智墒与烘干法对比实验参考方法

智墒在技术上已经实现了土壤免标定（耕作土壤）。在实际应用过程中，利用国际通用的烘干法验证它的准确性和可靠性；为了减少烘干对比验证过程中因操作不当造成的数据误差问题，下面列出烘干法实验步骤及常见问题的解决办法。 本方法结合国际标准方法“称重法”和“环刀称重法”编制。

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一. 方法说明

1. 智墒免标定说明 土壤免标定是指智墒在使用过程中不需要标定即可直接使用。智墒的免标定技术适用于耕作土壤或适合作物生长的土壤。（除矿物质土壤、有机质土壤、黑碳土、岩石等非耕作特殊“土壤”）

2. 方法原理说明 称重法，也称烘干法，这是唯一可以直接测量土壤水分方法，也是目前国际通用的标准方法。用土钻采取土样，用0.1g 精度的天平称取土样的重量，记作土样的湿重M，在105℃的烘箱内将土样烘12小时至恒重，然后测定烘干土样 ，记作土样的干重 Ms：

   土壤含水量 = (烘干前铝盒及土样质量 - 烘干后铝盒及土样质量) / (烘干后铝盒及土样质量 - 烘干空铝盒质量) * 100%

   环刀烘干法，它是在称重法的基础上加以用已知体积容器来直接测量计算得到土壤质量含水量，区别是它在得到土壤质量含水量的同时还可以计算体积含水量及土壤干容重。

二. 实验前准备

1. 判断稳定期 将土壤水分传感器按照使用说明安装到位，灌浆法一般需要3-7天的稳定周期，这个周期是和土壤类型相关，一般沙性土壤3天即可稳定，粘性土壤时间略微延长，具体可以通过读取设备的水分数据判断。

2. 准备实验工具

1. 采样准备

   3.1 环刀取土时间 环刀取土时间建议在安装完毕设备稳定之后取土。

   3.2 环刀取样点要求 环刀取样选择传感器周围，如图所示的1（正北方），2（正东方），3（正南方），4（正西方）。 图0：取样示意图

   3.3 环刀编码规则 为了方便分析每层土壤，特将环刀编码规则进行统一要求。环刀编码按照顺时针排序，依次为：1（正北方），2（正东方），3（正南方），4（正西方）。 每层环刀取样完成放入铝盒中时编码为：1-1，1-2，1-3，1-4；2-1，2-2，2-3，2-4；以此类推。（注：需要将铝盒及铝盒盖一同编码）

   3.4 环刀取土数量要求 根据传感器的测量节数（N），每节需要取4个环刀土样,共需要去4*N个环刀的土样。

   3.5 挖开深度及宽度要求 由于智墒每层监测位置及范围是固定的，所以要求按照它每层监测的平均位置来定义每层挖土深度。削平土平台宽度不小于直径50CM。挖土深度见下表。

三. 采样操作

正式开始实验前，需要先按一下传感器顶部红色按钮，让传感器发一包当前的数据作为本次实验的对比数据。

1. 在选好的取土位置处，用铁锹或者削土刀挖到相应的深度；用米尺测量挖开深度。（注：不能挖土过深超出了每一层的要求范围，否则容重将会改变，引入误差）
2. 用200cc体积环刀竖直放下，将环刀手柄放在上方后用橡胶锤均匀向下击打环刀手柄，慢慢将环刀砸入土壤。从环刀手柄小孔中观察，环刀完全打入土中后，将环刀手柄拿开。若土壤没有充满整个环刀，需要将环刀手柄放入继续砸，直到土壤完全超出环刀为止（此过程不能用力过猛导致环刀打歪至土壤容重改变）。
3. 将环刀从土壤中挖出来；用削土刀将环刀周围多余的土去掉，削土时注意不能将土壤大块削掉，尤其是削掉环刀以内的土壤。假如削掉部分土壤，需要用本次的原土修补环刀内的空隙，用削土刀将环刀两侧补平；
4. 将环刀两面用铝盖扣好立即称重、记录并保存好；若不能立即称重，则需要用密封胶带将上下底盖封好，保证没有水分和土壤的损失，待回到实验室中再拆封将其称重。记录原始数据；
5. 第一层取土完成后，重复上述步骤取下一个方位的土样，直到所有位置所有深度的土样都取完毕；
6. 将称重完的土样，放入烘箱，放入前将土样顶盖拿下在底部与土壤铝盒一起烘干（该过程严禁损失土壤）；
7. 烘箱温度在105℃下连续烘干12小时至恒重；
8. 烘干完成后取出、盖好、移入干燥器内冷却至室温，约需30min；（带上、下盖）立即称重；
9. 将数据记录在表格中拍照保存，然后输入电子表格计算土样的体积含水量；
10. 将各层的4个土样数据进行分析筛选，去掉差值大的土壤后取平均，得到各层的体积含水量；

四．常见的问题及解决办法

1. 烘干法取样位置不正确 环刀取样的位置不正确，离传感器太远或与相应的传感器不在一个平面上。图1中，A不正确，离传感器太远，超出传感器的作用范围；B不正确，和传感器不在一个平面；C正确，符合基本取土位置要求。 图1 环刀取样位置对比

2. 烘干法取样时间和传感器输出的数据时间相差太长 正确的做法是，取样之前让传感器发一包数据，然后取样，这时的传感器数据和取样数据时间点一致，可以做比较。

3. 由容重导致的体积含水量的计算出现误差 取土测量时没有用环刀同时测量土壤的干容重，而是采用的经验数据。经验数据不可靠，主要是土壤干容重会发生变化（翻土等作业），且土壤每一个深度的干容重大多数情况下并不一致，并不能用一个深度的干容重代替所有深度土壤的干容重。

4. 传感器周围的水分分布不均匀 特别是滴灌情况下，出水点的水分含量大大高于周围点。这时需要选取四个取样点，并将结果做算数平均，得出的值与传感器的输出值才具备可比性。土质分布不均情况下，传感器一侧为砂土，另一侧为壤土，需要结合土质来分析土样误差。

5. 烘干过程操作不规范，时间和温度没有按要求操作 正确的烘干温度是105度，时间要大于12小时；特别是南方黏土，需要烘干的时间通常较长。样土最好用大于环刀土样的容器装盛，水分高的土壤可在放入烘干箱之前稍做分离。

6. 称重过程出现误差 烘干前后没有采用同一个称重秤，忘记减去铝盒的重量。

7. 传感器未采用灌浆法安装 传感器周围有缝隙，当下雨或灌溉时，会出现传感器输出值快速增大，然后又快速降低的过程。为避免出现这样的情况，应采用灌浆法安装设备。 图2 安装不当造成水分下漏

8. 数据计算和输入错误 做相关测试时，应细心并反复检查数据的准确性，特别是一些奇异点，要反复确认数据。建议保留烘干以后的土壤，以便复查。

9. 取样的土壤中含有大量的根系 根系中的水分含量大，水分传感器测量出的值会大于土壤实际的含水量。此时应重新取土。

10. 数据误差 土壤、环刀、环刀上盖、环刀下盖不配套。采样前应将环刀、上盖、下盖分别用记号笔标记成组；并做好称量记录。

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附件下载:

• 附件一：现场实验记录表
• 附件二：土壤烘干实验参考计算表格
• 附件三：智墒与烘干法对比实验.pdf