滴灌下AHFO法監(jiān)測礫石區(qū)土壤水分時空變異研究

胡 優(yōu) 任瑞琪 劉燕芳 李 敏 何海龍 司炳成,

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西楊凌 712100；2.魯東大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院， 煙臺 264000)

0 引言

土壤水分是地表過程的重要組成部分，也是描述陸地水文過程最基本的參數(shù)之一，直接影響著全球環(huán)境和人類社會的可持續(xù)發(fā)展[1-2]，已被全球氣候觀測系統(tǒng)列為第二大氣候變量[3]。土壤水分具有強(qiáng)烈的時空變異，其特征空間尺度能從幾厘米跨越到幾千米，特征時間尺度能從幾分鐘跨越到幾年。在當(dāng)今全球氣候變化日趨嚴(yán)峻的背景下，農(nóng)業(yè)已經(jīng)面臨極端氣溫、干旱等諸多挑戰(zhàn)[4]，發(fā)展可持續(xù)的灌溉農(nóng)業(yè)是保障糧食安全的重要舉措。滴灌是最節(jié)水且易實(shí)現(xiàn)自動化的灌溉技術(shù)之一[5]，因而被廣泛應(yīng)用。地下滴灌是將滴灌管埋入一定深度的土層、將水肥精確輸送到作物根區(qū)、從而大大提高水肥利用效率[6-7]的灌溉技術(shù)。制定高效的節(jié)水灌溉制度需要精確掌握地下滴灌土壤濕潤模式和水分時空分布，因而需要精確測定土壤含水率的方法。中子法[8]和電容法[9]等點(diǎn)尺度水分傳感器被用于監(jiān)測滴灌系統(tǒng)局部的土壤水分分布，但點(diǎn)尺度法不具有空間代表性，傳感器位置會影響土壤水分分布的觀測結(jié)果，從而影響灌溉制度的制定[10]。LI等[11]嘗試采用宇宙射線中子法(COSMOS)測量地下滴灌的土壤水分，由于該方法只能監(jiān)測田間尺度水分的平均值，故導(dǎo)致探測大面積中子數(shù)對滴灌灌溉的響應(yīng)并不顯著。因此，亟需研究新的高時空分辨率方法來監(jiān)測地下滴灌的土壤水分時空分布，從而制定高效的節(jié)水灌溉制度。

分布式溫度傳感器(Distributed temperature sensing，DTS)可以測量沿光纖厘米至千米的溫度，已被廣泛應(yīng)用于生態(tài)水文和地球科學(xué)的監(jiān)測[12-14]。借鑒單探針熱脈沖方法[15-19]，把光纖上某一段看成一根單探針，對埋在土壤中的光纖金屬層進(jìn)行短時間通電加熱，用DTS記錄其升溫和冷卻過程的溫度變化，根據(jù)光纖的溫度變化與含水率的校準(zhǔn)關(guān)系來推求土壤含水率。因此，主動加熱光纖(Active heated fiber optics，AHFO)法可以實(shí)現(xiàn)從厘米至千米的中尺度土壤水分實(shí)時連續(xù)原位監(jiān)測。近10年來，研究者陸續(xù)通過室內(nèi)和野外試驗(yàn)進(jìn)行了方法探索[20-21]和田間驗(yàn)證與應(yīng)用[22]，研究表明，土壤含水率測量誤差能控制在0.05 m3/m3以內(nèi)，隨著DTS性能的不斷改善，測量精度也在不斷提高。AHFO法憑借其高時空分辨率土壤水分監(jiān)測的優(yōu)勢，有望解決土壤水分空間信息不易獲取的難題。胡優(yōu)等[21]探討了基于加熱光纖不同方法測量土壤水分的可行性。SAYDE等[23]通過圓形噴灌機(jī)變量灌溉控制田間土壤水分，采用AHFO法測量沿光纖方向的土壤水分分布及水通量。GAMAGE等[24]利用AHFO法監(jiān)測玉米全生育期根層的土壤水分，證明了該方法測量作物根區(qū)土壤水分的可行性。GIL-RODRIGUEZ等[25]和GAMAGE等[26]分別測量了均質(zhì)土柱在單個滴頭下土壤水分的二維和三維分布，并分別刻畫了濕潤鋒和濕潤體的演變過程，但其研究的是室內(nèi)單個滴頭的情況，在田間地下滴灌條件下，需確認(rèn)AHFO法能否捕捉高時空分辨率的土壤水分信息。

土壤顆粒的大小影響光纖與土壤的接觸，進(jìn)而影響熱傳導(dǎo)過程。目前，利用單探針熱脈沖原理的AHFO法測試的土壤類型主要包括砂土[20]、砂壤土[23]、壤土[27]和粉土[22]等細(xì)顆粒土壤，對含有礫石的粗粒徑土壤水分測量精度有待驗(yàn)證。本研究利用AHFO法的高空間分辨率(0.25 m)監(jiān)測地下滴灌條件下土壤水分隨灌溉、降雨和季節(jié)的變化，從而監(jiān)測地下滴灌條件下土壤水分的時空變異，驗(yàn)證和評價礫石區(qū)AHFO法測量土壤水分的精度，為滴灌條件下及礫石區(qū)制定適宜的灌溉制度、發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于山東省煙臺市魯東大學(xué)北校區(qū)后山(37°31′33″N，121°21′19″E)。試驗(yàn)區(qū)屬于溫帶季風(fēng)氣候，多年平均降雨量為619.1 mm，夏季(7—9月)降雨最多(占全年降雨量的60%以上)，冬季最少。2019年遇到干旱年，年降雨量僅有427.7 mm。試驗(yàn)時間為2019年9月8日—12月18日。試驗(yàn)田(寬8 m，長60 m)屬于典型丘陵區(qū)，地勢較為平坦(坡度小于2%)。土壤類別為棕壤，土壤顆粒以礫石和砂粒為主(表1)，容重為(1.48±0.08) g/cm3，飽和含水率為(0.49±0.06) m3/m3，田間持水率為(0.27±0.03) m3/m3。土壤表現(xiàn)出一定分層，其中表層(0～0.2 m)為砂質(zhì)淋溶層，其下(0.3 m)為較明顯的沉積層，沉積層粘粒含量較高，再下為半風(fēng)化母巖。土層薄弱，質(zhì)粗、礫石多，保水保肥能力差，是山地丘陵區(qū)十分貧瘠的土壤。試驗(yàn)田為棗樹園，光纖沿地塊東北方向埋設(shè)在田塊中間(圖1)。

表1 不同土層土壤顆粒粒徑分布Tab.1 Soil particle size distribution in different soil layers %

1.2 田間布置和試驗(yàn)設(shè)計(jì)

埋設(shè)光纜應(yīng)盡量減少對土壤的擾動。采用自制的犁埋設(shè)光纜(圖2b)，一塊傾斜45°鋼板背部拖著3根彎曲細(xì)鋼管，鋼管尾端水平。將3根光纖穿入鋼管中，拖拉機(jī)拖著犁緩慢行駛，光纜也隨著鋼管埋入土壤中，這可使光纜與土壤接觸緊密。3根光纖的埋深分別為0.15、0.20、0.30 m，每根光纜長50 m(圖2a)。用光纖熔接機(jī)將3根光纜首尾兩端熔接，形成一個光通道。

每根光纜兩端連接銅電線，用于給光纜通電加熱(圖2e)。將可調(diào)變壓器接入220 V電壓，用萬用表記錄輸出電壓，換算后得到輸出功率為5 W/m，光纜每次加熱10 min，每天加熱3次。采用以色列耐特菲姆壓力補(bǔ)償式滴灌管進(jìn)行灌溉，滴灌管外徑16 mm，壁厚0.9 mm，滴頭間距為0.3 m，流量為1.6 L/h。以地下滴灌的方式灌溉，在地下5 cm處水平布設(shè)3支滴灌管，滴灌管間距0.3 m，灌溉水通過水泵從蓄水池經(jīng)過濾器提到田間。光纜沿滴灌管平行布置，橫截面位置如圖2g所示。第1次灌溉從10月11日至14日歷時4 d，灌溉量為563 mm。第2次灌溉從11月11日至12日月歷時2 d，灌溉量為481 mm。為了獲取灌溉過程中土壤水分動態(tài)變化，第2次灌溉后0.5 h進(jìn)行第1次加熱，此后每間隔1 h加熱1次，直至灌溉后48 h為止。停止灌溉后，第1次加熱在灌后0.5 h，此后每間隔1 h加熱1次，直至灌溉后12 h為止。

1.3 光纖分布式溫度傳感系統(tǒng)

分布式溫度傳感器為英國Silixa公司生產(chǎn)的ULTIMA-S型，其最小采樣間距為0.125 m，最大采樣間距為1.0 m，空間分辨率為0.25 m，時間分辨率為1 s，溫度分辨率為0.01℃，感測距離長達(dá)5 km。在10 s的采樣間隔下，溫度精確度在0.2℃以內(nèi)。DTS測溫原理是：一定能量的脈沖泵浦光注入光纖后，光子與光纖分子發(fā)生非彈性碰撞，產(chǎn)生2束背向拉曼散射光。其中，波長大于入射光的斯托克斯散射光對溫度不敏感，而波長小于入射光的反斯托克斯散射光有很強(qiáng)的溫度依賴性。因此，可以根據(jù)斯托克斯與反斯托克斯的光強(qiáng)比計(jì)算溫度[28]。光纖上任意一點(diǎn)的溫度可表示為[29]

(1)

式中T——絕對溫度，K

R(z)——斯托克斯與反斯托克斯的光強(qiáng)比

ΔE——驅(qū)動拉曼散射的分子能態(tài)的差值，J

k——玻爾茲曼常數(shù)，J/K

Δα——斯托克斯與反斯托克斯背向散射光損失系數(shù)之差

z——DTS光源的距離，m

C——可校準(zhǔn)參數(shù)，與入射光的波長、頻率、背向拉曼散射光、儀器的光子探測器有關(guān)

光纖上任一點(diǎn)到光源的距離z，即為光行走路程的一半，計(jì)算公式為

(2)

式中c——光在真空中的速度，m/s

n——光纖包層的折射率

t′——光向前與向后傳播所需要的時間，s

設(shè)置DTS采樣時間間隔為10 s，空間間距為0.25 m，沿光纖共有603個采樣點(diǎn)。采用光佳光電科技有限公司生產(chǎn)的測溫光纜(圖3)，內(nèi)部有2根50/125的多模纖芯，不銹鋼管無縫包裹纖芯，使光纖具有抗壓抗剪能力，12根鋼絲緊密螺旋纏繞著不銹鋼管，使光纖具有較強(qiáng)的抗拉能力。最外圍是黑色PE護(hù)套，具有防水、防曬、抗老化和良好的電氣絕緣性能，保證光纜在通電加熱過程不漏電。光纜直徑為3.5 mm，鋼管外徑為1.36 mm，內(nèi)徑為1 mm，鋼絲直徑0.45 mm。PE護(hù)套厚0.85 mm，金屬層電阻為0.35 Ω/m。

1.4 數(shù)據(jù)分析

光纖溫度的改變主要受熱脈沖的影響，也一定程度會遇到環(huán)境溫度變化的干擾，需要去除背景溫度。將加熱后的升溫值減去加熱前5 min與加熱后15～20 min的溫度數(shù)據(jù)線性回歸值得到去除背景溫度的升溫ΔT。

光纖在一定加熱時長后，累積升溫ΔTcum隨著土壤含水率的增大而減小，ΔTcum與土壤含水率具有非常好的單調(diào)函數(shù)關(guān)系，所以ΔTcum可以用來推求含水率。ΔTcum計(jì)算公式為

(3)

式中te——停止加熱的時間，取600 s

ΔTi——第i個時刻的升溫，℃

考慮到光纖加熱功率因每日交流電壓的微弱變化而產(chǎn)生一定的波動，為了去除這一影響，采用歸一化累積升溫ΔT′cum推求含水率，ΔT′cum計(jì)算式為

(4)

式中qi——光纖每次加熱功率，W/m

1.5 TDR原位校準(zhǔn)和驗(yàn)證

田間隨機(jī)選取2個位置S1和S2(相距10 m，圖1d)，在每個土層光纜附近布設(shè)1個TDR探針，用冰袋確定TDR對應(yīng)光纜上點(diǎn)的位置。位置S1的TDR于2019年9月8日布設(shè)，位置S2的TDR于2019年10月11日布設(shè)。TDR連續(xù)監(jiān)測土壤水分，5 min采集1次數(shù)據(jù)。隨機(jī)選擇一半的DTS測得的ΔT′cum與其對應(yīng)的TDR測得的土壤含水率數(shù)據(jù)采用最小二乘法擬合，獲得校準(zhǔn)曲線。另外一半數(shù)據(jù)用來驗(yàn)證含水率的測量精度。在理想情況下，每個光纜測量長度(0.25 m)需要一個標(biāo)定曲線，因此獲得的測量精度也會更高。但是實(shí)際應(yīng)用中較難實(shí)施。本試驗(yàn)中，由于S1和S2 2個位置代表著田間土壤質(zhì)地的最大變異區(qū)間，所以可由S1和S2獲得的標(biāo)定曲線評估田間土層的標(biāo)定曲線的變異程度。

1.6 土壤質(zhì)地測定

考慮到田間土壤礫石和砂子含量非常高，因此選擇激光粒度儀(APA2000型，馬爾文公司，英國)測量土壤質(zhì)地。先將田間采集的風(fēng)干土樣過2 mm篩，計(jì)算礫石(粒徑大于2 mm)和剩余土壤顆粒(粒徑0～2 mm)的質(zhì)量占比。再從過2 mm篩的剩余土壤中取5 g，用激光粒度儀測量砂粒、粉粒和粘粒的體積占比。

2 結(jié)果與分析

2.1 歸一化累積升溫與含水率校準(zhǔn)曲線

ΔT′cum隨含水率增加而減小(圖4)。每個層次的2個TDR對應(yīng)的散點(diǎn)趨勢一致(P<0.01)，說明盡管S1、S2水平方向的土壤質(zhì)地有空間變異，但沒有引起校準(zhǔn)曲線的明顯變化，所以可以通過每個土層的校準(zhǔn)曲線推求土壤含水率。ΔT′cum與含水率關(guān)系曲線可以用指數(shù)函數(shù)表達(dá)(表2)，采用最小二乘法擬合位置S1和S2處TDR測得的土壤含水率與其對應(yīng)的歸一化累積升溫ΔT′cum，土層深度0.15、0.20、0.30 m的決定系數(shù)R2達(dá)到顯著水平(P<0.01)，分別為0.82、0.93和0.86。其次，土層深度0.15、0.20、0.30 m對含水率觀測值(TDR測得的含水率)和預(yù)測值(校準(zhǔn)曲線預(yù)計(jì)算值)的RMSE分別為0.027、0.025、0.038 m3/m3(圖5)，均具有較好的測量精度。在低含水率部分散點(diǎn)接近1∶1線，而高含水率部分散點(diǎn)偏離1∶1線，說明在低含水率部分測量精度更高，3條校準(zhǔn)曲線均可分別應(yīng)用于3個土層沿光纖所有點(diǎn)的土壤含水率測量。ΔT′cum-θ關(guān)系曲線的斜率隨含水率增加不斷減小，說明ΔT′cum的敏感性隨含水率的增加不斷減小，這與SAYDE等[23]和GAMAGE等[24]的研究結(jié)果契合。

2.2 滴灌條件下土壤水分時空變異

根據(jù)2.1節(jié)中3條校準(zhǔn)曲線可以獲得土壤水分時空分布(圖6c～6e)，可以看出3個土層深度土壤含水率分布相似，并且土壤水分對2次灌溉事件的響應(yīng)非常顯著。由于第1次灌溉時間更長，導(dǎo)致第1次灌溉引起的土壤含水率處于峰值的時間比第2次長(圖6c～6e)。土壤含水率的變化主要由灌溉、蒸發(fā)和入滲引起，這是因?yàn)樵囼?yàn)期間降雨量較小(圖6a)。例如， 9月10日—10月11日期間，0.15 m土層含水率的變化明顯大于0.2、0.3 m土層。這是由于該期間無灌溉發(fā)生，表層蒸發(fā)導(dǎo)致表層土壤水分減少，而0.2、0.3 m土層則受到較少影響。不同深度土壤水分隨時間表現(xiàn)出較為強(qiáng)烈的空間變異性(圖6b)，變異系數(shù)隨土層深度的增加而增大，隨灌溉的發(fā)生變異系數(shù)不斷減小。根據(jù)光纖對滴灌條件下田間尺度土壤水分高分辨率監(jiān)測，在持續(xù)灌溉后，土壤含水率維持在0.15～0.27 m3/m3之間(圖7h)，說明該丘陵區(qū)土壤持水能力的強(qiáng)烈變異性。

2.3 基于AHFO法的滴灌過程土壤含水率動態(tài)變化

通過AHFO法監(jiān)測滴灌過程的土壤水分，可以發(fā)現(xiàn)灌溉過程的土壤水分動態(tài)變化與土壤質(zhì)地密切相關(guān)，土壤質(zhì)地的空間變異決定了土壤水分的分布格局(圖7)。對比3個土層，0.15 m土層在灌溉中和結(jié)束以后土壤水分分布較均勻(圖7a、7d)，因?yàn)橥寥蕾|(zhì)地在該土層空間變異較小(圖7l)。0.20、0.30 m土層土壤含水率集中分布在20～30 m之間，30～40 m之間土壤含水率較低(圖7b、7c、7e、7f)。主要是因?yàn)樵?0～30 m之間土壤礫石和砂粒含量較低，粘粒含量較高增強(qiáng)了土壤的持水性，而在30～40 m之間礫石、砂粒和粘粒含量卻剛好相反(圖7i～7k)。

灌溉開始后，土壤含水率迅速增大，增加速率不斷減小，至灌溉后的18 h，土壤水分幾乎不再增加，達(dá)到了最大含水率(0.18～0.45 m3/m3)，說明此時土壤水分達(dá)到了飽和或均勻流的狀態(tài)。在灌溉結(jié)束后(圖7d～7f)，0.15、0.2 m的土層含水率因粘粒含量低而迅速減小，0.3 m土層因?yàn)檎沉：枯^大，持水能力較強(qiáng)，灌溉結(jié)束后含水率降低得較為緩慢，呈現(xiàn)較大的水分貯存。因此，研究區(qū)0.3 m處的土層增強(qiáng)土壤水分貯存，有利于水分保持及作物生長。在灌溉結(jié)束6 h之后，土壤水分不再減小而達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)(下文稱為穩(wěn)定土壤含水率)。在灌溉中達(dá)到的最大土壤含水率和灌溉結(jié)束后達(dá)到的穩(wěn)定土壤含水率都具有較大的空間變異(圖7g、7h)，并且0.3 m土層因土壤質(zhì)地空間變異最大而導(dǎo)致該土層二者的空間變異最大。相對穩(wěn)定土壤含水率(相對穩(wěn)定含水率為每個位置的穩(wěn)定含水率除以其均值)與礫石含量呈顯著負(fù)相關(guān)(圖8)，且相關(guān)系數(shù)在3種粒級中最高，說明礫石含量主導(dǎo)了該丘陵區(qū)土壤水分的空間分布。因此AHFO法可以獲取灌溉過程中土壤水分動態(tài)變化，從而得知土壤含水率達(dá)到最大持水上限的含水率及具體時間，進(jìn)而精確把控灌溉的時間和灌溉量，避免過量灌溉造成水源浪費(fèi)。

3 討論

3.1 不同土壤類型的土壤含水率測量精度

本研究利用AHFO法測量了礫石土壤滴灌下的土壤水分，一方面礫石會增大光纜與土壤顆粒的接觸空隙從而影響熱傳導(dǎo)，另一方面礫石的存在會增大土壤的異質(zhì)性，最后降低水分測量精度。研究區(qū)土壤中除了砂粒含量變異系數(shù)小于10%，為弱變異外，礫石和粘粒含量則為中等程度變異，且礫石的空間變異最大(圖7l)。對比分析不同土壤類型的測試結(jié)果可以看出(圖9)，對于砂壤土，SAYDE等[23]使用Silixa型儀器的測量精度在0.001 6～0.024 m3/m3之間，測量精度高于其他研究，但其采用室內(nèi)裝填土校準(zhǔn)的方法存在破壞土壤結(jié)構(gòu)的弊端。STRIEGL等[22]雖然測試的是細(xì)質(zhì)粉壤土，因?yàn)椴捎玫腟ensortran型儀器測溫精度較低，使其土壤含水率測量誤差較大。GAMAGE等[24]在砂壤土玉米地進(jìn)行了試驗(yàn)，當(dāng)含水率較低時，土壤水分測量精度與本研究相近，而在高含水率水平時高于本研究。值得注意的是，在種植作物的情況下，作物根系可能會帶來土壤異質(zhì)性、增大光纜與土壤的接觸空隙等問題，給水分測量帶來誤差。因此，在假設(shè)沒有作物的情況下，GAMAGE等[24]在砂壤土中的測量精度應(yīng)高于本研究礫石土壤的測量精度。結(jié)合在不同土壤類型的測量結(jié)果表明，含有礫石的土壤可能會一定程度降低AHFO法測量土壤含水率的精度，未來應(yīng)進(jìn)一步考慮礫石土壤與光纜之間接觸熱阻的影響。

3.2 AHFO法測量土壤含水率的不確定性

主動加熱光纖法是近十年發(fā)展起來測量土壤水分的一種新方法，與熱脈沖探針法在原理上具有相似性[18]，但又因與探針結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，導(dǎo)致存在一些不確定性。在解析光纖溫度變化對熱脈沖的響應(yīng)過程中，太陽輻射給光纖提供了額外的熱源，可以通過減去加熱前短時間內(nèi)溫度線性回歸值去除背景溫度的影響[30]。從熱傳導(dǎo)角度看，光纖與土壤的接觸程度也是一個重要的影響因素，但對其了解處于定性的層面[31]，還有待量化光纜與土壤間的接觸熱阻來校正不完美接觸。光纜的結(jié)構(gòu)和尺寸在研究中也很少考慮到，光纜護(hù)套的熱導(dǎo)率一般小于土壤，在加熱前期熱量不能迅速傳遞出去，溫度急劇升高，但后時段的升溫與土壤水分才有直接的聯(lián)系，所以前期的升溫可能給測量帶來不確定性。在田間光纜埋設(shè)時，一般采用45°傾角的犁[23]，盡量保證光纜與土壤接觸緊密。但對于粗顆粒土壤，特別是礫石土壤，光纜與土壤難以避免存在接觸空隙。采用交流電源給光纜加熱，由于電流呈周期性變化，導(dǎo)致加熱功率存在一定的波動，可以采用歸一化的累積升溫來消除這種影響[32]。另外，DTS儀器的性能也對測量精度有很大影響，SAYDE等[23]的研究表明，在相同的熱脈沖和水分狀況條件下，Silixa型儀器測量土壤含水率精度比Sensortran型高出3倍。最后，作物根系生長在土壤中穿插以及土壤凍融循環(huán)可能也會給測量帶來一些不確定因素。

3.3 應(yīng)用AHFO法測量土壤含水率的問題分析

精準(zhǔn)灌溉是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要解決的重要問題[33]。精準(zhǔn)灌溉的實(shí)現(xiàn)需要繪制高分辨率土壤水分的四維時空分布圖。因此，通過DTS高時空分辨率監(jiān)測田間土壤水分對精準(zhǔn)灌溉的實(shí)施具有巨大潛力，但也存在諸多挑戰(zhàn)。首先，田間土壤的異質(zhì)性增加了校準(zhǔn)曲線獲取的難度和工作量，這意味著需要在田間不同位置布設(shè)很多的TDR。校準(zhǔn)曲線可以接受一定程度的土壤空間變異，如本研究中，一個土層對應(yīng)一條校準(zhǔn)曲線就能滿足需求。其次，加熱光纜分布式溫度傳感系統(tǒng)與灌溉系統(tǒng)的耦合也是一個難題。對于滴灌系統(tǒng)，在考慮光纜布置在滴灌管的什么位置才能更全面地掌控田間土壤水分，滴灌管和光纜在田間如何機(jī)械化平行布設(shè)。光纜護(hù)套在利物碰觸下容易破損，在田間需要機(jī)械化耕作、種植時，埋在地下的光纜如何有效避開機(jī)械作業(yè)的破壞，或多年生作物，如苜蓿、葡萄等可以避開這些考慮。同樣需要考慮的是，DTS價格昂貴，目前多用于基礎(chǔ)研究，還未廣泛應(yīng)用到田間土壤水分監(jiān)測及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐。如果能降低DTS儀器的成本并提高測溫精度和分辨率，DTS必將成為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)灌溉的很大助力。

4 結(jié)論

(1)將AHFO法測定土壤含水率從細(xì)顆粒土壤擴(kuò)展到礫石土壤，驗(yàn)證結(jié)果表明AHFO法可以較為準(zhǔn)確地測定礫石區(qū)的土壤含水率。

(2)采用AHFO法監(jiān)測的土壤含水率對灌溉、蒸發(fā)和降雨具有很好的響應(yīng)。

(3)采用AHFO法測得的土壤含水率的空間分布與礫石含量具有顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，說明礫石含量影響該區(qū)域土壤含水率的空間變異。