土壤水分采集仪在移动墒情监测中的应用研究

徐 凯，辛玉琛（吉林省墒情监测中心，吉林长春130033）

土壤水分采集仪在移动墒情监测中的应用研究

徐 凯，辛玉琛
（吉林省墒情监测中心，吉林长春130033）

文章结合吉林省墒情监测工作实际，选择某厂家的插管式土壤水分采集仪作为研究对象，通过改变仪器结构，成功实现移动墒情监测之目的，取得了突破性成果，该成果对于开展干旱区旱情应急监测具有很好的应用和推广价值。

土壤水分采集仪；移动墒情监测；应用研究

1 探索研究

1.1 移动墒情站的含义

所谓移动墒情站，并不是站点移动，想在哪监测就在哪监测。而是监测仪器和使用仪器的人在移动。站点是事先根据建站原则确定好的监测地块，有备案。而且事先就要把监测地快的土壤干容重和田间持水量测定出来，以用于土壤含水量转换和旱情分析时转换成相对湿度。同时，还要确定该站的土壤墒情评价指标，供干旱等级分析时使用。在监测地块现场不需安装监测仪器。

1.2 改变仪器结构

目前，用于移动墒情监测的仪器精度均不能满足墒情分析和旱情评价对数据的精度要求。只有一种插管式固定式土壤水分采集仪通过螺旋钻打孔，环刀钻切削钻孔，灌浆排气法安装仪器。稳定期过后，进行仪器参数调整，监测精度方可满足要求。而这种仪器需固定在墒情站，无法实现移动墒情监测之目的。经与厂家共同分析论证，决定对固定站监测仪器进行结构改进，即把仪器核心组件（总成）与仪器外壳分离开来，做成即插即拔的形式。仪器外壳配上带有密封功能的螺旋罩盖，然后把仪器外壳按照固定墒情站仪器的安装方法（即灌浆排气法）事先安装在监测地块里并调整好仪器参数。

需要开展旱情应急监测时，带上仪器核心组件（总成）赶往移动墒情站，打开仪器外壳，插入仪器组件（总成）实施监测，监测结束后，拔出仪器组件，装好密封罩盖，前往下一站。

1.3 仪器外壳安装

按照墒情监测规范要求，在各移动墒情站的监测地快选择安装位置，用配套的螺旋钻打孔，用环刀钻切削钻孔，用灌浆排气法将仪器外壳安装到钻孔里，稳定七、八天后，开始仪器参数调整，直至达到精度要求。仪器参数的调整方法是：把仪器组件（总成）插入仪器外壳，测取土壤含水量，同时在仪器附近人工采集土样，用烘干法求得土壤含水量，两者进行比较，如果误差超过控制标准，即进行参数调整，调一次参数就要进行一次对比观测，直至仪器监测的数据满足精度要求为止，仪器外壳的安装工作宣告结束。如果通过参数调整还达不到精度要求，就要重新安装仪器外壳，再稳定、再观测、再调参。

1.4 实施移动监测

以大安移动墒情站作为实验站点。带上移动监测仪器赶往该站，将仪器组件（总成）放入仪器外壳，测取土壤含水量。同时在仪器附近对应的监测深度人工采集土样，用烘干法测得土壤含水量，将两组监测数据进行比较，用±15%的相对误差作控制，对仪器参数进行调整，参数调整完成后，进行了两个多月的对比观测。经统计分析，仪器监测的数据合格率为100%。

1.5 仪器外壳保护

为保证安装好的仪器外壳在野外不受破坏，可考虑与土地所有者商谈给予看护，同时可在仪器外壳周围建设护栏、立杆装上全景摄像头（假的），挂上警示标志。

1.6 仪器应用

一个省或一个地区建设的移动墒情站会有很多，而一台移动墒情监测仪器不可能承担起所有移动墒情站的监测任务。一般根据土壤类型和站与站距离的远近确定一台仪器一天能够监测几个站，调整仪器参数时就要在这几个站之间同时进行，一旦仪器参数调整完成后，就要对仪器和测站进行登记备案。在以后的旱情应急监测中就要使用对应的仪器开展移动监测工作。

2 讨论

1）灌浆排气法安装仪器外壳。在没有应用灌浆排气法安装仪器前，曾做过多种安装实验，多次改进土钻直径，但误差总是降不下来，误差大且没有规律可循。通过进一步学习和总结发现，影响仪器监测精度的主要因素是钻孔壁与仪器外壳之间的空气。而且这正是对仪器精度影响最大的敏感空间，排出了此空间的空气，仪器的监测精度就会大幅度提高。实践证明的确如此。用灌浆排气法安装仪器外壳很好地解决了空气对仪器精度的影响。但是，值得注意的是，同样都用灌浆排气法安装仪器外壳，用不同的钻打孔，得到的监测数据的精度会不同；用同一个钻，不同的人打孔，得到的监测数据的精度也会不同。所以安装仪器时要把握住关键的三点：一是钻孔直径尽可能与仪器外壳直径相同；二是钻出的孔壁尽可能光滑，没有凸凹现象；三是灌进去的泥浆要把仪器外壳与钻孔之间的空气介层填满。经过多次实验，最后总结出：用螺旋钻打孔，环刀钻切削钻孔，灌浆排气法安装仪器外壳是最好的安装方法。

2）稳定期。用灌浆排气法安装仪器外壳，其周围的土壤水分必然升高。所以要经过一定时间的入渗、扩散，最后达到稳定。目的就是让灌进去的泥浆的水分入渗到周围的土壤之中，并且使仪器周围的土壤含水量达到平衡稳定。亦即使仪器周围的土壤含水量不受灌浆水的影响。稳定期的长短与土壤类型、土壤的干湿程度、泥浆的用量多少有关。稳定期的长短通过仪器监测数据的变化速度与变化量来确定。每个监测地块都能测到土壤的退水曲线，很容易确定出稳定期。在吉林省稳定期一般为7～8 d。

3）调整仪器参数。从仪器监测土壤含水量的原理可知，即使仪器通过了检测中心的检测，也不能直接用于生产。因为检测中心的检测方法和仪器厂家标定公式的方法均属于实验室法，土壤都是经过人工处理后才进行仪器检测或公式标定的，用这样的仪器监测实际农田的土壤含水量一定会存在误差。在此前开展的对比观测结果均已证明了这一点。所以，仪器在投入生产应用之前，一定要通过野外对比观测的检验。

当仪器达到了稳定期，即可进行参数微调。研究中发现，稳定期过后监测到的数据与烘干法数据还会存在一定的误差，可能系统偏大或偏小，也可能合格率不够高，需要进行参数微调。其方法还是用对比观测法，每天进行一次对比观测并调整参数，通过3～5 d的调整即可达到目的。有时需要通过第二次的参数微调才能达到要求。如果误差严重超标，通过参数微调达不到要求时，就要重新安装仪器，重新稳定、调参。

3 结语

插管式土壤水分采集仪通过结构改造，使之变成移动墒情站监测仪器，通过螺旋钻打孔，环刀钻切削钻孔，灌浆排气法安装仪器外壳，并通过对比观测法调整仪器参数，完全可以实现移动墒情监测的目的，精度也可满足旱情分析对数据的精度要求。

由于时间和精力所限，该研究只针对一台固定式仪器的结构进行了改造，也只针对一个移动墒情站进行了应用研究并获得了成功，对于一台仪器一天能够承担几个移动墒情站的监测任务，还要因地制宜，开展进一步的研究。

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1002－0624（2017）02－0064－02

2016-08-05