土壤濕度氣象觀測方法介紹

魯向東

摘 要： 土壤水分觀測是氣象為農(nóng)服務(wù)工作之一，對土壤水分連續(xù)觀測是監(jiān)測農(nóng)田旱、澇情況的重要依據(jù)。實踐中通過對土壤中不同層中數(shù)量變化的、水分的移動情況及其巖石、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、氣體的活動等密切相關(guān)，影響著土壤養(yǎng)分、微生物活動等不同要素。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)合土壤的實際情況，對其水分狀況、變化規(guī)律等進(jìn)行深入分析，以便促進(jìn)我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。在對土壤濕度進(jìn)行氣象觀測時，應(yīng)注重人工實測與儀器自動的氣象觀測方法的配合使用。基于此，本文將對土壤水分觀測方法和土壤濕度項目表述的意義進(jìn)行系統(tǒng)闡述。

關(guān)鍵詞：人工實測；自動觀測；土壤濕度；氣象觀測方法

中圖分類號：S16 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180431061

1 人工實測方法

1.1 地段選擇

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

1.2 觀測時間

固定觀測時間為每年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；因農(nóng)事活動服務(wù)需要可增加觀測次數(shù)。

1.3 取樣方法

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

測定深度一般為50cm。分0～10cm、10～20cm，20～30cm，30～40cm，40～50cm5個層次。把觀測地段分成4個小區(qū)，每次取土各小區(qū)取1個重復(fù)。取土下鉆地點應(yīng)距前次測點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)余土刮凈并觀測記錄該土層的土壤質(zhì)地。按上述步驟依次取出各個重復(fù)各個深度的土樣。

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個重復(fù)和深度順序記入觀測薄。校驗無誤后放入烘箱內(nèi)烘烤。烘烤溫度應(yīng)穩(wěn)定在100～105℃之間。烘土?xí)r間的長短以土樣完全烘干，土樣重量不再變化時為準(zhǔn)，具體時間視土壤性質(zhì)而定。從烘箱內(nèi)溫度達(dá)到100℃開始記時，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。實踐中完成燒烤作業(yè)后，需要將電源及時斷開，并用盒蓋將取出的土樣蓋好，完成相應(yīng)的稱重作業(yè)，必要時應(yīng)進(jìn)行復(fù)稱處理；當(dāng)所有的計算工作完成后，需要將土樣倒掉并對土蓋進(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 土壤濕度計算

1.5.1 計算土壤重量含水率

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。實踐中計算土壤重量含水率時，需要充分地考慮不同深度土壤重量的實際情況，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。

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

1.5.2 土壤相對濕度

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

在人工實測方法運用過程中，需要結(jié)合土壤濕度氣象觀測要求，深入分析其水分貯存量。具體表現(xiàn)為：通過對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；土壤水分實測分析中通過對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 其它要素的測定

1.6.1 實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，需要在基于人工實測的土壤濕度氣象觀測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：

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

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

1.6.2 實踐中的干土層厚度

在土壤濕度氣象觀測分析中，為了了解觀測區(qū)域土壤的干旱情況，則需要對其干土層厚度進(jìn)行充分考慮并加以分析，積極開展相應(yīng)的土層測定工作，并對大于3cm的土壤土層厚度進(jìn)行及時記錄。在此期間，應(yīng)做到：在觀測地段上開展測定工作，確保干土層厚度測定地點選取有效性；確保與土壤濕度測定時間的一致性，確定最佳的測定時間；通過對鐵鏟的合理使用，對觀測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 實踐中的降水滲透深度

在土壤水分及觀測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，有利于得到參考價值大的觀測成果。實際操作中為了得到準(zhǔn)確性強的降水深度數(shù)據(jù)，應(yīng)做到：在選取好的觀測地段上開展相應(yīng)的測定工作；通過對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)合其降水后的實際情況，開展相應(yīng)的測定工作。

1.6.4 實踐中的農(nóng)田土壤凍結(jié)和解凍觀測

為了實現(xiàn)對土壤水分情況及其物理特性的有效分析，則需要落實好與之相關(guān)的凍結(jié)與解凍觀測研究工作。在此期間，應(yīng)做到：通過對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，確定觀測項目；在選取好的觀測地段上開展相應(yīng)的測定工作；在觀測時間確定過程中，可在早晨與下午分別進(jìn)行土壤表層凍結(jié)與解凍觀測。

2 自動觀測方法

作為一種智能化程度高、自動化效果顯著的觀測方法，自動觀測方法實踐應(yīng)用中取得了良好的作用效果，市場應(yīng)用前景良好。該觀測方法實際作用發(fā)揮中對性能可靠的觀測儀依賴性強，可在頻域反射法原理的支持下，實現(xiàn)對觀測地段土壤含水量的科學(xué)分析。因此，在落實土壤濕度氣象觀測研究工作過程中，通過對基于采集器、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)成的自動土壤水分觀測儀的有效使用，實現(xiàn)土壤濕度的自動觀測。同時，在該儀器的作用下，有利于提升我國農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報水平，確保土壤水分監(jiān)測有效性。

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

2.1 數(shù)據(jù)采集計算方法

自動站采集器對土壤體積含水量的采樣頻率為每分鐘1次。通過對10個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結(jié)果。在此期間，需要在質(zhì)量控制方式的作用下，對得到的平均值作算術(shù)平均處理，確保觀測時間內(nèi)土壤水分含量觀測結(jié)果有效性，并確定與之相關(guān)的指標(biāo)，像土壤相對濕度、水分貯存量等。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸與存儲

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

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

省級中心站可顯示存儲所有自動站土壤水分實時觀測數(shù)據(jù)，供所有下級觀測站隨時進(jìn)行查詢資料使用。

3 總結(jié)

通過對土壤濕度氣象觀測方法簡單介紹，使讀者能夠了解現(xiàn)代土壤水分觀測、監(jiān)測的手段，能夠分清各項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用。

參考文獻(xiàn)

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