杭州市土壤墒情自动监测及作物旱情指标评价体系构建

孙映宏，孟 健，徐正浩(.杭州市水文水资源监测总站，浙江 杭州 3004；.浙江大学 环境与资源学院污染环境修复与生态健康教育部重点实验室，浙江 杭州 30058)

杭州市土壤墒情自动监测及作物旱情指标评价体系构建

孙映宏1，孟 健1，徐正浩2
(1.杭州市水文水资源监测总站，浙江 杭州 310014；2.浙江大学 环境与资源学院污染环境修复与生态健康教育部重点实验室，浙江 杭州 310058)

以杭州市首批15个土壤墒情自动监测站建设为例，阐述土壤墒情自动监测及作物旱情等级评价体系构建，包括土壤墒情自动监测站网布设、作物旱情等级指标以及基于土墒自动监测的作物旱情信息系统发布等.该体系具有定位高、综合性强、分布面广、附加值高等特点，能通过一系列评价指标反映农林作物易旱区块水资源供给的基本状况，对南方地区类似系统的建设具有一定的借鉴意义.

土壤墒情；旱情；自动监测；评价体系

0 引 言

土壤墒情是重要的农情信息.实时监测的土壤墒情，对作物灌溉时间、灌溉量的确定、水资源利用效率和水分利用效率的提高，有科学指导作用[1].结合气象水文资料，根据土墒监测数据和作物旱情发生发展规律，可为旱情动态、灾情等级及时发布以及应急预案、防灾、救灾措施的及时启动和制订提供技术支撑[2].

杭州市是干旱灾害多发地区之一.根据1949—2003年的55年统计，杭州市发生干旱的有36年，平均1.5年1次.由于长期以来忽视了江南水乡旱情的监测、预报体系构建，相关部门只能依据作物已发生的灾情和气象预报等指导农林业生产，旱情旱灾预报预警预防的时效性严重滞后，科学性不强.2013年7～8月，杭州发生建国以来罕见的特大旱灾，直接经济损失达21.97亿元.根据杭州农林水等部门呈报的旱灾信息，市委市政府及时批复了杭州土壤墒情自动监测站网建设的建议，启动了首批15个自动监测站的建设.省水利厅对该项工作也高度重视，将《土壤墒情自动测报系统建设与作物干旱墒情预警指标研究》列入省水利科技计划重点项目，要求杭州开展重点基础研究.

1 构建背景

1.1 干旱和半干旱及北方地区土壤墒情监测与作物旱情预测预报体系基本建立

我国干旱、半干旱及北方地区十分重视土壤墒情的监测工作.吉林在中西部地区共建立26个土壤墒情观测站、52个取样点，根据大多数农作物适墒土壤含水量标准，分析不同土壤类型适墒标准，确定干旱等级，粘土适墒标准为20%～24%，壤土16%～18%，沙土14%～16%，土壤含水率<10%为严重干旱等级，10%～18%为干旱等级，>18%为适墒，明晰指出了旱情情况及发生发展规律，为适宜措施的采取提供了科学决策依据.河南省在粮食核心区块及旱灾易发区，根据抗旱规划，布设了土壤墒情监测站，并依据区域特点采取不同的建站原则，基本实现对河南省土壤墒情的全面监测，为粮食大省稳产、高产提供了技术平台[3-5].在大尺度遥感技术应用于旱情的监测上，一些先进省市也取得了初步成效，为大范围旱情监测和旱灾等级确定，提供全面、动态、指导性的决策依据.

1.2 南方地区农林业水源短缺新常态凸显

南方地区，尽管水资源优于干旱、半干旱和北方地区，但全年降水不平衡，季节性缺水时有发生.随着社会各业需水量不断增加，特别是农业灌溉用水零增长指标政策出台，南方地区农林业水源出现匮缺，甚至水荒，已成新常态.

1.3 土壤墒情监测体系薄弱环节依然显见

从全国来看，墒情监测工作取得了明显进展，但与其他监测项目相比，基础仍然十分薄弱，主要表现在墒情监测站数量严重不足、墒情信息采集手段落后、墒情自动监测仪器稳定性和精确度不高、旱情综合分析评估能力弱、墒情监测仪器产品技术标准和仪器计量检定的管理制度缺乏等.南方地区基于土壤墒情监测、精细化预测预警和灾害评估工作则更是明显滞后于干旱、半干旱和北方地区，相关工作启动滞缓，实际成效不明显.

1.4 国家积极推动墒情监测体系建设

近十多年来，全国旱灾不断发生，特别是2000年全国大旱、2006年川渝特大干旱、2009年冬麦区特大春旱和2010年西南大旱，给国民经济造成了重大损失.为了有效应对旱情灾害，水利部积极推动《全国抗旱规划实施方案》，出台了省市级抗旱规划方案组织实施和县级抗旱服务组织建设的工作方案.南方一些省市开始着手部署土壤墒情监测系统建设或展开墒情监测工作.江西是南方地区较早部署土壤墒情监测系统的省份，初步建立的墒情自动监测系统，但设备维护、数据准确性等问题突出.云南省近年来旱情突出，一些地区山塘水库蓄水量严重不足，土壤墒情监测得到很大重视，但监测手段仍以人工为主，时效性不强.尽快建立覆盖全区域的墒情自动监测系统，已成为南方地区努力的目标.通过建立固定监测站，以精确的土壤墒情监测仪，实现墒情的自动采集，结合配备一定数量的移动监测站和经典方法采土测定，获取全面的土墒信息.水利部对各地旱情旱灾的指导、巡查，有力推动了包括杭州在内的南方地区土墒监测与旱情预测预报工作的开展.

2 杭州市土墒监测与作物旱情指标评价体系建设

2.1 概况

杭州市土壤墒情监测系统构建始于2014年，截止目前已完成1个中心站和15个墒情自动监测站建设，是目前浙江省唯一的土壤墒情自动监测的信息系统.

监测站采用北京圣世信通公司自主研发的的SSXT-SQ-02土壤水分检测仪，该产品被列入国家防汛抗旱总指挥部发布的《关于建立土壤水份监测仪器准入制度及发布第一批土壤水分监测仪器检测合格产品目录的通知》名单.监测仪为一体式墒情测量系统，可直接测量不同土壤深度土壤含水量、温度、盐度、降水等数指标.监测站每套监测仪布设5～8个传感器，监测深度0～1 m，监测频次1 h/次，监测范围和监测的时效性较传统方法大幅度提高.

中心站部署在杭州市水文信息中心，各级应用部门可直接通过网络在PC客户端和移动终端上访问系统.

鉴于南方地区地形地貌复杂，为确保数据的准确性和精度，杭州进一步开展了监测站土壤特征值分析和含水量测定公式参数率定等相关研究.同时，以土壤墒情自动监测站传送的信息体系为重要平台，结合不同站点土壤类型、作物种类、植被结构等，根据作物需水规律，获取旱情发生发展的技术指标体系，建立了土壤含水量与作物旱情等级的相关性，可为旱情预警预报，减灾防灾提供科学依据.

杭州市墒情信息已于2015年起向国家、省、市防指办进行报送，该体系的建设使杭州市跃入土壤墒情监测和旱情预测、预报、预警工作的先进行列，对南方地区建立高质量、高水平的土壤墒情自动监测体系具有指导性、示范性.

2.2 土壤墒情自动监测站网布设

根据2013年杭州市旱情汇总材料，以区、县(市)防汛防旱部门为向导，实地踏勘了旱情严重的区块，确定了临安山核桃、香榧、雷竹等3个土壤墒情监测站点，余杭茶叶、毛竹等2个站点，富阳旱地作物、易旱稻作区块等2个站点，淳安茶叶、中药材等2个站点，建德柑橘、设施农业园区等2个站点，桐庐园林苗木、竹林等2个站点，萧山茶叶1个站点，西湖区茶叶1个站点，15个土壤墒情监测站点(见表1).

表1 杭州市首批15个土墒监测站点布局与作物类型

区块地形地貌作物类型建站理由富阳场口平原水稻水利设施不到位富阳黄天贩平原旱地作物需浇水提供水源萧山戴村镇三清寨缓坡茶叶干旱水源不足余杭百丈山地毛竹干旱水源匮乏余杭竹园村山地茶叶干旱水源不足建德航头园区设施农作物需提水浇灌建德三都镇春江源山地橘林柑橘干旱水源不足桐庐峨山畲族乡新丰村山地竹林干旱水源不足桐庐合村乡瑶溪村山地园林树木干旱水源不足淳安王阜乡马山村山地中药材干旱水源不足淳安里商乡石门村山地茶叶干旱水源不足临安岛石山地山核桃干旱水源不足临安太湖源横徐村山地雷竹需提水浇灌临安板桥花桥山地香榧干旱水源不足西湖梅家坞山地茶叶干旱水源不足

15个土墒自动监测站布设于旱灾易发区，既考虑了空间分布的差异：山地占70%以上，地形地貌多样，又综合了各地作物特色：与农民切身利益密切相关茶叶、山核桃、竹林等高附加值的经济作物(见表1)，同时还结合旱情发生的类型：如资源性缺水、工程性缺水和水质性缺水等，代表性强，对杭州的防旱减灾工作具有现实有效的指导作用.

2.3 作物旱情等级指标

山核桃、香榧、雷竹、毛竹、茶叶、柑橘、中药材、水稻等代表性作物旱情发生、发展规律研究，是实现防旱减灾服务的又一关键要素.杭州市15个墒情监测站的有关作物，可参考的研究资料十分稀缺，根据监测数据结合为数不多的相关文献，提出我市代表性作物旱情指标如下：

水稻不同生育期出现旱情的土壤容积含水量指标为苗期32%，分蘖期30%，幼穗分化期35%，抽穗期32%，结实期30%.

茶叶不同生育期出现旱情的土壤容积含水量指标为苗期20%，3年生以上茶园为18%，土壤重量含水量在18%～22%时茶叶产量较高，而>24%和<14%时茶叶产量变低，受到干旱胁迫和渍害.

一般砂质壤土柑橘园地，春稍生长期旱情发生的土壤容积含水量为16%，花期为18%，果期为20%.桃花期旱情出现的土壤容积含水量为12%，枝叶生长期为10%，果期为14%.梨旱情发生的土壤容积含水量为，花期13%，枝叶生长期11%，果期为15%.

竹林干旱胁迫的表层土壤重量含水量在7%～8%，不同时期的干旱胁迫的下限存在一定差异性，不同林分竹林土壤含水量的下限也有差异.毛竹林旱情发生的表层土壤容积含水量，冬春期12%，春夏期为11%，秋季为10%.

山核桃干旱胁迫的相关土壤水分数据缺，根据成年山核桃的生长发育规律，提出土壤墒情旱情参考指标(见表2).

根据香榧的生长发育规律，提出了成年香榧和低龄幼苗旱情发生的土壤容积含水量指标(见表3和表4).

表2 以土壤容积含水量为评判标准的成年山核桃不同生育阶段干旱指标(土层0～30 cm)

土壤类型营养生长期2～4月花期发育和授粉期5～6月果实与裸芽发育期7～9月采收期至落叶10～12月油黄泥土13～1413～1512～1410～12黑色石灰土14～1614～1613～1510～13钙质页岩土14～1614～1613～1510～13

表3 以土壤容积含水量为评判标准的成年香榧不同生育阶段干旱指标(土层0～30 cm)

土壤类型缓慢生长期结果枝萌发期营养枝生长期、当年生果实缓育期、上年果实膨大期营养枝生长旺盛期、当年生果实缓育期、上年果实充实期营养枝生长后期、当年生果实缓育期、上年果实成熟采摘期砂壤土10～1312～1513～1614～1813～16紫色土10～1412～1613～1715～1913～17石灰土10～1312～1513～1614～1813～16

表4 以土壤容积含水量为评判标准的低龄香榧不同生育阶段土壤干旱指标(土层0～30 cm)

土壤类型12～次年2月3～4月5～6月7～8月9～11月砂壤土13～1614～1815～1916～2215～19紫色土13～1715～1916～2017～2316～20石灰土13～1614～1815～1916～2215～19

2.4 基于土墒自动监测的作物旱情信息系统发布

随着15个自动监测站土壤特征值和墒情监测率定工作的完成，以及不同土壤质地和墒情变化的作物旱情等级指标的不断完善，实现基于土壤墒情自动监测和精细化预测预警，为区块作物的旱情、旱灾评价提供科学数据.同时，对土壤墒情站点实时监测及其它相关水文、气象、遥感数据进行数据融合，运用降雨距平、帕尔默干旱指数、新安江模型、遥感反演等分析方法，基于WEBGIS平台强大的空间分析供功能，实现了以点扩面，根据土壤墒情管理的需要提供土壤墒情时空变化集成分析和专题空间展示，面向社会发布全市的干旱监测情况及干旱预测数据、时空分布图等，为区域的防旱减灾工作提供有力支撑.

3 杭州基于土壤墒情自动监测的作物旱情等级评价体系的重要特色

3.1 定位高

传统人工采样测定的土壤墒情数据，代表性强、精度高，但费时、效率低，难以满足防旱应急指挥的需要.杭州构建的土壤墒情自动监测系统，实时性强，具有快速、动态、精度高、抗干扰性强等特点，运行稳定、可靠，代表了今后墒情监测的发展趋势.

3.2 覆盖面广

15个土墒监测站点覆盖杭州全市8个区、县(市)，通过监测获取具有价值的墒情信息，在结合作物旱情发生发展的基础上，综合会商，制订确凿有效的旱情等级，可为全市的农林生产提供旱情信息指导，有利于从全局高度发布土壤墒情信息，为旱情灾害等级启动和抗旱措施实施定下基调.

3.3 针对性强

自动监测站点选址是基于2013年的60年一遇的高温干旱旱情，针对性很强.通过基层单位逐个筛选，站点民情询问，实地踏勘，并严格按土壤墒情站点建设标准选定站址，选址代表了杭州市最易出现旱情的区块.

3.4 作物种类多、附加值高

与北方地区土壤墒情监测站点的重要区别在于，杭州首批15个土壤墒情自动监测站点作物种类涵盖农林等区块的重要作物，而北方地区注重于农区的主要农作物.15个站点中有杭州特色经济作物山核桃、各地名茶、雷竹、中药材、特色苗木，有近年来快速发展的特色经济作物香榧，有具产业规模的柑橘、现代农业园区作物、毛竹等，也有大众的旱地作物和水稻等.因此，这些站点墒情信息的发布对我市的产业经济发展和百姓的日常生产活动密切关联，是一项百姓受益、产业发展的惠民工程.

3.5 地形分布多样、综合性强

15个站点包括丛林山地、丘陵山地、旱地缓坡、旱耕地、水田等，较好代表了杭州农林作物的地形地貌特征，是社会经济的重要缩影.土壤墒情信息综合反映了杭州农林产业体系重要作物的旱情信息，信息量大、综合性强.

3.6 反映了农林作物易旱区块水资源供给的基本状况

农林作物地水源供应表现为资源性缺水、工程性缺水和水质性缺水，而15个墒情站点主要表现为资源性缺水和工程系缺水，水质性缺水不明显.余杭毛竹、余杭山地茶园、建德柑橘、桐庐竹林、淳安茶园、淳安中药材、临安山核桃、临安香榧、萧山茶园等属于资源性缺水，而富阳水稻田、富阳水稻所旱地作物、建德设施农业园区、桐庐园林树木、临安雷竹、西湖茶园等属于工程性缺水.在遇高温干旱季节或持续干旱季节，资源性缺水区块往往由于水源供应困难，导致旱情加剧；工程性缺水区块，由于水利工程缺乏导致水源得不到及时供给而导致缺水.通过墒情的监测与预警，能未雨绸缪，及时地调运水源，有效缓解旱情.

4 结 语

杭州土壤墒情自动监测及作物旱情等级评价体系构建，填补了浙江省旱情监测领域的空白，对南方地区类似系统的建设具有重要的借鉴意义.由于站点数量依然偏少，难以全面、精细地反映全市整体的土壤墒情信息，后续一方面要继续补充完善监测站网，一方面要展开土壤墒情普查工作，建立健全土壤墒情信息档案，进一步完善监测与评价体系，为防旱减灾工作提供更为准确、可靠的基础信息.

[1] 王振龙，赵传奇，周其君，等.土壤墒情监测预报在农业抗旱减灾中的作用[J].治淮，2000(3)：43-44.

[2] 沈之望，李辰霄.江苏省旱情等级评估(以2010-2011年为例)[J].中国防汛抗旱，2014,24(3):16-20.

[3] 张成才，于柳征.河南省土壤墒情监测站网规划布局研究[J].安徽农业科学，2011，39(7)：3886-3888.

[4] 王志华.开封市土壤墒情监测系统建设研究[J].河南水利与南水北调，2015(12):92-93.

[5] 喜 枝，常介田，王立河，等.灌溉条件下河南省土壤墒情变化规律初探[J].河南农业科学，2012，41(2)：73-77.

信息启示

科技与文化——水利风景区学术研讨会在我校举行

7月4日，科技与文化——水利风景区学术研讨会在我校举行.水利部景区办董青处长，省水利厅水库总站傅克登主任，河海大学徐慧教授、浙江外国语学院张跃西教授、宁波水利局葛其荣教授级高工等省内外专家，宁波、海盐、缙云、云和、绍兴、乐清等地水利局及相关单位的负责人，校长叶舟、副校长邹冰及科技处、水利学院、建工学院、信艺学院、经管学院负责人参加会议.会议由邹副校长主持.

校长叶舟致欢迎辞.他指出，水院作为浙江省水文化教育研究基地，承办了多次高层次的水文化研讨会，得到了各级政府、水利单位的认可.同时，学校这几年开展了不少水生态文明的研究、水利风景区规划研究，积累了许多宝贵的经验.在实践中，学校深刻体会到科技、文化两大核心元素相融对促进水利风景区建设具有重要意义，亟待深入研究，在建设中加以充分体现，为此将此次会议主题定为“科技与文化”.希望学校能通过这次会议得到更多专家、上级部门领导的指导，加强与各水利单位、高校开展更加广泛的合作，不断提高学校在水生态文明建设、水利风景区建设上的科研水平.

水利部景区办董青处长对此次会议的主题“科技与文化”表示充分肯定.她认为，会议抓住了水利风景区体现科技先进性和文化传承性的建设本质，紧扣了水利风景区建设发展前沿，符合水利风景区发展从工程景观生态向工程文化内涵建设转变的发展趋势，并开创了省校合作的1+1+N的模式.省水利厅水库总站傅克登主任对2016年浙江省水利风景区建设工作目标和任务作了介绍.

会上，我校教师曹明杰博士、陈芳高工、余学芳副教授分别就近年来开展的海盐明清海塘、丽水宣平溪、仙居永安溪等水利风景区的研究情况作了主旨汇报.徐慧教授、张跃西教授、葛其荣教高从不同的角度进行了研讨，宁波、海盐、缙云、云和、绍兴、乐清等水利局负责人从建设实践角度，对技术、文化两个维度进行了交流探讨.学校科技处长周铭从理念交流、学科交叉、平台交融三方面作会议小结.

摘自浙江水利水电学院网

On Evaluation System of Automatic Monitoring of Soil Moisture and Crop Drought Indicators

SUN Ying-hong1, MENG Jian1, XU Zheng-hao2

(1.Hangzhou Hydrology and Water Resources Monitoring Center, Hangzhou 310014, China;2.Ministry of Education Key Lab of Environmental Remediation and Ecological Health, College of Natural Resources and Environmental Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

Based on the construction of the first 15 soil moisture automatic monitoring station in Hangzhou, the establishment of grade evaluation system for automatic monitoring of soil moisture and crop drought is displayed, including the layout of automatic monitoring station network of soil moisture, crop drought level index, and information issuing system of crop drought based soil moisture automatic monitoring, etc., which is proved to be advanced and comprehensive with wide distribution and high added value. The range of different evaluation index can show the basic situation of water supply in arid regions, with a certain reference significance for the construction of similar systems in the south China.

soil moisture; drought; automatic monitoring; evaluation system

2016-04-13

浙江省水利科技计划重点项目(RB1504)

孙映宏(1975-)，男，四川兴文人，高级工程师，硕士，主要从事水文与水资源开发与利用工作.

TV123

A

1008-536X(2016)08-0066-05