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篇1

摘要：

為了研究開孔河流域棉田不同定額冬灌對土壤水分及鹽分的影響，緩解地區春季農業用水壓力，探究棉田只冬灌的灌水模式是否能夠滿足棉花出苗階段生理需水要求，通過大田試驗，對比分析了各處理（1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2）灌前與灌后不同時期0~100cm土層水分、鹽分的變化情況。結果表明，小定額灌水條件下耕作層水分易蒸發，保水效果不顯著，返鹽現象嚴重，脫鹽作用較弱。經比較分析，冬灌定額為3600m3/hm2時，具有顯著的保墑壓鹽的作用，可為返春后的棉花播種及出苗提供較好的水鹽條件,可起到減少春灌定額或免除春灌的作用。

關鍵詞：

冬灌定額；脫鹽效果；土壤含水率

0引言

新疆地處西北干旱區，水資源嚴重不足，新疆農業用水量占新疆用水總量的90%以上。為解決目前突出的水資源供需矛盾，膜下滴灌等高效節水灌溉技術得到了廣泛應用。但由于滴灌深層滲漏較少，長期滴灌必然引起土壤鹽漬化問題。實踐證明，棉田在冬季大水漫灌后，可以較好保持土壤水分，對土壤鹽分有一定的淋洗作用。但是傳統冬灌灌水定額普遍偏大，水資源利用效率不高，因而，探索適宜的冬灌定額顯得尤為重要[1-4]。非生育期灌溉主要有冬灌和春灌，二者從壓鹽與保墑的作用來看，各有不同。春灌比冬灌保墑效果好，但由于春季氣溫升高，地表蒸發增強，春灌對于土壤鹽分淋洗效果不如冬灌。此外土壤類型也是決定該地區灌水類型的重要因素。為此，從土壤水分、鹽分、灌溉水量等綜合調控的角度，在假設免除春灌條件下，分析不同定額冬灌對土壤水分及鹽分的影響，并提出適合當地棉花種植的冬灌定額，為當地冬灌提供理一定論依據[4-10]。

1材料與方法

1.1試驗區概況

試驗地點設在新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所，地處86°12′E，41°36′N，海拔886m，屬干旱區暖溫帶大陸性荒漠氣候，干旱少雨，蒸發強烈，晝夜溫差大。多年平均降水量58.6mm，多年平均蒸發量2788.2mm（采用直徑20cm蒸發皿測量），日照時間3036.2h，年平均氣溫11.48℃，≥10℃積溫4121.2℃，經測定，試驗區土壤類型為粉土，田間持水率（質量）為25%[11]。

1.2試驗方法

2014年11月25日至次年3月采用小區對比方法進行了棉田冬灌大田試驗，試驗小區東西走向，逐次排列6個，并根據灌水量不同在試驗地劃分出6個3m×3m的小區，設置6個灌水處理，灌水定額分別為：1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2。在每個小區內的寬行、窄行及膜間設置取土點，并在遠端設1組重復，2組取樣點相距1.5m。取土點深度為1m，取土間隔為0.1m，并取0~1cm及0~5cm土層土樣，將0~1cm土層土樣作為表層土樣。采用烘干法測定土樣含水率，使用型號為DDS307的電導率儀測定土樣電導率，將取得的數據進行處理并對比分析灌水前后土壤水分及鹽分變化情況。

2結果與分析

2.1不同冬灌定額對土壤水分的影響

通過對比灌前、灌后15d和灌后105d土壤水分分布（圖1）可得，較小定額（1200~1800m3/hm2）的處理（圖1（a）、（b））灌前0~30cm土層含水率為12.9%~14.0%；灌后15d該土層含水率為17.4%~20.1%，為灌前含水率的1.35~1.44倍；灌后105d該土層含水率為13.8%~14.9%，僅為灌前含水率的1.06~1.07倍。這是因為灌水量較小時，土壤水分受入滲與蒸發雙向運移影響，隨著時間的推移而逐漸減少，從而無法發揮保水的作用。隨著灌水定額逐漸增加（圖1(c)、(d)、(e)、(f)），土壤水分分布與較小定額時逐漸顯現出不同的規律，灌前0~30cm土層含水率為10.5%~13.8%；灌后15d該土層含水率為16.6%~22.2%，為灌前含水率的1.55~1.69倍；灌后105d該土層含水率為13.1%~17.9%，雖然與灌后15d土層含水率相比有一定的減少，但仍可達到灌前土層含水率的1.23~1.41倍。這是由于較大定額（2400~4200m3/hm2）灌水后，即使土壤水分在各向運移中產生一些損失，但仍可保留一定量的水分儲藏在土層中。當冬季來臨，土層凍結，水分凝固長時間保留在土層中，在春季消融時土壤含水率較未冬灌時有明顯提高，起到了冬灌保墑的作用。由圖1可知，灌后15d各處理0~30cm土層含水率趨勢均呈現“V”字形，在距地表5~10cm含水率達到峰值，而后出現驟降。通過距地表5、15、25cm埋設的地溫傳感器得到的數據（圖2）發現，在灌水15d后0~30cm土層的溫度基本保持在-4.4~-0.2℃之間，這說明土壤出現了凍融現象[12-14]。而凍融現象的產生，使大部分水分保留在耕作層，向土壤深層運移速度減慢，這為冬灌保墑提供了較好的依據。根據灌后15d，105d的土壤水分分布情況，結合各處理含水率增幅（表1）得出，灌后15d，各處理0~20cm土層含水率增幅為5.7%~11.2%，0~40cm土層含水率增幅為3.9%~7.7%，0~80cm土層含水率增幅為3.2%~5.5%。雖然不同深度各處理含水率增幅的范圍并不一致，但在每個深度土層，含水率增幅基本都隨著灌水定額梯度增加，其中存在一定波動，這是由灌水方式及凍融對水分在土壤中運移產生的影響而造成的，但并不影響含水率增幅隨灌水定額變化的整體趨勢。灌后105d，由于地溫升高，地表蒸發加劇，導致土層水分減少，所以灌后105d各處理各深度土層含水率較灌后15d有所減少。而棉花苗期要求0~40cm土層含水率應占田間持水率的60%~70%為宜[18]。通過土層含水率增幅可以看出，灌水定額1200m3/hm2和1800m3/hm2在0~40cm土層含水率只能保證在田間持水率的58%~61%之間，其增幅為0.9%~1.0%。這說明在該冬灌定額下，只靠冬灌用于土地的保墑，無法滿足來年播種棉花的土壤水分要求。而灌水定額3600m3/hm2和4200m3/hm2在0~40cm含水率增幅為5.0%~5.5%，且含水率為田間持水率的74%~77%。兩個灌水處理對土壤水分的補給基本滿足棉花生長初期的土壤水分要求，可以在此冬灌定額基礎上，減少春灌水量，甚至免除春灌，以達到減少不必要水資源消耗的目的。

2.2不同冬灌定額對土壤鹽分的影響

由于不同定額灌水，會直接影響不同深度土層土壤含水率，從而進一步影響土壤鹽分的變化。通過不同處理土壤剖面電導率對比分析（圖3）可知，在不同灌水定額條件下，隨著時間推移，土壤含鹽量會呈現出不同的變化特點[15-17]。從表2可看出，灌后105d，所有灌水處理在淺層土壤都出現了不同程度的返鹽現象，其中灌水定額1200、1800m3/hm2處理返鹽現象較嚴重，均高于灌前土壤含鹽量，這很難為棉花的播種與出苗提供良好的生長條件。但是隨著灌水定額的增加，返鹽現象逐步減弱，不同土層的脫鹽率穩定在20%~30%之間（圖3），這是因為較大定額（2400~4200m3/hm2）灌水條件下，土壤含水率較高，土壤中含鹽量相對穩定。張豫等[19]提出棉花生育期耐鹽指標：棉花耐鹽臨界值為0.302%；耐鹽極限值為1.119%；土壤含鹽量為0.450%~0.581%時，棉花相對產量可以保證在85%~50%。通過換算，當冬灌定額控制在3600~4200m3/hm2之間時，土壤鹽分得到充分淋洗，從而得到適合棉花播種及出苗的土壤環境，為棉花生長提供較好生長條件。根據冬灌試驗對土壤水分及鹽分的影響進行分析，發現灌后15d土壤淺層出現了凍融現象，較小灌水定額（1200、1800m3/hm2）的脫鹽效果不明顯，但隨著灌水定額的增加，對鹽分的淋洗作用愈加明顯。由于地溫升高，地表蒸發加劇，灌后105d土壤含水率較灌后15d有所降低，但是灌水定額3600、4200m3/hm2處理0~40cm土層含水率可以達到田間持水率的74%~77%。對于土壤鹽分，各處理都出現一定程度返鹽現象，但隨著灌水定額增大，返鹽情況有所減弱，灌水定額3600、4200m3/hm2處理脫鹽效果較好。綜合不同灌水定額灌后棉田土壤水分在垂直方向的分布，以及對鹽分的淋洗效果，并結合水資源利用效率分析，認為3600m3/hm2灌水定額更為適宜，基本滿足棉花生長初期的土壤水分要求，為免除春灌提供可能性。

3結論

1）在灌后不同時期，雖然凍融現象及地表蒸發加劇等因素對土壤水分運移有一定的影響，但沒有改變灌水定額對土壤水分影響起主導作用的趨勢。對于土壤鹽分，隨著灌后地表蒸發加劇，灌水定額3600、4200m3/hm2處理不同土層的脫鹽率仍可穩定在20%~30%之間，脫鹽效果明顯。結合水資源利用效率分析，認為3600m3/hm2的冬灌定額基本滿足棉花生長初期的土壤水分要求，可達到減少春灌水量或免除春灌的目的。

2）隨著灌水定額的增加，土壤含水率并不是依次增加，而是有一定波動性，這是由灌水方式造成的，大水漫灌可能會造成水分不均勻入滲，這對數據的匯總及分析有一定影響。在以后的研究工作中，擬采用漫灌與滴灌2種灌水方式，冬灌與春灌多種組合的灌水方案。

3）只冬灌，少免春灌的灌溉模式并非適用所有地區，應根據當地實際水資源量和土壤類型對非生育期灌水做出相應的調整。在水資源充足且鹽堿度較重的棉區，可采取冬灌又春灌的灌水模式壓鹽效果較好；對于水資源豐富且可調控的地區，應優先選擇冬灌免春灌的灌水模式進行洗鹽，因為春季地溫升高，蒸發加劇，這時灌水不利于保墑壓鹽；在冬季水資源緊缺且春季水資源充沛的情況下，考慮采用春灌。也應根據當地土壤類型做出相應調整。對于黏性較大的土壤，由于顆粒較小，保水性較好，應該優先采用冬灌免春灌的模式進行灌溉；對于沙性較強的土壤，由于顆粒較大，保水性較差，主要采用春灌免冬灌的模式進行灌溉。以達到最大限度地節約水資源，保證出苗率的目的。

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篇2

關鍵詞：谷子；免間苗；出苗率；土壤含水量；土壤水勢

中圖分類號 S515 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）24-0035-04

Study on Soil Moisture Threshold of Realization of Millet Free Thinning

Huang Xuefang et al.

（Dryland Agriculture Research Center，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030006，China）

Abstract：Purpose：In order to study relationships of soil moisture content and soil water potential and emergence rate of millet，and provide scientific basis for millet free thinning technology on production. Method：It studied the regulations of millet emergence and soil moisture threshold of millet which had the full emergence of two different kind of millet varieties which were Jingu29 and Zhangzagu5 under different soil moisture content，meanwhile，it used the soil water characteristic curve to analyse the effect of soil water potential on millet emergence. Results：The results showed，when the surface moisture content of cinnamon soil of loamy soil reached 11.8%，and the field capacity reached above 55%，and soil water potential was more than -2.15bar，the millet emergence rate could reach more than 80%，and these index could be used as the optimal sowing indicators for the technology of millet free thinning.Conclusions：So it would support scientific basis for carrying out millet free thinning technology.

Key words：Millet；Free thinning；Emergence rate；Soil moisture content；Soil water potential

谷子屬禾本科（Gramineae）狗尾草屬，起源于中國，具有抗旱耐瘠薄、適應性廣的特點，是北方旱地主要的適生優勢作物，被譽為抗災救荒作物[1]。土壤水分對谷子出苗影響很大，“苗全、苗齊、苗壯”是實現谷子免間苗技術的基本要求。生產中“保苗”與“間苗”是一對互相矛盾的事情，為保證谷子全苗，農民常采用大播量方式（15～30kg/hm2）[2]，但間苗又成為了一大問題，因為出苗數是留苗數的幾倍甚至十幾倍。為降低谷子“間苗”勞動強度，一些研究人員提出了少量、精量播種技術[2-6]，總體上是通過減少播種量的方式實現谷子少間苗或免間苗。但若播種量減少，會提高缺苗斷壟的風險，苗數不足將影響到谷子免間苗技術的應用效果。作物種子從萌發到出苗的生育進程中，受土壤水分、溫度、通氣等多種因素的影響，而土壤水分是作物出苗的關鍵因子。Owen研究認為，種子萌發時，環境水勢有一閾值，低于該數值便不能萌發[7]。李友[8]開展了谷子出苗試驗研究，認為谷子出苗對土壤水分有明顯的閾值反應。Hndas等研究表明，作物種子萌發都存在水勢閾值，且在種子萌發和成苗的不同階段對水分需求也存在差異。山侖等研究也明確指出，種子在萌發和幼芽生長階段對水分的敏感性有極明顯差異[9]。趙術偉[10]在不同品種谷子出苗率的試驗中，得出當土壤含水量為16.0%時，參試品種的出苗率在85%以上。本項研究以褐土性壤質土為供試土壤，揭示土壤水分與谷子出苗的關系機制，探索谷子基本全苗所需的最低土壤水分指標，以期為實施谷子免間苗技術安全成苗提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料 供試谷子品種為張雜谷5號和晉谷29號；供試土壤褐土性壤質土，試驗時土壤過孔徑1cm的土篩；長38cm×寬22cm×高20cm的塑料箱10個。

1.2 試驗設計 試驗設計5個土壤水分（重量含水量%）：8%、10%、12%、14%、16%，重復6次，試驗在室內進行，室內溫度控制在25℃。按照試驗設計，首先將過篩后的土混勻，用鋁盒隨機取6個土樣測定土壤水分，準確稱取足夠裝塑料箱量的土，在設定水分基礎上增加0.5%，根據土重計算需要加水量并準確稱量，然后用噴壺將水均勻的噴灑在稱量的土中，噴灑過程中，用鐵鍬不停翻動，使土和水混勻，隨后置于塑料布上放好，上面用塑料布蓋好，放置1d，再次用鐵鍬將土翻動混勻，再次測定土壤水分，實際土壤水分為8.2%、9.6%、11.8%、13.5%、15.2%，與設定的土壤水分有一定的誤差。根據塑料箱的體積大小，按照容重1.15計算每個塑料箱所需的土量，準確稱量裝入塑料箱。每個塑料箱播6行谷子，其中3行為晉谷29號，3行為張雜谷5號。每行播種50粒，播種深度4cm。土壤水分特征曲線測定采用壓力膜法，測試儀器為美國SEC公司的1500F1型壓力膜儀，水勢測定范圍0～15bar。

1.3 測定指標 從谷子播種后，每天記錄各處理出苗情況，以谷子第一葉露出土面1cm為出苗標準[11]。出苗率（%）=[出苗數/（播種數×種子發芽率）]×100。

1.4 數據分析和統計 用Excel軟件完成數據的整理、繪圖和計算。

2 結果與分析

2.1 不同土壤水分下谷子的出苗率 從土壤水分和谷子出苗率關系看（圖1），土壤水分對谷子出苗率的影響顯著。在褐土性壤質土上，當土壤水分低于8.0%時，2種谷子基本不出苗，高于11.8%時可達到最高出苗率80%以上；土壤水分8.0%～11.8%，谷子出苗率隨土壤水分增加幾乎成直線式上升，說明此區間是是谷子出苗的水分敏感區域。此區域土壤水分變化范圍并不大，但在此水分區間內土壤水分稍有改善，谷子出苗率就有質的變化。可見，在水分敏感區域，只要采取改善種子周圍土壤水分狀況的技術措施，將會顯著提高谷子的出苗率，從而達到保苗所需的苗數。

2.2 不同土壤水分下谷子的出苗速率 土壤水分是限制谷子出苗速率的重要因素（圖2、圖3）。2種谷子播種4d后都開始出苗，土壤水分≥15.2%時，出苗最快，第6天時，2種谷子的出苗率已經達到了80%以上，之后在第9天出苗率達到最高。在土壤水分11.8%時，2種谷子都在第5天開始出苗，出苗率達到最高時的時間為第10天，且出苗率都達到了80%。當土壤水分為9.6%時，2種谷子出苗時間嚴重滯后，在第10天才開始出苗，而且出苗率也大大降低，張雜谷5號、晉谷29號的最終出苗率分別只有15%、36%。從2種谷子的出苗速率曲線可以看出，不同水分條件下，出苗速率曲線呈現倒L形躍升式、S形躍升式和漸升式增長3種形式。土壤水分≥13.5%時，水分充足，完全滿足作物出苗需求時，谷子出苗率均呈現集中快速倒L形躍升曲線增長；土壤水分為11.8%時，水分并不十分充足，谷子出苗率表現出前期緩慢、中期快速的S形躍升式曲線增長；土壤水分為9.6%時，出苗率隨時間呈漸升式曲線形增長而不出現躍遷增長，說明此水分條件，已經對谷子發芽出苗形成嚴重水分脅迫，加之隨出苗時間的延長，土壤水分不斷蒸發，谷子出苗變得更加困難。從谷子出苗速率與土壤水分的關系可以看出，谷子快速出苗可以實現較高的出苗率，也容易在田間形成齊苗、壯苗，為穩產奠定堅實的基礎。谷子適宜種植密度的范圍一般情況下不會太大，較高的出苗率才能滿足谷子免間苗技術的要求，為確保基本全苗，可以將出苗率達到80%的土壤水分確定為適宜水分播種指標。從谷子出苗速率曲線看，谷子最終相對出苗率達到80%以上的土壤水分需達到11.8%，才能滿足谷子免間苗技術的實施要求。

2.3 土壤水勢對谷子出苗的影響 用土壤含水量進行環境和作物生長關系的研究，結果一般無法推廣，這是因為相同的含水量下土質不同，作物表現有很大不同。相反水勢一般與土壤性質無關，為此進行了水勢與出苗關系的分析。試驗土壤為褐土性壤質土，其土壤水分特征曲線如圖4，經擬合，兩者關系基本呈冪函數關系。擬合關系公式如下：[y=-0.0022x-3.2206]，式中[y]為水勢，單位巴；[x]為土壤水分（%）。

從土壤水分特征曲線測定結果看，隨土壤水分的下降，土壤水勢先緩慢下降，后加速下降，其變化區間在21.1%～12%，土壤水勢下降速度較緩慢，水分變化值9.1%，而土壤水勢從-0.33巴下降到-2.03巴，水勢變化值

-1.7巴，變動比率為-0.187巴/水分；當土壤水分在12%～10%，土壤水勢下降速度開始加速，土壤水分變化值2.0%，土壤水勢變化值-1.63巴，變化比率為-0.815巴/水分；當土壤水分低于10%，下降到7.3%，土壤水勢迅速下降，土壤水分變化值僅為2.7%，而土壤水勢從-3.66巴急劇下降為-15巴，變化值為-11.34巴，變動比率為-4.2巴/水分。種子發芽出苗其環境水勢都有一定的閾值，因此當土壤水勢低于一定值時，谷子的發芽出苗受到嚴重脅迫而導致出苗率大幅下降。對照不同土壤水分對谷子出苗率的影響（圖1）和土壤水分特征曲線（圖4），可以看出，土壤水分11.8%～8%是谷子出苗的敏感區域，谷子出苗率隨土壤水分下降幾乎呈直線式下降，而相對應的土壤水勢也呈現出快速下降趨勢，說明谷子出苗率下降正是由于土壤水勢的急劇下降導致的結果。試驗結果表明，褐土性壤質土水分在11.8%時，谷子的出苗率可以達到80%以上，而對應的土壤水勢大約為-2.15巴，說明土壤水勢低于此值，谷子的出苗率將迅速下降。

3 討論

通過本研究中土壤水分和出苗率之間的關系分析可知，出苗率80%時的土壤水分作為谷子免間苗技術應用的適宜播種指標較為合適。這是因為當土壤水分高于此值時，谷子出苗率較穩定；土壤水分低于此值，正是谷子出苗的水分敏感區域，雖水分變化不大，但出苗率有質的差別，穩定性差，谷子播種后出苗數變化太大，不利于免間苗技術的應用。李友提出谷子的出苗率達到60%即可滿足播種要求[8]，這是基于谷子間苗要求提出的。大量的研究表明，谷子穩產或高產的適宜種植密度區間也不大，適宜最低種植密度是最高種植密度的80%左右。如梁素榮等[12]研究認為常規種谷子高產適宜種植密度為37.5萬～45.0萬株/hm2；劉恩魁等[13]研究指出春播冀谷19的適宜種植密度為52.5萬～67.5萬株/hm2，冀谷31的適宜種植密度為60.0萬～67.5萬株/hm2；郭瑞鋒等[14]研究認為大同29號適宜種植密度為33.0萬～42.0萬株/hm2。當谷子出苗率低于80%時，使用谷子免間苗技術將會出現苗數沒有達到適宜種植密度要求，最終影響谷子產量。

以往研究作物出苗和水分的關系，多以土壤重量含水量作為出苗的水分臨界閾值[8，15-16]，所得出的結論只適合所試驗的土壤類型，結論之間不能互相比較和參考。土壤水勢一般與土壤性質無關，水勢值所表達的含義在不同土壤上基本相同，如-10巴的土壤都很干旱，-0.6巴的土壤都很濕潤，因此用土壤水勢研究得出的適宜播種的水分指標，可以應用在其它土壤上。另外用田間持水量來建立適宜播種的水分指標也有重要參考意義。一般認為，-0.33巴的土壤水分即為田間最大持水量，根據所試驗的土壤水分特征曲線，可以換算出其田間最大持水量的土壤水分為21.1%。本試驗認為11.8%是谷子免間苗實施的水分閾值，此時田間持水量約為55%（表1）。這與以往認為發芽出苗適宜的土壤田間持水量為50%有所不同，這可能和以往谷子播種采用大播量有關。谷子大播量下，即使土壤水分較低，其谷子出苗數可能也超出了留苗數。但要實現谷子免間苗，在播量少的情況下，如土壤水分較低，特別在影響出苗率較大的水分范圍內，谷子出苗率波動很大，很容易造成谷子留苗數不足，缺苗斷壟嚴重，勢必影響谷子產量，這可能是以往研究中忽略的地方。

4 結論

通過研究土壤水分和谷子出苗關系以及水分和水勢之間的關系，認為實施谷子免間苗技術，應以谷子出苗率達到80%以上的土壤水分作為適宜播種指標。褐土性壤質土上達到谷子基本全苗的的表層土壤水分需達到11.8%，此時田間持水量為55%，土壤水勢為-2.15巴。

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篇3

田間試驗是在中國農業大學石羊河流域農業與生態節水試驗站皇臺基地內進行，試驗地處甘肅省武威市涼州區，屬典型的內陸荒漠氣候區，該地區光熱資源非常豐富，全年日照時數達3000h以上，平均氣溫8．8℃，年積溫（＞0℃）3550℃，無霜期大于150d，地下水埋深25～30m。但是水資源相對匱乏，年降水164mm，年平均水面蒸發量2000mm。試驗地的土壤質地為灰鈣質輕砂壤土，土壤平均干密度為1．45g／cm3，孔隙率為52％。試驗材料為釀酒葡萄梅鹿輒，于1999年定植，葡萄行為東西走向，行距為270cm，株距為100cm，沿葡萄行向在行內每隔10m立支柱，灌溉方式采用溝灌。試驗范圍長約480m，寬約150m。試驗區根據葡萄行走向按照30m×30m布置網格，在每個網格中心布置采樣點，根據葡萄園的走向網格布置為15排，每排4個采樣點共計60個采樣點，并在采樣點附近布置2個重復，用GPS手持機對采樣點進行空間定位。2009年4月12日為葡萄初次灌水時間，葡萄在5月上旬正處于新梢生長階段，對水分比較敏感，于5月10日用Diviner2000測定各采樣點處100cm深度范圍內的土壤水分，并用烘干法進行校正。并根據葡萄根系分布將1m內土壤層分為：表層（10～20cm）、葡萄根區（20～80cm）、深層（80～100cm）。

2結果與討論

2．1土壤水分的傳統統計分析

利用SPSS軟件，對1m深度內3個不同層次的土壤水分進行傳統的統計學分析，分析結果見表1。由表1可見，土壤水分平均值具有明顯的差異性，表層土壤水分值最低為12．98％；深層土壤水分值最高為20．23％。從平均值可以看出隨著土壤深度的增加，土壤水分呈現出增大的趨勢。這是因為在土壤特性一定的前提下，土壤水分主要受蒸發和作物生長影響［3］。表層水分值較小是由于表層土壤蒸發強烈，導致表層土壤水分值最小，葡萄根區范圍內由于受到葡萄根系吸水的影響導致其水分值較小，而深層的土壤水分受作物生長和外界環境的影響比較小，所以水分值最大。在研究深度內土壤水分的變異系數在0．2238～0．3252之間，根據變異系數（Cv）的分級：Cv＜0．1為弱變異性；0．1≤Cv≤1．0為中等變異性；Cv＞1．0為強變異性。可知該葡萄園內的土壤水分屬于中等變異強度，并且表層和深層的變異系數較小，根區的變異系數最大。由于表層主要受土壤蒸發影響，葡萄園內各點處蒸發基本一致，深層受外界的影響較小，所以表層和深層的變異系數較小。而根區深度由于各點處作物長勢不同和溝灌的不均勻性導致根區變異系數最大。因此在溝灌中要控制好各個溝的灌水量，保證各溝灌水充分。采用單樣本Kolmogorov－Smirnov（K－S）方法對不同深度的土壤水分進行檢驗，檢驗結果見表1，各層次土壤水分的檢驗結果值均大于顯著水平0．05，符合正態分布假設，能直接對所采集的數據進行空間統計分析。

2．2土壤水分的地統計分析

2．2．1變異函數在變量滿足二階平穩假設的條件下，變異函數的理論公式為［4－5］：γ（h）＝12E［Z（x＋h）－Z（x）］2（1）式中：Z（x）和Z（x＋h）分別為變量在x和x＋h處的取值，h是變量的間距。實際應用中，由于只能知道區域化變量在有限采樣點處的取值，因此無法采用上述變異函數的理論公式進行計算，而是首先計算變異函數的樣本估計量，也稱樣本變異函數，計算式為：γ＊（h）＝12NhNhi＝1［Z（xi＋h）－Z（xi）］2（2）式中：Nh是在（xi＋h，xi）之間用來計算樣本的變異函數值的樣本的對數。根據實測土壤含水率數據利用式（2）得到樣本變異函數以后就可以對土壤含水率進行空間變異結構分析，然后建立一個最優的變異函數理論模型。利用GS＋軟件的SemivarianceAnalysis模塊提供的球狀、指數、線性及高斯模型對數據進行擬合對比，根據決定系數（R2）和殘差（RSS）來選擇最佳擬合［6］。根據上述方法獲得各層次土壤水分的模型后，得到其變異函數理論模型的參數，結果見表2。由表2可知，各層次土壤水分的空間結構可用指數模型和球狀模型描述。土壤水分的變異既具有結構性，又具有隨機性，是由土壤類型、地形、母質以及種植制度、耕作措施等各種因素在不同方向不同尺度共同作用的結果。所有土壤水分的塊金效應均為正值，說明存在著由采樣誤差、短距離的變異、隨機和固有變異引起的各種正基底效應。按區域化變量空間相關性程度的分級標準，當（C0／（C＋C0））＜0．25時，表明變量有強的空間相關性；當0．25＜（C0／（C＋C0））＜0．75時，表明變量有中等的空間相關性；（C0／（C＋C0））＞0．75時，表明變量有弱的空間相關性。從表2可看出，各層次的塊金值均較小，并且塊金值與基臺值的比值也較低，范圍為0．05～0．28，這些表明較小尺度上的某種過程可以忽視，隨機部分引起的空間異質性程度不占主要作用。即說明了土壤的空間結構、氣候等內在因子引起的空間異質性程度占主要作用。并且隨著深度的增加內在因子對土壤水分空間分布的影響越大。從表2知各層次土壤水分的理論變異函數的有效變程分別為117．04、167．92、174．81m，即各層次土壤水分分別在0～117．04、0～167．92、0～174．81m范圍內土壤水分存在空間自相關性，超出該范圍后空間自相關性消失，點與點之間的土壤含水率相互獨立。

2．2．2土壤水分的空間自相關性分析采用空間自相關Moran’sI系數（式（3））進行相關性分析［7］：I＝nni＝1nj＝1wij（Xi－珡X）（Xj－珡X）ni＝1nj＝1wi（）jni＝1（Xi－珡X）2（3）式中：Xi和Xj分別為變量X在相鄰配對空間i和j上的取值；wij為空間權重矩陣元素，表示空間變量在i、j二點間的連接關系；n為空間單元總數；I值為－1～1（I＝0表示空間不相關，I＞0為正相關，I＜0為負相關）。分析結果見圖1。圖1土壤水分空間相關分析從圖1可以看出各層土壤水分存在著一定的空間相關性，并且具有相似的變化趨勢，即在滯后距較小時都呈正相關，隨著滯后距的增大逐漸變化為負相關。空間相關大致反映了斑塊的平均半徑，正相關反映了相同性質斑塊間的平均距離，負相關反映了性質相反的斑塊間的平均距離［7］。土壤水分的這種變化趨勢說明土壤水分的空間格局呈現出比較簡單的斑塊。以根區土壤水分的Moran’sI系數為例進行分析，根區土壤水分在0～70m范圍內為正相關，超過70m表現為負相關，這說明在70m范圍內為性質相同的斑塊，超過70m為性質不同的斑塊。這是因為在樣區南段約0～70m的范圍內存在著砂壤土，土壤持水能力較弱，在超過70m的樣區北段土壤質地均勻，土壤含水率相對較高，使得南北二段土壤水分表現出性質不同的斑塊類型。

2．2．3土壤水分的空間插值為了直觀準確的描述土壤水分的空間分布特征，研究中利用ArcGIS9．2軟件，采用克立格插值法繪制了研究區5月10日1m范圍內各層次的土壤水分空間分布圖（圖略），研究區的土壤水分隨著深度層次的增加呈現出逐漸增加的趨勢，表層的土壤水分值最小，深層的土壤水分值最大。試驗區內各層次的土壤水分值呈現出西南部和東北部較高，中部和東南部較低的趨勢。根區的土壤水分對葡萄的生長影響最大，因此在進行灌溉時應參考根區的土壤水分制定灌溉制度。從根區的土壤水分分布看出，此時根區土壤含水率比較低，如果再不進行灌溉可能會對葡萄的生長產生影響。根區土壤水分空間分布大致可劃分為3個區，北部、中部和南部。在即將進行下次灌水時可以根據各區的土壤水分確定灌水量實現節約用水，達到精準灌溉的目的。

2．3合理取樣數的確定

土壤水分空間分布的研究離不開充足的取樣數據，但是考慮到時間、費用等因素進行大規模的采樣不現實，采用t分布法在置信水平分別為90％和95％，且精度為均值的10％和5％的情況下，得到了土壤水分在各層的取樣數目（表3）。結果表明在一定的允許誤差下，各層土壤水分所需的采樣點數不同，其中根區所需的采樣點最多。合理取表3土壤體積含水率所需的取樣數目個土層90％置信度5％10％95％置信度5％10％表層61158722根區1193017043深層56148120樣數目與置信水平及精度有關，不同置信水平及精度要求下取樣數目不同。經典統計學的采樣方法雖然能確定采樣點的數目，但是并不能決定取樣點的空間位置。由于土壤水分具有一定的空間結構性，因此，可將經典統計方法與地統計方法結合起來從而為取樣點的合理設計提供指導。

篇4

CA12864E液晶顯示模塊具有串行與并行兩種數據傳輸方式。其中，串行方式雖節約了I/O口線，但訪問時間過長；并行方式雖占據多個I/O口線，但處理速度較快。因此，本設計方案采用并行數據傳輸方式，RESET端直接接高電平，其接口電路如圖2所示。

串行通訊接口串行通訊接口采用最廣泛、最典型的RS-232串行數據標準。本設計采用RS232標準，利用MAX232芯片的雙向轉換完成TTL-EIA和EIA-TTL的電平轉換。其硬件電路連接。鍵盤電路按鍵處理主要完成對當前一個DHT80經處理后的測試數據的顯示。

電源模塊電路本設計中電源模塊采用12V鉛蓄電源通過LM7805三端穩壓器穩壓至5V進行供電。此外，根據DHT80溫濕度傳感器的技術要求，推薦使用3V電源供電（在使用3V電源供電時，DHT80溫度矯正系數等參數會相應改變）。因此，本研究設計了2個電路模塊，分別輸出5V和3V電壓，如圖5、6所示。其中，LM1117是一個可以提供電流限制與熱保護的低壓差電壓調節器，能夠實現1.25~13.8V的輸出電壓范圍。

軟件系統設計

1主程序

主程序的主要功能是負責對選定DHT80溫濕度的實時顯示，主程序流程如圖7所示。

2傳感器軟件設計

DHT80與單片機通信只有兩根線時鐘線（SCK）和數據線（DATA），其通信協議是類似于I2C總線。首先，選擇供電電壓后將傳感器通電，上電速率不能低于1V/ms。通電后傳感器需要11ms進入休眠狀態，在此之前不允許對傳感器發送任何命令。用一組“啟動傳輸”時序來表示數據傳輸的初始化。一組測量命令后，控制器要等待測量結束。這個過程需要大約20/80/320ms，分別對應8/12/14bit測量。DHT8x通過下拉DATA至低電平并進入空閑模式，表示測量結束。控制器在再次觸發SCK時鐘前，必須等待這個“數據備妥”信號來讀出數據。檢測數據可以先被存儲，這樣控制器可以繼續執行其他任務在需要時再讀出數據。DHT80的某些高級功能可以通過給狀態寄存器發送指令來實現，如選擇測量分辨率、電量不足提醒或啟動加熱功能等。測量分辨率：默認的測量分辨率分別為14bit（溫度）、12bit（濕度），也可分別降至12bit和8bit。通常在高速或超低功耗的應用中采用該功能。電量不足：該功能可監測到Vdd電壓低于2.47V的狀態，精度為±0.05V。在讀狀態寄存器或寫狀態寄存器之后，8位狀態寄存器的內容將被讀出或寫入。

3上位機通訊軟件設計

軟件在此處完成向上位機輸出溫濕度數據。以個人計算機（PC）作為上位機，與單片機之間以幀為通訊單位。本設計MCU不主動向計算機發送信息。PC根據需要發送命令幀，MCU完成相應功能后將發送應答幀。命令幀（PC至MCU）和應答幀（MCU至PC）的格式是相同的，二者幀內容有所不同。由上位機向下位機發送字節數和命令，下位機根據命令將采樣數據傳給上位機，下位機在傳輸完數據后繼續進行數據采集，等待下一次中斷控制信號到來。

仿真試驗

本研究的目的是得到足夠的數據以建立一種數學線性化模型。記錄表格及其部分數據如表1所示。由表1可知，空氣溫度和土壤濕度之間存在一定關系，土壤空氣的濕度值與外界空氣的濕度值有顯著變化；是否能用空氣濕度變化很好地線性模擬空氣濕度和土壤濕度數據以及線性度真值等數據不能完全確定。圖9A、B分別表示第2個與第3個DHT80所測的數據曲線，其中，橫坐標為在土壤中掩埋0.5h后測得的空氣濕度，縱坐標為實際土壤濕度。由圖9可知，在一定范圍內，空氣濕度與土壤濕度之間存在線性關系。

結語

篇5

關鍵詞：粘重土壤；土壤含水量；土壤含鹽量；土壤改良劑；灌溉；咸水；土壤含鹽量

中圖分類號：S153 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006—6500.2012.05.013

Water and Salt Dynamics of Coastal Sticky Soil Irrigated Saltwater under Different Improved Techniques

HE Hong—da， ZHANG Yu—liang， WANG Zheng—xiang， WANG Yan， LIAN Xiao—juan

（Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment， Tianjin 300192， China）

Abstract： Field experiments of soil water and salt dynamics after saltwater irrigation were carried out on coastal area heavy soil in Tianjin.Test results showed that irrigation saltwater increased surface layer （0～20 cm） soil moisture immediately， the middle layer （20～40 cm） soil moisture content and the subsoil （40～60 cm ） moisture content increased with time gradually after irrigation. Salt content of surface soil was higher just after saltwater irrigation than other times， and then gradually decreased， down to a minimum value after 6 months ，salt content of surface soil increased slightly after this low.Middle soil salinity changed little ， subsoil salinity increased in the late. The soil pH of all layers increased after irrigation saltwater. pH of the soil adopted salt control technology had the same trend with the soil not adopted salt control technology.

Key words： sticky soil； soil moisture ；soil salt content；soil reclamation；irrigation；saltwater；soil salinity

天津濱海地區淡水資源缺乏，土壤粘重，地下水位高，嚴重影響到該地區的農業。采用水利技術、工程技術控制和降低地下水位在臨界深度以下，改良土壤粘重的物理性狀，持續干旱情況下解決灌溉水源是保障農業持續發展的關鍵。天津地下微咸水（2～5 g·L—1）、咸水（大于5 g·L—1）資源豐富，濱海新區的淺層水礦化度在5～20 g·L—1的可開采量非常可觀，如果將地下微咸水或咸水充分利用起來，可大量節約淡水。傳統認為直接利用微咸水或咸水進行灌溉，會造成鹽分在土壤表層和土體各層積聚，而使土壤進一步鹽堿化，造成土壤物理性狀惡化，土壤團粒結構差，結構粘滯、板結，滲透系數低、滲水困難，通氣性差，土壤pH值高。目前研究表明，采用調鹽和肥控措施能夠保障咸水，特別是微咸水持續、安全地利用。為了解灌溉咸水、微咸水對土壤鹽的影響，明確灌溉咸水的安全性，本試驗主要研究濱海地區粘重土壤灌溉微咸水后土壤全鹽、土壤pH值和土壤水的變化動態。

1 材料和方法

試驗設置在天津市靜海縣，試驗期間降水量520.3 mm，灌溉水的礦化度為4.725 g·L—1，pH值為8.22，鹽離子組成等其他基本情況參見表1。

篇6

關鍵詞：保護性耕作；秸稈覆蓋；土壤墑情

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2013）-04-0064-1

土壤侵蝕是導致干旱、半干旱地區土壤退化的主要原因之一，嚴重的土壤風蝕會直接引起土壤結構變壞、質地變粗、土壤肥力下降，農業可持續生產能力降低。[1]因此，如何提高天然降雨的水分利用效率，防止水分蒸散發，提高作物產量、減小水土流失量，便成了農業可持續發展的關鍵。

針對東北遼河平原雨養旱作區域特點，通過3年的試驗研究證明，保護性耕作如秸稈殘茬覆蓋能夠有效的保持土壤水分，抑制水分蒸散發及風蝕量，其作用效果是顯著的。采用不同的覆蓋模式，對土壤墑情及風蝕的影響是巨大的。本文為該地區水土資源的可持續開發利用與農業的可持續發展提供了一定的理論依據。

1 試驗設置

東北遼河平原區實施保護性耕作，主要以春冬季節農田休閑期為保護，以玉米秸稈殘茬覆蓋為基本形式，以壓實、覆蓋（秸稈及殘茬）、少耕、免耕保護為核心技術。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋模式對土壤水分的影響

從播種前看0～20cm深度范圍內，免耕覆蓋不壓實的含水率高于TC，20～80cm深度范圍內的土壤含水率并無規律，不同覆蓋模式下10～80cm深度的含水率均高于0～10cm深度的表層含水率。播種后在玉米生長期，在0～10cm深度范圍內STC、NNTC的土壤含水率均低于TC，20～30cm深度的含水率均高于TC；在0～30cm深度范圍內免耕覆蓋的土壤含水率均高于TC；在30～80cm深度范圍內不同覆蓋模式的含水率均低于TC。隨著深度的增加，含水率也呈上升的趨勢，表明播種后的土壤含水率會隨著深度的增加而增大。TC、STC播種前是經過翻耕的，土壤表層擾動比較大，失墑比較嚴重，所以表層土壤含水率比較低。總體來看，免耕留茬秸稈覆蓋會減少水分的蒸發，避免了翻耕對土壤水分造成的散失，可明顯增強土壤的蓄水保墑性能。

2.2 不同覆蓋模式對玉米產量的影響

合理的種植措施，可以優化產量，更好的發揮玉米品種的高產潛力。從結果可以看出，保護性耕作的玉米產量均高于TC，其中以STC的產量為最高。這是因為NTC、CCTC由于覆蓋導致玉米出苗期延長，生長發育比較緩慢，致使玉米產量受到了一定的影響。CTC、NNTC在生育初期長勢就不及STC，所以產量不及STC高。STC在整個生長過程期間既可以通過降雨入滲補充玉米生長期間所需的水分，有可以接受陽光的直接照射保持適當的生長溫度，所以產量高于其他耕作方式。可見，合理的耕作方式可以改善土壤結構、發揮土壤內在有機質效力、改善田間氣候，從而提高玉米產量。

3 結論

保護性耕作對土壤保墑及風蝕具有明顯的調節作用，免耕、留茬、覆蓋、淺松等保護技術是解決干旱、半干旱地區農業可持續發展的有效措施，它不僅可以調節地表溫度、增加土壤蓄水能力和有機質、降低土壤潛在可風蝕性、抑制土壤風蝕、還可以增加玉米產量。

參考文獻

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篇7

關鍵詞秸稈還田；花生產量；土壤水分利用效率；遼西地區

遼寧省有55%的花生種植在遼西風沙半干旱區。花生收獲時原壟被破壞，根茬很少留在耕層與地表，致使冬春季節地表大面積裸露，造成表土疏松，而同期風多風大，降雪、降雨稀少，造成土壤不同程度的風蝕現象。因此，采取因地、因時、因作物制宜的秸稈覆蓋還田措施，可在合理保護和利用農田的同時，為花生穩產創造一個水、肥、氣、熱協調的土壤環境條件，這也是現代農業可持續發展的需要[1]。實踐證明，秸稈覆蓋能有效抑制土壤風蝕沙化，秸稈還田則增加土壤有機質含量，改良土壤結構，提高土壤酶活性[2-4]，特別是可緩解我國土壤氮、磷、鉀比例失調的矛盾，彌補磷鉀不足，消除秸稈焚燒造成的大氣污染，保護生態環境，對實現農業可持續發展具有十分重要的意義[5]。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗在遼寧省風沙地改良利用研究所章古臺試驗站進行。試驗區位于風沙半干旱區科爾沁沙地南緣，地處北緯42°42′、東經122°32′，海拔高度213.1 m，為典型的風沙土，其理化性質見表1。該地區的自然特點是風多、風大，全年平均風速3.33 m/s，5 m/s起沙風達240次。wWw.133229.CoM年降水量400～450 mm，多集中在7、8月。年蒸發量約1 600～1 800 mm，干燥度在4.0左右，屬于半干旱區。常發生春旱、伏旱，秋吊，或春旱、伏旱、秋吊交替發生。無霜期145～150 d，該地區≥10 ℃活動積溫3 468 ℃，年平均氣溫6.82 ℃，是易旱易風蝕典型風沙地區。

1.2試驗材料

果樹為仁用杏品種“超仁”，樹齡為5年。供試花生品種為阜花10號。

1.3試驗設計

構建果糧（大扁杏—花生—大扁杏）立體復合模式區，即果樹12 m行間距間作16行花生。模式區在2008年為傳統耕作花生，從2008年秋季花生收獲后，將玉米秸稈按不同量進行覆蓋，2009年春季進行旋耕還田處理。試驗設4個處理，秸稈覆蓋還田量分別為：2 250 kg/hm2（處理i）；4 500 kg/hm2（處理ⅱ）；6 750 kg/hm2（處理ⅲ）；以無覆蓋、花生田裸露作為對照（ck）。果樹為南北行種植，行長120 m，行距12 m。花生東西兩側距仁用杏2 m，大區處理，面積為960 m2，不另設重復。花生于5月中旬播種，行株距50 cm×12 cm，種植密度為33.33萬株/hm2。

1.4 樣品采集與測定方法

1.4.1土樣采集。采樣深度為0～20 cm。每個處理采用s型多點取樣法進行。

1.4.2測定指標及方法。收獲后進行考種及測產；播種前和收獲后采用烘干法測定0~40 cm土壤水分含量。

1.4.3計算方法。各量計算公式如下：

土壤貯水量=土層厚度×土壤容重×土壤水百分含量

土壤耗水量=播前土壤儲水量+總降水量+灌溉量-成熟期土壤儲水量

土壤水分利用效率=花生產量／土壤儲水量

1.4.4分析方法。試驗數據采用軟件sas v8．0及microsoft excel 2003處理。方差分析采用spss數據處理系統中的duncan新復極差分析方法，均值比較采用lsd多重比較方法。

2結果與分析

2.1不同秸稈還田量對花生農藝性狀的影響

有關研究表明，花生產量與主要農藝性狀存在密切相關，其中花生（莢果）產量與飽果數、百果重、百仁重、出仁率都呈極顯著正相關，而與其主莖高、側枝長呈極顯著負相關[6]。從表2可看出，各處理間主莖高、側枝長差異不顯著。而對其他農藝性狀影響較大。與ck相比，其他處理均不同程度提高了花生的總分枝數、飽果數、單株生產力、百果重、百仁重、出仁率，其中處理2與處理3優勢顯著。

2.2不同秸稈還田量對花生產量與土壤水分利用率的影響

由表3可看出，不同秸稈還田量對花生產量、土壤水分利用效率的影響顯著。產量與土壤水分利用效率的高低順序均為處理ⅱ＞處理ⅲ＞處理i＞ck，其產量分別比ck高13.2%、8.4%、3.2%。處理ⅱ、ⅲ與對照產量差異達顯著水平（p＜0.05）。處理ⅰ、ⅱ、ⅲ的水分利用效率分別比ck高2.5%、13.1%和10.9%，差異均達到顯著水平（p＜0.05）。

3結論與討論

試驗結果表明，秸稈覆蓋還田對花生產量、土壤水分利用效率的影響達到顯著水平。覆蓋量較適中，秸稈覆蓋還田不但增加了土壤有機質，而且能擋風遮蔭，不易被大風吹走，防止土壤風蝕和水土流失，減少對土壤結構的破壞，腐爛的秸稈增加的有機質使土壤結構變得疏松，降水入滲率高，下滲深，接納雨水多，從而提高了水分利用效率和產量。而當秸稈覆蓋量為2 500 kg/hm2，花生產量和土壤水分利用率較低，在當地春季風多、風大，部分秸稈易被吹散。有關研究表明，將秸稈粉碎小于10 cm，還田后對作物出苗率影響不大。而秸稈覆蓋量過多，盡管在一定程度上提高了土壤有機質含量及土壤微生物量碳含量，但粉碎程度不足，同時也延緩了秸稈腐爛時間，在一定程度上影響播種和出苗[7-8]，這也是秸桿還田覆蓋量大時產量較低的原因。加之覆蓋還田量大時工作量相對大，投入偏高，因而秸稈還田覆蓋量為4 500 kg/hm2較適宜當地。

篇8

關鍵詞： 土壤水分； 自動站； 平行觀測

Abstract: By contrast, difference probability method to Taonan during a May 3, 2012 November 13th -2012 GStarDZN2 type of automatic soil moisture observation instrument and artificial parallel soil moisture data contrast observation statistics. The results show that, the consistency of manual and automatic observation data showed the best performance among the 20 and 40 cm soil layer of 60 cm soil layer, the worst performance, overall artificial observation value is higher than the automatic observation.

Keywords: soil moisture; automatic station; parallel observation

中圖分類號：P412.1

引言

土壤水分含量及其變化規律的監測是農業氣象生態環境及水文環境監測的基礎性工作之一，掌握土壤水分變化規律，對農業灌溉、土壤墑情與農業干旱的監測預測及相關理論研究具有重要意義。2012年年初，洮南市氣象局安裝了GStarDZN2型自動土壤水分觀測儀，其自動與人工觀測資料的對比分析研究尤其顯得重要。本文采用對比差值、差值概率等方法，分析GStarDZN2型自動土壤水分觀測儀與人工平行觀測資料，為評價GStarDZN2型自動土壤水分觀測儀的監測能力、發揮資料應用價值與服務效益提供依據。

資料和方法

資料來源于洮南市農業氣象一般站2012年5月3日-2012年11月13日對比期間10、20、30、40、50、60、80、100cm共計8個土層的土壤體積含水量，每個土層有2組，其中一組為GStarDZN2型自動土壤水分觀測儀的觀測資料，另一組為同期進行的人工觀測資料，每組4個重復取平均，觀測地段屬同一地塊。

人工對比觀測方法是每旬逢3和逢8定期人工取土，過程降水量超過5mm時需加測。測定方法采用中國氣象局《農業氣象觀測規范》規定的烘干稱重法。

分析方法采用對比差值、差值概率，用于分析人工與自動站差值的平均、極大、極小分布，以及差值在不同數據段出現的概率等。在對比觀測過程中排除了因自動土壤水分觀測儀所在地段的安裝因素造成的誤差，盡量避開外界因素干擾，使觀測數據具有充分可比性。

分析與結果

2.1自動與人工觀測土壤水分差值及其概率分布

自動與人工觀測土壤體積含水量的差值，不同土層表現不同，從平均值看，以20厘米土層3.6為最小，其次的為40厘米土層3.9。平均差值的最大與最小值分別為50厘米土層9.6和20厘米土層3.6。極大差值為10-40厘米隨土層深度而減小，50-100厘米隨深度增加而增大，最大出現在100厘米，,最小出現在40厘米;各土層的極小差值基本接近，為1%以內詳見（表1）

表1 不同土層自動與人工觀測土壤體積含水量的差值

由人工和自動觀測數據的差值在不同數據段的概率分布可以看出，60、80、100厘米土層差值出現在10以內的概率均不到50%，10-40厘米土層差值出現在10以內的概率均大于90%，其中40厘米土層的差值出現在10以內的概率達為100%（表2）。

表2 自動與人工觀測土壤體積含水量的差值在不同數據段出現概率

以上分析表明，自動站觀測與人工觀測數據的一致性在20厘米和40厘米兩個土層表現相對最好，30厘米和10厘米次之，而60厘米表現相對最差。

結束語

洮南土壤體積含水量人工與自動觀測資料的一致性表現在20厘米和40厘米土層最好，30厘米和10厘米土層次之，60厘米土層最差。分析自動與人工出現偏差的原因存在以下幾個方面：

自動儀器探頭測點與人工取土測點的土壤水分本身差異

各層土壤性質本身差異，0-50厘米為壤土，60-100厘米為粘土

人工操作時不可避免會出現人工觀測誤差

自動土壤水分儀訂正值、土壤物理特性可能需要做進一步校準

參考文獻：

【1】胡玉峰;自動與人工觀測數據的差異[J];應用氣象學報;2004年06期

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關鍵詞植被；土壤水分；動態變化；丘四區寺爾溝小流域

中圖分類號S152.7文獻標識碼A文章編號 1007-5739（2011）11-0255-02

黃土丘陵溝壑區第四副區（丘四區）屬于干旱半干旱區，每年土壤侵蝕模數高達6 000 t/hm2以上，水土流失嚴重，植被覆蓋度低，丘四區植被恢復和重建的重要制約條件之一是水分條件。科學利用土地資源和治理丘四區生態環境的前提是充分認識各種土地利用條件下土壤水分變化狀況和水分利用情況。影響丘四區土壤水分的因素包括立地類型、植被生長季節、植被類型和土壤剖面等。土地的不同利用方式（包括耕作以外的自然和人為干擾）會改變土壤性質和植被對地表的覆蓋，從而影響土壤水含量。同時，在一定程度上影響土壤含水量的有地表植被的蓋度、類型及生長情況等[1-6]。對其土壤水分進行觀測分析，通過水分平衡對各類植被生長適宜進行分析，通過選擇丘四區寺爾溝小流域典型植被，了解該地區不同植被類型土壤水分狀況和土壤水分利用情況，從而為該地區植被恢復、生態建設應用和發展提供理論依據。

1降水的分配

1.1降水時間分布

區內土壤水分的補給和恢復依靠天然降水，這是丘四區土壤水分的唯一來源。丘四區特有的土壤水文現象之一是土壤水分虧缺。而在雨季時，有較大的降水入滲補給，主要依靠降雨強度適中、歷時長的降水，而微雨和暴雨的作用不是很大。分析試驗區≥10 mm降雨量的降水分布狀況（表1）。根據多年降雨觀測數據，3―4月的降水8次，≥10 mm降水平均每月小于1次；5―10月的降水多達56.6次，≥10 mm降水3次左右，占年平均降水量的10.18％；11月至翌年2月的降水為11.2次，≥10 mm降水為0次。

1.2不同植被類型地面上水量的分配

降水到達地面后，會進行第2次再分配。一部分形成地表徑流而流失，另一部分滲入土壤，形成土壤水。降水狀況影響地表徑流的年內變化，使之具有明顯的季節性變化。不同年份（5―10月）降雨量與地表徑流表如表2所示。由表2可知，小麥地和苜蓿地分別平均地面徑流占同期平均降水的6.95％和8.08％；云杉所占比例最大，為10.85％，荒地和沙棘平均地面徑流占同期平均降水的比例最小，分別為3.40%和3.14％。由此可見，寺爾溝小流域不同植被類型平均地面徑流占同期平均降水的比例不同。

2土壤水分動態

2.1土壤水分年際變化

降水量和植被類型對土壤水分的影響是巨大的，天然降水是丘四區植被生長需水的唯一來源。土壤水分變化與當地氣候變化，尤其是降雨的季節性變化規律是基本一致的。在干旱年份，降雨量補充較少，不同植被類型土壤水分的差異會加大；一般在豐水年，土壤含水量會得到部分補償，不同植被類型的差異會縮小。2004―2009年各植被類型土壤水分年際變化如表3所示。由表3可知，在2007年降水量較大，各植被土壤水分均值高于其他年份。土壤水分年際變化的一個共同的趨勢是：除2008年以外，小麥與沙棘的土壤水分含量高于其他植被，小麥與沙棘間土壤水分差異不明顯。因為沙棘耗水量相對苜蓿和云杉較少。云杉與苜蓿土壤含水量間均無差異，除2007年以外，云杉與苜蓿地的土壤水分相對低于其他植被。在干旱區，土壤蒸發量大，天然降雨少，苜蓿和云杉均為高耗水性植被，因此其對土壤水分的利用相對較大。由此可知，不同年份各植被類型土壤水分差異明顯。

2.2不同植被類型土壤水分動態變化

丘四區一般總孔隙度為50％～55％，土壤疏松多孔，加之以干旱半干旱氣候為主，有相當一部分降水恢復的水分很快又蒸發到大氣中，因此土壤所能保存的雨季降水中，水分減少較多。由于蒸發量遠大于降水量，地下水埋藏很深，土壤水分僅占田間持水量的57.6％～74.2％，土壤水分經常處于虧缺狀況，主要因負補償效應導致。2004―2009年寺爾溝小流域觀測結果如表4所示。由表4可知，0～100 cm土層中，云杉林地的水分虧缺量在121.57～138.07 mm，坡耕地的水分虧缺量在131.40～159.40 mm，沙棘林地的虧缺量在99.03～125.64 mm，天然草地的虧缺量在127.280～144.590 mm，坡耕地虧缺量最大，沙棘林地虧缺量最小，沙棘林地對土壤水分具有更好的補償效應。

2.3土壤水分剖面變化

對各植被類型土壤水分剖面變化進行分析，結果如表5所示。由表5可知，土地利用類型土壤水分在0～20 cm土層深度與其他土層有極著的差異，并且土壤水分最大。各土地利用類型在20～60 cm土層深度土壤水分的差異達顯著水平，深層60～100 cm土壤水分的差異不明顯；土壤水分在整個剖面上呈降低趨勢。對不同土地利用類型間土壤水分進行分析（F值），結果表明，不同土地利用類型土壤水分差異明顯，對于整個土壤剖面水分狀態由高到低順序是坡耕地＞沙棘林地＞天然草地＞云杉林地，在80 cm深度以下的表現尤為明顯。

3結語

試驗結果表明，在對各類植被土壤水分利用測定分析的基礎上，通過水分平衡對各類植被生長適宜性進行分析，為該地區植被恢復和生態建設應用和發展提供理論依據。

4參考文獻

[1] 馬國飛，張曉煜，張磊，等.寧夏壓砂地土壤水分動態及消耗規律分析[J].寧夏農林科技，2011（1）：4-7.

[2] 佟長福，史海濱，李和平，等.呼倫貝爾草甸草原人工牧草土壤水分動態變化及需水規律研究[J].水資源與水工程學報，2010，21（6）：12-14.

[3] 許正輝，李世蘭，閻彥梅.青海互助縣半干旱區農田土壤水分動態分析[J].農業科技通訊，2010（10）：93-94，99.

[4] 宋閏柳，于靜潔，薛明.華北山區東臺溝小流域溝道土壤水分動態特征[J].南水北調與水利科技，2010，8（5）：42-45.

[5] 李小勇.互助縣寺爾溝流域不同土地類型土壤水分特征[J].現代農業科技，2010（14）：248，254.

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關鍵詞；土壤濕度；單片機控制；電磁閥滴灌；盆栽植物

0 引言

目前，盆栽植物越來越受到城市居民的喜愛，為了克服傳統的人工給盆栽植物澆水帶來的局限性，本文所介紹的盆栽植物生長過程土壤水分測控系統基于單片機控制，再配合土壤濕度檢測電路設備探測盆栽植物所在的土壤環境，電磁閥門和可以根據不同植物進行多種灌溉方式的灌頭，既克服了傳統的人工澆水的不定時性和不準確性，又避免了以往水分控制系統的不準確性而造成的過澇等，因此采用土壤濕度監測模塊，單片機控制模塊，電磁閥門灌水模塊所構成的盆栽植物土壤水分測控系統以降低設備投入，同時也不用自己去專門維護、檢修，是比較理想的選擇。

1 系統方案設計

系統總體設計方案主要由土壤濕度檢測模塊、單片機采集控制及輸出電路模塊、電磁閥及滴灌設備模塊等幾部分組成。系統構成如圖1所示。

圖1系統組成框圖

整個系統的工作原理為：土壤濕度檢測模塊來完成對盆栽植物土壤濕度的采集；單片機采集控制系統將采集到的土壤濕度數據與設定的土壤濕度數據進行比較，進行實時灌水，達到設定值時停止灌水；電磁閥及滴灌設備用來實現根據單片機經過分析數據后，實現灌水或者停止灌水；進而使土壤濕度處在適宜農作物生長需求的最佳狀態。

2 系統硬件電路設計

由A/D轉換電路、STC89C52單片機和相應的振蕩、復位電路、繼電器控制電路組成單片機采集控制及信號輸出模塊是整個測控系統的核心。通過采集土壤濕度檢測模塊傳遞的實時土壤濕度信號，與設定的土壤濕度數據進行對比，然后輸出信號使繼電器控制電路控制電磁閥門的開關，從而進行對盆栽植物的實時灌水。

2.1 土壤濕度檢測模塊

土壤濕度檢測模塊由濕度探頭和信號放大電路組成。

土壤濕度檢測模塊的工作原理：為當土壤濕度傳感器插入土壤時，由于土壤含水量的不同，使得土壤濕度傳感器的電阻值也隨之變化，這個電阻器成為晶體管VT1的基極偏流電阻器。偏流電阻值的不同，使VT1的基極電流也不同，從而改變了VT1的集電極電流，也改變了發射極上的電流，這一電流流過電阻器R2時，在該電阻器上形成的電壓，再經電阻器R5和R8分壓以后加至運算放大器LM358的③腳(同相信號輸入端)，經放大以后從LM358的①腳輸出，并由VD3將輸出電壓限定在5V之內。

2. 2 單片機采集控制及信號輸出電路模塊

單片機采集控制及信號輸出電路模塊由A/D轉換器ADC0832、STC89C52、繼電器驅動電路組成。

圖2 A/D轉換器電路圖

在單片機采集控制及信號輸出電路中，土壤濕度檢測電路輸出端與A/D轉換器的2腳和3腳相連，如圖2所示。A/D轉換器的1腳，5腳，6腳，7腳與單片機的P3口的P34, P37, P36,P35相連，完成相應的數字量轉換。輸出時，單片機P1口與驅動電路中的ULN2003AN的輸入端相連，ULN2003AN的輸出端與繼電器相連，完成輸出。

2.3 電磁閥滴灌模塊

電磁閥采用常閉電磁閥，其壓力范圍0～0.8Mpa，電壓范圍0～24V。該電磁閥的原理是通電時，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，閥門關閉。

3 系統軟件設計

盆栽植物生長過程土壤水分測控系統程序設計是基于盆栽植物土壤水分的變化。單片機采集到土壤濕度信號數據后，與事先設定的值進行比較，以決定是否加濕。本盆栽植物生長過程土壤水分測控系統采用滴灌加濕的方法。為了避免滴灌過量的情況發生，在滴灌后的一段時間內，只檢測濕度，而不對土壤濕度信號進行處理。

4 結論

隨著單片機技術在農業園藝上業務的不斷拓展，采用土壤濕度監測模塊，單片機控制模塊，電磁閥門灌水模塊所構成的盆栽植物土壤水分測控系統以降低設備投入，同時也不用自己去專門維護、檢修，既克服了傳統的人工澆水的不定時性和不準確性，又避免了以往水分控制系統的不準確性而造成的過澇等是比較理想的選擇。

參考文獻：