METER 研讨会回放 ‖ 如何深入分析土壤水分数据？（2023年5月10日）

在气候系统中，土壤水分是一个关键因子，它决定着地表蒸散量，影响植物的光合作用，是生态系统水循环、能量循环和生物地球化学循环中的基本组成部分，在降水、径流、土壤入渗、蒸散发等水文过程中起着重要作用。

土壤水分传感器、数采和互联网技术的进步，使得原位、高精准度获取土壤水分连续数据成为现实。

在取得土壤水分数据后，该如何去做深入分析呢？尤其是，当土壤水分数据和我们的预期结果存在偏差，我们该如何分析其背后的原因呢？

2023年5月10日，我们邀请了METER公司的Colin博士，他和大家分享了土壤水分数据分析的经验。下面是视频回放和研讨会笔记。

研讨会笔记

（1）土壤温度对土壤水分数据的影响：万分之五每摄氏度

在分析土壤水分数据时，有时会看到数据波动。第一直觉就是，是不是温度变化影响了土壤水分数据呢？分析后发现，土壤温度对土壤水分数据的影响很小，为0.0005m³m^-3/℃。也就是说，温度变化哪怕超过20℃，对土壤水分含量的影响也就是1%。【作者按：这一结论源自对TEROS系列土壤水分传感器的数据分析】

（2）当土壤温度低于零摄氏度时，土壤水分数据不能用

TEROS系列土壤水分含量传感器，首先测量土壤的介电常数，之后根据已经建立的介电常数和土壤水分含量的函数，计算土壤水分含量。那什么是介电常数呢，你可以理解为某种介质存储电荷的能力。纯水的介电常数约为80，而冰的介电常数约为5，所以当土壤冻结以后，土壤水的介电常数发生了很大的变化，从而造成对土壤整体介电常数的低估，最终的水分含量测量数据也会偏低。

（3）地表植被不同，会造成土壤质地差异，从而影响水分的下渗过程

以森林和草地样地为例，春季融化过程中，表层两者的水分含量都会增加。草地生态系统的土壤质地，更利于水分下渗，因此，表层土壤水分会在攀升之后，很快下降。而森林土壤的质地，水分下渗速度没有草地快，所以表层土壤水分攀升后，会缓慢下降。

（4）土壤水分传感器和土壤一定要紧密接触。不就会出现下面的数据：

在研讨会预告时，我们放了一张图，冬小麦样地的土壤水分数据，为什么会这样变化？Colin解释说，这很可能与冬小麦根系的生长和吸水作用有关。【作者按：能通过对冬小麦根系生长的动态监测，近一步夯实这种看法吗？】

（6）Hydraulic Redistribution

土壤水分含量的昼夜变化模式，可以用''Hydraulic Redistribution"来解释。在白天，存在植物根系的吸水作用、地表蒸发作用；在夜间，以上两个过程都很微弱，深层土壤水在水势梯度力下，可以从深层移动上来，补充表层土壤的水分。

（7）土壤水分含量和土壤水势

离开土壤水势数据，谈论植物是不是“口渴”，不太靠谱。单纯的土壤水分含量数据并不能告诉我们全部，尤其在判断植物是否受到了干旱胁迫时。Colin展示的数据中，样地土壤水分含量的变化量大约是3%，而土壤水势已经非常低了——植物处在干旱缺水状态。因此，在灌溉管理时，需要同步了解土壤的水分含量和水势数据。另外一个办法是：首先了解样地的土壤水分特征曲线，根据土壤水分数据推算得到土壤水势，从而评判植物的“口渴”状态。那什么是土壤水分特征曲线？又怎么测量呢？请点击下面的扩展阅读。

扩展阅读

• 力高泰微课堂 | 如何使用HYPROP2 测量土壤水分特征曲线？

• 力高泰微课堂 | HYPROP2 和 WP4C 联用，获得“完整”土壤水分特征曲线

• 直播回放 ‖ 2022 • 春 • 力高泰产品在线技术交流 ——土壤水分特征曲线和土壤导水率研究的意义、方法及应用案例

嘉宾简介

Colin Campbell

Colin是METER公司的资深科学家，是环境产品部的副总裁。同时，他还是华盛顿州立大学的兼职教授，主讲环境生物物理学课程。Colin致力于土壤-植物-大气连续体测量产品研发超过20年。他与全球很多研究者保持着合作关系，广泛参与气候变化与农学方面的研究。2007年，他与同事为NASA凤凰号火星探测任务，定制开发了土壤热特性和电导传感器。最近，他的工作涉及遥感与原位测量数据的融合使用。