土壤墒情监测探索与思考——以甘肃省环县为例

刘 敏，敬缠琴，胡爱莲

（甘肃省环县农业技术推广中心，甘肃 环县 745700）

土壤墒情是作物根系分布层土壤水分的分布状况。土壤水分状况受多种因素的影响，包括气象、土壤、作物生长状况、田间管理技术等，其多少直接影响着作物的正常生长及其产量、产品的质量。墒指土壤适宜植物生长发育的湿度，墒情指土壤湿度的情况。土壤湿度是土壤的干湿程度，即实际含水量，可用土壤含水量占烘干土重的百分数表示：土壤含水量=水分重/烘干土重×100%。相当于田间持水量的百分比，或相对于饱和水量的百分比等相对含水量表示。田间持水量是降雨或灌溉后，多余的重力水已经排除，渗透水流已降至很低或基本停止时土壤所吸持的水量。饱和含水量指全部土壤孔隙充满水时的含水量，又称最大持水量。如按容积百分比计，饱和含水量则相当于土壤总孔隙度。

在全球气候变暖的背景下，干旱发生的频率和强度呈增加趋势，干旱灾害所引发的水资源匮乏、粮食危机、生态恶化（如荒漠化）等，直接威胁到国家粮食安全和社会经济发展[1]。墒情监测是推广高效低耗节水技术，实现科学用水和高效用水的关键环节之一[2]。为了进一步提高农情调度工作的及时性、准确性和系统性，实现农情信息采集规范性、传输网络化、管理自动化，确保农情调度工作顺利开展，农业农村部设立了农情信息采集项目，甘肃省农业农村厅种植业管理处组织安排各县做好农情项目工作，加快现代农情信息体系建设，为农业结构调整和农业相关部门指导农民抗旱提供科学依据。

环县地形复杂，梁峁起伏，沟壑纵横，水资源紧缺，智能监测土壤墒情显得十分重要。利用先进的物联网技术，采用各类传感器，在线采集墒情信息，实现墒情自动预报、智能决策、自动控制灌溉等功能，对指导旱作节水农业生产、抗旱减灾、农作物的科学补给用水具有重要意义。

1 项目区概况

环县属黄土高原丘陵沟壑区，生态环境脆弱，自然条件严酷，是典型雨养旱作农业区。土地面积923 600 hm2，耕地239 000 hm2，平均海拔高度1 400～1 700 m，覆盖质地疏松、耕性良好的黄绵土，主要种植小麦、玉米、小杂粮，属于温带半干旱季风气候，降水量少，蒸发量大，年降水量不多，降水变率大，常出现干旱。年平均日照时数2 551 h，年太阳总辐射量6 091 MJ/m2。年平均气温8.70 ℃，毛井一带最低，曲子一带最高，南北相差2 ℃以上。年平均降水为430.70 mm，降水量从东南向西北递减，西、北部年平均降水偏少100～150 mm，抗旱减灾已成为农业生产的常态。农田土壤墒情和旱情监测始于2014 年，为了能够更加准确地了解环县土壤墒情的现状及发展变化情况，依据地貌类型和作物布局布设长期定位监测点，监测技术不断更新升级，土壤墒情监测系统向着自动化发展，系统主要由监控中心、通信网络、远程监测设备和土壤墒情检测设备4部分构成，用户可通过手机APP 接收墒情预警信息推送，查看实时墒情、历史数据，实现远程管理，及时发布、上报土壤墒情信息，保证数据科学、准确，为提高水分利用率和更好地开展现代农业高效低耗节水措施提供重要的基础信息。近年来，环县以玉米、马铃薯、蔬菜、瓜果等作物为重点，大力示范推广膜下滴灌水肥一体化、半膜覆盖、全膜覆盖等农业旱作节水技术，提高了水资源利用效率。

2 监测要求和内容

2.1 加强组织领导

做好土壤墒情监测，及时应对旱涝灾害的威胁，对国家粮食安全的保障至为重要。环县农业农村局与时俱进，把农情信息工作与发展现代农业结合起来，提高农情信息调度工作水平，高度重视田间监测工作，统筹安排成立技术领导小组、相对稳定的人员队伍以及1 名从事田间监测、具有专业水准的农情员，予以地方财政保障，支持土壤墒情监测，健全监测网络，增强了使命感，把工作做到了实处。

2.2 强化技术服务

2.2.1 监测工作开展情况 选择山、川、塬地布设5个国家级长期定位监测点（环城镇李北原村、八珠乡八珠原村、曲子镇宋家原村、洪德镇李家原村和山城乡刘原村）和2 个省级长期定位监测点（环城镇五里屯村、环城镇城东原村），监测的作物是小麦、冬油菜、玉米，地类是覆膜（一膜两年用、秋覆膜）和露地，监测深度是0～20 cm、20～40 cm。春播农忙时节至作物生长发育—成熟每月10 日、20 日、30 号监测3 次，到田间地头采集监测数据和图像，持续至10—11 月底。为准确测报数据，采用土壤墒情监测仪和烘干法测试土壤含水量，上报数据时统一采用相对含水量。

监测结果显示：从2020 年4—10 月0～20 cm土壤墒情监测表（表1）中看出，2020 年度平均土壤含水率14.32%，说明土壤墒情处于黄墒状态，而4—5 月重旱，墒情类别为干土，6—7 月旱情减轻，8—10月偏湿，墒情为合墒、饱墒，主要原因是环县属中纬度范围，临近阴山—贺兰山季风分界线，受地理位置、太阳辐射、大气环流等综合作用，形成大陆性较强的温带半干旱季风气候。气候的基本特征是光照充足，太阳辐射较强；冬冷夏热，春季回暖慢，秋季降温快，春、秋冷空气活动频繁，气温日差较大；春、冬多风较干燥，夏、秋降水较集中，时空分布不均，干湿季节分明；年平均蒸发量（小型蒸发皿水面蒸发量）1 640.1 mm，干旱指数4.37。年平均无霜期165 d，西、北部无霜期短，南北相差30 d 左右。多风，10 月至次年4 月多偏北风，5—9 月多偏南风。土壤墒情监测表也可以看出，雨量集中在9—10 月，在农业生产上秋耕收纳雨水，秋覆膜和越冬后顶凌覆膜蓄水保墒。

表1 2020 年度4—10 月0～20 cm 土壤墒情监测

从2018—2020 年度0～20 cm 土壤墒情监测情况可以看出，各指标均好于往年（图1）；依据土壤含水率＜10%表示为重旱，10%～12%为中旱，13%～14%为轻旱。环县2020 年度属于轻旱年份，相对情况较好。

图1 2018—2020 年度0～20 cm 土壤墒情监测情况

从2021 年3 月3 日土壤墒情监测情况来看（表2），监测相对湿度反映出了一定的规律性：一是秋覆膜＞一膜两年用＞秋闲地，环县春、秋多风，风能加强水分的蒸发速度，风速加大，土壤表面蒸发加大，易使土壤变干，而覆膜可有效减少水分蒸发，保墒、提墒；二是塬地＞川地＞山地，表明地形和方位对土壤表面的蒸发也有影响，山地和突起的地形，其风速和乱流混合都比平地和谷地大，所以蒸发较快；三是20～40 cm＞0～20 cm，土壤水分蒸发随土层深度加深而减弱，反映出深层较浅层土壤墒情好，生产上通过翻耕切断了土壤毛细管，可保持深层土壤的水分损失较少。

表2 2021 年3 月3 日土壤墒情监测

环县属季风性气候，天气多变，风大而多，大风造成尘沙卷扬，浮尘弥漫，农田防护林和风障、覆盖的作用除直接减弱风力对作物的影响外，主要是通过减弱风速以减弱乱流强度，调节保护范围内的水热状况。说明各种措施克服不利天气变化影响、搞好春播农业生产取得了一定的成效，表明墒情监测工作的规范化、标准化和程序化切实发挥了指导春播生产、抗旱减灾的作用。

2.2.2 主要技术措施 通过土壤墒情监测信息的积累和演变规律的探索，可以为新技术的创新及成果的转化提供依据[3]。

通过监测人员挖坑取土、仪器测量，准确无误采集区域土壤墒情数据，对数据资料汇总整理分析等，计算出土壤含水率，同时结合土壤水分监测站资料信息综合分析，及时反映农事进度、苗情长势、灾情影响、生产规模等信息，并通过主要作物的实地测产、预测产量趋势发布《农情简报》，完善土壤墒情监测数据管理系统；按照土壤相对湿度与干旱的划分标准，根据监测点的土壤墒情监测数据和干旱实况以及未来的天气演变情况，撰写有应用价值的土壤墒情监测报告。

环县干旱少雨，春旱或春夏连旱居多，个别年份有春夏秋连旱。农田没有灌溉的条件下，干旱天气不能满足作物对水分的需求，导致作物生长受到抑制或死亡。春旱主要影响冬小麦的返青、拔节、抽穗和开花，并危害玉米、高粱等作物的播种和出苗。因此，应多渠道、多形式地宣传墒情监测的重要性，并加强墒情监测的时效性、针对性和科学性，及时提供墒情信息服务，为推广先进节水农业技术、提高水分利用率、缓解环县水资源不足造成的影响提供科学依据。

环县气象灾害频繁，而旱灾最严重，季节性明显，对应发生在农作物播种和重要生长期，影响严重。北部受灾常伴人畜饮水困难，为应对极端天气对农业生产的影响，使土壤墒情监测更好地服务农业生产，需要定期检修仪器设备，按要求进行维护、保养和校正，确保正常运行。

3 思考与建议

土壤墒情监测系统技术手段和业务应用具有广阔的发展空间，但实际大田环境比较复杂，难题犹存。目前存在巡测路线长、时效性差等问题；监测人员还需加强理论培训和实践操作，以增强监测数据的准确性和旱情情报的全面性；监测作物种类单一，应在多种作物种植及生长发育期进行监测，摸清墒情动态变化规律；更细、更全面地做好监测工作，离不开足够的资金投入，应加大资金投入力度。

为提高监测数据的科学性，建议以行政区划和适宜性分区增加土壤墒情监测站点配置密度，建设一定性能稳定、传感器精度、环境耐受力好和配备自记仪器的自动监测设施，弥补传统固定终端的不足，为数字农业、智能农业提供借鉴；使用托管管理模式，对路况不佳、偏远的监测站点，通过技术培训委托当地村民监测，避免长距离运输而导致蒸发量增大，影响监测成果。