微波炉法在果园土壤相对含水量测定中的应用*

王小龙，庞国成，史祥宾，冀晓昊，王海波

（中国农业科学院果树研究所，农业农村部园艺作物种质资源利用重点实验室，辽宁省落叶果树矿质营养与肥料高效利用重点实验室，辽宁兴城 125100）

快速、准确地测定土壤样品相对含水量有助于水分高效利用技术研究工作的顺利进行以及果树精准灌溉技术的推广。在实验室内测定土壤含水量通常采用烘箱法，这是一切土壤含水量的校准基础。烘箱法测定土壤含水量对黏土的烘干时间不得少于8 h，对沙土不得少于6 h[1]。加之烘箱的容积大、额定功率高，会给少量土壤样品测定造成能源极大的浪费。此外，烘箱价格较高，严重阻碍了果树精准灌溉技术的普及。

用微波炉测定土壤含水量的方法研究在国外起始于20世纪70年代初，并在实际操作中得到广泛应用[2]。在国内虽然有针对不同土壤进行相关的试验研究[3-7]，但由于土壤矿物成分及性质差异，以致使其达到应用规程仍存在较大的距离。然而，我国果树栽培生产中又特别需要此种快速、准确测定土壤相对含水量的方法，以加快果树精准灌溉和水肥一体化的研究和应用。近年来，本课题组就微波炉法测定土壤相对含水量展开了系统而深入的试验，结合农业生产实际摸索出其具体操作条件。

1 材料与方法

1.1 主要试验设备

微波炉：广东格兰仕微波生活电器制造有限公司生产，型号为G80F23CN3L-C2（R1），其微波频率为2 450 MHz，微波输出功率为800 W。电子秤：量程为500 g，误差0.01 g。研钵：容积为200 mL，口径为50 mm，能盛土50～60 g。烘箱：北京陆希科技有限公司生产，型号为DHG-9240A。

1.2 田间持水量测定方法

土壤样品采集于中国农业科学院果树研究所砬山综合试验示范基地，类型为粗骨土。田间持水量测定方法基于室内环刀法进行[8]。将所采集的土壤样品等量分成2份，1份土壤样品置于微波炉中微波至恒重，烘干后填装在铝盒中，压实并覆盖1层滤纸；另1份土壤样品置于铝盒中，倒扣在烧杯中，并缓慢加水，使水平面始终保持低于铝盒顶端2 mm，在水中浸泡24 h。将充分浸泡处理含土的铝盒倒扣在盖有滤纸装有烘干土的铝盒上端，使土壤界面充分接触，静置8 h。称量上层铝盒中土壤重量，记为m1。将上层铝盒中的土壤用微波炉微波至恒重，称土壤重量，记为m2，按照公式w（%）=［（m1-m2）/m2］×100计算其田间持水量，重复3次。本研究中土样的田间持水量为23.24%。

1.3 试验方法

将土壤样品充分混合，灌水配置土壤相对含水量为40%～90%。烘箱法：单个土壤样品取样量分别为10.00、20.00、30.00 g，烘干温度设置在105 ℃，烘干时间8 h以上，直至达到恒重，以此作为测定土壤样品相对含水量的标准。微波炉法：对单个土壤样品质量进行控制，分别取10.00、20.00、30.00 g；微波炉的加热火力分别取80%（640 W）、100%（800 W）。每组进行3种不同相对含水量的试验。每隔3 min测定1次土样相对含水量，直到不再发生变化为止。依据下列公式计算相对含水量。

相对含水量（%）=［（烘干前土壤重量-烘干后土壤重量）/（烘干后土壤重量×田间持水量）］×100

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007进行数据整理与作图，采用SPSS 22.0进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 微波炉法土壤达恒重所需时间及土重的确定

由表1可知，对于微波炉使用功率为800 W、相对含水量为40%～90%的土壤样品，样品量为10.00 g时，累计微波15 min能够达到恒重，相对含水量与烘箱法无显著性差异；样品量为20.00 g时，累计微波21 min能使其达到恒重，相对含水量与烘箱法无显著性差异；样品量为30.00 g时，累计微波27 min，其相对含水量与烘箱法基本一致，且无显著性差异。由于微波炉不能控制温度，在微波时间过长、温度过高的情况下，土壤内有机质会损失[9]，由此会造成微波炉法相对含水量大于烘箱法情况的出现，比如微波炉使用功率为800 W，取样量为30.00 g，在累计微波18 min后的相对含水量为49.05%，而烘箱法为48.14%。对于微波炉使用功率为640 W、相对含水量为40%～80%的土壤样品，样品量为10.00 g时，累计微波18 min，相对含水量和烘箱法基本一致，且无显著性差异；当样品量为20.00 g时，累计微波24 min，土样相对含水量和烘箱法基本一致，且无显著性差异；当样品量为30.00 g时，累计微波30 min时的土样相对含水量与烘箱法无显著性差异，并保持稳定。由此可见，对于相对含水量40%～80%的土样，取样量为10.00～30.00 g，微波炉使用功率为800 W时，微波时间应在27 min为宜；当微波炉使用功率为640 W时，微波时间应在30 min为宜。

表1 不同取样量土壤样品在微波炉不同使用功率下达恒重所需时间

2.2 微波炉法所适用相对含水量范围的确定

分别用微波炉法（使用功率800 W、累计微波27 min和使用功率640 W、累计微波30 min）和烘箱法将田间随机采取的土样进行烘干，取样量为10.00～30.00 g。由表2可以看出，微波炉法使用功率800 W、累计微波27 min条件下，对于相对含水量20%～90%的土壤和微波炉法使用功率640 W、累计微波30 min条件下，对于相对含水量20%～90%的土壤用微波炉法与烘箱法试验结果基本相近，差值绝对值均小于1%。

表2 微波炉法适用相对含水量范围

为建立微波炉法和烘箱法相对含水量的相关性关系，在表2的基础上又做了使用功率800 W和使用功率640 W各30组的微波炉法和烘箱法测定土壤相对含水量的对比试验。由图1可知，相对含水量变化范围20%～90%，2种方法测定结果的差值绝对值均小于1%，相关系数（R2）为0.996 2。试验结果进一步说明，微波炉法测定土壤相对含水量的精度可以满足果树产业需求。

图1 微波炉法和烘箱法测定土壤相对含水量线性关系

2.3 微波炉法测定土壤相对含水量的农业应用实例

土壤相对含水量能够体现出植物生长土壤中有效水分的含量，测定果园土壤相对含水量是研究和推广果树精准灌溉和水肥一体化的重要基础。中国农业科学院果树研究所正在从事设施内葡萄精准灌溉研究，土壤相对含水量是试验设计中重要的技术指标。测定土壤相对含水量通常采用烘箱法，但是烘箱法周期较长（通常需要过夜处理），此期间设施内土壤相对含水量已经发生变化。因此，相对含水量与实际值发生偏离，会引起灌水量不满足试验要求，最终造成设施内葡萄最佳灌溉条件的错位。微波炉法是一种能够快速、准确地测定土壤相对含水量的方法，完全可以满足相关研究的需求。

3 结 论

本研究结果表明，微波炉使用功率为800 W、微波累计27 min或使用功率为640 W、微波累计30 min条件下，适宜测定相对含水量在20%～90%的粗骨土。通过本研究发现，利用微波炉法测定土壤相对含水量可以满足果树栽培的需求，其在加快果树精准灌溉及水肥一体化的研究与应用中起到了较为重要的作用，目前已在葡萄精准灌溉研究中得到了应用。微波炉法测定土壤相对含水量有推广应用的现实意义。

然而，在应用微波炉法测定土壤相对含水量时需要注意微波炉的型号、土壤类型及初始土壤相对含水量等因素，均对微波炉烘烤时间及适宜土壤用量影响较大。吴宪[10]研究发现，微波炉频率为2 450 MHz、测定功率为30W条件下，利用微波炉法测定100 g黏土含水量需要40min，其含水量为9%～40%。王建华等[4]研究表明，利用2 450MHz、800 W微波炉测定40g原状黏性土壤含水率需要24 min，其含水量为17%。因此，应用微波炉法测定土壤相对含水量时应因地制宜，建议在应用前进行预试验，修正关系式后再进行使用。