DZN3 自动土壤水分观测仪的误差分析

李玉春，姜 楠，徐淑华

（1.呼玛县气象局，黑龙江 呼玛165100；2.五大连池市气象局，黑龙江 五大连池164100）

1 DZN3 自动土壤水分观测仪原理

DZN3 自动土壤水分观测仪是利用频率反射原理， 根据传感器电容震荡频率与土壤水分之间的关系测量土壤体积含水量，完成土壤水分信息的采集、存储及传输。

2 实验设计

以位于黑龙江省呼玛县呼玛镇荣边乡的自动土壤水分观测站为分析对象，利用DZN3 型自动土壤水分观测仪和人工烘干称重。 两种方法地段相同，土壤质地0-30 cm 均为粉壤土，40-50 cm 均为粘壤土、土壤微酸性，地段无灌溉条件，地段地下水位深度常年大于2 m。选取本站自动土壤观测仪器标定之后的数据2014年4月8日-11月8日共22 次，每旬逢8日利用人工烘干称重法和DZN3 自动土壤水分观测仪测定的土壤相对湿度进行对比分析， 期间覆盖了多雨时期和干旱时期，以及土壤冻结时期。 人工观测点取4 个重复， 测定深度为0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm、30-40 cm、40-50 cm 5 个土层。

3 对比结果分析

自动土壤水分观测仪和人工烘干称重法之间存在误差。 0-10 cm 和10-20 cm 两个层次自动土壤水分观测仪土壤相对湿度均小于人工烘干称重法的，尤其是0-10 cm 自动土壤水分观测仪相对湿度偏小多达20-40%。20-30 cm 自动土壤水分观测仪测量的土壤湿度最接近人工烘干称重法测量值， 差值范围在10%以内。30-40 cm6月8日以前自动土壤水分观测仪测量的土壤相对湿度略小于人工烘干称重法测量值，但6月18日以后自动土壤水分观测仪测量的数据均大于人工烘干称重法测量值。 40-50 cm 前期自动土壤水分观测仪测量的土壤相对湿度小于人工烘干称重法测量值， 后期自动观测数据大于人工烘干称重法测量值，但差值范围均不大。 虽然DZN3 自动土壤水分观测仪器和人工烘干称重法测量值有差异，但是两者均可以反映出降水的趋势，有较大降水时， 自动和人工两种方法测量的土壤相对湿度均增大，无降水时段蒸发或作物吸收水分时，自动和人工两种方法测量的土壤相对湿度均减小。

4 产生差异的原因分析

由以上观测结果分析，DZN3 自动土壤水分观测仪与人工烘干称重法测定的土壤相对湿度存在误差，而DZN3 自动土壤水分观测仪为新型仪器，测定可能会出现仪器本身、人为因素等原因造成误差，通过分析DZN3 自动土壤水分观测仪产生误差的原因可能是以下几种：

（1）DZN3 型自动土壤水分观测仪与人工烘干称重法观测原理不同。 自动土壤水分观测仪器直接测定的是体积含水率，需要换算才是土壤重量含水率，人工烘干称重法直接测定的是土壤重量含水率。

（2）当降水少或降水偏大时，土壤表层出现龟裂现象，传感器与土壤面接触不良，自动土壤水分观测仪数据将偏低，甚至为零。

（3)冬季土壤冻结，土壤水分变为固态，自动土壤水分测量值降低。

（4）土壤水文物理特性田间持水量、土壤容重和凋萎湿度作为自动土壤水分观测仪器标定系数，存在人为因素造成测量误差。

（5）自动土壤水分观测仪和人工烘干称重法观测地段相同，但两种方法取土地点存在间距，也造成观测数据存在差异。

(6)自动土壤水分观测仪器的传感器周围50*50 cm 范围内没有种植作物， 而人工烘干称重法测量的地点种植作物，在作物生育期内存在差异。

5 结论

DZN3 型自动土壤水分观测仪节省了人力、物力和时间，达到了定点实时观测土壤水分连续变化，满足了生态环境监测和气象业务发展的需求， 这是人工每旬逢8 采用烘干称重法所无法比拟的。 应注意以下几点：

（1）加强值班巡视和仪器维护，每天9时和17时观测仪器数据运行情况，是否按时上传数据。 严格按照要求加强对自动土壤水分观测仪的日常维护。

（2) 随时注意降雪后清理太阳能太阳板上的积雪。

（3）DZN3 自动土壤水分观测仪测定结果与烘干称重法测定结果有差异， 但是所反映的旱涝形势基本一致。