海鸟温盐深剖面仪工作原理

一、土壤含水量测试方法概述：土壤水分贮存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掌握土壤水分变化规律，对农业生产、墒情监测预测和其化相关生态环境监测预测服务和理论都具有重要意义。二、目前国内主要使用的测定水分的方法：1、 传统的土钻取样然后烘干称重法（重量比）：虽然能够较准确地度量土壤水分含量，但工作量大，耗时耗力，特别是当天气条件恶劣时，农业工作人员将付出更大的工作量。另外取样会破坏土壤,深层取样困难,定点测量时不可避免由取样换位而带来误差,在很多情况下不可能长期定点监测，受土壤空间变异性影响也比较大。2、 FDR单点采集法（容积比）：利用FDR的原理来测定土壤的容积含水量，测试精确度与以上第一种有所差距，但是快速简便，但只能一定测定一个点。3、 TDR单点采集法（容积比）：利用TDR的原理来测定土壤的容积含水量，测试精确度与以上第一种有所差距，但是比第二种的稳定性要好一些。三、国内墒情与旱情的概念与监测的特点：1、 长期性：单一的探头测量可称作是土壤容积含水量，而长期的土壤水分的动态监测存储一段时间以来的水分变化被水利及气象部门称为土壤的墒情。也就是说有意义的墒情监测是长期的，动态的。2、 多点性：对于植物生长来说，真正测量土壤表面的水分是不够的，正常的植物都需要深一度的水分值才能表明他是否可以吸收，在水利国家标准里要求，实验站必须要长期监测多层多点水分，有些地区要求为分布于地面10 cm，20 cm，40 cm，60 cm，80cm，100 cm处的水分的长期动态的监测，以了解墒情与旱情的情况 四、现在国内快速土壤水分仪器的情况：在我国的农田指导水利灌溉方面，FDR和TDR容积法快速水分仪很受欢迎，因为这两种水分仪可以长期将传感器埋于地下，实现长期监测。不受实验条件的影响，而精度也达到了指导农业生产的作用，对作业人员素质无任何要求，属于非常适用于进行田间推广的一种便携式快速仪器（具体参见http://www.top17.net/product/2029.html ）。优点：快速，也可长期监测，将数据保存缺点：单点采集，如需多点就必须要将土壤切开，在剖面10 cm，20 cm，40 cm，60 cm，80cm，100 cm上多插几个探头。费力费时，前期工作量大。由以上分析看来，在墒情监测方面国内需求的要点是：携带方便；精确度高；插入方便，无需大量前期工作的仪器。但这种仪器只在国外有做，国内所有生产的企业都没有做出能满足以上所有要求的土壤水分速测仪现浙江托普仪器有限公司也开发出一种剖面水分仪，这个产品市场前景很好，这就是我们要强调的重点，也是我们以后推广的重点。现在我们要对这款仪器有所了解：土壤剖面水分测定仪用途：可用来测量土壤等被测物的不同深度剖面含水量。原理：利用FDR原理（Frequency Domain Reflectometry）,根据探测器发出的电磁波在不同介电常数物质中的反射不同。计算出被测物含水量。功能特点：l 完全遵循ISO9001质量体系标准要求进行产品设计、开发、生产和服务；l 在硬件元器件方面以最大限度的延长产品寿命和和稳定性为前提，充分考虑降额和冗余设计；l 在电源和通讯接口加装防雷和电涌保护设备；l 软件设计充分考虑界面操作的友好性、系统的兼容性、容错性和健壮性，具有数据自动补抄、自动上传功能；l 生产使用的元器件全部进行环境应力老炼、筛选；l 出厂设备根据需要要进行环境防护三防(防潮湿、防盐雾和防霉菌)设计，并进行温度、冲击和振动试验。组成：探头：圆柱式土壤水分探头（标配为4或6个点位），这些点位可以自由定位用户想测的深度，自由固定操作软件：Windows友好操作界面，用于数据的存储和下载预埋探管：由PVC材质制成，重量轻，抗腐蚀，除标配长度外，还可选长度0.9米、1.2米、1.5米 基本技术指标：传感器测量原理 高频电容 测量范围 0~100%Vol（土壤体积含水量） 准确度 +2%土壤体积含水量 分辨率 0.1%体积含水量 输出选项 RS232和RS485 电流消耗 400uA 静态100mA 采样 校准时的精度 R2 = 0.992 精度 +/- 2.5% 有效温度 +/-3% ，5-35℃ 工作温度 0～75℃ 感应范围 99％是从管子外部10cm以内的范围读取 采集数据 1000组 传感器直径 50.5毫米 管道直径 56.5毫米 仪器组成图： 五、我们的土壤剖面水分仪与国外土壤剖面水分仪对比的优势 国内产品 国外产品 价格 价格合理 价格奇高 专业性 有专业的人员进行指导 国内没有特别熟悉的技术人员进行指导 适用性 全中文软件，适用性广 全英文软件，不适用于基层人员操作 合理性 探头点位可按自己的要求定位，可以随意改动，线长可按客户要求定做 探头点位距离固定化，不能改动，线长不能定做 精度 出厂前进行标定，精度高。也可以按客户提供的土壤进行重新标定 国外土质与国内不太一样，所以出厂前标定不适用于中国，精度会有影响

寸土寸金关乎国计，一垄一亩承载民生。自第三次全国土壤普查工作全面铺开以来，陕西省认真落实国务院和省委、省政府关于提升耕地质量保障粮食安全的重大决策部署，围绕国务院土壤普查办具体工作要求，提升站位谋思路，多措并举抓落实，确保陕西省土壤普查工作有序高效开展。陕西省土壤普查办组织多家技术支撑单位坚守陕西省第三次全国土壤普查第一线，扎实有序参与剖面调查与采样工作，全力以赴按时高质量完成外业调查与采样任务，为顺利开展后期成果汇编工作筑牢坚实基础；为落实“两藏”战略，续写陕西省农业特色产业高质量发展新篇章打造强劲引擎。 　　多措并举抓落实，剖面采样有保障 　　农为政首，地为粮基。土情连着农情、国情、民情。土壤剖面调查采样作为土壤普查的重要组成部分，具有技术含量高、专业性强、劳动强度大等特点，通过剖面调查与采样工作能全面掌握陕西省土壤类型及其分布规律，查清土壤资源数量和质量状况，是后期土壤类型图制作的核心环节，更是成果汇编的重要依据。 　　为高标准完成此项关乎国家粮食安全、农业农村现代化的重大国家任务，陕西省土壤普查办第一时间成立专项工作小组，构建了上下贯通、执行有力的组织体系、技术体系、保障体系和质控体系。认真谋划制定剖面采样工作方案；积极组织全省各地市开展剖面调查与采样工作技术培训；调动基层农技人员全程落实现场作业质控；邀请来自陕西省生物农业研究所、中科院水土保持研究所的技术专家，采取跟队指导、线上值班、资料审核等方式开展答疑指导、梳理并解决相关技术问题；针对国家级整段样点采集难度大，要求高，邀请常庆瑞教授、车宗贤研究员等国家级专家通过线上和线下结合的形式，对国家整段的采集进行指导，确保调查采样的科学性、代表性、典型性。 2023年，土壤普查工作进入全面铺开期之际，多家技术支撑单位因经费问题退出陕西省剖面外业调查采样工作，仅剩陕西省土地工程建设集团（以下简称地建集团）、陕西省生物农业研究所与陕西省水工环地质调查中心三家单位的十几名领队苦苦坚守，资金没到位他们就垫资先干，确保剖面调查与采样工作不停滞。经与国家土壤普查办多次沟通，陕西省在2024年5月争取到剖面领队增选的考核机会，组织了来自陕西省生物农业研究所、陕西省水工环地质调查中心、西北农林科技大学、中国科学院地球环境研究所、西北大学、陕西师范大学、西安理工大学、陕西理工大学、西安科技大学以及地建集团等10家单位相关技术人员参加培训及考核，最终27人顺利通过考核增选为剖面技术领队，大大缓解了陕西省剖面技术领队数量严重不足的问题。地建集团作为总承包单位，主动担当作为，先行垫资为高校和科研院所解决剖面外业直接支出经费，为技术领队免除后顾之忧。 “高校专家领队+企业技术人员助手”的组织方式也是陕西省在剖面调查中的一项创新举措，通过优化资源配置，实现了资源共享，优势互补。剖面技术领队之一的西安理工大学王辉老师说道：“企业技术人员的实践能力更强，与高校教师的专业背景结合起来，能大大提高工作效率。”地建集团的韩真和杜磊两位工程师作为王辉老师的助手，依托长期扎根工程一线积累的实践经验，合理安排采样路线，因地制宜地制定采样计划，到达样点后快速按照预先分工配合领队开展工作，工作模式的创新为高效开展剖面调查与采样工作做出了积极探索。 　　纸上得来终觉浅，实践练就真本领 　　险夷不变应尝胆，道义争担敢息肩。剖面调查与采样工作作为一项需要多人合作的任务，领队需要合理安排工作任务，在拥有丰富专业知识的同时明确分工，保证工作高效进行。 　　在谈及剖面调查最大的难点时，来自地建集团“身经百战”的技术领队张露博士认为，如何做好土壤的发生分类及描述土壤分层性状是难度最大也是最考验技术领队专业性的内容，如若遇分层边界不明显的则更难做出判断。为保质保量地完成工作任务，张露抓紧采样间隙认真研习土壤学教材并参考第二次全国土壤普查相关资料，夜以继日地研究各种采样标准和流程，坚持学以致用，以严谨的作风和精湛的技术克服重重困境，持续扎根于野外一线实地工作中。 作为“中国土系志与高精度土壤信息网格构建及应用”项目的参与者，陕西师范大学周建副教授认为，不同于以往仅需采集并描述特定土壤类型的剖面样品，第三次全国土壤普查剖面调查与采样的要求更为规范精细。“科学研究和土壤普查之间具有相辅相成性，因此干三普不能只把它当成一个需要完成的项目，要心怀历史责任感，对得起所学的专业，确保今后当地农业发展及科学研究所需要的数据真实有效。”在提起跟随自己采样的学生助手时，周建副教授颇为自豪地讲到 “两个研究生跟我一起在实践中成长，在野外作业中探索土壤更深层的奥秘。” 　一线是最好的课堂，实践是最好的教材，农民是最好的老师。采样队员们在实践运用中不断深化专业知识、提升专业能力，回答好田野里的新问题，真正将论文写在大地上。从陌生到熟练，每个调查队成员都在实践中不断提升技能，来自不同单位的多位领队助手都顺利通过了今年的领队增选考核，成为了独当一面的“土”专家。 　　专业素养显担当，精准施策保粮安 　　7月11日，我们到达了地建集团牛子儒和宋增振两位技术领队正在作业的西安市未央区土壤普查剖面样外业调查采样现场，他们一位是自然地理学博士，一位是土壤学博士，具有极强的专业背景及扎实的理论基础。雨后的树林里，黑压压一片的蚊子，牛子儒挥舞着洋镐挖掘剖面坑，脸上满是蚊子留下的大红疙瘩。“平时的挖掘主要由劳务人员做，我们同步开展调查工作，但是今天这个点位的土质太硬，劳务已经累趴了，大家轮番上手能快一些”说话间，豆大般的汗水从他额头顺着耳边流下来。 在剖面坑挖好后，宋增振开始用铲子小心翼翼地将四方坑修理平整，“这得拿出‘绣花功夫’，精雕细琢。”宋增振一边修整一边比划着对我们说。“你们看，这是陕西关中地区典型的塿土，有机层、腐殖质层、淋溶层、淀积层，层层分明”紧接着，宋增振现场对这些土壤剖面形态进行了细致的观察与记录，并将上述信息发送至线上指导微信群，请省级专家把关分层描述等关键细节。与此同时，未央区农技中心的工作人员开展现场质控，而牛子儒则完成了各发生层的土壤容重样品采集，并将这些土样一一标注妥善装袋保存，至此才算结束了当前点位的采样流程。 　　“虽说我学的就是土地资源管理，但调查现场跟课堂上学的还是有所差异”，毕业于中国矿业大学的地建集团技术领队李恒说道，“多亏专家们的实时线上指导，现场纠正存在的问题，最大限度降低了因操作不规范导致相关数据不达标需要返回采样点重新采样的时间和成本。” 为严把剖面调查与采样质量关，陕西省采用了“专家一对一、实时在线”的质控方法，由来自省生物农业研究所的张兴昌研究员、中国科学院水土保持研究所的佘雕研究员、郑纪勇研究员等多位专家组成“智囊团”，对调查结果进行在线审核，发现问题，就地整改。自今年6月陕西省剖面调查与采样工作全面启动以来，指导专家全天候在线开展咨询，疑难问题直接一对一视频电话沟通，连续三个月没有休息，遇到比较特殊的样点，还要通过专家组线上交流研讨进行研判，有时候一个样点就要交流指导2个多小时。 　　目前，陕西省的专家团队已经同步在全省十个地市进行了全覆盖式的现场技术指导，并先后在铜川、安康、宝鸡、西安、榆林集中组织线下领队技术培训会五次，利用晚上及雨天等停工期组织开展线上技术交流答疑会三次，大大提升了剖面领队的业务能力，提高了陕西省的剖面调查质量与速度，为陕西剖面调查与采样工作“迎头追上”起到了至关重要的作用。 　　聚力攻坚干三普，多方协调解难题 　　土壤普查涉及范围大，区域广，经常需要与多部门沟通协调，斡旋调解。尤其是当调查点位坐落于生态保护区、文物保护遗址范围内时，如何在遵守国家相关规定的前提下，顺利完成特殊样点的剖面调查与采样工作成了摆在采样队员眼前的难题。 　　“有一次我们在宝鸡市陈仓区贾村镇采样，刚做完剖面诊断，面前突然开来三辆警车，七八个警察把我们围起来说有村民举报我们盗墓，让我们出示身份证件配合调查。原来这一片区属于文物保护区，曾经出土过中国首批禁止出国（境）展览文物、国家一级文物青铜器何尊。于是我们赶紧拿出土壤普查相关文件向警方解释，并邀请其进入剖面坑检查。后经区农业局、镇政府和警方沟通，我们去派出所进行备案后才得以继续开展工作。” 王辉博士表示在这次“乌龙”事件过后，他们每次在田间地头采样时都先把土壤三普宣传横幅挂起来，以免产生不必要的误会。 　　除了与有关部门机构协调，与村民们的沟通也是采样队员经常会面临的一大难题。“前一天谈好劳务费约定第二天帮助挖剖面坑，但第二天却改口要加钱，还有因心存不满，为阻挠采样进程试图动手打人。”在谈到采样途中所遇困难时地建集团领队李俊超讲道。后来李俊超等人吸取经验教训，在与村民谈好价钱后提前结算，并从国家粮食安全战略，从提高耕地质量谈到惠及村民的切身利益入手，对村民所关心的问题一一解释说明，取得理解与支持。 采样队员们一路走，一路看，通过走访发放资料、聊天拉家常等形式，向村民们详细解释土壤三普的意义，倾听他们的意见和建议，再辅以基层农技人员和乡镇政府机构的协调，从而顺利完成剖面调查与采样工作。 　　蹄疾步稳共奋进，长路漫漫不畏艰 　　在剖面调查与采样工作过程中，采样队成员带着“必须保质保量按时完成任务”的坚定信念，随时保持“箭在弦上”的状态，穿梭在城市与山林田野之间，用科学的方法、严谨的态度获取每一个点位最准确的土壤数据。 　　2023年12月，正值隆冬时节，皑皑白雪笼罩着关中大地，陕西省正式启动全省土壤剖面调查与采样工作。时间紧、任务重、天气条件恶劣，但为迅速响应通知要求，地建集团吴得峰在最短时间组建队伍从榆林市靖边县出发，驱车600公里赶往位于渭南市临渭区的采样点。俗话说天有不测风云，车辆到达延安市甘泉县附近时，鹅毛大雪不期而至，为安全起见，车辆仅以40迈行驶，到达渭南市临渭区已是凌晨3点。采样期间，地表上冻15公分，必须用洋镐才能撬动上冻的表土。吴得峰和他的队友们严格按照采样标准，规范操作，时而拿着小铲一点点刨，时而拿起橡胶锤一块块锤，力求将剖面挖掘做细做精。 　　黄土高原千沟万壑，陕北地区的许多点位横亘于崇山峻岭、悬崖峭壁之间，直线距离虽短但需沿着山路盘旋许久方可到达点位附近，黄土湿陷性极强，车轮爆胎、深陷泥地等事都常有发生。陕西省生物农业研究所的助理研究员贾俊超博士记忆最深的是在黄陵县山区中采样时，雇佣当地村民开着三轮车，历经多个180度大转弯，在峭壁间螺旋爬升整整3小时才到达点位。同样来自陕西省生物农业研究所的李文孝副研究员，在一天的调查采样结束后，整理样品的间隙，随手发了一个朋友圈：“土壤普查，时间很紧张，有车无路是常事，更多时间留在了现场踏勘与土壤分析上。沉甸甸的谷穗，路边坎随便长出来的野枣树都结着美味的大红枣，都是黄土高原的奇观”。这也是黄土高原给采样队的另一种回馈吧。 陕南地区山体稳定性脆弱，极易发生自然灾害，自2011年起，陕西省投资千亿实施陕南移民搬迁工程，帮助群众搬出山区住上新居，彻底解决了地质灾害给群众所带去的威胁，也使得部分山区变为“无人区”。陕西省水工环地质调查中心的李忠徽博士主要负责陕南安康市的剖面调查与采样工作，无人山区采样尤为艰辛，在汉阴县时，李忠徽一行因道路崎岖车辆无法通行，只得弃车徒步前进，历经四小时手执砍刀硬生生“砍”出一条路来。还有一次不得不穿行山区河道，李忠徽一行四人各自负重四十余斤的背包蹚水踩石，“连蹦带跳”地走了一个小时。“四个背包被颠坏了三个，最后是扛肩上出来的。”李忠徽博士笑着谈到。对于这些行路难的样点，技术领队们都始终坚持想方设法到达，他们认为只有更全面的调查，覆盖更多的图斑，才能起到普查的作用，才能尽可能地探明三秦大地的土壤密码。 天道酬勤，力耕不欺。陕西省剖面调查与采样工作虽然起步晚，还面临很多的困难，但陕西三普人始终都在全力推进工作的路上。采样队员们扎根于泥土之中，抢时间、抓进度，带着蓬勃的生命力行走于三秦大地，跋山涉水、披星戴月、爬冰卧雪……广袤无垠的耕地、硕果累累的园地、生机勃勃的林地、一望无际的草地见证了他们为全面查清农用地土壤质量家底，竭尽全力推进第三次全国土壤普查圆满完成的飒爽英姿。国家土壤普查办专职副主任杨鹏副司长一行、第三次全国土壤普查外业工作组副组长赵玉国研究员等专家学者也先后来陕西指导培训，把脉问诊，为推动陕西省土壤普查工作高质量推进开具了“良方”。 　　“藏粮于地”保安全，“土壤三普”是关键。陕西省未来将进一步发挥省内科研院所及人才优势，认真贯彻落实国家有关耕地保护建设和生态文明建设决策部署，以只争朝夕的工作热情，把准时间节点，以更强的责任感和紧迫感，加大工作力度，决战决胜剖面调查与采样任务，确保在第三次全国土壤普查中交出高分答卷，为夯实粮食安全根基、加快建设现代化农业强国和乡村振兴作出新的更大贡献。

一、目的要求观察土壤剖面能了解土壤内在物质的转化，是研究土壤形成、识别和评价土壤的重要方法之一。掌握土壤剖面观察方法和技术，就能准确地鉴别土壤类型，找出土壤性状对农业生产的有利与不利因素，为制定合理的利用改良土壤提供依据。 通过实验，基本掌握土壤剖面坑的撤职、挖掘和观察记载的一般技术。要求学会分析土壤剖面的形态与土壤发生发展的关系及对农业生产的影响，能依据观察分析结果对土壤构造进行评价，提出土壤的利用和改良措施。二、仪器试剂铁锹、土铲、锄头、剖面刀、放大镜、铅笔、钢卷尺、小刀、橡皮擦、白瓷比色板、土壤剖面记载表、10%盐酸、酸碱混合指示剂、赤血盐三、操作步骤（一）土壤剖面的设置与挖掘1、土壤剖面的调协 剖面位置的选择一定要有代表性。对某类土壤来说，只有在地形、母质、植被等成土因素一致的地段上设置剖面点，才能准确的反映土壤的各种形状。除此之外，避免在路旁、田边、沟渠边及新垦搬运过的地块上设坑。2、土壤剖面的设置 在选好剖面坑点的位置后，现在坑点上划出剖面的轮廓，然后挖土。剖面观察坑的规格一般为长15m,宽08m,深15m.深度不足1m这，挖之母雁、历史曾获地下水面位置。观察面要垂直向阳，其上方要禁止对土和踩踏。观察面的对面要挖成阶梯状，以便于观察是上下和减少挖土量。索瓦出的土，要将表土和底土分别对在土坑的俩册，一边观察面能看到龙杯、垄沟的表层变化。在作物生长节，要尽量保护作物。 剖面挖掘后，将剖面的观察面分成两半，一半用土壤剖面刀子上而下地整理成毛面，一半用铁铲削成光面，以便观察时相互进行比较。（二）土壤剖面形态的观察与记载1. 剖面层次的划分 自然土壤剖面层次的划分，是按发生层次划分土层，一般把它划分为枯枝落叶层、腐殖质层、淋溶层、底土层等层次。耕层土壤层次分为耕作层、犁底层、心土层、底土层。2. 土壤剖面形态的观察与记载（1）土壤颜色土壤颜色有黑、白、红、黄四种颜色，但实际出现的往往是复色。观察时，先确定主色，后确定次色，次色即在前面，主色即在后面，确定颜色时，旱土以干状态为准，水田土色以观察时土壤所处状态为准。（2）土壤质地 野外测定土壤质地，一般用手测法，其中有干测法和湿测法两种，可相互补充，一般以湿测法为主。（3）土壤结构观察土壤结构的方法，是用挖土工具把土挖出，让其自然落地散碎或用手轻捏，使土块分散，然后观察被分散开的个体形态的大小、硬度、内外颜色及有无胶膜、锈纹、锈斑等，最后确定结构类型。（4）松紧度 野外鉴定土壤松紧的方法是根据小刀插入土体的深浅和阻力大小来判断。① 松：小刀随意插入，深度大于10cm;② 散：稍加力，小刀可插入土体7~10cm;③ 紧：用较大的力，小刀才能插入土体4~7cm;④ 紧实：用大力，小刀才能插入土体2~4cm;⑤ 坚实：用很大力，小刀才能插入土体1~2cm;（5）土壤干湿度 按各土层的自然含水状态升级，其标准如下：① 干：土壤呈干土块，手试无凉感，嘴吹时有尘土扬起。② 润：手试有凉感，嘴吹无尘土扬起。③ 湿润：手试有潮湿感，可捏成土团，但自然落地即散开，放在纸上能使纸变湿。③ 紧：用较大的力，小刀才能插入土体4~7cm;④ 潮湿：放在手上使手湿润，能握成土团，但无水流出（6）新生体新生体不是母质所固有的，是在土壤形成过程中产生的物质，如铁子、铁猛结核、石灰结核等等，它们反映土壤形成过程中物质的转化情况。（7）侵入体原不是母质固有的，也不是土壤形成过程中的产物，是外界侵入土壤中的物体，如瓦片，砖渣、炭屑等。它们的存在，与土壤形成过程无关。（8）根系 反映作物根系分布状况，其分级标准为：① 多量：每平方厘米有10条根以上的。② 中量：每平方厘米有5~10条根。③ 少量：每平方厘米有2条根左右。④ 无根：见不到根痕。（9）石灰质反应 用10%稀盐酸，直接滴在土壤上，观察气泡产生状况，估计其石灰含量。① 无石灰质：无气泡、无声音，估计含量为0。② 少石灰质：徐徐产生小气泡，可听到响声，估计含量为1%以下。③ 中量石灰质：明显产生大气泡，但很快消失，估计含量为1%~5%。④ 多石灰质：发生剧烈沸腾现象，产生大气泡，响声大，历时较久，估计含量为5%以上。(10)亚铁反应 用赤血盐直接滴加测定。（11）土壤酸碱度 土壤酸碱度测定中的混合指示剂法。（12）土壤地下水位 地下水位是指出现地下连续水面与地表的距离。各种作物对地下水为的要求不同，其高低分级如下，仅供参考：① 高位：地下水位小于30cm.。② 中位；地下水位为30~60cm。③ 低位：地下水位大于60cm。