土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)在安哥拉馬蘭熱地區(qū)的應(yīng)用研究

邱康鍵++陳冰

摘要 通過測定土壤水分含量，分析降雨量、土壤質(zhì)地等相關(guān)影響因素對土壤水分的影響及土壤水分日變化規(guī)律，為土壤水分含量提供直觀的數(shù)據(jù)支持并指導(dǎo)大田農(nóng)事生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 MiniTrase監(jiān)測儀；土壤水分；安哥拉馬蘭熱區(qū)

中圖分類號 S152.7 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）16-0174-03

馬蘭熱黑石農(nóng)場位于馬蘭熱省蓬戈安東戈（Pungo Andongo）地區(qū)（南緯9°35′48″～ 9°42′38″，東經(jīng)15°38′31″～ 15°44′58″）距離馬蘭熱市70 km，該地區(qū)為高原丘陵地貌，海拔1 000～1 200 m，屬亞熱帶草原氣候，年均降水量1 000 mm左右，全年雨季和旱季明顯，當(dāng)年9月至翌年4月為雨季，降雨量年內(nèi)分布不均，其中集中降雨在9月中下旬至12月初和2月中旬至4月中旬，4月下旬至9月上旬為旱季，基本無降水[1]。

土壤水分檢測系統(tǒng)采用時域反射原理（time delay ref-lectometry，簡稱TDR），通過均勻的時間間隔取樣，記錄脈沖從波段管的始端傳到末端的時間，利用時間差識別土壤水分的表征，從而監(jiān)測土壤水分變化情況[2]。2015年10月23日至12月27日，在馬蘭熱農(nóng)場應(yīng)用MiniTrase（型號6050-X3K5B-MiniTrase Kit）定點定時測定土壤的TDR值來表示土壤水分含量，從而歸納土壤水分與降雨量、土壤質(zhì)地的關(guān)系。

1 土壤水分的影響因素

1.1 土壤水分與降雨量

2015年10月23日至12月27日，用MiniTrase在馬蘭熱農(nóng)場定點（農(nóng)場具備代表性的2#、10#地塊）定時測定土壤水分，結(jié)果表明：土壤水分與降雨量關(guān)系最為密切（降雨量見圖1、2，土壤水分見圖3、4）。

從圖1～4可以看出：土壤含水量隨著降雨量而逐漸增加，一般在降雨結(jié)束1～2 d內(nèi)出現(xiàn)峰值。10月26日降雨66.8 mm，隨后6 d無降雨，土壤水分未出現(xiàn)明顯的變化，因為經(jīng)過近4個月旱季，土壤含水量低，同時該次降雨量大且急，大部分雨量變成地表徑流而流失，土壤含水量無明顯變化。土壤含水量在11月5—12日、11月24—25日、12月3—4日出現(xiàn)3個高峰。11月2—12日，有連續(xù)11 d雨量不等的降雨，強度不大，連續(xù)降雨；11月19日至12月18日基本天天有降雨，降雨量≥10 mm以上的集中在11月19—24日，11月25—30日只有1 d 12.0 mm的降水，12月1—14日連續(xù)降雨，其中有3 d降雨量>30 mm，12月17日、18日降雨量分別為6.1、14.5 mm，12月19—31日有3次合計11.2 mm的降雨。連續(xù)的降雨，同時強度在10 mm以上或連續(xù)幾天不到10 mm，有1 d 10 mm以上的降雨對土壤水分貢獻最大。

1.2 土壤含水量與土壤質(zhì)地

從圖3、表1可以看出，10#地土壤水分含量通常表現(xiàn)為坡中>坡上>坡下，只有在持續(xù)降雨時，坡上接近坡中，說明坡上、坡中都是黏土，坡上的水分依靠降雨下滲，坡中除了降雨下滲，還有坡上的側(cè)滲補給，因此能維持較高的水分；坡下因是砂壤而且坡度較大，補給的水很快下滲和側(cè)滲，因此水分含量不高。

從圖4可以看出，2#地土壤水分在雨季通常表現(xiàn)為坡底>坡上>坡中>坡下，坡上是黏土，坡中、坡下、坡底是砂土，保水性差。坡底的地下水位較高，因此上部下來的水在此聚集，所以在雨季能長期保持較高的水分。

1.3 土壤水分日變化規(guī)律

12月23—27日基本無降雨（除12月26日早晨有3.3 mm的降雨），一天中早晨土壤水分含量最高，隨時間推移而逐漸降低，下午最低；第2天早晨土壤水分有所回升，因為馬蘭熱農(nóng)場夜間經(jīng)常有霧，遇到植物后凝聚成水，植物自身可以吸收，多時會滴落至土壤。如果沒有降雨，即使有霧水或霧雨（12月19日和12月24日，0.3 mm），對于一天的蒸發(fā)量而言是微不足道的，可以忽略不計（圖5、6）。

12月26日早晨有3.3 mm降雨對土壤水分有所補充，土壤水分有所回升，但維持1～2 d，通過Mini-trase測定土壤含水量計算土壤散失量（蒸騰+蒸發(fā)），推算出每天的蒸發(fā)量5～6 mm，因此5 mm以下的降雨對土壤水分基本沒有影響。

2 土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)（Mini-trase）的應(yīng)用

2.1 萎蔫系數(shù)（灌溉研究）

在種植作物的田塊上，當(dāng)作物出現(xiàn)永久萎蔫時，測定的土壤水分含量就是萎蔫系數(shù)。作物永久萎蔫之前意味著無降雨就必須人工給水（灌溉），判斷農(nóng)田補水截止點一般為土壤萎蔫系數(shù)之上1.5%～2.0%[3]。

2.2 田間持水量

土壤的相對含水量在45%～50%時作物出現(xiàn)萎蔫，那么可以初略估算出最大田間持水量是萎蔫系數(shù)的2倍。例如作物出現(xiàn)萎蔫土壤測定的含水量即萎蔫系數(shù)是10%，那么這塊地的最大田間持水量是20%。

2.3 土壤質(zhì)地

根據(jù)土壤最大田間持水量判斷土壤質(zhì)地。砂土的土壤最大田間持水量17%～25%，壤土的土壤最大田間持水量22%～32%，黏土的土壤最大田間持水量30%～39%[4-7]。

通過Mini-trase的應(yīng)用，可以科學(xué)地測定土壤含水量，為大田農(nóng)事生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。

3 參考文獻

[1] 周繼軍.安哥拉馬蘭熱黑石農(nóng)場旱季無補充水源作物種植探析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（19）：79.

[2] 趙永明，蔡永革，呂新.土壤水分實時監(jiān)測的應(yīng)用與現(xiàn)狀[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007，19（3）：31-33.

[3] 伍永秋，劉寶元黃土高原土壤水分的自動監(jiān)測-TDR系統(tǒng)及其運用[J].水土保持學(xué)報，2001，15（2）：108-111.

[4] 胡泮，楊鵬，史旺旺，等.基于WSN的低功耗水稻土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)[J].農(nóng)機化研究，2015（1）：100-104.

[5] 常波，倪桑晨.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（20）：4285-4289.

[6] 張增林，郁曉慶.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012（6）：3806-3808.

[7] 馬履一.國內(nèi)外土壤水分研究現(xiàn)狀與進展[J].世界林業(yè)研究，1997（5）：26.