农田土壤墒情监测技术手册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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彭世琪 等 编

图书标签:

• 土壤墒情
• 农田监测
• 农业技术
• 精准农业
• 传感器技术
• 水分管理
• 作物生长
• 农业信息化
• 土壤物理
• 节水灌溉

出版社： 中国农业科学技术出版社

ISBN：9787802336285

版次：1

商品编码：10581628

包装：平装

开本：32开

出版时间：2008-07-01

用纸：胶版纸

页数：159

字数：80000

内容简介

　　《农田土壤墒情监测技术手册》以土壤学、作物生理学、作物栽培学和气象学的基本理论为基础，在土壤墒情与旱情监测评价的理论方法和操作应用方面进行了大胆的探索，并从实际工作出发，突出了土壤墒情和旱情监测在生产决策和指导方面的作用，突出了工作实践中的操作性，十分便于各地农技人员对农田土壤墒情与旱情监测技术的理解和应用。
　　水是农业生产的基础物质，大气降水和灌溉是农作物用水的主要来源。除水生物（如水稻）外，所有的降水和灌溉水都要转化为土壤水才能被作物吸收利用。各种田间工程、农艺技术和和理措施都可以影响到农田土壤供水和作物对水的利用效率。

目录

第一章　土壤墒情与旱情监测的有关概念
1.1 土壤水资料的价值
1.1.1 土壤水的基本概念
1.1.2　土壤水分含量的表示方法
1.1.3 土壤水分对农业生产的作用
1.1.4　土壤水资料的价值
1.2 自然因素对土壤含水量的影响
1.2.1 降水对土壤含水量的影响
1.2.2　温度对土壤含水量的影响
1.2.3　土壤质地对土壤含水量的影响
1.2.4　地形对土壤含水量的影响
1.3 农业措施对土壤含水量的影响
1.3.1 田间工程技术
1.3.2 覆盖技术
1.3.3 沟垄等高耕作技术
1.3.4　深松耕技术
1.4 土壤墒情与旱情监测的概念和意义
1.4.1 土壤墒情与旱情监测的概念
1.4.2 土壤墒情与旱情监测的意义
1.4.3 土壤墒情与旱情监测步骤
第二章　土壤墒情与旱情监测站点的建立
2.1 土壤墒情与旱情监测站点的分布
2.2 监测站点设立原则和主要监测内容
2.3 自动监测站的建立
2.3.1 主要设备及其特点
2.3.2 设备安装的地点与标识
2.3.3 实时土壤水分测定仪构成及安装
2.3.4 小型气象站的特点及安装
2.3.5 实时土壤水分测试仪的操作
2.3.6 小型气象站的操作
2.4 土壤墒情监测点的建立
2.4.1 地点选择
2.4.2 监测点的标识
2.5　基础数据的记载及填表
第三章　农田土壤水分的测定
第四章　土壤墒情数据的采集和处理
第五章　土壤墒情与旱情等级评价指标
第六章　不同区域主要作物的需水规律
第七章　土壤墒情与旱情监测数据汇总与发布
主要参考文献

精彩书摘

　　第一章　土壤墒情与旱情监测的有关概念
　　1.1 土壤水资料的价值
　　1.1.1 土壤水的基本概念
　　通常所讲的土壤水是指在一个大气压下，在105℃条件下能从土壤中分离出来的水分，是土壤中各种形态的水分总称，分为固态、气态和液态3种形式，而土壤中液态水数量最多，与植物的生长关系最为密切。根据水分受力的不同来划分液态水的类型，在农业、水利、气象等学科和生产中广泛应用。液态水按其所受的力又分为吸湿水、薄膜水、毛管水和重力水。吸湿水是吸附在土粒表面的水汽分子，紧靠土粒，无溶解能力，不能移动，故对植物生长意义不大。薄膜水是包围在吸湿水外层的水分，所受吸力比吸湿水小，一般为31～6.25个大气压，移动速度一般为0.2～0.4mm／h，因移动缓慢，虽可被植物吸收一部分，但不能满足植物需要。毛管水是在土壤毛管孔隙中由毛管力所保持的水分，所受吸力为6.25～0.08个大气压，可自由上下左右移动，并有溶解养分的能力，是农业生产中最有效的土壤水分。重力水是在土壤非毛管孔隙中，受重力影响自由向下移动的水分，虽能被植物吸收，但由于其能很快渗透到土壤下层，故不能为植物持续利用，是地下水的重要来源之一。
　　1.1.2 土壤水分含量的表示方法
　　土壤水分含量有不同的表示方法，由于应用的领域和目的的差异，可以选用不同的表示方法。因此了解土壤水分表达方法十分重要。
　　（1）土壤绝对含水量
　　土壤绝对含水量是最常用的土壤水分含量的表示
　　方法，主要包括以下几种：重量百分数：土壤水分的重量占烘干土重量的百分率。
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前言/序言

农田土壤墒情监测技术手册 一、 引言 土壤墒情，即土壤水分含量，是衡量土壤肥力、作物生长状况以及农业生产前景的关键指标。准确、及时地掌握农田土壤墒情信息，对于科学灌溉、精准施肥、合理调控作物生育进程、提高农作物产量和品质、降低水资源浪费、防御和减轻旱涝灾害等方面具有至关重要的意义。本手册旨在系统性地介绍农田土壤墒情监测的核心技术、方法、仪器设备以及数据分析与应用，为广大农业技术推广人员、科研工作者、农场管理者及相关从业者提供一套全面、实用的技术指导。 二、 土壤墒情的概念与意义 土壤墒情是指土壤中水分的相对含量，通常用土壤含水量（重量百分比或体积百分比）或土壤相对湿度来表示。土壤水分是植物生长发育不可或缺的物质基础，它不仅是植物体的重要组成部分，还参与植物的新陈代谢过程，如光合作用、呼吸作用、养分吸收和运输等。 1. 对作物生长的影响： 水分亏缺： 当土壤水分低于作物生长所需时，作物会出现萎蔫、生长缓慢、叶片变黄、花期和结果期缩短、产量和品质下降等现象。长期严重缺水甚至会导致作物死亡。 水分过量： 土壤水分过多会造成土壤通气性差，根系缺氧，影响根系生长和功能；容易诱发病害，如根腐病；土壤养分淋失加剧；甚至导致渍害，影响作物生长。 适宜水分： 土壤水分在一定范围内时，作物生长最为旺盛，生理活动正常，产量和品质最佳。这个适宜范围因作物种类、生育期和土壤类型而异。 2. 对农业生产的意义： 科学灌溉决策： 通过实时监测土壤墒情，可以精准判断作物是否需要灌溉，以及灌溉水量和灌溉时间，避免“干旱灌溉不足”和“洪涝浪费水资源”的现象，实现节水高效灌溉。 精准施肥管理： 土壤水分状况会影响土壤养分的溶解、转化和吸收，影响肥料的利用效率。了解墒情有助于更合理地施用化肥，减少养分流失。 作物生长调控： 不同生育期对水分的需求不同。通过墒情监测，可以有针对性地进行水分管理，调控作物的生长进程，优化产量和品质。 病虫害预警与防治： 适宜的土壤湿度环境是某些病虫害发生的重要条件。墒情监测数据可以为病虫害的预测和防治提供依据。 旱涝灾害预警： 长期干旱或持续阴雨可能导致严重的旱涝灾害。通过墒情监测，可以提前发现土壤水分异常，为灾害预警和应对提供支持。 水资源优化配置： 在水资源短缺的地区，科学的土壤墒情监测是优化水资源配置、提高水利用效率的重要手段。 农田生态环境评估： 土壤墒情是影响农田生态系统健康的重要因素之一。 三、 土壤墒情监测的基本原理 土壤墒情监测的核心在于如何准确测量土壤中的水分含量。目前，常用的测量原理主要基于土壤水分与电学参数（如电阻、介电常数）、热学参数（如热传导能力）或物理参数（如吸力）之间的关系。 1. 基于电学参数的原理： 电阻法： 土壤的导电性与其含水量密切相关。含水量越高，土壤中的离子越多，导电性越强，电阻越小。许多土壤湿度传感器便是利用这一原理，通过测量土壤中的电极之间的电阻来推算含水量。 介电常数法（时域反射计 TDR / 频域反射计 FDR）： 土壤的介电常数（又称介电容率）随着水分含量的变化而显著变化。水（介电常数约80）的介电常数远高于土壤矿物质（约3-5）和空气（约1）。因此，土壤的整体介电常数与土壤含水量呈正相关。TDR和FDR传感器通过发射电磁波并测量其在土壤中的传播速度或衰减情况，从而反推出土壤的介电常数，进而计算出土壤含水量。这是目前应用最广泛、精度最高的方法之一。 2. 基于热学参数的原理： 热传导法： 土壤的导热性受其含水量影响。含水量越高，土壤导热性越好。一些传感器通过测量加热探头在土壤中的散热速率来推算土壤含水量。 3. 基于物理参数的原理： 张力计法： 该方法测量的是土壤水的能量状态，即土壤水势。土壤水势越低（负值越大），表示土壤吸力越强，水分越难被土壤吸持，作物越难以吸收。张力计通过测量填充有水的陶瓷头插入土壤中时，因土壤吸水而产生的负压来反映土壤水势。 四、 土壤墒情监测方法与技术 土壤墒情监测可以分为定点监测和区域监测，以及人工采样和仪器自动监测。 1. 人工采样与实验室分析： 取样： 在农田内选择具有代表性的样点，使用土壤采样器（如土钻、环刀）按照预设的深度和频率采集土壤样品。 实验室分析： 将采集的土壤样品带回实验室，采用烘干称重法（重量法）或体积法等，准确测定土壤的质量含水量或体积含水量。 优点： 精度较高，可作为校准自动监测仪器的依据。 缺点： 耗时耗力，数据更新滞后，难以实现大范围、高频次的实时监测。 2. 便携式土壤水分仪： 原理： 大多采用电阻法或介电常数法。 使用： 将探头插入土壤中，仪器直接显示土壤含水量或相对湿度。 优点： 操作简便，携带方便，成本相对较低，能够实现一定程度的现场快速监测。 缺点： 精度受土壤类型、盐分、温度等因素影响较大，需要定期校准，监测范围有限，数据记录不便。 3. 固定式自动土壤墒情监测系统： 组成： 通常包括土壤水分传感器、数据采集器、通信模块（如GPRS/NB-IoT）、供电系统（太阳能电池板+蓄电池）以及后台管理与数据分析平台。 传感器类型： 主要采用TDR、FDR等介电常数法传感器，也可集成温度、EC（电导率）等传感器。 工作原理： 传感器埋设于土壤中，通过预设的采样间隔，自动采集土壤水分数据，经数据采集器汇总后，通过通信模块上传至云端服务器。用户可以通过电脑或手机APP远程访问、查看、分析数据。 优点： 实现全天候、高频次、自动化的实时监测；覆盖范围广；数据准确可靠；可进行长期数据积累与趋势分析；便于远程管理和决策。 缺点： 初期投入成本较高；传感器的埋设、维护需要专业知识；供电和通信的稳定性是关键。 4. 遥感监测技术： 原理： 利用卫星或航空平台搭载的传感器，获取地表反射的微波或红外信号，这些信号与土壤表层（通常是几厘米）的水分含量相关。 应用： 主要用于大区域、宏观尺度的土壤墒情评估和旱情监测。 优点： 覆盖范围广，数据获取效率高，可快速生成大面积墒情分布图。 缺点： 监测深度有限，精度受植被覆盖、地形、云层等因素影响较大，难以满足精细化农业生产需求。 五、 土壤水分传感器选型与埋设 1. 传感器类型选择： 精度要求： 对于精细农业和科学研究，应选择高精度传感器，如TDR、FDR系列。 应用场景： 考虑监测深度、土壤类型、是否有腐蚀性物质等。 成本预算： 不同类型和品牌传感器的价格差异较大。 数据传输与供电： 选择与数据采集系统兼容的传感器，并考虑其功耗。 耐用性： 选择耐腐蚀、抗老化、性能稳定的传感器。 2. 传感器埋设： 样点选择： 选择具有代表性的农田区域，避免选择异常地块（如沟渠边、灌溉出口附近）。 布设密度： 根据农田大小、作物类型、土壤均匀性以及监测需求确定布设点数量。通常，对于均匀的农田，每几公顷可布设一个监测点，或根据作物长势和土壤的空间变异性进行密度调整。 埋设深度： 根据作物根系分布深度和主要水分消耗层来确定。例如，对于大多数作物，监测0-30cm、30-60cm或60-90cm等不同深度层的土壤水分。 埋设方法： 开挖法： 挖一个足够大的土坑，将传感器探头平行于土壤表面埋入，然后回填土壤，并尽量恢复土壤原有的密度和结构，避免产生大的空隙。 钻孔法： 使用土壤钻孔器预先钻孔，然后将传感器直接插入孔中。 确保紧密接触： 传感器探头与土壤必须紧密接触，任何空隙都会影响测量精度。 方向： 探头应平行于地面水平埋设，并确保探头顶端低于地表足够距离，避免受地表径流和日晒影响。 六、 数据采集与处理 1. 数据采集： 采样频率： 根据作物生育期、天气条件和监测目标设定。关键时期（如播种、移栽、开花、灌浆期）和极端天气（干旱、强降雨）时，应增加采样频率（如每小时一次甚至更频繁）。日常监测可设置为每天数次或数小时一次。 数据格式： 确保数据采集器能够以标准格式（如CSV、TXT）导出数据。 2. 数据传输： 通信方式： GPRS、NB-IoT、LoRa等无线传输方式。选择稳定可靠、覆盖范围广、成本适中的通信方式。 数据上传： 定时或触发式上传数据至云平台。 3. 数据存储与管理： 云平台： 利用专业的农业物联网云平台进行数据存储、管理和可视化展示。 数据库： 建立结构化的数据库，便于数据的检索、查询和分析。 4. 数据预处理： 数据清洗： 剔除异常值、错误值和重复数据。 单位转换： 将传感器原始数据（如电压、频率）转换为标准的土壤含水量（%）或土壤水势（kPa）单位。 校准： 使用人工采样数据对传感器读数进行校准，建立特定土壤类型下的线性或非线性回归模型，提高测量精度。 七、 土壤墒情数据的分析与应用 1. 墒情指标计算： 田间持水量（Field Capacity, FC）： 土壤在充分灌水或降雨后，假排水停止2-3天后，仍能保持的水分含量。 萎蔫系数（Wilting Point, WP）： 作物无法从土壤中吸收水分而永久萎蔫时的土壤含水量。 允许凋萎点（Readily Available Water, RAW）： 田间持水量与允许凋萎点之间的水分差，是作物可利用的水分。 土壤水分亏缺程度： 根据实时监测的土壤含水量与作物不同生育期的适宜土壤含水量范围进行比较。 2. 适宜土壤水分范围的确定： 基于作物类型： 不同作物对水分的需求不同，例如，喜湿作物（如水稻）的适宜水分范围较宽且偏高，而耐旱作物（如小麦、玉米）则有更强的耐旱性。 基于生育期： 作物在不同的生育期（苗期、生长期、开花期、结果期）对水分的需求和敏感性存在显著差异。例如，花期和灌浆期通常是作物需水最敏感的时期。 基于土壤类型： 沙土持水能力差，砂壤土、粘壤土持水能力强。 3. 灌溉决策支持： 阈值法： 设定作物不同生育期的土壤水分下限阈值。当土壤含水量低于该阈值时，触发灌溉警报。 水分亏缺指数法： 计算土壤水分亏缺指数（如灌溉需水指数），结合天气预报、作物蒸腾量等因素，指导灌溉计划的制定。 灌溉量计算： 根据作物需水量、土壤水分亏缺量、灌溉效率等因素，计算出单次灌溉所需的灌溉量，以确保灌溉后土壤水分恢复到适宜范围。 4. 旱涝预警与评估： 短期预警： 监测土壤连续多天低于警戒线，结合降雨预报，判断是否存在干旱风险。 长期监测： 分析土壤水分长时间处于偏高或偏低状态，预警潜在的渍害或持续性干旱。 灾情评估： 结合土壤墒情数据、气象数据和作物长势，评估旱涝灾害的发生范围、程度和影响。 5. 与气象、作物长势数据的集成分析： 蒸散发估算： 结合土壤水分、气温、湿度、风速、日照等数据，估算作物蒸散发量，更精准地预测水分消耗。 作物生长模型： 将土壤墒情数据输入作物生长模型，模拟和预测作物生长进程、产量和品质。 病虫害预测： 结合土壤湿度、空气湿度、温度等信息，预测某些病虫害的发生概率。 八、 质量控制与维护 1. 传感器定期校准： 即使是高精度传感器，也需要定期（如每年一次）与人工采样数据进行对比校准，确保数据的准确性。 2. 设备检查与维护： 传感器： 检查探头是否有损坏、污垢附着，及时清洁。 数据采集器： 检查电池电量，确保正常工作。 供电系统： 检查太阳能电池板是否清洁，蓄电池性能是否良好。 通信模块： 检查信号强度，确保数据传输畅通。 3. 数据异常处理： 建立数据异常监测机制，及时发现并处理传感器故障、数据传输中断等问题。 4. 野外作业安全： 在进行设备安装、维护时，注意人身安全，尤其是在复杂地形或恶劣天气条件下。 九、 结论 土壤墒情监测是现代精准农业的重要基石。通过科学、系统地运用本手册介绍的各类技术和方法，可以实现对农田土壤水分的精准掌握，为优化灌溉、科学施肥、提高产量、节约水资源、应对气候变化等提供有力支撑。随着技术的不断发展，土壤墒情监测将更加智能化、自动化和精细化，为中国农业的可持续发展注入新的活力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，在于它成功地搭建了一座从“基础理论”到“应用实践”的桥梁，而且这座桥梁的跨度非常大。它不像某些大学教材那样只谈原理却不落地，也不像某些商业宣传册那样只谈产品功能却不解释背后的科学逻辑。这本书的厉害之处在于，它对“应用”的定义非常全面。它不仅讲了如何监测，还深入探讨了如何根据监测结果来制定灌溉决策，这才是核心。书中有一套基于水分活度和作物生理需求来划分的“胁迫阈值”体系，这套体系非常精细，考虑到了作物的敏感期。比如，对于玉米拔节期，它给出的持水量下限，比我以前习惯用的经验值要高出2个百分点，而且有明确的参考文献支撑。我感觉，这本书的编写者似乎是一位全能型的专家，他既懂土壤物理，又懂作物生理，还精通现代信息技术。这种跨学科的整合能力，使得全书的论述逻辑严密，层次分明，让人不得不信服。

评分☆☆☆☆☆

这本《农田土壤墒情监测技术手册》简直是为我们这些常年在田间地头摸爬滚打的农业技术员量身定做的宝典。我前段时间接手了一块责任田，那里的土壤情况复杂得很，光靠肉眼和经验根本摸不着头脑，尤其是在不同作物生长期的需水管理上，常常是抓瞎。翻开这本书，我最惊喜的是它对不同土壤质地（比如沙土、壤土、黏土）在水分持留能力上的详细阐述。它不仅仅是告诉我们“这个土含水量多少”，而是深入到物理化学层面，解释了为什么不同质地的土壤吸水和放水速度不一样，这对手头需要精确调控灌溉计划的人来说，简直是如虎添翼。书中对几种主流墒情监测仪器的原理介绍也极其到位，比如TDR和频域反射仪，从基础电磁波理论到现场校准的每一步都掰开了揉碎了讲，完全不像有些技术手册那样只停留在“使用说明书”的层面。我特别喜欢它提供了一系列根据当地气候数据和作物系数反推最佳田间持水量的方法论，这比简单照搬标准值靠谱多了，真正做到了因地制宜。书里附带的那些图表和案例分析，大多是针对我国北方旱作区和南方水田区的典型情景，我立刻就能对号入座，开始优化我那块旱地上的滴灌参数了。

评分☆☆☆☆☆

说实话，以前对土壤墒情这个概念，我总觉得有点玄乎，不就是看看土是不是湿的吗？但这本书彻底颠覆了我的认知。它清晰地构建了一个从宏观到微观的监测体系框架。最让我眼前一亮的，是对“水分动态平衡”的讨论。它不仅仅关注静态的含水量百分比，更强调水分的垂直运移和蒸散发速率的实时变化。书里用了很多篇幅来解释如何利用气象数据，结合土壤剖面结构，建立一个预测模型，来提前预警可能发生的干旱胁迫或过湿风险。比如，它详细对比了不同灌溉方式（漫灌、喷灌、滴灌）对土壤水分空间分布的影响，这一点对于正在推行节水农业项目的我来说，具有极强的指导意义。书中引用的那些国际前沿研究和国内最新科研成果，让我感觉自己拿到的不是一本“手册”，而是一份与时俱进的科研综述。而且，排版很友好，大量的流程图和决策树，让原本复杂的理论变得可视化了，即便是初次接触墒情监测的农技人员，也能迅速抓住重点，搭建起自己的监测思路。

评分☆☆☆☆☆

我是一位负责区域农业信息化的技术干部，日常工作就是将最新的科研成果转化为基层可以理解和操作的规程。坦白说，在遇到这本书之前，我一直苦于没有一本能统摄全局的权威性参考。这本书的结构设计非常巧妙，它从土壤水分的物理化学性质入手，逐步过渡到传感器的选择与维护，最后落脚于数据分析与智能决策支持系统（DSS）的构建思路。尤其是在数据可视化和报警机制设计这一块，书中提供了多种成熟的界面设计范例和阈值设定标准，这对于我们开发区域性的农业信息平台至关成了及时的参考模板。我甚至发现，书中对于如何将这些墒情数据与其他环境因子（如气温、蒸发皿数据）进行融合分析的案例，为我们下一步升级现有的气象监测系统提供了全新的思路方向。总而言之，它不只是一本教人看数据的工具书，更是一本指导我们如何构建一套科学、高效、可持续的农田水资源管理体系的行动纲领，极大地拓宽了我们对“精准农业”中水分管理模块的理解深度和实施广度。

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我对技术手册通常抱有一种审慎的态度，很多都是堆砌公式和晦涩术语的“面子工程”。但《农田土壤墒情监测技术手册》给我的感觉是，它真的考虑到了实际操作中的“坑”。我最常遇到的问题是，传感器布设深度和角度的微小差异，导致读数波动巨大，难以信服农户。这本书的第三章，专门辟出了一大块讲传感器选型和优化布设的“野外操作指南”。它不光提到了如何避开作物根系密集区和气孔效应，还给出了不同季节、不同生长期的传感器最优埋设深度的建议区间。更绝的是，它还讨论了数据传输和处理中的常见误差来源，比如电磁干扰和温度漂移的校正方法。这部分内容体现了编写者深厚的田间经验，绝对是脱离了实验室的纯粹理论研究能写出来的。读完这一章，我立刻回去重新检查了我现有的监测站点，发现果然在传感器保护和防晒方面存在很多疏忽，马上进行了调整，数据稳定性明显提升了一个档次。