TDR土壤墒情传感器在贵州铜仁地区的应用初探

2020-12-28邓超舒扬姚俊

安徽农学通报 2020年22期

邓超舒扬姚俊

摘要：针对贵州铜仁地区自动墒情监测站（FDR）上报数据不准确的问题，在贵州铜仁市水文水资源局院内安装了1套XHG1800型墒情自动监测系统（TDR），与人工取土烘干方法进行了45d的数据对比试验。结果表明：XHG1800型墒情自动监测系统（TDR）上报的数据合格率达到90.48%，符合土壤墒情监测规范的要求。表明该系统在贵州铜仁地区的适应性良好，具有全面推广的价值。

关键词：自动墒情监测;TDR;绝对误差;适应性

中图分类号 S152.7文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）22-0123-03

Abstract：In response to the problem of inaccurate data reported by the automatic moisture monitoring station（FDR）in Tongren，Guizhou，a set of XHG1800 automatic moisture monitoring system（TDR）was installed in the yard of the Hydrology and Water Resources Bureau of Tongren City，Guizhou，and it was carried out with manual soil drying methods. A data comparison test for one and a half months. The results show that：a set of XHG1800 automatic moisture monitoring system（TDR）reported a data pass rate of 90.48%，which meets the requirements of soil moisture monitoring regulations. This system has good adaptability in the Tongren area of Guizhou and has the value of comprehensive promotion.

Key words：Automatic soil moisture monitoring;TDR;Absolute error;Adaptability

銅仁地处云贵高原向湘西丘陵、四川盆地过渡的斜坡地带，主要表现为季风气候明显，气候的垂直差异显著，雨量充沛，年平均气温为13～17.5℃。由于海拔较低的缘故，铜仁为贵州省的高温中心，夏天最高气温可达42.5℃。铜仁地区由于易发干旱等原因[1]，墒情自动监测显得尤为重要。

现有的土壤墒情自动监测站使用的绝大部分为频域反射法（FDR）仪器[2-3]，在数年的监测中发现，其监测数据不准确，与人工取土烘干法相比较存在数据误差较大的问题[4]，近年来国产TDR技术日趋成熟和稳定[5]。因此，为了满足精准的土壤墒情自动化监测的需要，引入准确度更高的时域反射法（TDR）仪器已迫在眉睫。为了验证TDR在线土壤水分监测系统在铜仁地区的适应性以及准确性，本研究在贵州铜仁试验站安装了国产TDR在线土壤水分监测系统1套，进行了为期45d的野外比测试验。

1 材料与方法

铜仁实验站位于贵州省铜仁市（东经109°18′，北纬27°70′），属中亚热带季风湿润气候区，在建站以前种植大蒜。自动墒情站于2013年建于贵州省铜仁市水文水资源局院内，使用某国内公司生产的AZS-2型插针式墒情传感器（FDR），并于当年6月1日开始上报数据。试验站工作人员在自动墒情站使用过程中发现，仪器上报的体积含水量数据（机测数据）与人工取土烘干法相比，绝对误差在4%以内的数据少之又少，完全不符合土壤墒情监测规范[6]的要求。2020年5月，在铜仁市水文水资源局院内安装了1套国产TDR原理的墒情自动监测系统，并且于2020年7月15日至2020年8月24日对铜仁市水文水资源局院内的新（TDR）旧（FDR）的自动墒情站进行了人工数据对比试验。

1.1 TDR仪器选用选取江苏南水科技生产的XHG1800型墒情自动监测系统1套。该产品为在线式时域反射法（TDR）土壤含水量自动监测系统，对于可耕作田间土壤（体积含水率低45%，干容重（1.2～1.6），无须率定即可达到测量精度要求。安装完成后不需要进行率定。系统安装于旧的自动墒情监测站附近1m范围内，传感器安装的深度分别为10cm、20cm和40cm。

1.2 比测试验 2020年7月15日至2020年8月24日，每7d选取1d于，早10时在自动墒情站周边使用100cm3环刀人工取土烘干测量土壤体积含水量，取土深度为10、20和40cm，每层取3份，取平均值作为此深度的体积含水量。在人工取土的同时，收集记录旧的（FDR）和新的（TDR）自动墒情站上报的10、20和40cm土层体积含水量机测数据。

2 结果与分析

建站后旧的（FDR）自动墒情站未进行系统的率定，且多年来也缺乏相应的维护，仅能做到按时上报墒情数据。2020年7月15日至2020年8月24日期间，共测得有效实验数据7组，其中7月最后7d由于防汛抢险未来得及进行人工取土，于8月3日进行人工补测。从表1可以看出，从2020年7月15日至2020年8月24日这45d的时间内，共7组人工取土烘干法得出的土壤体积含水量数据，10cm土层体积含水量在25.30%～38.93%，20cm土层体积含水量在32.06%～40.85%，40cm土层体积含水量在37.05%～47.78%。旧的（FDR）自动墒情站上报的3层土壤的机测土壤体积含水量数据均小于人工烘干数据，其中10cm土层两者差值在5.18%～18.88%，其中差值在4.00%以内的数据0组，没有合格数据（绝对误差在±4%范围内的数据）;20cm土层两者差值在0.53%～10.79%，其中差值在4.00%以内的数据3组，合格数据占42.86%;40cm土层两者差值在7.81%～18.00%，其中差值在4.00%以内的数据0组，没有合格数据;总体数据合格率为14.29%，均远不符合土壤墒情监测规范[6]要求的合格数据占总数据80%的要求，机测数据总体偏小的原因可能是传感器周围土壤开裂产生裂隙，从而使得传感器无法紧密结合土壤，过多的空气导致仪器所测得的频率偏大，相应测得的土壤体积含水量偏小。

表2中新的（TDR）自动墒情站上报的3层土壤的机测土壤体积含水量数据与人工烘干数据相比，10cm土层两者差值在-1.80%～0.86%，其中差值在±4.00%以内的数据7组，数据合格率（绝对误差在±4%范围内的数据）100%;20cm土层两者差值在-1.14%～4.07%，其中差值在±4.00%以内的数据6组，合格数据占85.71%;40cm土层两者差值在-5.54%～3.83%，其中差值在±4.00%以内的数据6组，合格数据占85.71%;总体数据合格率为90.48%，符合土壤墒情监测规范[6]合格数据占总数据80%的要求。

综合表1和表2均未经率定的旧的（FDR）自动墒情站和新的（TDR）自动墒情站上报的21组数据与人工取土法获得的墒情数据发现，旧的（FDR）自动墒情站的数据总体合格率仅为14.29%，达不到土壤墒情监测规范[7]的要求，属于无法正常使用数据;而新的（TDR）自动墒情站数据的总体合格率达到90.48%，满足土壤墒情监测规范[6]的要求。

3 结论与讨论

历时45d，通过对铜仁市水文水资源局院内的新（TDR）旧（FDR）的自动墒情站进行了人工数据对比试验，结果表明：

（1）未经率定的旧（FDR）的自动墒情站机测土壤体积含水量与人工取土烘干法数据相比总体偏小，且仅14.29%的数据在±4%的范围内，不符合土壤墒情监测规范[6]的要求，无法正常使用。

（2）未经率定的新（TDR）的自动墒情站机测土壤体积含水量与人工取土烘干法数据相比，90.48%的数据在±4%的范围内，符合土壤墒情监测规范[6]的要求，可以满足野外墒情自动监测需要。

（3）XHG1800型墒情自动监测系统（TDR）无需率定，安装在铜仁市水文水资源局院内的上报数据准确，在贵州铜仁地区有大范围替代FDR传感器的潜力。

由于时间和经费的限制，在铜仁地区仅安装了1个站点以及取得7组数据做试验对比。在未来需要更长的时间的监测对比以及更多的站点来安装建设来验证XHG1800型墒情自动监测系统（TDR），研究其在本地区的适应性和实用性。

参考文献

[1]冉菊華，钟有萍，陈军.2013年铜仁市夏季气象干旱特征及影响分析[J].宁夏农林科技，2013，54（9）：121-123.

[2]刘敏，王亮亮，蔡秋鹏.FDR和TDR测定几种典型土壤含水量的对比分析[J].水利信息化，2016（6）：32-36.

[3]李炎，王丹.不同土壤水分测定方法的比较研究[J].安徽农业科学，2010，38（17）：9110-9112.

[4]邓超，王伟，曹子聪，等.利用TDR对自动墒情站监测数据的校正[J].江苏农业科学，2020，48（8）：247-251.

[5]陆明，刘惠斌，王晨光，等.新型TDR土壤水分测定仪SOILTOP-200的开发及应用[J].水利信息化，2017（2）：31-34.