TDR土壤墑情傳感器在貴州銅仁地區的應用初探

鄧超 舒揚 姚俊

摘 要：針對貴州銅仁地區自動墑情監測站（FDR）上報數據不準確的問題，在貴州銅仁市水文水資源局院內安裝了1套XHG1800型墑情自動監測系統（TDR），與人工取土烘干方法進行了45d的數據對比試驗。結果表明：XHG1800型墑情自動監測系統（TDR）上報的數據合格率達到90.48%，符合土壤墑情監測規范的要求。表明該系統在貴州銅仁地區的適應性良好，具有全面推廣的價值。

關鍵詞：自動墑情監測;TDR;絕對誤差;適應性

中圖分類號 ?S152.7文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）22-0123-03

Abstract：In response to the problem of inaccurate data reported by the automatic moisture monitoring station（FDR）in Tongren，Guizhou，a set of XHG1800 automatic moisture monitoring system（TDR）was installed in the yard of the Hydrology and Water Resources Bureau of Tongren City，Guizhou，and it was carried out with manual soil drying methods. A data comparison test for one and a half months. The results show that：a set of XHG1800 automatic moisture monitoring system（TDR）reported a data pass rate of 90.48%，which meets the requirements of soil moisture monitoring regulations. This system has good adaptability in the Tongren area of Guizhou and has the value of comprehensive promotion.

Key words：Automatic soil moisture monitoring;TDR;Absolute error;Adaptability

銅仁地處云貴高原向湘西丘陵、四川盆地過渡的斜坡地帶，主要表現為季風氣候明顯，氣候的垂直差異顯著，雨量充沛，年平均氣溫為13～17.5℃。由于海拔較低的緣故，銅仁為貴州省的高溫中心，夏天最高氣溫可達42.5℃。銅仁地區由于易發干旱等原因[1]，墑情自動監測顯得尤為重要。

現有的土壤墑情自動監測站使用的絕大部分為頻域反射法（FDR）儀器[2-3]，在數年的監測中發現，其監測數據不準確，與人工取土烘干法相比較存在數據誤差較大的問題[4]，近年來國產TDR技術日趨成熟和穩定[5]。因此，為了滿足精準的土壤墑情自動化監測的需要，引入準確度更高的時域反射法（TDR）儀器已迫在眉睫。為了驗證TDR在線土壤水分監測系統在銅仁地區的適應性以及準確性，本研究在貴州銅仁試驗站安裝了國產TDR在線土壤水分監測系統1套，進行了為期45d的野外比測試驗。

1 材料與方法

銅仁實驗站位于貴州省銅仁市（東經109°18′，北緯27°70′），屬中亞熱帶季風濕潤氣候區，在建站以前種植大蒜。自動墑情站于2013年建于貴州省銅仁市水文水資源局院內，使用某國內公司生產的AZS-2型插針式墑情傳感器（FDR），并于當年6月1日開始上報數據。試驗站工作人員在自動墑情站使用過程中發現，儀器上報的體積含水量數據（機測數據）與人工取土烘干法相比，絕對誤差在4%以內的數據少之又少，完全不符合土壤墑情監測規范[6]的要求。2020年5月，在銅仁市水文水資源局院內安裝了1套國產TDR原理的墑情自動監測系統，并且于2020年7月15日至2020年8月24日對銅仁市水文水資源局院內的新（TDR）舊（FDR）的自動墑情站進行了人工數據對比試驗。

1.1 TDR儀器選用 選取江蘇南水科技生產的XHG1800型墑情自動監測系統1套。該產品為在線式時域反射法（TDR）土壤含水量自動監測系統，對于可耕作田間土壤（體積含水率低45%，干容重（1.2～1.6），無須率定即可達到測量精度要求。安裝完成后不需要進行率定。系統安裝于舊的自動墑情監測站附近1m范圍內，傳感器安裝的深度分別為10cm、20cm和40cm。

1.2 比測試驗 2020年7月15日至2020年8月24日，每7d選取1d于，早10時在自動墑情站周邊使用100cm3環刀人工取土烘干測量土壤體積含水量，取土深度為10、20和40cm，每層取3份，取平均值作為此深度的體積含水量。在人工取土的同時，收集記錄舊的（FDR）和新的（TDR）自動墑情站上報的10、20和40cm土層體積含水量機測數據。

2 結果與分析

建站后舊的（FDR）自動墑情站未進行系統的率定，且多年來也缺乏相應的維護，僅能做到按時上報墑情數據。2020年7月15日至2020年8月24日期間，共測得有效實驗數據7組，其中7月最后7d由于防汛搶險未來得及進行人工取土，于8月3日進行人工補測。從表1可以看出，從2020年7月15日至2020年8月24日這45d的時間內，共7組人工取土烘干法得出的土壤體積含水量數據，10cm土層體積含水量在25.30%～38.93%，20cm土層體積含水量在32.06%～40.85%，40cm土層體積含水量在37.05%～47.78%。舊的（FDR）自動墑情站上報的3層土壤的機測土壤體積含水量數據均小于人工烘干數據，其中10cm土層兩者差值在5.18%～18.88%，其中差值在4.00%以內的數據0組，沒有合格數據（絕對誤差在±4%范圍內的數據）;20cm土層兩者差值在0.53%～10.79%，其中差值在4.00%以內的數據3組，合格數據占42.86%;40cm土層兩者差值在7.81%～18.00%，其中差值在4.00%以內的數據0組，沒有合格數據;總體數據合格率為14.29%，均遠不符合土壤墑情監測規范[6]要求的合格數據占總數據80%的要求，機測數據總體偏小的原因可能是傳感器周圍土壤開裂產生裂隙，從而使得傳感器無法緊密結合土壤，過多的空氣導致儀器所測得的頻率偏大，相應測得的土壤體積含水量偏小。

表2中新的（TDR）自動墑情站上報的3層土壤的機測土壤體積含水量數據與人工烘干數據相比，10cm土層兩者差值在-1.80%～0.86%，其中差值在±4.00%以內的數據7組，數據合格率（絕對誤差在±4%范圍內的數據）100%;20cm土層兩者差值在-1.14%～4.07%，其中差值在±4.00%以內的數據6組，合格數據占85.71%;40cm土層兩者差值在-5.54%～3.83%，其中差值在±4.00%以內的數據6組，合格數據占85.71%;總體數據合格率為90.48%，符合土壤墑情監測規范[6]合格數據占總數據80%的要求。

綜合表1和表2均未經率定的舊的（FDR）自動墑情站和新的（TDR）自動墑情站上報的21組數據與人工取土法獲得的墑情數據發現，舊的（FDR）自動墑情站的數據總體合格率僅為14.29%，達不到土壤墑情監測規范[7]的要求，屬于無法正常使用數據;而新的（TDR）自動墑情站數據的總體合格率達到90.48%，滿足土壤墑情監測規范[6]的要求。

3 結論與討論

歷時45d，通過對銅仁市水文水資源局院內的新（TDR）舊（FDR）的自動墑情站進行了人工數據對比試驗，結果表明：

（1）未經率定的舊（FDR）的自動墑情站機測土壤體積含水量與人工取土烘干法數據相比總體偏小，且僅14.29%的數據在±4%的范圍內，不符合土壤墑情監測規范[6]的要求，無法正常使用。

（2）未經率定的新（TDR）的自動墑情站機測土壤體積含水量與人工取土烘干法數據相比，90.48%的數據在±4%的范圍內，符合土壤墑情監測規范[6]的要求，可以滿足野外墑情自動監測需要。

（3）XHG1800型墑情自動監測系統（TDR）無需率定，安裝在銅仁市水文水資源局院內的上報數據準確，在貴州銅仁地區有大范圍替代FDR傳感器的潛力。

由于時間和經費的限制，在銅仁地區僅安裝了1個站點以及取得7組數據做試驗對比。在未來需要更長的時間的監測對比以及更多的站點來安裝建設來驗證XHG1800型墑情自動監測系統（TDR），研究其在本地區的適應性和實用性。

參考文獻

[1]冉菊華，鐘有萍，陳軍.2013年銅仁市夏季氣象干旱特征及影響分析[J].寧夏農林科技，2013，54（9）：121-123.

[2]劉敏，王亮亮，蔡秋鵬.FDR和TDR測定幾種典型土壤含水量的對比分析[J].水利信息化，2016（6）：32-36.

[3]李炎，王丹.不同土壤水分測定方法的比較研究[J].安徽農業科學，2010，38（17）：9110-9112.

[4]鄧超，王偉，曹子聰，等.利用TDR對自動墑情站監測數據的校正[J].江蘇農業科學，2020，48（8）：247-251.

[5]陸明，劉惠斌，王晨光，等.新型TDR土壤水分測定儀SOILTOP-200的開發及應用[J].水利信息化，2017（2）：31-34.

[6]中華人民共和國水利部.SL364-2015土壤墑情監測規范[S].北京：中國水利水電出版社，2015：9.

（責編：張宏民）