借用土壤水分、温度、盐分三参数速测仪对土壤墒情变化.doc

托普仪器致力于中国农业仪器的发展 借用土壤水分、温度、盐分三参数速测仪对土壤墒情变化的分析摘要 从农业气象情报服务需求出发，根据近3年土壤墒情实时变化资料和定期测墒数据，借助托普仪器的TZS-ECW型土壤水分、温度、盐分三参数速测仪分析研究与土壤墒情变化高相关的气象因子，结果表明，通过现有观测资料，可以定量评估局地土壤墒情变化，为预测眷旱趋势和程度提供可靠的依据。关键词 土壤墒情；蒸发量；降水量：逐步回归前言锦州地处中纬度，属于暖温带大陆性季风型气候，春季风大、雨少、回暖快，气候干燥，蒸发量大，干旱发生几率很高。据统计，19912008年中高度春旱发生12年，而阶段性春旱则基本上每年都发生，给农业、林业等造成严重影响拉1。但是按照农业气象观测规范，只有逢3、逢8才测墒，对于实时性要求较高的天气情报服务来说很不够。为了及时监测预测到旱情发生的时段，找出土壤墒情变化与气象因子之间的相关规律，为决策者提供准确的信息服务，笔者根据近3年的实时探测资料和定期土壤墒情观测数据，分析研究与土壤墒情变化高相关的气象条件。1资料与方法11监测站及监测数据 锦州农田生态气象监测站位于锦州市太和区英屯村(121。12 7E，41。08N)。该站建有16 m高8层梯度塔、涡相关(设备名称)、小气候梯度塔，实时采集空气温度、空气相对湿度、水气分压、风速、风向、向下短波辐射、反射短波辐射、向下长波辐射、向上长波辐射、净辐射、光合有效辐射、土壤热通量、土壤平均温度、土壤体积含水量、土壤温度、降水量、土壤相对湿度等要素数据。为保证资料的代表性和可对比性，气温、相对湿度、浅层地温、风力、降水、实时土壤墒情等数据取自监测站每30 min一次的实时探测资料；蒸发量取自锦州地面观测站每天的观测数据；人工观测从监测站周边的土壤取样，实际测量土壤墒情数据。I2建立统计模型、预报因子、预报量121 统计方法。因所构建的预报量和预报因子为连续变量，故采用逐步回归方法进行因子的筛选。首先计算7个因子的相关矩阵：建立相关矩阵后，对因子的显著性进行检验，大于显著性F检验值的，引入方程，并对矩阵进行变换；再对变换后的因子矩阵进行检验，引入最大因子，同时做是否剔除因子的检验。反复计算，直至没有引入、也没有剔除的因子为止。122 影响土壤墒情实时变化的统计因子。以24：00土壤湿度为预报量，以00：30初始土壤湿度、对应层次的地温、空气相对湿度、当日蒸发量、日平均风速、日降水量合计6项观测值为因子进行统计。123 以人工观测为基础的土壤墒情变化统计因子。由于人工观测是定期进行的(春季逢3、8观测)，20062008年2月28日一5月28日共取样56次(其中2007年3月8日因积雪缺测)，按如下方式构成样本集：以3月5月53次土壤墒情观测为预报量，上一次观测值、两次观测日之间的平均蒸发量、平均温度、平均湿度、平均风速、日平均降水为预报因子。按照取土日期间隔形成53组样本数据。2结果与分析21 土壤墒情实时变化影响因子211 10 cm土壤墒情主要影响因子。通过逐步回归分析Ho，除了初始土壤湿度的重要影响外(回归系数达0954)，降水量作用也较为突出(回归系数0205)，空气相对湿度和当日蒸发量对墒情变化影响较小，回归系数分别为0015和0008。10 cm地温和日平均风速与土壤墒情变化呈负相关，回归系数分别为一0019和一0123。由图1可知，降水量对10 cnl土壤墒情实时变化有重要影响，春季地温升高、风力较大对保墒不利。以上因子对10 cm土壤墒情变化的影响都超过了O05的显著性检验，复相关达0981。212 20cm土壤墒情主要影响因子。由20 em土壤墒情变化的回归方程可知，初始土壤湿度回归系数为0973，降水量作用减小(回归系数0065)，空气相对湿度和当日蒸发量未通过显著性检验。20 cm地温和日平均风速仍与土壤墒情变化呈负相关，回归系数分别为一0012和一O0r77。从分析结果可以看出，降水量与地温、风力对20 em土壤墒情实时变化影响度为一个量级，4个因子组成的方程复相关系数为0993。如果将降水量与次日土壤墒情变化进行回归分析，各因子都通过了显著性检验，初始土壤墒情、20 cm地温、空气相对湿度、蒸发量、风速、降水量的回归系数分别为0955、-0048、0066、0003、-0149、0027，方程的复回归系数为0994(图2)。213 30 cm土壤墒情主要影响因子。30 cm土壤墒情变化与初始土壤墒情、30 cm地温、空气相对湿度、蒸发量、风速的 系数1161，回归系数分别为0983、一0020、0004、0014、一0050，日降水未通过显著性检验。复相关系数为0995，表明风力、地温对30 Clll土壤墒情变化的影响作用突出。重新构建降水因子库，将日降水与此日土壤墒情变化回归分析，则降水作用有所体现，风速相关降为一0048，降水量的回归系数为0033，都通过了显著性检验。22 定期观测土壤墒情变化影响因子分析 分别对5、10、20、30 cm的4个样本集进行统计分析，5 em土壤墒情与前次观测值的回归系数为0518，与2次观测之间的累计降水量的回归系数为5942，平均气温、平均湿度、蒸发、风力4个因子未通过信度005检验，方程的复相关系数为077。10 em土壤墒情变化的显著相关因子与5 cm相同，前次土壤墒情观测值和累计降水量的回归系数分别为0506和3077，方程的复相关系数为074。20 cm土壤墒情变化与前次观测值的回归系数0743，与降水量的回归系数1942，与浅层土壤墒情变化影响因子不同的是，该层变化与平均气温呈现负相关，回归系数为-0175。3个因子组成的方程的复相关系数为0835(图3)。30 0111土壤墒情变化与20 cm变化相关因子相同，其与前次观测值的回归系数0687，与降水量的回归系数1161，与平均气温回归系数为一0181。3个因子组成的方程的复相关系数为0772。3、选用仪器介绍-土壤水分、温度、盐分三参数速测仪土壤水分、温度、盐分三参数速测仪也可称之为土壤墒情速测仪，土壤墒情一般就是包含土壤水分、土壤温度、土壤盐分三个参数。仪器由国家高新技术企业浙江托普仪器独立开发研制而成，其主要型号为：TZS-ECW和TZS-ECW-G。仪器主要由传感器和手持机两部分组成，主要用于农业和林业土壤墒情的测量等，是墒情检测工作不可缺少的工具。手持机手持机是检测数据显示的地方，主要具备一下功能特点。1、小巧美观便于携带，轻触式按键，大屏幕点阵式液晶显示，全中文菜单操作。2、一键式切换，可以手动记录也可脱离电脑随时设置采样间隔，自动记录数据并存储。3、实时显示功能，将仪器与电脑连接，就可以在电脑上实时显示参数曲线。4、交直流两用，即可拿到野外随时测量采集数据，也可长时间放置记录地点。5、数据保存功能强大，最大可储存120000条数据，即可在主机上查看数据，也可导入计算机。意外断电后已保存在主机里的数据不丢失。6、探头具有一致性，不同气象参数的传感器接口可以互换，不影响精度。7、将传感器插入主机后无需设置，自动搜索到多种不同类别的传感器（类似于U盘和电脑相联接）。8、仪器具有64通道同时检测的扩展功能，可以实现多点同步检测。土壤水分、温度、盐分三参数速测仪上位机软件土壤水分、温度、盐分三参数速测仪上位机软件是手持机中处理测量数据的一款数据处理软件，TZS-ECW型主要有以下功能特点。1、显示每种参数过程曲线趋势，最大值、最小值、平均值显示查看，放大，缩小功能，清晰明朗。2、具有设置超限区域着色功能，显示更直观，为客户带来更多便捷。3、可将存储记录的数据以EXCEL格式备份保存，方便以后调用。4、每种参数的报表、曲线图均可选择时段查询查看，并可通过计算机打印。5、曲线坐标均可自行设置和移动，分析历史走向更清晰、时间把握更明朗。6、完全兼容市场上所有的32位Windows系统。土壤水分、温度、盐分三参数速测仪技术参数土壤水分、温度、盐分三参数速测仪（TZS-ECW）主要由四部分组成：手持机、水分传感器、温度传感器、盐分传感器组成，他们各自有着不一样的技术特点。土壤水分、温度、盐分三参数速测仪手持机技术参数：1、记录容量：120000条数据（2参数为1200002） ；2、记录时间间隔：5秒-90小时连续可调；3、传感器通讯：RS485；4、上微机通讯：USB1.1；5、电源：5节5号电池、9V/2A电源适配器。土壤温度技术参数：1、温度点位：；2、测试范围：-20-100；3、精度：0.5；4、标准电缆长度：1.5m(可按客户需要定做，最长可至1000米) ；5、可选件：测量地下深层土壤水分时建议使用土钻。土壤水分技术参数1、水分单位：%（m3/m3） ；2、含水率测试范围：0-100% ；3、响应时间：2秒；4、相对百分误差：3% ；5、土壤水分探头工作温度：-4080标准电缆长度：1.5m(可按客户需要定做，最长可至1000米) ；6、水分存储数据：2000组 ；7、净重：1kg 。土壤盐分技术参数：1、大屏幕中文液晶显示，传感器可直接埋入土壤中；2、测量范围：0.0019.99ms/cm；3、温度范围：-550；工作环境温度：-550；4、测量精度：EC2满刻度；温度0.5；5、分辨率：0.01ms/cm；6、温度补偿：050；7、电源：5号5节电池，电源适配器。4、结论与讨论(1)从回归方程的分析结果看，020 cm土壤墒情的实时变化与当天的风力大小、地温高低有密切的负相关，春季的回暖速度和春风对土壤失墒影响显著；降水量对土壤墒情的补充作用突出，比其他因子影响基本高出一个数量级。30cm以下土壤墒情的实时变化与降水的实时关系不是很明显，因为降水过后有一个渗透过程，所以20 cm、30 em(耕作层)土壤墒情变化都与前一日降水呈现一定的相关关系。(2)从定期人工观测结果分析，如果没有降水补充，受其他因素影响，两次观测之间(一般为5 d)表层土壤墒情将失墒一半左右；而耕作层墒情除了受降水影响较大外，失墒速度与气温升高成正比，所以春季回暖速度对耕作层土壤墒情的影响不可忽视。(3)从分析结果可知，降水、地温、风速、蒸发量与土壤墒情的实时变化有很好的相关性；降水、耕作层地温对定期观测的土壤墒情变化有指示意义；根据中期天气预报可以定量分析土壤墒情变化趋势，为旱情监测预报提供参考；该方法提供了分析土壤墒情变化的主要因子，具有很好的实用意