微波爐法在果園土壤相對含水量測定中的應用*

王小龍，龐國成，史祥賓，冀曉昊，王海波

（中國農業科學院果樹研究所，農業農村部園藝作物種質資源利用重點實驗室，遼寧省落葉果樹礦質營養與肥料高效利用重點實驗室，遼寧興城 125100）

快速、準確地測定土壤樣品相對含水量有助于水分高效利用技術研究工作的順利進行以及果樹精準灌溉技術的推廣。在實驗室內測定土壤含水量通常采用烘箱法，這是一切土壤含水量的校準基礎。烘箱法測定土壤含水量對黏土的烘干時間不得少于8 h，對沙土不得少于6 h[1]。加之烘箱的容積大、額定功率高，會給少量土壤樣品測定造成能源極大的浪費。此外，烘箱價格較高，嚴重阻礙了果樹精準灌溉技術的普及。

用微波爐測定土壤含水量的方法研究在國外起始于20世紀70年代初，并在實際操作中得到廣泛應用[2]。在國內雖然有針對不同土壤進行相關的試驗研究[3-7]，但由于土壤礦物成分及性質差異，以致使其達到應用規程仍存在較大的距離。然而，我國果樹栽培生產中又特別需要此種快速、準確測定土壤相對含水量的方法，以加快果樹精準灌溉和水肥一體化的研究和應用。近年來，本課題組就微波爐法測定土壤相對含水量展開了系統而深入的試驗，結合農業生產實際摸索出其具體操作條件。

1 材料與方法

1.1 主要試驗設備

微波爐：廣東格蘭仕微波生活電器制造有限公司生產，型號為G80F23CN3L-C2（R1），其微波頻率為2 450 MHz，微波輸出功率為800 W。電子秤：量程為500 g，誤差0.01 g。研缽：容積為200 mL，口徑為50 mm，能盛土50～60 g。烘箱：北京陸希科技有限公司生產，型號為DHG-9240A。

1.2 田間持水量測定方法

土壤樣品采集于中國農業科學院果樹研究所砬山綜合試驗示范基地，類型為粗骨土。田間持水量測定方法基于室內環刀法進行[8]。將所采集的土壤樣品等量分成2份，1份土壤樣品置于微波爐中微波至恒重，烘干后填裝在鋁盒中，壓實并覆蓋1層濾紙；另1份土壤樣品置于鋁盒中，倒扣在燒杯中，并緩慢加水，使水平面始終保持低于鋁盒頂端2 mm，在水中浸泡24 h。將充分浸泡處理含土的鋁盒倒扣在蓋有濾紙裝有烘干土的鋁盒上端，使土壤界面充分接觸，靜置8 h。稱量上層鋁盒中土壤重量，記為m1。將上層鋁盒中的土壤用微波爐微波至恒重，稱土壤重量，記為m2，按照公式w（%）=［（m1-m2）/m2］×100計算其田間持水量，重復3次。本研究中土樣的田間持水量為23.24%。

1.3 試驗方法

將土壤樣品充分混合，灌水配置土壤相對含水量為40%～90%。烘箱法：單個土壤樣品取樣量分別為10.00、20.00、30.00 g，烘干溫度設置在105 ℃，烘干時間8 h以上，直至達到恒重，以此作為測定土壤樣品相對含水量的標準。微波爐法：對單個土壤樣品質量進行控制，分別取10.00、20.00、30.00 g；微波爐的加熱火力分別取80%（640 W）、100%（800 W）。每組進行3種不同相對含水量的試驗。每隔3 min測定1次土樣相對含水量，直到不再發生變化為止。依據下列公式計算相對含水量。

相對含水量（%）=［（烘干前土壤重量-烘干后土壤重量）/（烘干后土壤重量×田間持水量）］×100

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2007進行數據整理與作圖，采用SPSS 22.0進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 微波爐法土壤達恒重所需時間及土重的確定

由表1可知，對于微波爐使用功率為800 W、相對含水量為40%～90%的土壤樣品，樣品量為10.00 g時，累計微波15 min能夠達到恒重，相對含水量與烘箱法無顯著性差異；樣品量為20.00 g時，累計微波21 min能使其達到恒重，相對含水量與烘箱法無顯著性差異；樣品量為30.00 g時，累計微波27 min，其相對含水量與烘箱法基本一致，且無顯著性差異。由于微波爐不能控制溫度，在微波時間過長、溫度過高的情況下，土壤內有機質會損失[9]，由此會造成微波爐法相對含水量大于烘箱法情況的出現，比如微波爐使用功率為800 W，取樣量為30.00 g，在累計微波18 min后的相對含水量為49.05%，而烘箱法為48.14%。對于微波爐使用功率為640 W、相對含水量為40%～80%的土壤樣品，樣品量為10.00 g時，累計微波18 min，相對含水量和烘箱法基本一致，且無顯著性差異；當樣品量為20.00 g時，累計微波24 min，土樣相對含水量和烘箱法基本一致，且無顯著性差異；當樣品量為30.00 g時，累計微波30 min時的土樣相對含水量與烘箱法無顯著性差異，并保持穩定。由此可見，對于相對含水量40%～80%的土樣，取樣量為10.00～30.00 g，微波爐使用功率為800 W時，微波時間應在27 min為宜；當微波爐使用功率為640 W時，微波時間應在30 min為宜。

表1 不同取樣量土壤樣品在微波爐不同使用功率下達恒重所需時間

2.2 微波爐法所適用相對含水量范圍的確定

分別用微波爐法（使用功率800 W、累計微波27 min和使用功率640 W、累計微波30 min）和烘箱法將田間隨機采取的土樣進行烘干，取樣量為10.00～30.00 g。由表2可以看出，微波爐法使用功率800 W、累計微波27 min條件下，對于相對含水量20%～90%的土壤和微波爐法使用功率640 W、累計微波30 min條件下，對于相對含水量20%～90%的土壤用微波爐法與烘箱法試驗結果基本相近，差值絕對值均小于1%。

表2 微波爐法適用相對含水量范圍

為建立微波爐法和烘箱法相對含水量的相關性關系，在表2的基礎上又做了使用功率800 W和使用功率640 W各30組的微波爐法和烘箱法測定土壤相對含水量的對比試驗。由圖1可知，相對含水量變化范圍20%～90%，2種方法測定結果的差值絕對值均小于1%，相關系數（R2）為0.996 2。試驗結果進一步說明，微波爐法測定土壤相對含水量的精度可以滿足果樹產業需求。

圖1 微波爐法和烘箱法測定土壤相對含水量線性關系

2.3 微波爐法測定土壤相對含水量的農業應用實例

土壤相對含水量能夠體現出植物生長土壤中有效水分的含量，測定果園土壤相對含水量是研究和推廣果樹精準灌溉和水肥一體化的重要基礎。中國農業科學院果樹研究所正在從事設施內葡萄精準灌溉研究，土壤相對含水量是試驗設計中重要的技術指標。測定土壤相對含水量通常采用烘箱法，但是烘箱法周期較長（通常需要過夜處理），此期間設施內土壤相對含水量已經發生變化。因此，相對含水量與實際值發生偏離，會引起灌水量不滿足試驗要求，最終造成設施內葡萄最佳灌溉條件的錯位。微波爐法是一種能夠快速、準確地測定土壤相對含水量的方法，完全可以滿足相關研究的需求。

3 結 論

本研究結果表明，微波爐使用功率為800 W、微波累計27 min或使用功率為640 W、微波累計30 min條件下，適宜測定相對含水量在20%～90%的粗骨土。通過本研究發現，利用微波爐法測定土壤相對含水量可以滿足果樹栽培的需求，其在加快果樹精準灌溉及水肥一體化的研究與應用中起到了較為重要的作用，目前已在葡萄精準灌溉研究中得到了應用。微波爐法測定土壤相對含水量有推廣應用的現實意義。

然而，在應用微波爐法測定土壤相對含水量時需要注意微波爐的型號、土壤類型及初始土壤相對含水量等因素，均對微波爐烘烤時間及適宜土壤用量影響較大。吳憲[10]研究發現，微波爐頻率為2 450 MHz、測定功率為30W條件下，利用微波爐法測定100 g黏土含水量需要40min，其含水量為9%～40%。王建華等[4]研究表明，利用2 450MHz、800 W微波爐測定40g原狀黏性土壤含水率需要24 min，其含水量為17%。因此，應用微波爐法測定土壤相對含水量時應因地制宜，建議在應用前進行預試驗，修正關系式后再進行使用。