灌水肥一體化、半膜覆蓋、全膜覆蓋等農(nóng)業(yè)旱作節(jié)水技術(shù)，提高了水資源利用效率。

2 監(jiān)測(cè)要求和內(nèi)容

2.1 加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)

做好土壤墑情監(jiān)測(cè)，及時(shí)應(yīng)對(duì)旱澇災(zāi)害的威脅，對(duì)國(guó)家糧食安全的保障至為重要。環(huán)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局與時(shí)俱進(jìn)，把農(nóng)情信息工作與發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)結(jié)合起來(lái)，提高農(nóng)情信息調(diào)度工作水平，高度重視田間監(jiān)測(cè)工作，統(tǒng)籌安排成立技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)小組、相對(duì)穩(wěn)定的人員隊(duì)伍以及1 名從事田間監(jiān)測(cè)、具有專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)的農(nóng)情員，予以地方財(cái)政保障，支持土壤墑情監(jiān)測(cè)，健全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了使命感，把工作做到了實(shí)處。

2.2 強(qiáng)化技術(shù)服務(wù)

2.2.1 監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展情況 選擇山、川、塬地布設(shè)5個(gè)國(guó)家級(jí)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)（環(huán)城鎮(zhèn)李北原村、八珠鄉(xiāng)八珠原村、曲子鎮(zhèn)宋家原村、洪德鎮(zhèn)李家原村和山城鄉(xiāng)劉原村）和2 個(gè)省級(jí)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)（環(huán)城鎮(zhèn)五里屯村、環(huán)城鎮(zhèn)城東原村），監(jiān)測(cè)的作物是小麥、冬油菜、玉米，地類(lèi)是覆膜（一膜兩年用、秋覆膜）和露地，監(jiān)測(cè)深度是0～20 cm、20～40 cm。春播農(nóng)忙時(shí)節(jié)至作物生長(zhǎng)發(fā)育—成熟每月10 日、20 日、30 號(hào)監(jiān)測(cè)3 次，到田間地頭采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和圖像，持續(xù)至10—11 月底。為準(zhǔn)確測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)，采用土壤墑情監(jiān)測(cè)儀和烘干法測(cè)試土壤含水量，上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)統(tǒng)一采用相對(duì)含水量。

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：從2020 年4—10 月0～20 cm土壤墑情監(jiān)測(cè)表（表1）中看出，2020 年度平均土壤含水率14.32%，說(shuō)明土壤墑情處于黃墑狀態(tài)，而4—5 月重旱，墑情類(lèi)別為干土，6—7 月旱情減輕，8—10月偏濕，墑情為合墑、飽墑，主要原因是環(huán)縣屬中緯度范圍，臨近陰山—賀蘭山季風(fēng)分界線，受地理位置、太陽(yáng)輻射、大氣環(huán)流等綜合作用，形成大陸性較強(qiáng)的溫帶半干旱季風(fēng)氣候。氣候的基本特征是光照充足，太陽(yáng)輻射較強(qiáng)；冬冷夏熱，春季回暖慢，秋季降溫快，春、秋冷空氣活動(dòng)頻繁，氣溫日差較大；春、冬多風(fēng)較干燥，夏、秋降水較集中，時(shí)空分布不均，干濕季節(jié)分明；年平均蒸發(fā)量（小型蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)量）1 640.1 mm，干旱指數(shù)4.37。年平均無(wú)霜期165 d，西、北部無(wú)霜期短，南北相差30 d 左右。多風(fēng)，10 月至次年4 月多偏北風(fēng)，5—9 月多偏南風(fēng)。土壤墑情監(jiān)測(cè)表也可以看出，雨量集中在9—10 月，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上秋耕收納雨水，秋覆膜和越冬后頂凌覆膜蓄水保墑。

表1 2020 年度4—10 月0～20 cm 土壤墑情監(jiān)測(cè)

從2018—2020 年度0～20 cm 土壤墑情監(jiān)測(cè)情況可以看出，各指標(biāo)均好于往年（圖1）；依據(jù)土壤含水率＜10%表示為重旱，10%～12%為中旱，13%～14%為輕旱。環(huán)縣2020 年度屬于輕旱年份，相對(duì)情況較好。

圖1 2018—2020 年度0～20 cm 土壤墑情監(jiān)測(cè)情況

從2021 年3 月3 日土壤墑情監(jiān)測(cè)情況來(lái)看（表2），監(jiān)測(cè)相對(duì)濕度反映出了一定的規(guī)律性：一是秋覆膜＞一膜兩年用＞秋閑地，環(huán)縣春、秋多風(fēng)，風(fēng)能加強(qiáng)水分的蒸發(fā)速度，風(fēng)速加大，土壤表面蒸發(fā)加大，易使土壤變干，而覆膜可有效減少水分蒸發(fā)，保墑、提墑；二是塬地＞川地＞山地，表明地形和方位對(duì)土壤表面的蒸發(fā)也有影響，山地和突起的地形，其風(fēng)速和亂流混合都比平地和谷地大，所以蒸發(fā)較快；三是20～40 cm＞0～20 cm，土壤水分蒸發(fā)隨土層深度加深而減弱，反映出深層較淺層土壤墑情好，生產(chǎn)上通過(guò)翻耕切斷了土壤毛細(xì)管，可保持深層土壤的水分損失較少。

表2 2021 年3 月3 日土壤墑情監(jiān)測(cè)

環(huán)縣屬季風(fēng)性氣候，天氣多變，風(fēng)大而多，大風(fēng)造成塵沙卷?yè)P(yáng)，浮塵彌漫，農(nóng)田防護(hù)林和風(fēng)障、覆蓋的作用除直接減弱風(fēng)力對(duì)作物的影響外，主要是通過(guò)減弱風(fēng)速以減弱亂流強(qiáng)度，調(diào)節(jié)保護(hù)范圍內(nèi)的水熱狀況。說(shuō)明各種措施克服不利天氣變化影響、搞好春播農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取得了一定的成效，表明墑情監(jiān)測(cè)工作的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和程序化切實(shí)發(fā)揮了指導(dǎo)春播生產(chǎn)、抗旱減災(zāi)的作用。

2.2.2 主要技術(shù)措施 通過(guò)土壤墑情監(jiān)測(cè)信息的積累和演變規(guī)律的探索，可以為新技術(shù)的創(chuàng)新及成果的轉(zhuǎn)化提供依據(jù)[3]。

通過(guò)監(jiān)測(cè)人員挖坑取土、儀器測(cè)量，準(zhǔn)確無(wú)誤采集區(qū)域土壤墑情數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)資料匯總整理分析等，計(jì)算出土壤含水率，同時(shí)結(jié)合土壤水分監(jiān)測(cè)站資料信息綜合分析，及時(shí)反映農(nóng)事進(jìn)度、苗情長(zhǎng)勢(shì)、災(zāi)情影響、生產(chǎn)規(guī)模等信息，并通過(guò)主要作物的實(shí)地測(cè)產(chǎn)、預(yù)測(cè)產(chǎn)量趨勢(shì)發(fā)布《農(nóng)情簡(jiǎn)報(bào)》，完善土壤墑情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；按照土壤相對(duì)濕度與干旱的劃分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤墑情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和干旱實(shí)況以及未來(lái)的天氣演變情況，撰寫(xiě)有應(yīng)用價(jià)值的土壤墑情監(jiān)測(cè)報(bào)告。

環(huán)縣干旱少雨，春旱或春夏連旱居多，個(gè)別年份有春夏秋連旱。農(nóng)田沒(méi)有灌溉的條件下，干旱天氣不能滿足作物對(duì)水分的需求，導(dǎo)致作物生長(zhǎng)受到抑制或死亡。春旱主要影響冬小麥的返青、拔節(jié)、抽穗和開(kāi)花，并危害玉米、高粱等作物的播種和出苗。因此，應(yīng)多渠道、多形式地宣傳墑情監(jiān)測(cè)的重要性，并加強(qiáng)墑情監(jiān)測(cè)的時(shí)效性、針對(duì)性和科學(xué)性，及時(shí)提供墑情信息服務(wù)，為推廣先進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)、提高水分利用率、緩解環(huán)縣水資源不足造成的影響提供科學(xué)依據(jù)。

環(huán)縣氣象災(zāi)害頻繁，而旱災(zāi)最嚴(yán)重，季節(jié)性明顯，對(duì)應(yīng)發(fā)生在農(nóng)作物播種和重要生長(zhǎng)期，影響嚴(yán)重。北部受災(zāi)常伴人畜飲水困難，為應(yīng)對(duì)極端天氣對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，使土壤墑情監(jiān)測(cè)更好地服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，需要定期檢修儀器設(shè)備，按要求進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)和校正，確保正常運(yùn)行。

3 思考與建議

土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)手段和業(yè)務(wù)應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展空間，但實(shí)際大田環(huán)境比較復(fù)雜，難題猶存。目前存在巡測(cè)路線長(zhǎng)、時(shí)效性差等問(wèn)題；監(jiān)測(cè)人員還需加強(qiáng)理論培訓(xùn)和實(shí)踐操作，以增強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和旱情情報(bào)的全面性；監(jiān)測(cè)作物種類(lèi)單一，應(yīng)在多種作物種植及生長(zhǎng)發(fā)育期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，摸清墑情動(dòng)態(tài)變化規(guī)律；更細(xì)、更全面地做好監(jiān)測(cè)工作，離不開(kāi)足夠的資金投入，應(yīng)加大資金投入力度。

為提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)性，建議以行政區(qū)劃和適宜性分區(qū)增加土壤墑情監(jiān)測(cè)站點(diǎn)配置密度，建設(shè)一定性能穩(wěn)定、傳感器精度、環(huán)境耐受力好和配備自記儀器的自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)施，彌補(bǔ)傳統(tǒng)固定終端的不足，為數(shù)字農(nóng)業(yè)、智能農(nóng)業(yè)提供借鑒；使用托管管理模式，對(duì)路況不佳、偏遠(yuǎn)的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，通過(guò)技術(shù)培訓(xùn)委托當(dāng)?shù)卮迕癖O(jiān)測(cè)，避免長(zhǎng)距離運(yùn)輸而導(dǎo)致蒸發(fā)量增大，影響監(jiān)測(cè)成果。