DZN3 自動土壤水分觀測儀的誤差分析

李玉春，姜 楠，徐淑華

（1.呼瑪縣氣象局，黑龍江 呼瑪165100；2.五大連池市氣象局，黑龍江 五大連池164100）

1 DZN3 自動土壤水分觀測儀原理

DZN3 自動土壤水分觀測儀是利用頻率反射原理， 根據(jù)傳感器電容震蕩頻率與土壤水分之間的關(guān)系測量土壤體積含水量，完成土壤水分信息的采集、存儲及傳輸。

2 實驗設(shè)計

以位于黑龍江省呼瑪縣呼瑪鎮(zhèn)榮邊鄉(xiāng)的自動土壤水分觀測站為分析對象，利用DZN3 型自動土壤水分觀測儀和人工烘干稱重。 兩種方法地段相同，土壤質(zhì)地0-30 cm 均為粉壤土，40-50 cm 均為粘壤土、土壤微酸性，地段無灌溉條件，地段地下水位深度常年大于2 m。選取本站自動土壤觀測儀器標定之后的數(shù)據(jù)2014年4月8日-11月8日共22 次，每旬逢8日利用人工烘干稱重法和DZN3 自動土壤水分觀測儀測定的土壤相對濕度進行對比分析， 期間覆蓋了多雨時期和干旱時期，以及土壤凍結(jié)時期。 人工觀測點取4 個重復， 測定深度為0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm、30-40 cm、40-50 cm 5 個土層。

3 對比結(jié)果分析

自動土壤水分觀測儀和人工烘干稱重法之間存在誤差。 0-10 cm 和10-20 cm 兩個層次自動土壤水分觀測儀土壤相對濕度均小于人工烘干稱重法的，尤其是0-10 cm 自動土壤水分觀測儀相對濕度偏小多達20-40%。20-30 cm 自動土壤水分觀測儀測量的土壤濕度最接近人工烘干稱重法測量值， 差值范圍在10%以內(nèi)。30-40 cm6月8日以前自動土壤水分觀測儀測量的土壤相對濕度略小于人工烘干稱重法測量值，但6月18日以后自動土壤水分觀測儀測量的數(shù)據(jù)均大于人工烘干稱重法測量值。 40-50 cm 前期自動土壤水分觀測儀測量的土壤相對濕度小于人工烘干稱重法測量值， 后期自動觀測數(shù)據(jù)大于人工烘干稱重法測量值，但差值范圍均不大。 雖然DZN3 自動土壤水分觀測儀器和人工烘干稱重法測量值有差異，但是兩者均可以反映出降水的趨勢，有較大降水時， 自動和人工兩種方法測量的土壤相對濕度均增大，無降水時段蒸發(fā)或作物吸收水分時，自動和人工兩種方法測量的土壤相對濕度均減小。

4 產(chǎn)生差異的原因分析

由以上觀測結(jié)果分析，DZN3 自動土壤水分觀測儀與人工烘干稱重法測定的土壤相對濕度存在誤差，而DZN3 自動土壤水分觀測儀為新型儀器，測定可能會出現(xiàn)儀器本身、人為因素等原因造成誤差，通過分析DZN3 自動土壤水分觀測儀產(chǎn)生誤差的原因可能是以下幾種：

（1）DZN3 型自動土壤水分觀測儀與人工烘干稱重法觀測原理不同。 自動土壤水分觀測儀器直接測定的是體積含水率，需要換算才是土壤重量含水率，人工烘干稱重法直接測定的是土壤重量含水率。

（2）當降水少或降水偏大時，土壤表層出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，傳感器與土壤面接觸不良，自動土壤水分觀測儀數(shù)據(jù)將偏低，甚至為零。

（3)冬季土壤凍結(jié)，土壤水分變?yōu)楣虘B(tài)，自動土壤水分測量值降低。

（4）土壤水文物理特性田間持水量、土壤容重和凋萎濕度作為自動土壤水分觀測儀器標定系數(shù)，存在人為因素造成測量誤差。

（5）自動土壤水分觀測儀和人工烘干稱重法觀測地段相同，但兩種方法取土地點存在間距，也造成觀測數(shù)據(jù)存在差異。

(6)自動土壤水分觀測儀器的傳感器周圍50*50 cm 范圍內(nèi)沒有種植作物， 而人工烘干稱重法測量的地點種植作物，在作物生育期內(nèi)存在差異。

5 結(jié)論

DZN3 型自動土壤水分觀測儀節(jié)省了人力、物力和時間，達到了定點實時觀測土壤水分連續(xù)變化，滿足了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和氣象業(yè)務(wù)發(fā)展的需求， 這是人工每旬逢8 采用烘干稱重法所無法比擬的。 應(yīng)注意以下幾點：

（1）加強值班巡視和儀器維護，每天9時和17時觀測儀器數(shù)據(jù)運行情況，是否按時上傳數(shù)據(jù)。 嚴格按照要求加強對自動土壤水分觀測儀的日常維護。

（2) 隨時注意降雪后清理太陽能太陽板上的積雪。

（3）DZN3 自動土壤水分觀測儀測定結(jié)果與烘干稱重法測定結(jié)果有差異， 但是所反映的旱澇形勢基本一致。