实用土壤墒情监测预报技术：研究现状与发展趋势

我国近二三十年来，水文科学有很大的发展。许多科研院所和高等院校建立了现代化的水文水资源实验室，使人们有可能对水文现象的物理过程了解得更为深透，利用雷达遥测雨量、利用中子仪和时域反射仪（TDR）测土壤含水量、利用放射性元素跟踪测流、利用卫星遥感传递资料信息等现代技术的应用，使人们能够获得使用常规方法无法取得的水情信息。

土壤水资源的研究是伴随着水文科学的发展得到了较大发展，并且结合农业科学、气象科学逐步往实用方面发展。土壤墒情预报技术近十几年来在全国各地都得到了广泛的推广和应用。在安徽、重庆、辽宁、内蒙古、山东等省（直辖市、自治区）都开展了土壤墒情的监测预报技术的研究和实践。在地区土壤的物理特点、土壤含水量监测、地区墒情预报方法研究、土壤墒情信息的处理传输和抗旱防灾系统的维护管理方面做了大量的工作。安徽省水利科学院在省水利厅的直接领导下从20世纪90年代初就致力于这一方面的科学研究，并且取得了丰硕的成果为区域的农业节水技术发展和抗旱减灾工作做出了重要贡献。

土壤水指的是由地面向下至地下水面（潜水面）以上土壤层内所含的水分，亦称土壤中非饱和带水分。我国学术界习惯地将土壤水研究包括了整个非饱和带。从学科领域来看，土壤水可视为土壤学的一个分支，但它又与多个学科与多个应用领域有着密不可分的关系。土壤水是联系地表水与地下水的纽带，在水资源的形成、转化与消耗过程中，它是不可缺少的成分，是地球生物圈生物生存的重要基础。因此土壤是国民经济基础；土壤是农业中各种种植业赖以生存的基本条件；土壤问题也是国际热门的环境保护问题，涉及到化肥、农药、重金属等对土壤与地下水污染时，无一不与土壤水状况发生关系；此外土壤水还与自然地理、植物生理等学科都有一定联系。由于土壤水的特殊地位，随着科学技术发展，土壤水的研究在近20年来发展迅速。主要表现在理论研究和实际应用两个方面。

20世纪80年代开始。我国科技工作者在吸收国际学术界各种有益的学术观点基础上，相继开展了土壤水的理论研究，学术气氛十分活跃，国际国内交流也日益增多。这20多年是我国关于土壤水研究发展最快的时期。在节水灌溉和改进农田耕作方式的推动下，关于土壤水的研究取得了大幅度的进展。在土壤水观测技术手段方面，开展了农田尺度的土壤水分监测，采用诸如时域反射仪、同位素技术、遥感技术等土壤水分观测新手段。建立了与降雨、水位、流量观测一样的土壤墒情监测控制站网，利用计算机和通信技术处理分析预报墒情信息为防灾减灾做出了重要的贡献。

随着人口（粮食）、资源（水、土）与环境（污染、生态）成为世界上三大热点问题，与其有密切联系的土壤水也必然会随着需要而得到发展。这种研究应服从于可持续发展的战略；展望21世纪，随着科学技术的进步，期望有更多新的手段促进土壤水科学应用领域的研究。特别是测试技术仍需有效的飞跃，有望在生产领域中使研究成果得以普遍应用；遥感技术的发展虽在土壤水研究中有所尝试，但仍居于起步阶段；SPAC系统的研究虽已做了较多工作但也还需要进一步研究。

按国际上已在酝酿的国际地圈—生物圈计划（IGBP），国际水文计划（IHP），世界气候研究计划（WCRP），联合国环境计划（UNEP），全球水量与能量平衡计划（GEWEX）均把各种尺度下通过大气—植被—土壤系统的水分输送过程和能量交换问题作为其重要内容，因为该内容具有明显的综合性和学科交叉的特点，是土壤物理学、农田生态学等前沿科学研究领域。另外，土壤水的研究更要注重理论和实践的具体结合，为人类社会的进步做出更大的贡献。(www.xing528.com)

我国是一个水资源缺乏的农业大国，灌溉对农业生产具有十分重要的作用，抗旱和灌溉面临着管理现代化的任务，即用现代科学技术的新成就，包括测控技术、微机技术等运用灌区和抗旱管理，以提高管理水平，充分发挥灌溉效益，促进灌溉农业发展。为充分利用现有的水资源，以促进农业生产持续、稳定发展，研究提高农业水资源利用效益的途径与技术措施十分重要。在作物增产灌溉技术和模式研究中，田间墒情监测预报不仅是关键技术之一，也是一项重要的非工程措施，旨在通过提高田间管理水平达到提高农业水资源利用效率的目的。监测墒情并与当时当地的作物需水量相结合是精确管理田间用水量最直接的办法。有些国家先进的灌区均以此作为节水与用水管理措施，即根据气象观测资料及作物根系土壤水分测定值预计不同作物灌溉时间与水量，每周向农户提供作物用水信息。在发达国家，如美国、以色列、澳大利亚等，农田水分监测和灌溉已向自动控制方向发展，也就是说，根据农田土壤墒情和作物需水要求自动地给作物适时适量地补充水分，从墒情监测到适时适量灌水信息处理和发布等均由计算机完成，可获得最佳的节水增产效果。近年来，在土壤—作物—大气连续体研究领域内，目前的研究趋势是将以上两个方面的研究逐渐结合在一起，综合研究农田土壤水分运动和作物生长耦合过程的机理，从事农作物的墒情、旱情和灌溉预报，从而实现科学地制定灌溉计划和较准确地调控田间土壤水分的目的。

表示旱情的干旱指标及其模型在国内外已有众多研究，归纳起来有三类，即农业干旱、气象干旱和水文干旱，分别以这三种干旱为指标来表征旱情并建立了多种模型。在干旱指标中，土壤含水量是一个重要的因素，有些研究者直接建立土壤水模型，也有的研究者转向寻求其他途径，例如用量测表面温度状况来衡量植物和土壤水分亏缺，整理分析降水与墒情的相关关系，用以模拟墒情，或应用水文模型推算土壤水分。

遥感技术用于区域性土壤墒情监测和旱情监控是今后发展的方向，但要经过相当长时间的研究和试点才能达到实用程度，且仍需土壤墒情实测值检验与支持。现阶段土壤墒情监测仍是以就地测定土壤含水率为主。建立区域性的土壤墒情监测网需解决好分区、取样（或监测点）数目及取样点分布方法等问题。

无论是掌握区域性的旱情分布及受旱程度，或是在水资源日益紧缺情况下加强农业用水的管理，土壤墒情监测及其用于旱情的实时评估是重要的环节之一。目前，国内一些省份的各级气象站、水利站及水文站安排有墒情监测项目，由于理论上和实践上的一些问题尚待解决，其监测资料用于指导生产还有一定差距；在墒情监测网的建立、旱情实时评估及信息系统建设方面，国内的一些省份如山东、河北、黑龙江、陕西、吉林等省目前仅仅处于尝试和起步阶段，尚未有成功的模式。旱灾是我国的主要自然灾害之一，其特点是发生频率高，涉及范围广，北方地区尤甚，20世纪50年代以来，全国年平均受旱面积2.06×105hm2，成灾面积达8.0×104hm2。针对这一旱灾特点，国家防汛抗旱指挥部在建立防汛网的同时，正着手考虑建立全国抗旱网，其目的是掌握旱情，为防灾、减灾服务。国家防总已在全国范围内选择了安徽省、河北省、吉林省、重庆市三省一市作为首批旱情分中心建设的试点省，其目的是逐步建立和完善全国抗旱信息网，实现防汛抗旱的一体化和科学化，达到防旱抗旱的实时化和信息化的目标。