徐倩　劉玉春　潘秋艷　姜紅安　李晶

摘要：對(duì)土壤含水率、電導(dǎo)率和pH值等參數(shù)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)定是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉的前提，對(duì)我國(guó)目前科研和生產(chǎn)中常用的幾種土壤參數(shù)測(cè)定儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定，分析這些儀器測(cè)試結(jié)果的可靠性。結(jié)果表明TDR和土壤電導(dǎo)率儀測(cè)定土壤含水率和電導(dǎo)率的精度較高、操作簡(jiǎn)單；土壤酸堿度儀和三合一測(cè)定土壤含水率具有較好的精度、且測(cè)定快速簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，在使用時(shí)根據(jù)土壤特性和作物品種確定適宜的灌水控制值，但三合一不適宜用來(lái)測(cè)定土壤pH值；四合一測(cè)定土壤含水率穩(wěn)定性差；土壤電導(dǎo)率和含水率之間呈現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著含水率的增大，電導(dǎo)率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。研究結(jié)果能夠?yàn)樽魑锷a(chǎn)中土壤參數(shù)測(cè)定儀器的選擇提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土壤；含水率；電導(dǎo)率；pH值；儀器；實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定

中圖分類號(hào)：S274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-1683（2017）02-0192-06

精細(xì)灌溉是根據(jù)作物和土壤信息適時(shí)、適量地進(jìn)行灌溉，通過(guò)對(duì)水肥的精細(xì)調(diào)控確保農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，是提高灌溉管理水平、實(shí)現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)的必然趨勢(shì)。在作物生長(zhǎng)過(guò)程中，對(duì)土壤含水率、pH值、電導(dǎo)率等土壤參數(shù)進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)田間灌溉，這對(duì)精細(xì)灌溉的實(shí)現(xiàn)和水資源合理利用具有重要意義。在已有研究中，對(duì)TDR測(cè)量土壤含水率的研究較多，研究表明TDR的測(cè)量值與真實(shí)值之間有較高的相關(guān)性，目前TDR測(cè)定土壤含水率的方法已經(jīng)在作物灌溉制度的制定、農(nóng)田水分監(jiān)測(cè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。目前我國(guó)市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種操作簡(jiǎn)便的土壤含水率、電導(dǎo)率、pH值等土壤參數(shù)測(cè)定儀器，對(duì)這些儀器測(cè)定結(jié)果的標(biāo)定尚沒有相關(guān)研究。對(duì)此，本研究對(duì)目前科研和生產(chǎn)中常用的5種土壤參數(shù)測(cè)定儀器，包括TDR進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室儀器標(biāo)定，對(duì)這些儀器測(cè)定土壤參數(shù)的可靠性進(jìn)行評(píng)定，為作物生長(zhǎng)過(guò)程中土壤參數(shù)測(cè)定儀器的選擇提供更多參考。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)土壤和測(cè)定儀器

本研究選用兩種土壤進(jìn)行試驗(yàn)，一種取自廊坊市永清縣新苑陽(yáng)光農(nóng)業(yè)園區(qū)，一種取自河北農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)綠化區(qū)，取土層次均為0～20 cm土層，表1給出了兩種試驗(yàn)土壤的物理和水力特性參數(shù)。

本研究對(duì)目前科研和生產(chǎn)中常用的5種土壤參數(shù)測(cè)定儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定，包括TDR土壤水分測(cè)量?jī)x器/TZS型、土壤電導(dǎo)率原位測(cè)量?jī)x/Ec110，土壤pH值/濕度測(cè)量?jī)x/KS-06、三合一園藝檢測(cè)儀/TR01和四合一土壤測(cè)試儀/AMT-300，表2給出了以上5種土壤參數(shù)測(cè)定儀器的名稱、標(biāo)定項(xiàng)目、標(biāo)示測(cè)量范圍及精度、產(chǎn)地等相關(guān)信息，圖1給出了這些儀器的照片。TDR和土壤電導(dǎo)率儀是目前科學(xué)研究中應(yīng)用較廣的測(cè)定土壤含水率和電導(dǎo)率的儀器，操作簡(jiǎn)便、快速，且測(cè)量范圍較大，為科學(xué)研究提供了較為精準(zhǔn)的土壤含水率和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)；土壤酸堿度儀、三合一和四合一等儀器是我國(guó)近幾年出現(xiàn)的土壤含水率、pH值、溫度等土壤環(huán)境多參數(shù)測(cè)定儀器，由于價(jià)格低，使用快捷方便，在園藝生產(chǎn)上得到了一定的推廣應(yīng)用。這些儀器的測(cè)定精度直接影響著水肥管理決策方案，因此有必要對(duì)這些儀器的測(cè)量精準(zhǔn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中土壤參數(shù)測(cè)定儀器的選擇提供參考依據(jù)，本文對(duì)這幾種儀器土壤含水率、電導(dǎo)率和pH值等3個(gè)與水肥管理決策密切相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)、觀測(cè)項(xiàng)目與方法

試驗(yàn)于2014年7月-8月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)田水利實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)土壤首先自然風(fēng)干、過(guò)2mm篩待用。試驗(yàn)時(shí)將試驗(yàn)土壤配制成不同含水率后裝盆，共設(shè)計(jì)15個(gè)土壤含水率梯度，分別為田間持水率的40%～100%（每隔5%一個(gè)梯度）、125%和150%，并按照土壤初始容重裝盆。裝盆后試驗(yàn)土壤靜置24 h，使水分重新分布達(dá)到設(shè)計(jì)土壤含水率。而后用以上5種土壤參數(shù)測(cè)定儀器依次測(cè)定每盆土壤的含水率、pH值和電導(dǎo)率等環(huán)境參數(shù)值。儀器測(cè)試完成后，每盆取土約50 g，一部分土樣用烘干法測(cè)定土壤含水率，一部分土樣自然風(fēng)干、磨碎、過(guò)2mm篩后，按土水比1：5配置土壤浸提液，測(cè)定土壤浸提液電導(dǎo)率Ec。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析利用SPSS17.0進(jìn)行。

2結(jié)果與分析

2.1土壤含水率測(cè)定效果分析

烘干法測(cè)定土壤含水率是其它土壤含水率測(cè)定方法的標(biāo)定依據(jù)，本試驗(yàn)也用烘干法測(cè)得的土壤含水率作為5種土壤參數(shù)測(cè)定儀器測(cè)定土壤含水率的標(biāo)定依據(jù)。圖2給出了烘干法測(cè)定的土壤含水率與設(shè)計(jì)土壤含水率的相互關(guān)系，烘干法測(cè)得的廊坊土和保定土的土壤含水率與設(shè)計(jì)含水率之間的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.991和0.987，在=0.01水平上達(dá)到顯著相關(guān)，說(shuō)明試驗(yàn)土壤含水率配制達(dá)到了設(shè)計(jì)值且具有較高的精度。圖3給出了TDR測(cè)定的土壤含水率與烘干法土壤含水率之間的關(guān)系，兩種土壤TDR測(cè)得的土壤含水率與烘干法測(cè)得的含水率之間的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.967和0.949，在=0.01水平上達(dá)到顯著相關(guān)，說(shuō)明TDR測(cè)定的土壤含水率精度較高。

土壤酸堿度儀和三合一測(cè)得的土壤含水率值越小說(shuō)明土壤越干燥，圖4和圖5分別給出了土壤酸堿度儀和三合一測(cè)得的廊坊土、保定土兩種土壤的含水率與烘干法和TDR法測(cè)得的土壤含水率之間關(guān)系。土壤酸堿度儀測(cè)得的廊坊土、保定土的含水率與烘干法的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.976和0.944，與TDR測(cè)得土壤含水率之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.943和0.885；三合一測(cè)得的兩種土壤含水率與烘干法測(cè)得的土壤含水率之間相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.957和0.897，與TDR測(cè)得土壤含水率之間的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.944和0.821；均在=0.01水平上均達(dá)到顯著相關(guān)，說(shuō)明土壤酸度儀和三合一測(cè)得的土壤含水率值與真實(shí)土壤水分狀況間具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，能夠反映土壤水分含量的大小。

表3給出了土壤酸度儀和三合一土壤含水率測(cè)定值與烘干法土壤含水率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，土壤酸堿度儀的含水率測(cè)量值為0～8，三合一的測(cè)量值為0～10，相同土壤含水率兩種土壤的測(cè)量值不同，說(shuō)明土壤酸度儀和三合一測(cè)定的土壤含水率值因土壤的不同而不同，需要在使用時(shí)根據(jù)土壤特性和作物品種確定適宜的灌水控制值；土壤酸度儀測(cè)量時(shí)廊坊土含水率超過(guò)0.28 cm³/cm³、保定土超過(guò)0.26cm³/cm³時(shí)超量程三合一測(cè)量時(shí)廊坊土含水率超過(guò)0.25cm³/cm³、保定土超過(guò)0.26 cm³/cm³時(shí)超量程，即土壤含水率較高達(dá)到或超過(guò)土壤的田間持水率時(shí)這兩種儀器均出現(xiàn)了超量程問(wèn)題，說(shuō)明不適合在含水率較大隋況下使用；表3中同時(shí)給出了四合一測(cè)得的土壤含水率與烘干法測(cè)定結(jié)果的比較，四合一測(cè)定土壤含水率值根據(jù)土壤水分含量的大小測(cè)定結(jié)果顯示為DRY+、DRY、WET和WET+，從表3分析可見，四合一測(cè)定值對(duì)應(yīng)的土壤水分范圍較大，說(shuō)明測(cè)量精度較低，且在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)此儀器在應(yīng)用中測(cè)定值的穩(wěn)定性差。

2.2土壤電導(dǎo)率定效果分析

圖6比餃了電導(dǎo)率儀和浸提法測(cè)得的土壤電導(dǎo)率，圖7給出了廊坊土和保定土2種土壤的電導(dǎo)率（浸提法）和含水率（烘干法）的相關(guān)關(guān)系。分析可見廊坊土和保定土2種土壤電導(dǎo)率儀測(cè)得的土壤電導(dǎo)率與浸提法測(cè)定結(jié)果之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.977和0.974，在=0.01水平上顯著相關(guān)，說(shuō)明電導(dǎo)率儀測(cè)得的土壤電導(dǎo)率精度較高、能夠陜速測(cè)定并提供較為精準(zhǔn)的土壤電導(dǎo)率狀況。隨著土壤含水率的噌大，土壤電導(dǎo)率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，土壤電導(dǎo)率和含水率之間呈現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，廊坊土含水率與電導(dǎo)率之間的相關(guān)系數(shù)為0.510，有達(dá)到顯著相關(guān)，保定土含水率與電導(dǎo)率相關(guān)系數(shù)為-0.719，在=0.01水平上顯著負(fù)相關(guān)。廊坊土電導(dǎo)率為4130-5130μs/cm，保定土為150-330 μs/cm，當(dāng)土壤含水率接近田間持水率時(shí)，廊坊土電導(dǎo)率則下降至300μs/cm以下，保定土下降至200 μs/cm以下，說(shuō)明鹽堿土條件下通過(guò)土壤水分的調(diào)控能夠控制土壤電導(dǎo)率，以保證作物的正常生長(zhǎng)對(duì)土壤水分和鹽分含量的需求。

2.3土壤pH值測(cè)定效果分析

表4給出土壤酸堿度儀、三合一和四合一3種儀器測(cè)定的土壤pH值的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，3種儀器測(cè)試的土壤pH值變異系數(shù)均小于0.1，為弱變異性，說(shuō)明3種儀器測(cè)試的土壤pH值差異不大結(jié)果一致。土壤酸堿度儀和四合一測(cè)量值的偏度系數(shù)、測(cè)試的土壤pH值變異系數(shù)均小于0.1，為弱變異性，說(shuō)明3種儀器測(cè)試的土壤pH值差異不大結(jié)果一致。土壤酸堿度儀和四合一測(cè)量值的偏度系數(shù)、峰度系數(shù)均接近0，說(shuō)明二種儀器的測(cè)試結(jié)果十分接近、準(zhǔn)確可靠。三合一測(cè)定結(jié)果的方差較大，偏度系數(shù)、峰度系數(shù)較高，說(shuō)明測(cè)定值的波動(dòng)較大。試驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中土壤酸度儀和四合一的穩(wěn)定性好，三合一的測(cè)定值波動(dòng)性大，穩(wěn)定性較差。

3結(jié)語(yǔ)

對(duì)土壤含水率、pH值、電導(dǎo)率等環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確掌握是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉的前提，對(duì)土壤參數(shù)測(cè)定儀器的可靠性的準(zhǔn)確評(píng)定，能夠?yàn)樽魑锷L(zhǎng)過(guò)程中土壤參數(shù)測(cè)定儀器的選擇、精準(zhǔn)灌溉決策提供參考依據(jù)。

本文對(duì)我國(guó)目前科研和生產(chǎn)中5種土壤參數(shù)測(cè)定儀器的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定結(jié)果表明，這5種儀器對(duì)土壤含水率、電導(dǎo)率和pH值的測(cè)試都具有操作簡(jiǎn)便、快速簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。就土壤含水率的測(cè)試而言，TDR的測(cè)量精度較高，能夠定量測(cè)定土壤含水率，適宜在科研和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中選用；土壤酸堿度儀和三合一測(cè)定土壤含水率穩(wěn)定性較好，測(cè)定值與烘干法和TDR測(cè)定的土壤含水率之間具有較高的相關(guān)性，測(cè)量結(jié)果具有較高的精度，能夠定性的反映土壤含水率的高低，但不能定量的確定土壤含水率的大小，在使用時(shí)需根據(jù)土壤特性和作物品種確定適宜的灌水控制限值，適宜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中選用；四合一測(cè)定土壤含水率精度低、穩(wěn)定性差，不適宜在作物種植過(guò)程中選用。就土壤pH值的測(cè)試而言，三合一測(cè)定pH值的穩(wěn)定性差，四合一測(cè)定pH值穩(wěn)定性較好。Ec110土壤電導(dǎo)率原位測(cè)量?jī)x測(cè)定土壤電導(dǎo)率精度較高。

本文僅對(duì)這幾種儀器土壤含水率、電導(dǎo)率和pH值等3個(gè)與水肥管理決策密切相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定，沒有對(duì)光照和溫度等其他參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，尚需在后續(xù)研究中加以考慮。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟需價(jià)格合理、操作簡(jiǎn)便、能夠準(zhǔn)確定量測(cè)定土壤參數(shù)的儀器，以便為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水肥管理管理提供定量的決策支撐；我國(guó)目前科研中這些儀器大多依賴進(jìn)口，真正應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、操作簡(jiǎn)便、精度較高的相關(guān)儀器尚處于空白，亟需展開相關(guān)的研發(fā)。