提高烘干法含水量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的研究

金福一

（遼寧省水文局，110003，沈陽）

人工取土烘干法是墑情信息采集的基本方法，烘干法取得的重量含水量數(shù)據(jù)是直接數(shù)據(jù)，可以對中子儀法、張力計法、介電類法等墑情監(jiān)測取得的間接數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析和校準(zhǔn)。針對人工取土烘干法在監(jiān)測操作步驟的綜合分析研究，結(jié)合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)目前存在的問題和提出解決這些問題的方法，以提高人工取土烘干法數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，為農(nóng)業(yè)抗旱提供更準(zhǔn)確的土壤墑情信息。

一、人工取土烘干法儀器組成

人工取土烘干法主要由所使用的稱重設(shè)備、烘干設(shè)備和輔助取土、裝土工具等組成。取土工具主要包括挖土鍬、取土鉆、洛陽鏟、環(huán)刀、削土刀、鋁盒等，用于開挖監(jiān)測點(diǎn)取土剖面或鉆取不同采集深度的土壤采集樣品，并按規(guī)定裝樣、保存。稱重設(shè)備主要采用分析天平，用于精確稱取鋁盒、鋁盒+濕土、鋁盒+干土的重量。烘干設(shè)備主要是恒溫烘箱及干燥器，用于將土壤樣品烘干至恒重并冷卻。

二、儀器特點(diǎn)和常見問題

人工取土烘干法所采用的工具設(shè)備，屬于直接測量土壤重量含水量的儀器，具有直觀、操作簡單、監(jiān)測準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，適用于人工土壤含水量監(jiān)測，也常用于自動監(jiān)測儀器的公式率定或校準(zhǔn)土壤含水量監(jiān)測，以檢驗(yàn)自動監(jiān)測儀器的監(jiān)測值精度。通過總結(jié)實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在目前土壤含水量監(jiān)測中，人工取土烘干所使用的工具設(shè)備被廣泛采用，但監(jiān)測人員缺乏正規(guī)的操作培訓(xùn)，相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，設(shè)備配備不規(guī)范和人工操作不當(dāng)，均影響土壤含水量監(jiān)測成果；人工取土烘干法造成的誤差主要來自于野外土樣采集、土樣保存、實(shí)驗(yàn)室稱重、烘干等操作過程，由于人工操作時間較長和設(shè)備配置差異等原因，不可避免地產(chǎn)生設(shè)備、人為操作等測量誤差。通常造成測驗(yàn)誤差的主要因素：一是監(jiān)測設(shè)備配置不標(biāo)準(zhǔn)；二是土樣采集操作不規(guī)范；三是稱重烘干操作不規(guī)范。因此，亟須對人工取土烘干法的設(shè)備工具配置、土樣采集、烘干操作等進(jìn)行規(guī)范和完善。

三、提高監(jiān)測精度的措施

1.監(jiān)測設(shè)備配置

規(guī)范監(jiān)測設(shè)備配置是采用人工取土烘干儀器設(shè)備進(jìn)行土壤含水量監(jiān)測的主要條件。采用人工取土烘干儀器設(shè)備進(jìn)行土壤含水量監(jiān)測，為保證監(jiān)測成果精度，儀器設(shè)備配置應(yīng)滿足如下基本要求：

一是分析天平要求稱重感量不低于0.01g，經(jīng)過質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門鑒定合格，并在鑒定有效期內(nèi)使用，以滿足土壤含水量稱重計算精度要求。

二是在正常監(jiān)測情況下，烘干設(shè)備要求采用恒溫烘箱烘干，烘箱溫度應(yīng)控制在105℃±2℃內(nèi)，且穩(wěn)定工作持續(xù)達(dá)8 h以上。僅在監(jiān)測精度要求不高、旱情要求快速得到墑情信息的情況下，可采用酒精燃燒法、電爐、微波爐等烘干設(shè)備對土壤進(jìn)行簡易烘干，否則應(yīng)盡量避免加熱不均勻帶來的測量誤差。

2.土樣采集操作

土樣采集操作是造成人工取土烘干法誤差的人為影響因素之一，應(yīng)采用以下措施規(guī)范土樣采集操作：

要求測量人員經(jīng)過專門培訓(xùn)，了解人工取土烘干法的測量原理，熟練掌握測量步驟和技術(shù)要求；選擇合適的取土?xí)r機(jī)和地點(diǎn)，避開降雨日和地表積水日；利用專用取土工具，采用開挖剖面或鉆孔方式采集土壤樣品；要求開挖或鉆孔前應(yīng)對地表層植被等進(jìn)行處理，防止植被附著的雨水、露水等流入開挖剖面或鉆孔影響監(jiān)測成果；要求每次取土位置距上次取土地點(diǎn)距離不小于0.5m，以避免上次取土形成的松軟土層土壤含水量與大田實(shí)際含水量不符，盡可能消除土壤空間不同的影響；鉆孔取土?xí)r，要求取土鉆轉(zhuǎn)動方向不變，均勻緩慢下壓，不得左右扭動及用力下壓取土鉆，盡量避免擠壓取土鉆內(nèi)外的土壤。使用取土鉆應(yīng)分段取土，每鉆進(jìn)5 cm應(yīng)緩慢拔出，拔出時轉(zhuǎn)動方向與鉆進(jìn)方向一致，清除取土鉆內(nèi)土壤后再次鉆進(jìn)。取土位置的土柱中心對應(yīng)各采集深度，土柱高度應(yīng)小于10 cm，見圖1，在每一采集深度各取樣3份，每份重量以30～50g為宜，確保土壤樣品的代表性。

取土后應(yīng)對造成的地面孔洞進(jìn)行填補(bǔ)平整，降低取土對農(nóng)作物和土壤結(jié)構(gòu)造成的破壞，以保持土壤天然孔隙度不發(fā)生較大變化；要求土樣裝入鋁盒后應(yīng)立即蓋緊，并擦凈鋁盒表面，防止鋁盒表面附著土壤。沒有現(xiàn)場稱重條件時，應(yīng)用塑料膠帶密封鋁盒，裝入塑料袋并扎緊袋口，防止土壤樣品水分蒸發(fā)損失。

圖1 鉆孔人工取土示意圖

通過上述操作措施，可以有效降低人工取土烘干法監(jiān)測過程中人為取樣操作產(chǎn)生的誤差。

3.稱重、烘干與計算

有現(xiàn)場稱重條件時，應(yīng)立即對土壤樣品進(jìn)行現(xiàn)場稱重，以減少土壤樣品水分流失造成的測量誤差；否則應(yīng)及時帶回室內(nèi)稱重。除了應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)分析天平進(jìn)行稱重外，要求空鋁盒應(yīng)定期稱重復(fù)核，避免由于稱重造成的測驗(yàn)誤差；分析天平應(yīng)使用專用砝碼定期校正，確保天平數(shù)據(jù)可靠。要求鋁盒（濕土狀態(tài)）稱重后應(yīng)防止盒內(nèi)土樣灑出和盒蓋內(nèi)壁附著土樣，否則應(yīng)將灑出土樣或附著土樣收集放回鋁盒內(nèi)。另外，稱重前土樣放置的時間也是影響測驗(yàn)精度的一個方面，應(yīng)盡量減少其放置時間。

烘干操作時溫度控制及烘烤時間差異是產(chǎn)生人為操作誤差的主要原因。由于在黏粒或有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中，烘箱中水分散失量隨著烘箱溫度的升高而增大，加熱烘烤時溫度需要控制，溫度過低，則烘烤時間過長；溫度過高，則會烘烤燒焦土壤中的腐殖質(zhì)，影響測量精度。

烘箱溫度應(yīng)設(shè)置在105℃±2℃之間，要求持續(xù)恒溫烘烤6～8 h，否則會影響測驗(yàn)精度。若為黏性土樣可適當(dāng)延長烘干時間；對于有機(jī)質(zhì)含量豐富的土樣可適當(dāng)降低烘箱溫度，延長烘干時間，以避免土壤中有機(jī)質(zhì)氣化而影響土壤含水量測量精度。另外，要求烘干結(jié)束后，取出鋁盒立即蓋好盒蓋放入干燥器冷卻，避免經(jīng)烘干后仍處于高溫狀態(tài)的土樣吸收空氣中的水分，影響烘干效果。沒有干燥器或土壤樣品較多時，也可在不打開烘箱門的情況下，自然冷卻到室溫。

在監(jiān)測點(diǎn)同一采集點(diǎn)深度的3個土壤樣品，經(jīng)稱重烘干后分別根據(jù)公式計算樣品重量含水量，要求3次測量土壤重量含水量的結(jié)果最大值與最小值之差≤1.0%。

四、結(jié)論

本文詳細(xì)說明了人工取土烘干法操作過程中容易出現(xiàn)的問題和解決方法，對稱重設(shè)備和烘干設(shè)備提出明確的要求。設(shè)備配置符合精度要求，操作人員熟練掌握測量步驟等措施，可有效提高人工墑情監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

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