DZN3型土壤水分测量仪与人工观测的对比

陈桂玲，吴春德

（逊克县气象局，黑龙江逊克 164400）

DZN3型土壤水分测量仪与人工观测的对比

陈桂玲，吴春德

（逊克县气象局，黑龙江逊克 164400）

1 引言

土壤水分贮存量及其变化规律的监测是农业气象生态环境及水文环境监测的基础性工作之一。掌握土壤水分变化规律，对农业生产、土壤墒情监测、预测和其他相关生态环境监测预测服务及理论都具有重要意义。DZN3型土壤水分测量仪与人工对比观测资料的分析方法是：进行每旬定期人工取土、采用烘干称重法，测出土壤水分的重量百分比；利用容积百分比和重量百分比之间的换算关系，排除土壤水分测量仪所在的地段的安装因素造成的误差，尽量避开外界因素的干扰和影响，使两者数据具有充分的可比性，给出客观的对比观测结果。

2 DZN3型土壤水分测量仪的技术特点

DZN3型土壤水分测量仪采用最新的单片机技术，实时采集土壤剖面上各层的体积含水量进行计算，并按规定的数据格式进行数据存储。测量仪传感器采用国际新型的TDR/FDR技术，具有实时自动采集土壤剖面各层水分数据能力。测量要素为土壤体积含水量，可测量10个层面。具有系统误差校准、订正功能，采集器的电源在无市电供应的情况下，能保证正常运行10 d以上。水分仪测量范围为0～100%土壤体积含水量，分辨率为1%；最大允许误差为0～40%（含40%）时为±2%，标定后可达±1%、40～100%（不含40%）时为±3%，标定后可达±2%。

3 DZN3型土壤水分测量仪测量土壤湿度的原理

土壤湿度的测量可用土壤含水量与土壤湿度位势的测定来表示。土壤含水量反映了土壤中水的质量与体积，而土壤湿度位势则反映了土壤水分能量状态。

3.1 土壤重量含水量θg的定义

人工观测土壤湿度一般是采用称重技术，这也是目前测量土壤含水量最为简单且被广泛应用的方法。此方法简单易行而且是直接测量，所以被用作其他方法参照的标准。

其中：Mwater为土样中水质量，Msoil为土样中烘干（100～ 110℃）后的土质量。

3.2 土壤体积含水量θv的定义

其中：Vwater为水体积，Vsoil为土壤（土+气+水）总体积。

土壤体积含水量的变化可从风干土壤的少于10%到临近饱和的矿物土壤的40-50%间变化。由于水与土壤体积的准确测定存在困难，体积含水量通常间接测定。体积法测量土壤含水量与称重法测量土壤含水量有如下关系：

其中：ρb是干土壤体积密度，ρw是土壤水分密度

4 基本资料与处理方法

所用资料取自2006年1～12月的合肥国家气象观测站土壤水分测量仪与人工取样对比平行观测的土壤湿度资料。测量仪与人工值均取自地表下10 cm、20 cm、30cm、40 cm、50 cm、100 cm数据。选取全年春夏秋冬四季有代表月份的1、5、8、11月共36旬的数据，进行差值相对百分率计算。

5 测量仪与人工观测值的对比分析

统计各观测时次测量仪与人工观测的各土层相对湿度数据，10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、100 cm数据见表1。

表1 各月数据对比

在对比观测过程中，总体来说，仪器测量值略低于人工观测值，但在允许误差范围内。上述差异表明，一是DZN3型土壤水分测量仪与人工观测的原理不同，造成系统性偏差；二是测量仪数据为人工观测时的上一时段内的正点数据，在这一时段内，人工取土土样在称重过程中，土壤水分的蒸发引起的水分流失；三是测量仪的传感器安装后，由于土壤沉降，也可能改变其所处土层结构、深度，但一般相距不远，可是两者的环境不同总会影响到观测数据的差异。

6 结论与讨论

由以上分析可以看出，DZN3型土壤水分测量仪的资料基本可以代替人工观测资料，仅有一些个别时次有差异。通过测量仪长时间的运行情况来看，应该注意以下几点：

（1）加强值班巡视和仪器维护，注意巡视仪器运转是否正常，发现问题及时排除；严格按照技术要求加强对测量仪的维护，避免仪器误差。

（2）安装土壤水分测量仪之前，对当地的土壤常数必须准确测定，测量仪的工作原理决定其对仪器安装环境的土壤常数要求的严格性，这直接决定测量值的变化和系统误差的大小。

（3）土壤水分测量仪的监测数据若作为正式土壤水分观测记录后，对一些统计土壤湿度的指标值可能会产生影响。因此，在使用自动测量仪的水分资料时，应充分考虑仪器换型前后的变化，需要适当的订正以保证资料的连续性和可靠性。

1002－252X（2011）03－0039－02

2011－6－6

陈桂玲（1961-），女，黑龙江省双城市人，黑龙江省委党校，大专生，工程师.