503DR中子水分測(cè)試儀

儀器功能：
測(cè)量土壤的含水率

用于高新技術(shù)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，嚴(yán)格控制土壤水分含量，保持蔬菜、花卉、水果和作物生長(zhǎng)最適宜的土壤含水率，以提高產(chǎn)品品質(zhì)并保證最高生產(chǎn)量。

用于制定合理的灌溉計(jì)劃，節(jié)約灌溉用水和能源，研究作物的需水狀況，提高施肥效率和土壤生產(chǎn)率，跟蹤作物或樹(shù)木的根系發(fā)育。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，保護(hù)地下水資源。

技術(shù)指標(biāo)：

土壤水分儀的應(yīng)用

利用CPN 503DR中子儀進(jìn)行農(nóng)田墑情預(yù)報(bào)，優(yōu)化農(nóng)田灌溉和提高作物、果樹(shù)的生產(chǎn)管理水平
CPN中子儀可以準(zhǔn)確快速地測(cè)試土壤含水量。土壤的水分對(duì)于決定各種作物和果蔬的產(chǎn)量和品質(zhì)是一個(gè)非常重要的因素。每一種作物和果蔬在不同的生長(zhǎng)時(shí)期都有一個(gè)最適宜的土壤含水量。如果不能滿足作物和果蔬的這一要求，就不可能獲得最高的產(chǎn)量和**的品質(zhì)。在作物和果蔬的生長(zhǎng)過(guò)程中，經(jīng)常需要進(jìn)行灌溉。無(wú)論使用傳統(tǒng)的大水漫灌，還是使用現(xiàn)代的噴灌、滴灌等各種節(jié)水灌溉方法，我們都需要對(duì)土壤的含水量進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定，以確定灌溉時(shí)間和灌溉量。如果沒(méi)有有效的方法快速測(cè)定土壤的含水量，就可能使得灌水太少，土壤含水量過(guò)低，不能滿足作物的生長(zhǎng)需要；或者灌水太多，土壤含水量過(guò)高，也會(huì)YZ作物的生長(zhǎng)，并造成人力和水電等資源的浪費(fèi)。
使用CPN中子儀，可以適時(shí)監(jiān)測(cè)土壤含水量，及時(shí)進(jìn)行土壤墑情預(yù)報(bào)。結(jié)合作物需水情況和降雨情況，制定正確的灌溉計(jì)劃，提高灌溉效率，保證作物、果股的產(chǎn)量，提高作物的品質(zhì)，減少各種資源的浪費(fèi)。
利用中子儀進(jìn)行農(nóng)田含水量測(cè)定和優(yōu)化灌溉計(jì)劃時(shí)所要求的基本技術(shù)是確定每個(gè)農(nóng)田的土壤飽灌點(diǎn)和補(bǔ)灌點(diǎn)，以及定期測(cè)定土壤水分含量的變化。

如何使用中子儀進(jìn)行灌溉管理
首先，在要進(jìn)行土壤水分測(cè)試的農(nóng)田中選擇3個(gè)適當(dāng)位置安插檢測(cè)導(dǎo)管（測(cè)點(diǎn)）。檢測(cè)導(dǎo)管可以臨時(shí)或一直保留在土壤中。種植多年生作物或樹(shù)木的田塊，檢測(cè)導(dǎo)管將根據(jù)實(shí)際需要而長(zhǎng)期保留使用。
第二，使用中子儀測(cè)定土壤含水量，一般情況下，可以每2-7天測(cè)定一次。測(cè)定時(shí)，將中子儀的探頭放入檢測(cè)導(dǎo)管中，測(cè)定并記錄土壤剖面各個(gè)測(cè)定層次的水分讀數(shù)，測(cè)定層次數(shù)和深度可根據(jù)實(shí)際情況決定（如深度層次為12個(gè)，測(cè)定深度為2米，在20cm，30cm，40cm，50cm，60cm，80cm，100cm，120cm，140cm，160cm，180cm，200cm每個(gè)層次上測(cè)定一次土壤含水量），測(cè)定完一個(gè)測(cè)點(diǎn)后轉(zhuǎn)到下一個(gè)。土壤剖面上各深度層的水分?jǐn)?shù)據(jù)完整地反映了整個(gè)作物或樹(shù)木根區(qū)范圍內(nèi)的土壤水分狀況。
第三，將中子儀的水分讀數(shù)進(jìn)行記錄或存儲(chǔ)在儀器的內(nèi)存中。如果用戶從廠家購(gòu)買了數(shù)據(jù)下載電纜和灌溉管理軟件，可以將儀器的測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
zui后，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理以后，可以給出當(dāng)前農(nóng)田土壤有效水和日耗水量數(shù)據(jù)，對(duì)土壤商情判斷以及土壤灌溉時(shí)間和灌溉量提供依據(jù)。

測(cè)定數(shù)據(jù)的應(yīng)用
中子儀測(cè)定的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)可反映出土壤剖面每一深度層次的土壤含水量變化，從而得知不同深度范圍內(nèi)的土壤水分變化，如根層土壤水分含量的變化可反映出作物對(duì)土壤水分的吸收利用等重要信息。
一個(gè)典型的土壤容積含水量（VSW%）隨深度變化的深度圖如圖表20-1所示。圖中根據(jù)不同時(shí)間某一測(cè)點(diǎn)土壤剖面含水量變化繪制的曲線清楚地反映了土壤剖面上水分含量的變化。圖表20-1中的兩條曲線，分別是1992年12月20日和12月27日在深度為20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、90cm、100cm、120cm深度層次上土壤含水量曲線，從變化可以清楚地看出在0-80cm土壤含水量明顯減少，而在80cm以下幾乎沒(méi)有變化，這就說(shuō)明作物的根系主要活動(dòng)在0-80cm 范圍的土壤深度層次內(nèi)，而兩條曲線之間的面積和即為兩次測(cè)定時(shí)間間隔內(nèi)的作物耗水量，80cm則為作物的根系深度。

一個(gè)曲型的深度圖

由土壤容積含水量（VSW%）在深度層次上的曲線可以計(jì)算出某一時(shí)間的土壤在測(cè)定深度和根層內(nèi)總的水分含量，也就是曲線到縱軸的面積，土壤總水分含量以mm表示。通過(guò)將兩次測(cè)定的根層范圍土壤總水分含量（mm）的差值除以兩次測(cè)定相隔的天數(shù)就能計(jì)算出作物的每日耗水量，單位為mm.d-1。
當(dāng)將中子儀計(jì)數(shù)時(shí)間設(shè)置為16秒，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置三個(gè)檢測(cè)導(dǎo)管進(jìn)行土壤水分測(cè)定時(shí)，必須注意只有所測(cè)定土壤含水量數(shù)據(jù)的變化大于等于0.5%以上才可認(rèn)為土壤含水量發(fā)生了明顯變化，否則當(dāng)土壤含水量變化值小于0.5%時(shí)，則認(rèn)為此變化可能是由于測(cè)定誤差造成的非顯著性變化。如果要了解不同時(shí)間土壤水分含量的變化情況，不僅要看連續(xù)測(cè)定的數(shù)據(jù)間的差異，還要看間隔幾天或幾周所測(cè)定的土壤水分含量的變化。
及時(shí)和準(zhǔn)確地知道土壤中水分含量的變化對(duì)于最大限度地利用好中子儀進(jìn)行科學(xué)的作物管理和制定zuiyou化的灌溉計(jì)劃是非常重要的。同時(shí)還要清楚地知道作物在特定土壤中生長(zhǎng)所需要的**土壤水分含量范圍，使土壤水分在作物整個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)總是保持在這**范圍內(nèi)，這對(duì)作物最大限度地發(fā)揮其增產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的潛力是至關(guān)重要的。
當(dāng)然，要確定作物生長(zhǎng)所需要的**土壤水分含量范圍，就必須首先確定這一田塊的土壤飽灌點(diǎn)和補(bǔ)灌點(diǎn)。
不同的田塊和作物都有各自不同的飽灌點(diǎn)和補(bǔ)灌點(diǎn)。
即使同一地點(diǎn)土壤類型和作物相同，其飽灌點(diǎn)和補(bǔ)灌點(diǎn)也可能由于耕作措施不同而發(fā)生變化，尤其是機(jī)械耕作農(nóng)田。

飽灌點(diǎn)及其測(cè)定
飽灌點(diǎn)是指土壤達(dá)到最濕潤(rùn)且根層沒(méi)有深層排水發(fā)生時(shí)的土壤水分含量，它表示某一農(nóng)田的土壤最大持水能力。通常等于土壤田間持水量，但在某些情況下可能略大于或小于實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的田間持水量值，這是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中使用的飽灌點(diǎn)是在田間實(shí)地測(cè)定的飽灌點(diǎn)，而田間持水量是在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的，所以有時(shí)存在和實(shí)際情況不符的情況。
土壤飽灌點(diǎn)通常在一次過(guò)量灌溉或降雨后（灌溉或降雨量大于飽灌點(diǎn)）整個(gè)土壤剖面充分吸水達(dá)到飽和并將發(fā)生深層排水現(xiàn)象，所以在灌溉和降雨后連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤含水量變化，通常為每天1次，直到根層內(nèi)土壤深排水作用停止時(shí)，就可將該時(shí)刻測(cè)定的土壤含水量曲線作為飽灌點(diǎn)曲線，根層總的土壤水分含量即為該地點(diǎn)的飽灌點(diǎn)。飽灌點(diǎn)的測(cè)定一般是從灌溉或降雨24小時(shí)后開(kāi)始測(cè)定，連續(xù)測(cè)定幾天，到連續(xù)兩天內(nèi)測(cè)定的結(jié)果不變時(shí)，這時(shí)就說(shuō)明土壤的深排水已經(jīng)停止，這一時(shí)刻的土壤水分含量就是飽灌點(diǎn)。
大多數(shù)情況下，確定飽灌點(diǎn)的過(guò)程比較簡(jiǎn)單，容易操作，然而也可能會(huì)遇到很多新的問(wèn)題。如在漫灌方式中，可能會(huì)出現(xiàn)由于地表板結(jié)，灌溉時(shí)田間發(fā)生局部徑流，使灌溉不能均勻進(jìn)行，影響測(cè)定的準(zhǔn)確性。這時(shí)可以通過(guò)中耕作業(yè)打破土壤板結(jié)，然后再實(shí)施大水灌溉，測(cè)定出土壤飽灌點(diǎn)。
降雨通常能夠均勻有效地濕潤(rùn)整個(gè)土壤剖面，因此大規(guī)模降雨事件后測(cè)定的土壤剖面含水量變化是確定飽灌點(diǎn)的**時(shí)機(jī)。
在噴灌系統(tǒng)中，表層土壤板結(jié)、滲透性較差也是一個(gè)較頭疼的問(wèn)題，這就可能因?yàn)榘l(fā)生水分徑流，使噴灌條件下比較難使土壤整個(gè)剖面完全濕潤(rùn)而達(dá)到土壤飽灌點(diǎn)，所以在這種情況下要注意破板結(jié)，使水分充分滲透而達(dá)到飽灌點(diǎn)。
長(zhǎng)期降雨可以很好地濕潤(rùn)整個(gè)土壤剖面，使其達(dá)到土壤飽灌點(diǎn)，但也可能使土壤含水量超過(guò)飽灌點(diǎn)。特別是在上砂下粘的土壤，由于下層是不透水或透水性較差的粘土層，而其上是透水性很好的砂性土壤，可能會(huì)出現(xiàn)上層土壤含水量已超過(guò)飽灌點(diǎn)而下層土壤卻阻止了多余水分的排出，較難測(cè)定土壤飽灌點(diǎn)。
漫灌方式下，則較難甚至無(wú)法準(zhǔn)確地控制進(jìn)入土壤中的水量，如果土壤的通透性好，可以在深排水停止后測(cè)出土壤飽灌點(diǎn)。在土壤通透性不好的農(nóng)田中，灌溉后的土壤含水量可能高于作物所需的**土壤水分范圍，將會(huì)發(fā)生水澇，在這種情況下，飽灌點(diǎn)常被定義為灌溉后24小時(shí)的土壤水分含量，即使此時(shí)土壤仍然處于水澇狀態(tài)。

補(bǔ)灌點(diǎn)及其測(cè)定
補(bǔ)灌點(diǎn)是作物生長(zhǎng)**土壤水分含量的zuidi點(diǎn)，當(dāng)土壤水分含量達(dá)到這一點(diǎn)時(shí)就應(yīng)立即實(shí)施補(bǔ)充灌溉。定義比較簡(jiǎn)單，也很容易理解，但要準(zhǔn)確測(cè)定補(bǔ)灌點(diǎn)卻并非很簡(jiǎn)單。
補(bǔ)灌點(diǎn)是作物發(fā)生水分脅迫的臨界值，土壤含水量低于補(bǔ)灌點(diǎn)后，作物的蒸騰作用受阻，氣孔阻力增加，光合作用減少，根系下扎尋水，棉花的日耗水量急劇減小，所以可以認(rèn)為，當(dāng)正常氣候條件下作物日耗水量劇烈下降和根系下扎開(kāi)始消耗土壤深層水分時(shí)的土壤含水量就是該田塊的補(bǔ)灌點(diǎn)。補(bǔ)灌點(diǎn)可以看作是土壤水分剛剛開(kāi)始不能滿足作物最大需水量時(shí)的土壤水分含量，此時(shí)，土壤水分不能充分供應(yīng)作物**的生長(zhǎng)狀態(tài)，將導(dǎo)致作物生理生態(tài)上的一些變化，如關(guān)閉氣孔等，而使作物的日耗水量減小。在補(bǔ)灌點(diǎn)以下，作物將逐漸生長(zhǎng)緩慢直至萎蔫，日耗水量必然降低。另外，一些直觀的癥狀，如幼葉顏色變暗和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)變慢等，都可作為確定補(bǔ)灌點(diǎn)的參考依據(jù)。
補(bǔ)灌點(diǎn)的確定要考慮到土壤類型、作物種類和品種、種植方式等多種因素，但只要在生產(chǎn)實(shí)踐中多測(cè)定和分析所獲得的數(shù)據(jù)資料是不難確定的。
另外，補(bǔ)灌點(diǎn)在不同的耕作方式或輪作條件下也會(huì)在年際間發(fā)生些許變化。所以，在新的耕作制度下，可能需要重新確定補(bǔ)灌點(diǎn)。

實(shí)例1：澳大利亞內(nèi)魯比漫灌條件下確定棉花的飽灌點(diǎn)和補(bǔ)灌點(diǎn)
在澳大利亞內(nèi)魯比漫灌條件下，由于該地土壤質(zhì)地為重粘土，土壤導(dǎo)水率接近于零，所以確定棉花土壤飽灌點(diǎn)可以簡(jiǎn)單地通過(guò)過(guò)量灌溉后24小時(shí)所測(cè)定的土壤水分含量確定。該數(shù)據(jù)重復(fù)性強(qiáng)，在每次灌溉中，土壤水分含量都達(dá)到或很接近于第一次確定的飽灌點(diǎn)。在這個(gè)地區(qū)當(dāng)土壤水分達(dá)到飽灌點(diǎn)時(shí)，土壤往往處于水澇狀態(tài)。
補(bǔ)灌點(diǎn)正好是土壤不能充分供給作物生長(zhǎng)所需要的**需水量的臨界值。當(dāng)土壤水分低于補(bǔ)灌點(diǎn)時(shí)，其日耗水量將明顯下降，但這時(shí)作物的表象變化仍較小，由于植物根系具有向水性，所以其吸水過(guò)程將同時(shí)發(fā)生在植物正常的根區(qū)以下的深層土壤中，但隨著水分脅迫的加劇，植物為保存水分和減少水分損失，將部分關(guān)閉其葉片上的氣孔，氣孔阻力的增大使植物吸入二氧化碳（光合作用的基本物質(zhì)）的能力減小，光合作用將減弱，碳水化合物生產(chǎn)將下降，由于棉花的產(chǎn)量主要依賴于植株中的碳水化合物積累，所以將導(dǎo)致棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的下降，而且這種下降是無(wú)可挽回的。作物表觀發(fā)生的某些明顯變化，如植株的嫩葉發(fā)黑、生殖生長(zhǎng)期間的生長(zhǎng)速度減緩、幼果脫落等都可以用來(lái)幫助確定補(bǔ)灌點(diǎn)。

實(shí)例2：鹽堿土壤飽灌點(diǎn)和補(bǔ)灌點(diǎn)的確定（ROBINVALE 酒用葡萄）
該地區(qū)的土壤疏松，排水性好，但灌溉用水含鹽量較高。在ROBINVALE地區(qū)，由于過(guò)量灌溉引起的地下水位上升及土壤鹽堿化是非常嚴(yán)重的。一方面需要過(guò)量灌溉以沖洗土壤根區(qū)范圍內(nèi)的鹽分，另一方面這又會(huì)引起地下水位的上升。通過(guò)利用中子儀測(cè)定和數(shù)據(jù)分析認(rèn)為需要多灌溉10%的水分用于淋洗鹽分，防止土壤根區(qū)范圍的鹽分累積，減輕鹽分對(duì)植物正常生長(zhǎng)的影響。按照上述方法灌溉（增加10%的水用于淋洗鹽分），地下水位保持不變，因?yàn)橛捎诠喔仍黾拥牡叵滤繉⒈坏叵滤蚝恿飨到y(tǒng)的排滲抵消掉。
在進(jìn)行一次充分灌溉后，用中子儀進(jìn)行定期的監(jiān)測(cè)以確定土壤根層深排水停止的時(shí)間，從而能夠很容易地確定土壤飽灌點(diǎn)。這需要一天進(jìn)行2-3次水分測(cè)定，直到掌握該地點(diǎn)土壤水分的動(dòng)力學(xué)特性為止。但在某些土壤中，通過(guò)測(cè)定水分來(lái)確定土壤飽灌點(diǎn)并不總是那么容易，如在排水非?？斓耐寥乐?，灌溉后24小時(shí)再進(jìn)行水分測(cè)定可能已經(jīng)太遲了。在排水很慢的土壤中，水分含量變化很小，則很容易被由于作物耗水所引起的土壤水分變化掩蓋真實(shí)的飽灌點(diǎn)。無(wú)論如何，確定農(nóng)田土壤中是否有排水發(fā)生是很重要的，在這一地區(qū)通常土壤深排水速度非?？?。
作物在土壤水分達(dá)到補(bǔ)灌點(diǎn)時(shí)并不會(huì)表現(xiàn)出明顯的水分脅迫特征。當(dāng)作物表現(xiàn)出明顯的水分脅迫特征時(shí)已經(jīng)意味著作物處于某種較嚴(yán)重的水分脅迫狀態(tài)，此時(shí)作物潛在的產(chǎn)量損失已很大。農(nóng)民一般根據(jù)自己過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)以及其它農(nóng)民或農(nóng)業(yè)技術(shù)人員的研究結(jié)果，大致確定出每種土壤類型下作物可利用的土壤有效水分范圍（飽灌點(diǎn)和補(bǔ)灌點(diǎn)之間的差值），通常為50-70mm。噴灌條件下，用戶可以很容易并準(zhǔn)確地向農(nóng)田實(shí)施灌溉作物所需水分。
在ROBINVALE地區(qū)，酒用葡萄的種植者每次灌溉還要多灌適量的水分使土壤水分含量高于飽灌點(diǎn)，而高于飽灌點(diǎn)的那部分水量正好可以淋洗根區(qū)范圍的鹽分，而不需要浪費(fèi)更多的水分。這樣做的目的一方面是避免鹽分在土壤中的積累，另一方面也能避免過(guò)量灌溉使地下水位上升，造成土壤次生鹽漬化。如果灌溉水質(zhì)較好，不存在上述土壤鹽堿化問(wèn)題，那么就應(yīng)避免過(guò)量灌溉使土壤含水量超過(guò)飽灌點(diǎn)。因?yàn)檫^(guò)量灌溉不但增加了成本，浪費(fèi)了寶貴的水資源，而且還能使土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素從作物根區(qū)隨深排水作用而淋溶損失，地下水位也可能上升。

實(shí)例3：蔬菜作物飽灌點(diǎn)和補(bǔ)灌點(diǎn)確定（芹菜）
芹菜種植者從生產(chǎn)芹菜中獲得利益在極大程度上取決于芹菜莖稈的長(zhǎng)度。芹菜莖稈越長(zhǎng)，效益就越好。而芹菜莖稈長(zhǎng)度又取決于芹菜生長(zhǎng)過(guò)程中莖桿細(xì)胞的分裂速度。由于植物的細(xì)胞分裂速度是當(dāng)土壤含水量接近飽灌點(diǎn)時(shí)最大，因此要盡可能在芹菜的生長(zhǎng)期內(nèi)使土壤水分一直保持在接近飽灌點(diǎn)的范圍內(nèi)。同時(shí)土壤水分含量的大幅度變化還可以影響到營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，特別是鈣，會(huì)使芹菜的經(jīng)濟(jì)效益受到影響。所以在這種情況下，補(bǔ)灌點(diǎn)確定就應(yīng)不同于大田作物，選擇適當(dāng)靠近飽灌點(diǎn)的位置作為補(bǔ)灌點(diǎn)。
使用滴灌或噴灌系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)少量多次灌溉，使根層土壤一直保持在較濕潤(rùn)的范圍內(nèi)，這樣就可使蔬菜的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)最快和果品含水量高、品質(zhì)優(yōu)良。
在澳大利亞芹菜生產(chǎn)中，每天澆灌兩次，使灌溉水量正好能補(bǔ)充作物所吸收利用的水量。定期測(cè)定土壤水分，確保土壤水分一直保持在適宜的范圍。