土壤墑情監測探索與思考
——以甘肅省環縣為例

劉 敏，敬纏琴，胡愛蓮

（甘肅省環縣農業技術推廣中心，甘肅 環縣 745700）

土壤墑情是作物根系分布層土壤水分的分布狀況。土壤水分狀況受多種因素的影響，包括氣象、土壤、作物生長狀況、田間管理技術等，其多少直接影響著作物的正常生長及其產量、產品的質量。墑指土壤適宜植物生長發育的濕度，墑情指土壤濕度的情況。土壤濕度是土壤的干濕程度，即實際含水量，可用土壤含水量占烘干土重的百分數表示：土壤含水量=水分重/烘干土重×100%。相當于田間持水量的百分比，或相對于飽和水量的百分比等相對含水量表示。田間持水量是降雨或灌溉后，多余的重力水已經排除，滲透水流已降至很低或基本停止時土壤所吸持的水量。飽和含水量指全部土壤孔隙充滿水時的含水量，又稱最大持水量。如按容積百分比計，飽和含水量則相當于土壤總孔隙度。

在全球氣候變暖的背景下，干旱發生的頻率和強度呈增加趨勢，干旱災害所引發的水資源匱乏、糧食危機、生態惡化（如荒漠化）等，直接威脅到國家糧食安全和社會經濟發展[1]。墑情監測是推廣高效低耗節水技術，實現科學用水和高效用水的關鍵環節之一[2]。為了進一步提高農情調度工作的及時性、準確性和系統性，實現農情信息采集規范性、傳輸網絡化、管理自動化，確保農情調度工作順利開展，農業農村部設立了農情信息采集項目，甘肅省農業農村廳種植業管理處組織安排各縣做好農情項目工作，加快現代農情信息體系建設，為農業結構調整和農業相關部門指導農民抗旱提供科學依據。

環縣地形復雜，梁峁起伏，溝壑縱橫，水資源緊缺，智能監測土壤墑情顯得十分重要。利用先進的物聯網技術，采用各類傳感器，在線采集墑情信息，實現墑情自動預報、智能決策、自動控制灌溉等功能，對指導旱作節水農業生產、抗旱減災、農作物的科學補給用水具有重要意義。

1 項目區概況

環縣屬黃土高原丘陵溝壑區，生態環境脆弱，自然條件嚴酷，是典型雨養旱作農業區。土地面積923 600 hm2，耕地239 000 hm2，平均海拔高度1 400～1 700 m，覆蓋質地疏松、耕性良好的黃綿土，主要種植小麥、玉米、小雜糧，屬于溫帶半干旱季風氣候，降水量少，蒸發量大，年降水量不多，降水變率大，常出現干旱。年平均日照時數2 551 h，年太陽總輻射量6 091 MJ/m2。年平均氣溫8.70 ℃，毛井一帶最低，曲子一帶最高，南北相差2 ℃以上。年平均降水為430.70 mm，降水量從東南向西北遞減，西、北部年平均降水偏少100～150 mm，抗旱減災已成為農業生產的常態。農田土壤墑情和旱情監測始于2014 年，為了能夠更加準確地了解環縣土壤墑情的現狀及發展變化情況，依據地貌類型和作物布局布設長期定位監測點，監測技術不斷更新升級，土壤墑情監測系統向著自動化發展，系統主要由監控中心、通信網絡、遠程監測設備和土壤墑情檢測設備4部分構成，用戶可通過手機APP 接收墑情預警信息推送，查看實時墑情、歷史數據，實現遠程管理，及時發布、上報土壤墑情信息，保證數據科學、準確，為提高水分利用率和更好地開展現代農業高效低耗節水措施提供重要的基礎信息。近年來，環縣以玉米、馬鈴薯、蔬菜、瓜果等作物為重點，大力示范推廣膜下滴灌水肥一體化、半膜覆蓋、全膜覆蓋等農業旱作節水技術，提高了水資源利用效率。

2 監測要求和內容

2.1 加強組織領導

做好土壤墑情監測，及時應對旱澇災害的威脅，對國家糧食安全的保障至為重要。環縣農業農村局與時俱進，把農情信息工作與發展現代農業結合起來，提高農情信息調度工作水平，高度重視田間監測工作，統籌安排成立技術領導小組、相對穩定的人員隊伍以及1 名從事田間監測、具有專業水準的農情員，予以地方財政保障，支持土壤墑情監測，健全監測網絡，增強了使命感，把工作做到了實處。

2.2 強化技術服務

2.2.1 監測工作開展情況 選擇山、川、塬地布設5個國家級長期定位監測點（環城鎮李北原村、八珠鄉八珠原村、曲子鎮宋家原村、洪德鎮李家原村和山城鄉劉原村）和2 個省級長期定位監測點（環城鎮五里屯村、環城鎮城東原村），監測的作物是小麥、冬油菜、玉米，地類是覆膜（一膜兩年用、秋覆膜）和露地，監測深度是0～20 cm、20～40 cm。春播農忙時節至作物生長發育—成熟每月10 日、20 日、30 號監測3 次，到田間地頭采集監測數據和圖像，持續至10—11 月底。為準確測報數據，采用土壤墑情監測儀和烘干法測試土壤含水量，上報數據時統一采用相對含水量。

監測結果顯示：從2020 年4—10 月0～20 cm土壤墑情監測表（表1）中看出，2020 年度平均土壤含水率14.32%，說明土壤墑情處于黃墑狀態，而4—5 月重旱，墑情類別為干土，6—7 月旱情減輕，8—10月偏濕，墑情為合墑、飽墑，主要原因是環縣屬中緯度范圍，臨近陰山—賀蘭山季風分界線，受地理位置、太陽輻射、大氣環流等綜合作用，形成大陸性較強的溫帶半干旱季風氣候。氣候的基本特征是光照充足，太陽輻射較強；冬冷夏熱，春季回暖慢，秋季降溫快，春、秋冷空氣活動頻繁，氣溫日差較大；春、冬多風較干燥，夏、秋降水較集中，時空分布不均，干濕季節分明；年平均蒸發量（小型蒸發皿水面蒸發量）1 640.1 mm，干旱指數4.37。年平均無霜期165 d，西、北部無霜期短，南北相差30 d 左右。多風，10 月至次年4 月多偏北風，5—9 月多偏南風。土壤墑情監測表也可以看出，雨量集中在9—10 月，在農業生產上秋耕收納雨水，秋覆膜和越冬后頂凌覆膜蓄水保墑。

表1 2020 年度4—10 月0～20 cm 土壤墑情監測

從2018—2020 年度0～20 cm 土壤墑情監測情況可以看出，各指標均好于往年（圖1）；依據土壤含水率＜10%表示為重旱，10%～12%為中旱，13%～14%為輕旱。環縣2020 年度屬于輕旱年份，相對情況較好。

圖1 2018—2020 年度0～20 cm 土壤墑情監測情況

從2021 年3 月3 日土壤墑情監測情況來看（表2），監測相對濕度反映出了一定的規律性：一是秋覆膜＞一膜兩年用＞秋閑地，環縣春、秋多風，風能加強水分的蒸發速度，風速加大，土壤表面蒸發加大，易使土壤變干，而覆膜可有效減少水分蒸發，保墑、提墑；二是塬地＞川地＞山地，表明地形和方位對土壤表面的蒸發也有影響，山地和突起的地形，其風速和亂流混合都比平地和谷地大，所以蒸發較快；三是20～40 cm＞0～20 cm，土壤水分蒸發隨土層深度加深而減弱，反映出深層較淺層土壤墑情好，生產上通過翻耕切斷了土壤毛細管，可保持深層土壤的水分損失較少。

表2 2021 年3 月3 日土壤墑情監測

環縣屬季風性氣候，天氣多變，風大而多，大風造成塵沙卷揚，浮塵彌漫，農田防護林和風障、覆蓋的作用除直接減弱風力對作物的影響外，主要是通過減弱風速以減弱亂流強度，調節保護范圍內的水熱狀況。說明各種措施克服不利天氣變化影響、搞好春播農業生產取得了一定的成效，表明墑情監測工作的規范化、標準化和程序化切實發揮了指導春播生產、抗旱減災的作用。

2.2.2 主要技術措施 通過土壤墑情監測信息的積累和演變規律的探索，可以為新技術的創新及成果的轉化提供依據[3]。

通過監測人員挖坑取土、儀器測量，準確無誤采集區域土壤墑情數據，對數據資料匯總整理分析等，計算出土壤含水率，同時結合土壤水分監測站資料信息綜合分析，及時反映農事進度、苗情長勢、災情影響、生產規模等信息，并通過主要作物的實地測產、預測產量趨勢發布《農情簡報》，完善土壤墑情監測數據管理系統；按照土壤相對濕度與干旱的劃分標準，根據監測點的土壤墑情監測數據和干旱實況以及未來的天氣演變情況，撰寫有應用價值的土壤墑情監測報告。

環縣干旱少雨，春旱或春夏連旱居多，個別年份有春夏秋連旱。農田沒有灌溉的條件下，干旱天氣不能滿足作物對水分的需求，導致作物生長受到抑制或死亡。春旱主要影響冬小麥的返青、拔節、抽穗和開花，并危害玉米、高粱等作物的播種和出苗。因此，應多渠道、多形式地宣傳墑情監測的重要性，并加強墑情監測的時效性、針對性和科學性，及時提供墑情信息服務，為推廣先進節水農業技術、提高水分利用率、緩解環縣水資源不足造成的影響提供科學依據。

環縣氣象災害頻繁，而旱災最嚴重，季節性明顯，對應發生在農作物播種和重要生長期，影響嚴重。北部受災常伴人畜飲水困難，為應對極端天氣對農業生產的影響，使土壤墑情監測更好地服務農業生產，需要定期檢修儀器設備，按要求進行維護、保養和校正，確保正常運行。

3 思考與建議

土壤墑情監測系統技術手段和業務應用具有廣闊的發展空間，但實際大田環境比較復雜，難題猶存。目前存在巡測路線長、時效性差等問題；監測人員還需加強理論培訓和實踐操作，以增強監測數據的準確性和旱情情報的全面性；監測作物種類單一，應在多種作物種植及生長發育期進行監測，摸清墑情動態變化規律；更細、更全面地做好監測工作，離不開足夠的資金投入，應加大資金投入力度。

為提高監測數據的科學性，建議以行政區劃和適宜性分區增加土壤墑情監測站點配置密度，建設一定性能穩定、傳感器精度、環境耐受力好和配備自記儀器的自動監測設施，彌補傳統固定終端的不足，為數字農業、智能農業提供借鑒；使用托管管理模式，對路況不佳、偏遠的監測站點，通過技術培訓委托當地村民監測，避免長距離運輸而導致蒸發量增大，影響監測成果。