提高烘干法含水量数据准确度的研究

金福一

（辽宁省水文局，110003，沈阳）

人工取土烘干法是墒情信息采集的基本方法，烘干法取得的重量含水量数据是直接数据，可以对中子仪法、张力计法、介电类法等墒情监测取得的间接数据进行对比分析和校准。针对人工取土烘干法在监测操作步骤的综合分析研究，结合多年实践经验，总结目前存在的问题和提出解决这些问题的方法，以提高人工取土烘干法数据准确度，为农业抗旱提供更准确的土壤墒情信息。

一、人工取土烘干法仪器组成

人工取土烘干法主要由所使用的称重设备、烘干设备和辅助取土、装土工具等组成。取土工具主要包括挖土锹、取土钻、洛阳铲、环刀、削土刀、铝盒等，用于开挖监测点取土剖面或钻取不同采集深度的土壤采集样品，并按规定装样、保存。称重设备主要采用分析天平，用于精确称取铝盒、铝盒+湿土、铝盒+干土的重量。烘干设备主要是恒温烘箱及干燥器，用于将土壤样品烘干至恒重并冷却。

二、仪器特点和常见问题

人工取土烘干法所采用的工具设备，属于直接测量土壤重量含水量的仪器，具有直观、操作简单、监测准确等优点，适用于人工土壤含水量监测，也常用于自动监测仪器的公式率定或校准土壤含水量监测，以检验自动监测仪器的监测值精度。通过总结实际的工作经验发现：在目前土壤含水量监测中，人工取土烘干所使用的工具设备被广泛采用，但监测人员缺乏正规的操作培训，相关的技术标准尚不完善，设备配备不规范和人工操作不当，均影响土壤含水量监测成果；人工取土烘干法造成的误差主要来自于野外土样采集、土样保存、实验室称重、烘干等操作过程，由于人工操作时间较长和设备配置差异等原因，不可避免地产生设备、人为操作等测量误差。通常造成测验误差的主要因素：一是监测设备配置不标准；二是土样采集操作不规范；三是称重烘干操作不规范。因此，亟须对人工取土烘干法的设备工具配置、土样采集、烘干操作等进行规范和完善。

三、提高监测精度的措施

1.监测设备配置

规范监测设备配置是采用人工取土烘干仪器设备进行土壤含水量监测的主要条件。采用人工取土烘干仪器设备进行土壤含水量监测，为保证监测成果精度，仪器设备配置应满足如下基本要求：

一是分析天平要求称重感量不低于0.01g，经过质量技术监督部门鉴定合格，并在鉴定有效期内使用，以满足土壤含水量称重计算精度要求。

二是在正常监测情况下，烘干设备要求采用恒温烘箱烘干，烘箱温度应控制在105℃±2℃内，且稳定工作持续达8 h以上。仅在监测精度要求不高、旱情要求快速得到墒情信息的情况下，可采用酒精燃烧法、电炉、微波炉等烘干设备对土壤进行简易烘干，否则应尽量避免加热不均匀带来的测量误差。

2.土样采集操作

土样采集操作是造成人工取土烘干法误差的人为影响因素之一，应采用以下措施规范土样采集操作：

要求测量人员经过专门培训，了解人工取土烘干法的测量原理，熟练掌握测量步骤和技术要求；选择合适的取土时机和地点，避开降雨日和地表积水日；利用专用取土工具，采用开挖剖面或钻孔方式采集土壤样品；要求开挖或钻孔前应对地表层植被等进行处理，防止植被附着的雨水、露水等流入开挖剖面或钻孔影响监测成果；要求每次取土位置距上次取土地点距离不小于0.5m，以避免上次取土形成的松软土层土壤含水量与大田实际含水量不符，尽可能消除土壤空间不同的影响；钻孔取土时，要求取土钻转动方向不变，均匀缓慢下压，不得左右扭动及用力下压取土钻，尽量避免挤压取土钻内外的土壤。使用取土钻应分段取土，每钻进5 cm应缓慢拔出，拔出时转动方向与钻进方向一致，清除取土钻内土壤后再次钻进。取土位置的土柱中心对应各采集深度，土柱高度应小于10 cm，见图1，在每一采集深度各取样3份，每份重量以30～50g为宜，确保土壤样品的代表性。

取土后应对造成的地面孔洞进行填补平整，降低取土对农作物和土壤结构造成的破坏，以保持土壤天然孔隙度不发生较大变化；要求土样装入铝盒后应立即盖紧，并擦净铝盒表面，防止铝盒表面附着土壤。没有现场称重条件时，应用塑料胶带密封铝盒，装入塑料袋并扎紧袋口，防止土壤样品水分蒸发损失。

图1 钻孔人工取土示意图

通过上述操作措施，可以有效降低人工取土烘干法监测过程中人为取样操作产生的误差。

3.称重、烘干与计算

有现场称重条件时，应立即对土壤样品进行现场称重，以减少土壤样品水分流失造成的测量误差；否则应及时带回室内称重。除了应使用标准分析天平进行称重外，要求空铝盒应定期称重复核，避免由于称重造成的测验误差；分析天平应使用专用砝码定期校正，确保天平数据可靠。要求铝盒（湿土状态）称重后应防止盒内土样洒出和盒盖内壁附着土样，否则应将洒出土样或附着土样收集放回铝盒内。另外，称重前土样放置的时间也是影响测验精度的一个方面，应尽量减少其放置时间。

烘干操作时温度控制及烘烤时间差异是产生人为操作误差的主要原因。由于在黏粒或有机质含量高的土壤中，烘箱中水分散失量随着烘箱温度的升高而增大，加热烘烤时温度需要控制，温度过低，则烘烤时间过长；温度过高，则会烘烤烧焦土壤中的腐殖质，影响测量精度。

烘箱温度应设置在105℃±2℃之间，要求持续恒温烘烤6～8 h，否则会影响测验精度。若为黏性土样可适当延长烘干时间；对于有机质含量丰富的土样可适当降低烘箱温度，延长烘干时间，以避免土壤中有机质气化而影响土壤含水量测量精度。另外，要求烘干结束后，取出铝盒立即盖好盒盖放入干燥器冷却，避免经烘干后仍处于高温状态的土样吸收空气中的水分，影响烘干效果。没有干燥器或土壤样品较多时，也可在不打开烘箱门的情况下，自然冷却到室温。

在监测点同一采集点深度的3个土壤样品，经称重烘干后分别根据公式计算样品重量含水量，要求3次测量土壤重量含水量的结果最大值与最小值之差≤1.0%。

四、结论

本文详细说明了人工取土烘干法操作过程中容易出现的问题和解决方法，对称重设备和烘干设备提出明确的要求。设备配置符合精度要求，操作人员熟练掌握测量步骤等措施，可有效提高人工墒情监测数据的准确度。

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