土壤水范文

导语：如何才能写好一篇土壤水，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

摘要：

为了研究开孔河流域棉田不同定额冬灌对土壤水分及盐分的影响，缓解地区春季农业用水压力，探究棉田只冬灌的灌水模式是否能够满足棉花出苗阶段生理需水要求，通过大田试验，对比分析了各处理（1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2）灌前与灌后不同时期0~100cm土层水分、盐分的变化情况。结果表明，小定额灌水条件下耕作层水分易蒸发，保水效果不显著，返盐现象严重，脱盐作用较弱。经比较分析，冬灌定额为3600m3/hm2时，具有显著的保墒压盐的作用，可为返春后的棉花播种及出苗提供较好的水盐条件,可起到减少春灌定额或免除春灌的作用。

关键词：

冬灌定额；脱盐效果；土壤含水率

0引言

新疆地处西北干旱区，水资源严重不足，新疆农业用水量占新疆用水总量的90%以上。为解决目前突出的水资源供需矛盾，膜下滴灌等高效节水灌溉技术得到了广泛应用。但由于滴灌深层渗漏较少，长期滴灌必然引起土壤盐渍化问题。实践证明，棉田在冬季大水漫灌后，可以较好保持土壤水分，对土壤盐分有一定的淋洗作用。但是传统冬灌灌水定额普遍偏大，水资源利用效率不高，因而，探索适宜的冬灌定额显得尤为重要[1-4]。非生育期灌溉主要有冬灌和春灌，二者从压盐与保墒的作用来看，各有不同。春灌比冬灌保墒效果好，但由于春季气温升高，地表蒸发增强，春灌对于土壤盐分淋洗效果不如冬灌。此外土壤类型也是决定该地区灌水类型的重要因素。为此，从土壤水分、盐分、灌溉水量等综合调控的角度，在假设免除春灌条件下，分析不同定额冬灌对土壤水分及盐分的影响，并提出适合当地棉花种植的冬灌定额，为当地冬灌提供理一定论依据[4-10]。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验地点设在新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所，地处86°12′E，41°36′N，海拔886m，属干旱区暖温带大陆性荒漠气候，干旱少雨，蒸发强烈，昼夜温差大。多年平均降水量58.6mm，多年平均蒸发量2788.2mm（采用直径20cm蒸发皿测量），日照时间3036.2h，年平均气温11.48℃，≥10℃积温4121.2℃，经测定，试验区土壤类型为粉土，田间持水率（质量）为25%[11]。

1.2试验方法

2014年11月25日至次年3月采用小区对比方法进行了棉田冬灌大田试验，试验小区东西走向，逐次排列6个，并根据灌水量不同在试验地划分出6个3m×3m的小区，设置6个灌水处理，灌水定额分别为：1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2。在每个小区内的宽行、窄行及膜间设置取土点，并在远端设1组重复，2组取样点相距1.5m。取土点深度为1m，取土间隔为0.1m，并取0~1cm及0~5cm土层土样，将0~1cm土层土样作为表层土样。采用烘干法测定土样含水率，使用型号为DDS307的电导率仪测定土样电导率，将取得的数据进行处理并对比分析灌水前后土壤水分及盐分变化情况。

2结果与分析

2.1不同冬灌定额对土壤水分的影响

通过对比灌前、灌后15d和灌后105d土壤水分分布（图1）可得，较小定额（1200~1800m3/hm2）的处理（图1（a）、（b））灌前0~30cm土层含水率为12.9%~14.0%；灌后15d该土层含水率为17.4%~20.1%，为灌前含水率的1.35~1.44倍；灌后105d该土层含水率为13.8%~14.9%，仅为灌前含水率的1.06~1.07倍。这是因为灌水量较小时，土壤水分受入渗与蒸发双向运移影响，随着时间的推移而逐渐减少，从而无法发挥保水的作用。随着灌水定额逐渐增加（图1(c)、(d)、(e)、(f)），土壤水分分布与较小定额时逐渐显现出不同的规律，灌前0~30cm土层含水率为10.5%~13.8%；灌后15d该土层含水率为16.6%~22.2%，为灌前含水率的1.55~1.69倍；灌后105d该土层含水率为13.1%~17.9%，虽然与灌后15d土层含水率相比有一定的减少，但仍可达到灌前土层含水率的1.23~1.41倍。这是由于较大定额（2400~4200m3/hm2）灌水后，即使土壤水分在各向运移中产生一些损失，但仍可保留一定量的水分储藏在土层中。当冬季来临，土层冻结，水分凝固长时间保留在土层中，在春季消融时土壤含水率较未冬灌时有明显提高，起到了冬灌保墒的作用。由图1可知，灌后15d各处理0~30cm土层含水率趋势均呈现“V”字形，在距地表5~10cm含水率达到峰值，而后出现骤降。通过距地表5、15、25cm埋设的地温传感器得到的数据（图2）发现，在灌水15d后0~30cm土层的温度基本保持在-4.4~-0.2℃之间，这说明土壤出现了冻融现象[12-14]。而冻融现象的产生，使大部分水分保留在耕作层，向土壤深层运移速度减慢，这为冬灌保墒提供了较好的依据。根据灌后15d，105d的土壤水分分布情况，结合各处理含水率增幅（表1）得出，灌后15d，各处理0~20cm土层含水率增幅为5.7%~11.2%，0~40cm土层含水率增幅为3.9%~7.7%，0~80cm土层含水率增幅为3.2%~5.5%。虽然不同深度各处理含水率增幅的范围并不一致，但在每个深度土层，含水率增幅基本都随着灌水定额梯度增加，其中存在一定波动，这是由灌水方式及冻融对水分在土壤中运移产生的影响而造成的，但并不影响含水率增幅随灌水定额变化的整体趋势。灌后105d，由于地温升高，地表蒸发加剧，导致土层水分减少，所以灌后105d各处理各深度土层含水率较灌后15d有所减少。而棉花苗期要求0~40cm土层含水率应占田间持水率的60%~70%为宜[18]。通过土层含水率增幅可以看出，灌水定额1200m3/hm2和1800m3/hm2在0~40cm土层含水率只能保证在田间持水率的58%~61%之间，其增幅为0.9%~1.0%。这说明在该冬灌定额下，只靠冬灌用于土地的保墒，无法满足来年播种棉花的土壤水分要求。而灌水定额3600m3/hm2和4200m3/hm2在0~40cm含水率增幅为5.0%~5.5%，且含水率为田间持水率的74%~77%。两个灌水处理对土壤水分的补给基本满足棉花生长初期的土壤水分要求，可以在此冬灌定额基础上，减少春灌水量，甚至免除春灌，以达到减少不必要水资源消耗的目的。

2.2不同冬灌定额对土壤盐分的影响

由于不同定额灌水，会直接影响不同深度土层土壤含水率，从而进一步影响土壤盐分的变化。通过不同处理土壤剖面电导率对比分析（图3）可知，在不同灌水定额条件下，随着时间推移，土壤含盐量会呈现出不同的变化特点[15-17]。从表2可看出，灌后105d，所有灌水处理在浅层土壤都出现了不同程度的返盐现象，其中灌水定额1200、1800m3/hm2处理返盐现象较严重，均高于灌前土壤含盐量，这很难为棉花的播种与出苗提供良好的生长条件。但是随着灌水定额的增加，返盐现象逐步减弱，不同土层的脱盐率稳定在20%~30%之间（图3），这是因为较大定额（2400~4200m3/hm2）灌水条件下，土壤含水率较高，土壤中含盐量相对稳定。张豫等[19]提出棉花生育期耐盐指标：棉花耐盐临界值为0.302%；耐盐极限值为1.119%；土壤含盐量为0.450%~0.581%时，棉花相对产量可以保证在85%~50%。通过换算，当冬灌定额控制在3600~4200m3/hm2之间时，土壤盐分得到充分淋洗，从而得到适合棉花播种及出苗的土壤环境，为棉花生长提供较好生长条件。根据冬灌试验对土壤水分及盐分的影响进行分析，发现灌后15d土壤浅层出现了冻融现象，较小灌水定额（1200、1800m3/hm2）的脱盐效果不明显，但随着灌水定额的增加，对盐分的淋洗作用愈加明显。由于地温升高，地表蒸发加剧，灌后105d土壤含水率较灌后15d有所降低，但是灌水定额3600、4200m3/hm2处理0~40cm土层含水率可以达到田间持水率的74%~77%。对于土壤盐分，各处理都出现一定程度返盐现象，但随着灌水定额增大，返盐情况有所减弱，灌水定额3600、4200m3/hm2处理脱盐效果较好。综合不同灌水定额灌后棉田土壤水分在垂直方向的分布，以及对盐分的淋洗效果，并结合水资源利用效率分析，认为3600m3/hm2灌水定额更为适宜，基本满足棉花生长初期的土壤水分要求，为免除春灌提供可能性。

3结论

1）在灌后不同时期，虽然冻融现象及地表蒸发加剧等因素对土壤水分运移有一定的影响，但没有改变灌水定额对土壤水分影响起主导作用的趋势。对于土壤盐分，随着灌后地表蒸发加剧，灌水定额3600、4200m3/hm2处理不同土层的脱盐率仍可稳定在20%~30%之间，脱盐效果明显。结合水资源利用效率分析，认为3600m3/hm2的冬灌定额基本满足棉花生长初期的土壤水分要求，可达到减少春灌水量或免除春灌的目的。

2）随着灌水定额的增加，土壤含水率并不是依次增加，而是有一定波动性，这是由灌水方式造成的，大水漫灌可能会造成水分不均匀入渗，这对数据的汇总及分析有一定影响。在以后的研究工作中，拟采用漫灌与滴灌2种灌水方式，冬灌与春灌多种组合的灌水方案。

3）只冬灌，少免春灌的灌溉模式并非适用所有地区，应根据当地实际水资源量和土壤类型对非生育期灌水做出相应的调整。在水资源充足且盐碱度较重的棉区，可采取冬灌又春灌的灌水模式压盐效果较好；对于水资源丰富且可调控的地区，应优先选择冬灌免春灌的灌水模式进行洗盐，因为春季地温升高，蒸发加剧，这时灌水不利于保墒压盐；在冬季水资源紧缺且春季水资源充沛的情况下，考虑采用春灌。也应根据当地土壤类型做出相应调整。对于黏性较大的土壤，由于颗粒较小，保水性较好，应该优先采用冬灌免春灌的模式进行灌溉；对于沙性较强的土壤，由于颗粒较大，保水性较差，主要采用春灌免冬灌的模式进行灌溉。以达到最大限度地节约水资源，保证出苗率的目的。

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篇2

关键词：谷子；免间苗；出苗率；土壤含水量；土壤水势

中图分类号 S515 文献标识码 A 文章编号 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

谷子属禾本科（Gramineae）狗尾草属，起源于中国，具有抗旱耐瘠薄、适应性广的特点，是北方旱地主要的适生优势作物，被誉为抗灾救荒作物[1]。土壤水分对谷子出苗影响很大，“苗全、苗齐、苗壮”是实现谷子免间苗技术的基本要求。生产中“保苗”与“间苗”是一对互相矛盾的事情，为保证谷子全苗，农民常采用大播量方式（15～30kg/hm2）[2]，但间苗又成为了一大问题，因为出苗数是留苗数的几倍甚至十几倍。为降低谷子“间苗”劳动强度，一些研究人员提出了少量、精量播种技术[2-6]，总体上是通过减少播种量的方式实现谷子少间苗或免间苗。但若播种量减少，会提高缺苗断垄的风险，苗数不足将影响到谷子免间苗技术的应用效果。作物种子从萌发到出苗的生育进程中，受土壤水分、温度、通气等多种因素的影响，而土壤水分是作物出苗的关键因子。Owen研究认为，种子萌发时，环境水势有一阈值，低于该数值便不能萌发[7]。李友[8]开展了谷子出苗试验研究，认为谷子出苗对土壤水分有明显的阈值反应。Hndas等研究表明，作物种子萌发都存在水势阈值，且在种子萌发和成苗的不同阶段对水分需求也存在差异。山仑等研究也明确指出，种子在萌发和幼芽生长阶段对水分的敏感性有极明显差异[9]。赵术伟[10]在不同品种谷子出苗率的试验中，得出当土壤含水量为16.0%时，参试品种的出苗率在85%以上。本项研究以褐土性壤质土为供试土壤，揭示土壤水分与谷子出苗的关系机制，探索谷子基本全苗所需的最低土壤水分指标，以期为实施谷子免间苗技术安全成苗提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料 供试谷子品种为张杂谷5号和晋谷29号；供试土壤褐土性壤质土，试验时土壤过孔径1cm的土筛；长38cm×宽22cm×高20cm的塑料箱10个。

1.2 试验设计 试验设计5个土壤水分（重量含水量%）：8%、10%、12%、14%、16%，重复6次，试验在室内进行，室内温度控制在25℃。按照试验设计，首先将过筛后的土混匀，用铝盒随机取6个土样测定土壤水分，准确称取足够装塑料箱量的土，在设定水分基础上增加0.5%，根据土重计算需要加水量并准确称量，然后用喷壶将水均匀的喷洒在称量的土中，喷洒过程中，用铁锹不停翻动，使土和水混匀，随后置于塑料布上放好，上面用塑料布盖好，放置1d，再次用铁锹将土翻动混匀，再次测定土壤水分，实际土壤水分为8.2%、9.6%、11.8%、13.5%、15.2%，与设定的土壤水分有一定的误差。根据塑料箱的体积大小，按照容重1.15计算每个塑料箱所需的土量，准确称量装入塑料箱。每个塑料箱播6行谷子，其中3行为晋谷29号，3行为张杂谷5号。每行播种50粒，播种深度4cm。土壤水分特征曲线测定采用压力膜法，测试仪器为美国SEC公司的1500F1型压力膜仪，水势测定范围0～15bar。

1.3 测定指标 从谷子播种后，每天记录各处理出苗情况，以谷子第一叶露出土面1cm为出苗标准[11]。出苗率（%）=[出苗数/（播种数×种子发芽率）]×100。

1.4 数据分析和统计 用Excel软件完成数据的整理、绘图和计算。

2 结果与分析

2.1 不同土壤水分下谷子的出苗率 从土壤水分和谷子出苗率关系看（图1），土壤水分对谷子出苗率的影响显著。在褐土性壤质土上，当土壤水分低于8.0%时，2种谷子基本不出苗，高于11.8%时可达到最高出苗率80%以上；土壤水分8.0%～11.8%，谷子出苗率随土壤水分增加几乎成直线式上升，说明此区间是是谷子出苗的水分敏感区域。此区域土壤水分变化范围并不大，但在此水分区间内土壤水分稍有改善，谷子出苗率就有质的变化。可见，在水分敏感区域，只要采取改善种子周围土壤水分状况的技术措施，将会显著提高谷子的出苗率，从而达到保苗所需的苗数。

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（图2、图3）。2种谷子播种4d后都开始出苗，土壤水分≥15.2%时，出苗最快，第6天时，2种谷子的出苗率已经达到了80%以上，之后在第9天出苗率达到最高。在土壤水分11.8%时，2种谷子都在第5天开始出苗，出苗率达到最高时的时间为第10天，且出苗率都达到了80%。当土壤水分为9.6%时，2种谷子出苗时间严重滞后，在第10天才开始出苗，而且出苗率也大大降低，张杂谷5号、晋谷29号的最终出苗率分别只有15%、36%。从2种谷子的出苗速率曲线可以看出，不同水分条件下，出苗速率曲线呈现倒L形跃升式、S形跃升式和渐升式增长3种形式。土壤水分≥13.5%时，水分充足，完全满足作物出苗需求时，谷子出苗率均呈现集中快速倒L形跃升曲线增长；土壤水分为11.8%时，水分并不十分充足，谷子出苗率表现出前期缓慢、中期快速的S形跃升式曲线增长；土壤水分为9.6%时，出苗率随时间呈渐升式曲线形增长而不出现跃迁增长，说明此水分条件，已经对谷子发芽出苗形成严重水分胁迫，加之随出苗时间的延长，土壤水分不断蒸发，谷子出苗变得更加困难。从谷子出苗速率与土壤水分的关系可以看出，谷子快速出苗可以实现较高的出苗率，也容易在田间形成齐苗、壮苗，为稳产奠定坚实的基础。谷子适宜种植密度的范围一般情况下不会太大，较高的出苗率才能满足谷子免间苗技术的要求，为确保基本全苗，可以将出苗率达到80%的土壤水分确定为适宜水分播种指标。从谷子出苗速率曲线看，谷子最终相对出苗率达到80%以上的土壤水分需达到11.8%，才能满足谷子免间苗技术的实施要求。

2.3 土壤水势对谷子出苗的影响 用土壤含水量进行环境和作物生长关系的研究，结果一般无法推广，这是因为相同的含水量下土质不同，作物表现有很大不同。相反水势一般与土壤性质无关，为此进行了水势与出苗关系的分析。试验土壤为褐土性壤质土，其土壤水分特征曲线如图4，经拟合，两者关系基本呈幂函数关系。拟合关系公式如下：[y=-0.0022x-3.2206]，式中[y]为水势，单位巴；[x]为土壤水分（%）。

从土壤水分特征曲线测定结果看，随土壤水分的下降，土壤水势先缓慢下降，后加速下降，其变化区间在21.1%～12%，土壤水势下降速度较缓慢，水分变化值9.1%，而土壤水势从-0.33巴下降到-2.03巴，水势变化值

-1.7巴，变动比率为-0.187巴/水分；当土壤水分在12%～10%，土壤水势下降速度开始加速，土壤水分变化值2.0%，土壤水势变化值-1.63巴，变化比率为-0.815巴/水分；当土壤水分低于10%，下降到7.3%，土壤水势迅速下降，土壤水分变化值仅为2.7%，而土壤水势从-3.66巴急剧下降为-15巴，变化值为-11.34巴，变动比率为-4.2巴/水分。种子发芽出苗其环境水势都有一定的阈值，因此当土壤水势低于一定值时，谷子的发芽出苗受到严重胁迫而导致出苗率大幅下降。对照不同土壤水分对谷子出苗率的影响（图1）和土壤水分特征曲线（图4），可以看出，土壤水分11.8%～8%是谷子出苗的敏感区域，谷子出苗率随土壤水分下降几乎呈直线式下降，而相对应的土壤水势也呈现出快速下降趋势，说明谷子出苗率下降正是由于土壤水势的急剧下降导致的结果。试验结果表明，褐土性壤质土水分在11.8%时，谷子的出苗率可以达到80%以上，而对应的土壤水势大约为-2.15巴，说明土壤水势低于此值，谷子的出苗率将迅速下降。

3 讨论

通过本研究中土壤水分和出苗率之间的关系分析可知，出苗率80%时的土壤水分作为谷子免间苗技术应用的适宜播种指标较为合适。这是因为当土壤水分高于此值时，谷子出苗率较稳定；土壤水分低于此值，正是谷子出苗的水分敏感区域，虽水分变化不大，但出苗率有质的差别，稳定性差，谷子播种后出苗数变化太大，不利于免间苗技术的应用。李友提出谷子的出苗率达到60%即可满足播种要求[8]，这是基于谷子间苗要求提出的。大量的研究表明，谷子稳产或高产的适宜种植密度区间也不大，适宜最低种植密度是最高种植密度的80%左右。如梁素荣等[12]研究认为常规种谷子高产适宜种植密度为37.5万～45.0万株/hm2；刘恩魁等[13]研究指出春播冀谷19的适宜种植密度为52.5万～67.5万株/hm2，冀谷31的适宜种植密度为60.0万～67.5万株/hm2；郭瑞锋等[14]研究认为大同29号适宜种植密度为33.0万～42.0万株/hm2。当谷子出苗率低于80%时，使用谷子免间苗技术将会出现苗数没有达到适宜种植密度要求，最终影响谷子产量。

以往研究作物出苗和水分的关系，多以土壤重量含水量作为出苗的水分临界阈值[8，15-16]，所得出的结论只适合所试验的土壤类型，结论之间不能互相比较和参考。土壤水势一般与土壤性质无关，水势值所表达的含义在不同土壤上基本相同，如-10巴的土壤都很干旱，-0.6巴的土壤都很湿润，因此用土壤水势研究得出的适宜播种的水分指标，可以应用在其它土壤上。另外用田间持水量来建立适宜播种的水分指标也有重要参考意义。一般认为，-0.33巴的土壤水分即为田间最大持水量，根据所试验的土壤水分特征曲线，可以换算出其田间最大持水量的土壤水分为21.1%。本试验认为11.8%是谷子免间苗实施的水分阈值，此时田间持水量约为55%（表1）。这与以往认为发芽出苗适宜的土壤田间持水量为50%有所不同，这可能和以往谷子播种采用大播量有关。谷子大播量下，即使土壤水分较低，其谷子出苗数可能也超出了留苗数。但要实现谷子免间苗，在播量少的情况下，如土壤水分较低，特别在影响出苗率较大的水分范围内，谷子出苗率波动很大，很容易造成谷子留苗数不足，缺苗断垄严重，势必影响谷子产量，这可能是以往研究中忽略的地方。

4 结论

通过研究土壤水分和谷子出苗关系以及水分和水势之间的关系，认为实施谷子免间苗技术，应以谷子出苗率达到80%以上的土壤水分作为适宜播种指标。褐土性壤质土上达到谷子基本全苗的的表层土壤水分需达到11.8%，此时田间持水量为55%，土壤水势为-2.15巴。

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篇3

田间试验是在中国农业大学石羊河流域农业与生态节水试验站皇台基地内进行，试验地处甘肃省武威市凉州区，属典型的内陆荒漠气候区，该地区光热资源非常丰富，全年日照时数达3000h以上，平均气温8．8℃，年积温（＞0℃）3550℃，无霜期大于150d，地下水埋深25～30m。但是水资源相对匮乏，年降水164mm，年平均水面蒸发量2000mm。试验地的土壤质地为灰钙质轻砂壤土，土壤平均干密度为1．45g／cm3，孔隙率为52％。试验材料为酿酒葡萄梅鹿辄，于1999年定植，葡萄行为东西走向，行距为270cm，株距为100cm，沿葡萄行向在行内每隔10m立支柱，灌溉方式采用沟灌。试验范围长约480m，宽约150m。试验区根据葡萄行走向按照30m×30m布置网格，在每个网格中心布置采样点，根据葡萄园的走向网格布置为15排，每排4个采样点共计60个采样点，并在采样点附近布置2个重复，用GPS手持机对采样点进行空间定位。2009年4月12日为葡萄初次灌水时间，葡萄在5月上旬正处于新梢生长阶段，对水分比较敏感，于5月10日用Diviner2000测定各采样点处100cm深度范围内的土壤水分，并用烘干法进行校正。并根据葡萄根系分布将1m内土壤层分为：表层（10～20cm）、葡萄根区（20～80cm）、深层（80～100cm）。

2结果与讨论

2．1土壤水分的传统统计分析

利用SPSS软件，对1m深度内3个不同层次的土壤水分进行传统的统计学分析，分析结果见表1。由表1可见，土壤水分平均值具有明显的差异性，表层土壤水分值最低为12．98％；深层土壤水分值最高为20．23％。从平均值可以看出随着土壤深度的增加，土壤水分呈现出增大的趋势。这是因为在土壤特性一定的前提下，土壤水分主要受蒸发和作物生长影响［3］。表层水分值较小是由于表层土壤蒸发强烈，导致表层土壤水分值最小，葡萄根区范围内由于受到葡萄根系吸水的影响导致其水分值较小，而深层的土壤水分受作物生长和外界环境的影响比较小，所以水分值最大。在研究深度内土壤水分的变异系数在0．2238～0．3252之间，根据变异系数（Cv）的分级：Cv＜0．1为弱变异性；0．1≤Cv≤1．0为中等变异性；Cv＞1．0为强变异性。可知该葡萄园内的土壤水分属于中等变异强度，并且表层和深层的变异系数较小，根区的变异系数最大。由于表层主要受土壤蒸发影响，葡萄园内各点处蒸发基本一致，深层受外界的影响较小，所以表层和深层的变异系数较小。而根区深度由于各点处作物长势不同和沟灌的不均匀性导致根区变异系数最大。因此在沟灌中要控制好各个沟的灌水量，保证各沟灌水充分。采用单样本Kolmogorov－Smirnov（K－S）方法对不同深度的土壤水分进行检验，检验结果见表1，各层次土壤水分的检验结果值均大于显著水平0．05，符合正态分布假设，能直接对所采集的数据进行空间统计分析。

2．2土壤水分的地统计分析

2．2．1变异函数在变量满足二阶平稳假设的条件下，变异函数的理论公式为［4－5］：γ（h）＝12E［Z（x＋h）－Z（x）］2（1）式中：Z（x）和Z（x＋h）分别为变量在x和x＋h处的取值，h是变量的间距。实际应用中，由于只能知道区域化变量在有限采样点处的取值，因此无法采用上述变异函数的理论公式进行计算，而是首先计算变异函数的样本估计量，也称样本变异函数，计算式为：γ＊（h）＝12NhNhi＝1［Z（xi＋h）－Z（xi）］2（2）式中：Nh是在（xi＋h，xi）之间用来计算样本的变异函数值的样本的对数。根据实测土壤含水率数据利用式（2）得到样本变异函数以后就可以对土壤含水率进行空间变异结构分析，然后建立一个最优的变异函数理论模型。利用GS＋软件的SemivarianceAnalysis模块提供的球状、指数、线性及高斯模型对数据进行拟合对比，根据决定系数（R2）和残差（RSS）来选择最佳拟合［6］。根据上述方法获得各层次土壤水分的模型后，得到其变异函数理论模型的参数，结果见表2。由表2可知，各层次土壤水分的空间结构可用指数模型和球状模型描述。土壤水分的变异既具有结构性，又具有随机性，是由土壤类型、地形、母质以及种植制度、耕作措施等各种因素在不同方向不同尺度共同作用的结果。所有土壤水分的块金效应均为正值，说明存在着由采样误差、短距离的变异、随机和固有变异引起的各种正基底效应。按区域化变量空间相关性程度的分级标准，当（C0／（C＋C0））＜0．25时，表明变量有强的空间相关性；当0．25＜（C0／（C＋C0））＜0．75时，表明变量有中等的空间相关性；（C0／（C＋C0））＞0．75时，表明变量有弱的空间相关性。从表2可看出，各层次的块金值均较小，并且块金值与基台值的比值也较低，范围为0．05～0．28，这些表明较小尺度上的某种过程可以忽视，随机部分引起的空间异质性程度不占主要作用。即说明了土壤的空间结构、气候等内在因子引起的空间异质性程度占主要作用。并且随着深度的增加内在因子对土壤水分空间分布的影响越大。从表2知各层次土壤水分的理论变异函数的有效变程分别为117．04、167．92、174．81m，即各层次土壤水分分别在0～117．04、0～167．92、0～174．81m范围内土壤水分存在空间自相关性，超出该范围后空间自相关性消失，点与点之间的土壤含水率相互独立。

2．2．2土壤水分的空间自相关性分析采用空间自相关Moran’sI系数（式（3））进行相关性分析［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分别为变量X在相邻配对空间i和j上的取值；wij为空间权重矩阵元素，表示空间变量在i、j二点间的连接关系；n为空间单元总数；I值为－1～1（I＝0表示空间不相关，I＞0为正相关，I＜0为负相关）。分析结果见图1。图1土壤水分空间相关分析从图1可以看出各层土壤水分存在着一定的空间相关性，并且具有相似的变化趋势，即在滞后距较小时都呈正相关，随着滞后距的增大逐渐变化为负相关。空间相关大致反映了斑块的平均半径，正相关反映了相同性质斑块间的平均距离，负相关反映了性质相反的斑块间的平均距离［7］。土壤水分的这种变化趋势说明土壤水分的空间格局呈现出比较简单的斑块。以根区土壤水分的Moran’sI系数为例进行分析，根区土壤水分在0～70m范围内为正相关，超过70m表现为负相关，这说明在70m范围内为性质相同的斑块，超过70m为性质不同的斑块。这是因为在样区南段约0～70m的范围内存在着砂壤土，土壤持水能力较弱，在超过70m的样区北段土壤质地均匀，土壤含水率相对较高，使得南北二段土壤水分表现出性质不同的斑块类型。

2．2．3土壤水分的空间插值为了直观准确的描述土壤水分的空间分布特征，研究中利用ArcGIS9．2软件，采用克立格插值法绘制了研究区5月10日1m范围内各层次的土壤水分空间分布图（图略），研究区的土壤水分随着深度层次的增加呈现出逐渐增加的趋势，表层的土壤水分值最小，深层的土壤水分值最大。试验区内各层次的土壤水分值呈现出西南部和东北部较高，中部和东南部较低的趋势。根区的土壤水分对葡萄的生长影响最大，因此在进行灌溉时应参考根区的土壤水分制定灌溉制度。从根区的土壤水分分布看出，此时根区土壤含水率比较低，如果再不进行灌溉可能会对葡萄的生长产生影响。根区土壤水分空间分布大致可划分为3个区，北部、中部和南部。在即将进行下次灌水时可以根据各区的土壤水分确定灌水量实现节约用水，达到精准灌溉的目的。

2．3合理取样数的确定

土壤水分空间分布的研究离不开充足的取样数据，但是考虑到时间、费用等因素进行大规模的采样不现实，采用t分布法在置信水平分别为90％和95％，且精度为均值的10％和5％的情况下，得到了土壤水分在各层的取样数目（表3）。结果表明在一定的允许误差下，各层土壤水分所需的采样点数不同，其中根区所需的采样点最多。合理取表3土壤体积含水率所需的取样数目个土层90％置信度5％10％95％置信度5％10％表层61158722根区1193017043深层56148120样数目与置信水平及精度有关，不同置信水平及精度要求下取样数目不同。经典统计学的采样方法虽然能确定采样点的数目，但是并不能决定取样点的空间位置。由于土壤水分具有一定的空间结构性，因此，可将经典统计方法与地统计方法结合起来从而为取样点的合理设计提供指导。

篇4

CA12864E液晶显示模块具有串行与并行两种数据传输方式。其中，串行方式虽节约了I/O口线，但访问时间过长；并行方式虽占据多个I/O口线，但处理速度较快。因此，本设计方案采用并行数据传输方式，RESET端直接接高电平，其接口电路如图2所示。

串行通讯接口串行通讯接口采用最广泛、最典型的RS-232串行数据标准。本设计采用RS232标准，利用MAX232芯片的双向转换完成TTL-EIA和EIA-TTL的电平转换。其硬件电路连接。键盘电路按键处理主要完成对当前一个DHT80经处理后的测试数据的显示。

电源模块电路本设计中电源模块采用12V铅蓄电源通过LM7805三端稳压器稳压至5V进行供电。此外，根据DHT80温湿度传感器的技术要求，推荐使用3V电源供电（在使用3V电源供电时，DHT80温度矫正系数等参数会相应改变）。因此，本研究设计了2个电路模块，分别输出5V和3V电压，如图5、6所示。其中，LM1117是一个可以提供电流限制与热保护的低压差电压调节器，能够实现1.25~13.8V的输出电压范围。

软件系统设计

1主程序

主程序的主要功能是负责对选定DHT80温湿度的实时显示，主程序流程如图7所示。

2传感器软件设计

DHT80与单片机通信只有两根线时钟线（SCK）和数据线（DATA），其通信协议是类似于I2C总线。首先，选择供电电压后将传感器通电，上电速率不能低于1V/ms。通电后传感器需要11ms进入休眠状态，在此之前不允许对传感器发送任何命令。用一组“启动传输”时序来表示数据传输的初始化。一组测量命令后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约20/80/320ms，分别对应8/12/14bit测量。DHT8x通过下拉DATA至低电平并进入空闲模式，表示测量结束。控制器在再次触发SCK时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其他任务在需要时再读出数据。DHT80的某些高级功能可以通过给状态寄存器发送指令来实现，如选择测量分辨率、电量不足提醒或启动加热功能等。测量分辨率：默认的测量分辨率分别为14bit（温度）、12bit（湿度），也可分别降至12bit和8bit。通常在高速或超低功耗的应用中采用该功能。电量不足：该功能可监测到Vdd电压低于2.47V的状态，精度为±0.05V。在读状态寄存器或写状态寄存器之后，8位状态寄存器的内容将被读出或写入。

3上位机通讯软件设计

软件在此处完成向上位机输出温湿度数据。以个人计算机（PC）作为上位机，与单片机之间以帧为通讯单位。本设计MCU不主动向计算机发送信息。PC根据需要发送命令帧，MCU完成相应功能后将发送应答帧。命令帧（PC至MCU）和应答帧（MCU至PC）的格式是相同的，二者帧内容有所不同。由上位机向下位机发送字节数和命令，下位机根据命令将采样数据传给上位机，下位机在传输完数据后继续进行数据采集，等待下一次中断控制信号到来。

仿真试验

本研究的目的是得到足够的数据以建立一种数学线性化模型。记录表格及其部分数据如表1所示。由表1可知，空气温度和土壤湿度之间存在一定关系，土壤空气的湿度值与外界空气的湿度值有显著变化；是否能用空气湿度变化很好地线性模拟空气湿度和土壤湿度数据以及线性度真值等数据不能完全确定。图9A、B分别表示第2个与第3个DHT80所测的数据曲线，其中，横坐标为在土壤中掩埋0.5h后测得的空气湿度，纵坐标为实际土壤湿度。由图9可知，在一定范围内，空气湿度与土壤湿度之间存在线性关系。

结语

篇5

关键词：粘重土壤；土壤含水量；土壤含盐量；土壤改良剂；灌溉；咸水；土壤含盐量

中图分类号：S153 文献标识码：A DOI编码：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

天津滨海地区淡水资源缺乏，土壤粘重，地下水位高，严重影响到该地区的农业。采用水利技术、工程技术控制和降低地下水位在临界深度以下，改良土壤粘重的物理性状，持续干旱情况下解决灌溉水源是保障农业持续发展的关键。天津地下微咸水（2～5 g·L—1）、咸水（大于5 g·L—1）资源丰富，滨海新区的浅层水矿化度在5～20 g·L—1的可开采量非常可观，如果将地下微咸水或咸水充分利用起来，可大量节约淡水。传统认为直接利用微咸水或咸水进行灌溉，会造成盐分在土壤表层和土体各层积聚，而使土壤进一步盐碱化，造成土壤物理性状恶化，土壤团粒结构差，结构粘滞、板结，渗透系数低、渗水困难，通气性差，土壤pH值高。目前研究表明，采用调盐和肥控措施能够保障咸水，特别是微咸水持续、安全地利用。为了解灌溉咸水、微咸水对土壤盐的影响，明确灌溉咸水的安全性，本试验主要研究滨海地区粘重土壤灌溉微咸水后土壤全盐、土壤pH值和土壤水的变化动态。

1 材料和方法

试验设置在天津市静海县，试验期间降水量520.3 mm，灌溉水的矿化度为4.725 g·L—1，pH值为8.22，盐离子组成等其他基本情况参见表1。

篇6

关键词：保护性耕作；秸秆覆盖；土壤墒情

中图分类号：S513 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2013）-04-0064-1

土壤侵蚀是导致干旱、半干旱地区土壤退化的主要原因之一，严重的土壤风蚀会直接引起土壤结构变坏、质地变粗、土壤肥力下降，农业可持续生产能力降低。[1]因此，如何提高天然降雨的水分利用效率，防止水分蒸散发，提高作物产量、减小水土流失量，便成了农业可持续发展的关键。

针对东北辽河平原雨养旱作区域特点，通过3年的试验研究证明，保护性耕作如秸秆残茬覆盖能够有效的保持土壤水分，抑制水分蒸散发及风蚀量，其作用效果是显著的。采用不同的覆盖模式，对土壤墒情及风蚀的影响是巨大的。本文为该地区水土资源的可持续开发利用与农业的可持续发展提供了一定的理论依据。

1 试验设置

东北辽河平原区实施保护性耕作，主要以春冬季节农田休闲期为保护，以玉米秸秆残茬覆盖为基本形式，以压实、覆盖（秸秆及残茬）、少耕、免耕保护为核心技术。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖模式对土壤水分的影响

从播种前看0～20cm深度范围内，免耕覆盖不压实的含水率高于TC，20～80cm深度范围内的土壤含水率并无规律，不同覆盖模式下10～80cm深度的含水率均高于0～10cm深度的表层含水率。播种后在玉米生长期，在0～10cm深度范围内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深度范围内免耕覆盖的土壤含水率均高于TC；在30～80cm深度范围内不同覆盖模式的含水率均低于TC。随着深度的增加，含水率也呈上升的趋势，表明播种后的土壤含水率会随着深度的增加而增大。TC、STC播种前是经过翻耕的，土壤表层扰动比较大，失墒比较严重，所以表层土壤含水率比较低。总体来看，免耕留茬秸秆覆盖会减少水分的蒸发，避免了翻耕对土壤水分造成的散失，可明显增强土壤的蓄水保墒性能。

2.2 不同覆盖模式对玉米产量的影响

合理的种植措施，可以优化产量，更好的发挥玉米品种的高产潜力。从结果可以看出，保护性耕作的玉米产量均高于TC，其中以STC的产量为最高。这是因为NTC、CCTC由于覆盖导致玉米出苗期延长，生长发育比较缓慢，致使玉米产量受到了一定的影响。CTC、NNTC在生育初期长势就不及STC，所以产量不及STC高。STC在整个生长过程期间既可以通过降雨入渗补充玉米生长期间所需的水分，有可以接受阳光的直接照射保持适当的生长温度，所以产量高于其他耕作方式。可见，合理的耕作方式可以改善土壤结构、发挥土壤内在有机质效力、改善田间气候，从而提高玉米产量。

3 结论

保护性耕作对土壤保墒及风蚀具有明显的调节作用，免耕、留茬、覆盖、浅松等保护技术是解决干旱、半干旱地区农业可持续发展的有效措施，它不仅可以调节地表温度、增加土壤蓄水能力和有机质、降低土壤潜在可风蚀性、抑制土壤风蚀、还可以增加玉米产量。

参考文献

[1] 贾延明，尚长青，张振国，等.保护性耕作适应性试验及关键技术研究[J].农业工程学报，2002，18（1）：78-81.

篇7

关键词秸秆还田；花生产量；土壤水分利用效率；辽西地区

辽宁省有55%的花生种植在辽西风沙半干旱区。花生收获时原垄被破坏，根茬很少留在耕层与地表，致使冬春季节地表大面积裸露，造成表土疏松，而同期风多风大，降雪、降雨稀少，造成土壤不同程度的风蚀现象。因此，采取因地、因时、因作物制宜的秸秆覆盖还田措施，可在合理保护和利用农田的同时，为花生稳产创造一个水、肥、气、热协调的土壤环境条件，这也是现代农业可持续发展的需要[1]。实践证明，秸秆覆盖能有效抑制土壤风蚀沙化，秸秆还田则增加土壤有机质含量，改良土壤结构，提高土壤酶活性[2-4]，特别是可缓解我国土壤氮、磷、钾比例失调的矛盾，弥补磷钾不足，消除秸秆焚烧造成的大气污染，保护生态环境，对实现农业可持续发展具有十分重要的意义[5]。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验在辽宁省风沙地改良利用研究所章古台试验站进行。试验区位于风沙半干旱区科尔沁沙地南缘，地处北纬42°42′、东经122°32′，海拔高度213.1 m，为典型的风沙土，其理化性质见表1。该地区的自然特点是风多、风大，全年平均风速3.33 m/s，5 m/s起沙风达240次。wWw.133229.CoM年降水量400～450 mm，多集中在7、8月。年蒸发量约1 600～1 800 mm，干燥度在4.0左右，属于半干旱区。常发生春旱、伏旱，秋吊，或春旱、伏旱、秋吊交替发生。无霜期145～150 d，该地区≥10 ℃活动积温3 468 ℃，年平均气温6.82 ℃，是易旱易风蚀典型风沙地区。

1.2试验材料

果树为仁用杏品种“超仁”，树龄为5年。供试花生品种为阜花10号。

1.3试验设计

构建果粮（大扁杏—花生—大扁杏）立体复合模式区，即果树12 m行间距间作16行花生。模式区在2008年为传统耕作花生，从2008年秋季花生收获后，将玉米秸秆按不同量进行覆盖，2009年春季进行旋耕还田处理。试验设4个处理，秸秆覆盖还田量分别为：2 250 kg/hm2（处理i）；4 500 kg/hm2（处理ⅱ）；6 750 kg/hm2（处理ⅲ）；以无覆盖、花生田裸露作为对照（ck）。果树为南北行种植，行长120 m，行距12 m。花生东西两侧距仁用杏2 m，大区处理，面积为960 m2，不另设重复。花生于5月中旬播种，行株距50 cm×12 cm，种植密度为33.33万株/hm2。

1.4 样品采集与测定方法

1.4.1土样采集。采样深度为0～20 cm。每个处理采用s型多点取样法进行。

1.4.2测定指标及方法。收获后进行考种及测产；播种前和收获后采用烘干法测定0~40 cm土壤水分含量。

1.4.3计算方法。各量计算公式如下：

土壤贮水量=土层厚度×土壤容重×土壤水百分含量

土壤耗水量=播前土壤储水量+总降水量+灌溉量-成熟期土壤储水量

土壤水分利用效率=花生产量／土壤储水量

1.4.4分析方法。试验数据采用软件sas v8．0及microsoft excel 2003处理。方差分析采用spss数据处理系统中的duncan新复极差分析方法，均值比较采用lsd多重比较方法。

2结果与分析

2.1不同秸秆还田量对花生农艺性状的影响

有关研究表明，花生产量与主要农艺性状存在密切相关，其中花生（荚果）产量与饱果数、百果重、百仁重、出仁率都呈极显著正相关，而与其主茎高、侧枝长呈极显著负相关[6]。从表2可看出，各处理间主茎高、侧枝长差异不显著。而对其他农艺性状影响较大。与ck相比，其他处理均不同程度提高了花生的总分枝数、饱果数、单株生产力、百果重、百仁重、出仁率，其中处理2与处理3优势显著。

2.2不同秸秆还田量对花生产量与土壤水分利用率的影响

由表3可看出，不同秸秆还田量对花生产量、土壤水分利用效率的影响显著。产量与土壤水分利用效率的高低顺序均为处理ⅱ＞处理ⅲ＞处理i＞ck，其产量分别比ck高13.2%、8.4%、3.2%。处理ⅱ、ⅲ与对照产量差异达显著水平（p＜0.05）。处理ⅰ、ⅱ、ⅲ的水分利用效率分别比ck高2.5%、13.1%和10.9%，差异均达到显著水平（p＜0.05）。

3结论与讨论

试验结果表明，秸秆覆盖还田对花生产量、土壤水分利用效率的影响达到显著水平。覆盖量较适中，秸秆覆盖还田不但增加了土壤有机质，而且能挡风遮荫，不易被大风吹走，防止土壤风蚀和水土流失，减少对土壤结构的破坏，腐烂的秸秆增加的有机质使土壤结构变得疏松，降水入渗率高，下渗深，接纳雨水多，从而提高了水分利用效率和产量。而当秸秆覆盖量为2 500 kg/hm2，花生产量和土壤水分利用率较低，在当地春季风多、风大，部分秸秆易被吹散。有关研究表明，将秸秆粉碎小于10 cm，还田后对作物出苗率影响不大。而秸秆覆盖量过多，尽管在一定程度上提高了土壤有机质含量及土壤微生物量碳含量，但粉碎程度不足，同时也延缓了秸秆腐烂时间，在一定程度上影响播种和出苗[7-8]，这也是秸杆还田覆盖量大时产量较低的原因。加之覆盖还田量大时工作量相对大，投入偏高，因而秸秆还田覆盖量为4 500 kg/hm2较适宜当地。

篇8

关键词： 土壤水分； 自动站； 平行观测

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

中图分类号：P412.1

引言

土壤水分含量及其变化规律的监测是农业气象生态环境及水文环境监测的基础性工作之一，掌握土壤水分变化规律，对农业灌溉、土壤墒情与农业干旱的监测预测及相关理论研究具有重要意义。2012年年初，洮南市气象局安装了GStarDZN2型自动土壤水分观测仪，其自动与人工观测资料的对比分析研究尤其显得重要。本文采用对比差值、差值概率等方法，分析GStarDZN2型自动土壤水分观测仪与人工平行观测资料，为评价GStarDZN2型自动土壤水分观测仪的监测能力、发挥资料应用价值与服务效益提供依据。

资料和方法

资料来源于洮南市农业气象一般站2012年5月3日-2012年11月13日对比期间10、20、30、40、50、60、80、100cm共计8个土层的土壤体积含水量，每个土层有2组，其中一组为GStarDZN2型自动土壤水分观测仪的观测资料，另一组为同期进行的人工观测资料，每组4个重复取平均，观测地段属同一地块。

人工对比观测方法是每旬逢3和逢8定期人工取土，过程降水量超过5mm时需加测。测定方法采用中国气象局《农业气象观测规范》规定的烘干称重法。

分析方法采用对比差值、差值概率，用于分析人工与自动站差值的平均、极大、极小分布，以及差值在不同数据段出现的概率等。在对比观测过程中排除了因自动土壤水分观测仪所在地段的安装因素造成的误差，尽量避开外界因素干扰，使观测数据具有充分可比性。

分析与结果

2.1自动与人工观测土壤水分差值及其概率分布

自动与人工观测土壤体积含水量的差值，不同土层表现不同，从平均值看，以20厘米土层3.6为最小，其次的为40厘米土层3.9。平均差值的最大与最小值分别为50厘米土层9.6和20厘米土层3.6。极大差值为10-40厘米随土层深度而减小，50-100厘米随深度增加而增大，最大出现在100厘米，,最小出现在40厘米;各土层的极小差值基本接近，为1%以内详见（表1）

表1 不同土层自动与人工观测土壤体积含水量的差值

由人工和自动观测数据的差值在不同数据段的概率分布可以看出，60、80、100厘米土层差值出现在10以内的概率均不到50%，10-40厘米土层差值出现在10以内的概率均大于90%，其中40厘米土层的差值出现在10以内的概率达为100%（表2）。

表2 自动与人工观测土壤体积含水量的差值在不同数据段出现概率

以上分析表明，自动站观测与人工观测数据的一致性在20厘米和40厘米两个土层表现相对最好，30厘米和10厘米次之，而60厘米表现相对最差。

结束语

洮南土壤体积含水量人工与自动观测资料的一致性表现在20厘米和40厘米土层最好，30厘米和10厘米土层次之，60厘米土层最差。分析自动与人工出现偏差的原因存在以下几个方面：

自动仪器探头测点与人工取土测点的土壤水分本身差异

各层土壤性质本身差异，0-50厘米为壤土，60-100厘米为粘土

人工操作时不可避免会出现人工观测误差

自动土壤水分仪订正值、土壤物理特性可能需要做进一步校准

参考文献：

【1】胡玉峰;自动与人工观测数据的差异[J];应用气象学报;2004年06期

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关键词植被；土壤水分；动态变化；丘四区寺尔沟小流域

中图分类号S152.7文献标识码A文章编号 1007-5739（2011）11-0255-02

黄土丘陵沟壑区第四副区（丘四区）属于干旱半干旱区，每年土壤侵蚀模数高达6 000 t/hm2以上，水土流失严重，植被覆盖度低，丘四区植被恢复和重建的重要制约条件之一是水分条件。科学利用土地资源和治理丘四区生态环境的前提是充分认识各种土地利用条件下土壤水分变化状况和水分利用情况。影响丘四区土壤水分的因素包括立地类型、植被生长季节、植被类型和土壤剖面等。土地的不同利用方式（包括耕作以外的自然和人为干扰）会改变土壤性质和植被对地表的覆盖，从而影响土壤水含量。同时，在一定程度上影响土壤含水量的有地表植被的盖度、类型及生长情况等[1-6]。对其土壤水分进行观测分析，通过水分平衡对各类植被生长适宜进行分析，通过选择丘四区寺尔沟小流域典型植被，了解该地区不同植被类型土壤水分状况和土壤水分利用情况，从而为该地区植被恢复、生态建设应用和发展提供理论依据。

1降水的分配

1.1降水时间分布

区内土壤水分的补给和恢复依靠天然降水，这是丘四区土壤水分的唯一来源。丘四区特有的土壤水文现象之一是土壤水分亏缺。而在雨季时，有较大的降水入渗补给，主要依靠降雨强度适中、历时长的降水，而微雨和暴雨的作用不是很大。分析试验区≥10 mm降雨量的降水分布状况（表1）。根据多年降雨观测数据，3―4月的降水8次，≥10 mm降水平均每月小于1次；5―10月的降水多达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月的降水为11.2次，≥10 mm降水为0次。

1.2不同植被类型地面上水量的分配

降水到达地面后，会进行第2次再分配。一部分形成地表径流而流失，另一部分渗入土壤，形成土壤水。降水状况影响地表径流的年内变化，使之具有明显的季节性变化。不同年份（5―10月）降雨量与地表径流表如表2所示。由表2可知，小麦地和苜蓿地分别平均地面径流占同期平均降水的6.95％和8.08％；云杉所占比例最大，为10.85％，荒地和沙棘平均地面径流占同期平均降水的比例最小，分别为3.40%和3.14％。由此可见，寺尔沟小流域不同植被类型平均地面径流占同期平均降水的比例不同。

2土壤水分动态

2.1土壤水分年际变化

降水量和植被类型对土壤水分的影响是巨大的，天然降水是丘四区植被生长需水的唯一来源。土壤水分变化与当地气候变化，尤其是降雨的季节性变化规律是基本一致的。在干旱年份，降雨量补充较少，不同植被类型土壤水分的差异会加大；一般在丰水年，土壤含水量会得到部分补偿，不同植被类型的差异会缩小。2004―2009年各植被类型土壤水分年际变化如表3所示。由表3可知，在2007年降水量较大，各植被土壤水分均值高于其他年份。土壤水分年际变化的一个共同的趋势是：除2008年以外，小麦与沙棘的土壤水分含量高于其他植被，小麦与沙棘间土壤水分差异不明显。因为沙棘耗水量相对苜蓿和云杉较少。云杉与苜蓿土壤含水量间均无差异，除2007年以外，云杉与苜蓿地的土壤水分相对低于其他植被。在干旱区，土壤蒸发量大，天然降雨少，苜蓿和云杉均为高耗水性植被，因此其对土壤水分的利用相对较大。由此可知，不同年份各植被类型土壤水分差异明显。

2.2不同植被类型土壤水分动态变化

丘四区一般总孔隙度为50％～55％，土壤疏松多孔，加之以干旱半干旱气候为主，有相当一部分降水恢复的水分很快又蒸发到大气中，因此土壤所能保存的雨季降水中，水分减少较多。由于蒸发量远大于降水量，地下水埋藏很深，土壤水分仅占田间持水量的57.6％～74.2％，土壤水分经常处于亏缺状况，主要因负补偿效应导致。2004―2009年寺尔沟小流域观测结果如表4所示。由表4可知，0～100 cm土层中，云杉林地的水分亏缺量在121.57～138.07 mm，坡耕地的水分亏缺量在131.40～159.40 mm，沙棘林地的亏缺量在99.03～125.64 mm，天然草地的亏缺量在127.280～144.590 mm，坡耕地亏缺量最大，沙棘林地亏缺量最小，沙棘林地对土壤水分具有更好的补偿效应。

2.3土壤水分剖面变化

对各植被类型土壤水分剖面变化进行分析，结果如表5所示。由表5可知，土地利用类型土壤水分在0～20 cm土层深度与其他土层有极著的差异，并且土壤水分最大。各土地利用类型在20～60 cm土层深度土壤水分的差异达显著水平，深层60～100 cm土壤水分的差异不明显；土壤水分在整个剖面上呈降低趋势。对不同土地利用类型间土壤水分进行分析（F值），结果表明，不同土地利用类型土壤水分差异明显，对于整个土壤剖面水分状态由高到低顺序是坡耕地＞沙棘林地＞天然草地＞云杉林地，在80 cm深度以下的表现尤为明显。

3结语

试验结果表明，在对各类植被土壤水分利用测定分析的基础上，通过水分平衡对各类植被生长适宜性进行分析，为该地区植被恢复和生态建设应用和发展提供理论依据。

4参考文献

[1] 马国飞，张晓煜，张磊，等.宁夏压砂地土壤水分动态及消耗规律分析[J].宁夏农林科技，2011（1）：4-7.

[2] 佟长福，史海滨，李和平，等.呼伦贝尔草甸草原人工牧草土壤水分动态变化及需水规律研究[J].水资源与水工程学报，2010，21（6）：12-14.

[3] 许正辉，李世兰，阎彦梅.青海互助县半干旱区农田土壤水分动态分析[J].农业科技通讯，2010（10）：93-94，99.

[4] 宋闰柳，于静洁，薛明.华北山区东台沟小流域沟道土壤水分动态特征[J].南水北调与水利科技，2010，8（5）：42-45.

[5] 李小勇.互助县寺尔沟流域不同土地类型土壤水分特征[J].现代农业科技，2010（14）：248，254.

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关键词；土壤湿度；单片机控制；电磁阀滴灌；盆栽植物

0 引言

目前，盆栽植物越来越受到城市居民的喜爱，为了克服传统的人工给盆栽植物浇水带来的局限性，本文所介绍的盆栽植物生长过程土壤水分测控系统基于单片机控制，再配合土壤湿度检测电路设备探测盆栽植物所在的土壤环境，电磁阀门和可以根据不同植物进行多种灌溉方式的灌头，既克服了传统的人工浇水的不定时性和不准确性，又避免了以往水分控制系统的不准确性而造成的过涝等，因此采用土壤湿度监测模块，单片机控制模块，电磁阀门灌水模块所构成的盆栽植物土壤水分测控系统以降低设备投入，同时也不用自己去专门维护、检修，是比较理想的选择。

1 系统方案设计

系统总体设计方案主要由土壤湿度检测模块、单片机采集控制及输出电路模块、电磁阀及滴灌设备模块等几部分组成。系统构成如图1所示。

图1系统组成框图

整个系统的工作原理为：土壤湿度检测模块来完成对盆栽植物土壤湿度的采集；单片机采集控制系统将采集到的土壤湿度数据与设定的土壤湿度数据进行比较，进行实时灌水，达到设定值时停止灌水；电磁阀及滴灌设备用来实现根据单片机经过分析数据后，实现灌水或者停止灌水；进而使土壤湿度处在适宜农作物生长需求的最佳状态。

2 系统硬件电路设计

由A/D转换电路、STC89C52单片机和相应的振荡、复位电路、继电器控制电路组成单片机采集控制及信号输出模块是整个测控系统的核心。通过采集土壤湿度检测模块传递的实时土壤湿度信号，与设定的土壤湿度数据进行对比，然后输出信号使继电器控制电路控制电磁阀门的开关，从而进行对盆栽植物的实时灌水。

2.1 土壤湿度检测模块

土壤湿度检测模块由湿度探头和信号放大电路组成。

土壤湿度检测模块的工作原理：为当土壤湿度传感器插入土壤时，由于土壤含水量的不同，使得土壤湿度传感器的电阻值也随之变化，这个电阻器成为晶体管VT1的基极偏流电阻器。偏流电阻值的不同，使VT1的基极电流也不同，从而改变了VT1的集电极电流，也改变了发射极上的电流，这一电流流过电阻器R2时，在该电阻器上形成的电压，再经电阻器R5和R8分压以后加至运算放大器LM358的③脚(同相信号输入端)，经放大以后从LM358的①脚输出，并由VD3将输出电压限定在5V之内。

2. 2 单片机采集控制及信号输出电路模块

单片机采集控制及信号输出电路模块由A/D转换器ADC0832、STC89C52、继电器驱动电路组成。

图2 A/D转换器电路图

在单片机采集控制及信号输出电路中，土壤湿度检测电路输出端与A/D转换器的2脚和3脚相连，如图2所示。A/D转换器的1脚，5脚，6脚，7脚与单片机的P3口的P34, P37, P36,P35相连，完成相应的数字量转换。输出时，单片机P1口与驱动电路中的ULN2003AN的输入端相连，ULN2003AN的输出端与继电器相连，完成输出。

2.3 电磁阀滴灌模块

电磁阀采用常闭电磁阀，其压力范围0～0.8Mpa，电压范围0～24V。该电磁阀的原理是通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。

3 系统软件设计

盆栽植物生长过程土壤水分测控系统程序设计是基于盆栽植物土壤水分的变化。单片机采集到土壤湿度信号数据后，与事先设定的值进行比较，以决定是否加湿。本盆栽植物生长过程土壤水分测控系统采用滴灌加湿的方法。为了避免滴灌过量的情况发生，在滴灌后的一段时间内，只检测湿度，而不对土壤湿度信号进行处理。

4 结论

随着单片机技术在农业园艺上业务的不断拓展，采用土壤湿度监测模块，单片机控制模块，电磁阀门灌水模块所构成的盆栽植物土壤水分测控系统以降低设备投入，同时也不用自己去专门维护、检修，既克服了传统的人工浇水的不定时性和不准确性，又避免了以往水分控制系统的不准确性而造成的过涝等是比较理想的选择。

参考文献：