微波炉和烘箱对比测定土壤含水率试验报告.docx
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微波炉和烘箱对比测定土壤含水率试验报告
微波炉和烘箱测定土壤含水率
对比试验报告
宿州水文水资源局
二00年十一月
目录
1取样3
1.1采样点土质3
1.2取样方法3
2烘干4
2.1烘干设备4
2.2烘干方法4
3称重4
3.1称重仪器4
3.2称重方法5
4试验成果5
4.1含水率计算5
4.2微波炉与烘箱对比试验成果5
4.2.1微波炉高火烘干误差6
4.2.2微波炉中高火烘干误差6
4.2.3微波炉中火烘干误差6
4.2.4三种火力误差比较7
4.3物理天平与分析天平对比试验成果8
4.4微波炉不同火力与烘干时间组合试验成果8
4.4.1高火与不同烘干时间组合试验8
4.4.2中高火与不同烘干时间组合试验9
4.4.3中火与不同烘干时间组合试验10
5结论11
微波炉和烘箱测定土壤含水率对比试验报告
（宿州水文水资源局）
2005年初，省水文局从省水利科学研究院处接收的24个墒情监测站，采用微波炉烘土、物理天平称重来测定土壤含水率，这与水文系统使用烘箱烘土、分析天平称重来测定土壤含水率不一致，另外，根据调查，这些站点在使用微波炉烘土时，火力控制和烘土时间也不够统一。
为了检验微波炉测墒与烘箱测墒的误差大小，若误差在允许范围内，进一步确定与火力控制相对应的合适烘烤时间，省水文局水情处委托我局和阜阳局进行比测试验工作。
我局杨楼站承担具体试验工作。
在4~11月，该站按照省水文局水情处下发的《利用烘箱和微波炉测定土壤含水率进行试验的技术要求》，共进行了30次试验。
现试验工作已经结束，以下是试验成果报告。
1取样
1.1采样点土质
采样点位于萧县杨楼镇吴楼村东南方300m。
土壤属潮土类，0~30cm深为中壤土，30~50cm为沙壤土。
耕作层为灰黄棕色，碎块状结构，根系多，较疏松。
犁底层为灰黄棕色，片块状结构，根系较少，比较密实。
新土层细粉沙含量高，浅灰黄色，较密实，层面内沙土中掺杂有少量的暗黄棕色中壤土块，40~50cm深有少量锈斑，50cm上下有灰色横向条纹。
该采样点土质在当地有一定的代表性。
1.2取样方法
按照省局水情处下发的《安徽省淮北地区墒情监测手册》要求，每次试验在1m2范围内取3孔土样，孔与孔之间距离不超过0.5m，取样层分别为地面以下10cm、20cm、30cm、40cm和50cm处。
取出的样品一分为二，分装在铝盒和瓷杯里，一份用烘箱进行烘干，另一份用微波炉进行烘干。
2烘干
2.1烘干设备
电烘箱型号：
6402，功率2000W，最高温度300℃。
微波炉格兰仕牌，额定输出功率800W，额定微波频率2450MHz。
有5种火力，分别为高火、中高火、中火、中低火和低火，相邻火力之间强度相差20%。
采用2种设备平行烘干土样的目的，在于用电烘箱来验证微波炉烘干测定土壤含水率的精度。
2.2烘干方法
电烘箱烘干法烘干时按《墒情监测要求》进行，即温度控制在105~115℃之间，以烘箱温度达到100℃时开始记时，烘土时间不少于4小时。
本次试验，采用烘箱烘烘干土样试验共进行30次。
微波炉烘干法烘干时按照省局水情处要求，分别使用高火、中高火和中火与不同烘土时间（10、15、20、25分钟）组合对土样进行烘干处理。
烘干标准，以前后两次土样称重相差≤0.03g来判定，若相差大于0.03g，再延长一个烘干时段（5分钟）。
采用不同烘干火力与时间组合试验，目的是确定与各种火力控制相对应的最佳适宜烘干时间。
本次试验，烘箱烘与微波炉烘干法对比试验共进行30次，其中烘箱与微波炉高火、烘箱与中高火、烘箱与中火对比试验各10次。
微波炉烘干时，一次置入的样本数量有15盒和6盒两种形式。
3称重
3.1称重仪器
分析天平分度值1/1000
物理天平分度值1/10
3.2称重方法
对于采用烘箱烘干的土样，在烘干前和烘干后用分析天平各称重一次。
采用微波炉烘干的土样，在烘干前和烘干的每个时段结束时，都要用物理天平和分析天平各称重一次。
采用2种设备平行称重，在于用分析天平来检验物理天平对于测定土壤含水率的误差。
称重时普通天平估读至0.05g，分析天平读至0.01g。
4试验成果
4.1含水率计算
土壤含水率（重量）为同一土样中水分的重量占干土重量的百分数。
用公式表示为：
ω=Wω/Ws·100
式中：
ω为土壤含水率；
Wω为土样中水分的重量；
Ws为土样中干土的重量。
Wω、Ws利用称重法求出。
测验土壤含水率时，根据《墒情监测要求》，在一定范围的同一土层深度取3个样本，分别测定每个土样的含水率，用其平均值表示不同深度的土壤含水率。
4.2微波炉与烘箱对比试验成果
微波炉烘干与烘箱烘干土样测定土壤含水率的误差分析，采用下面公式：
⊿=ω微-ω烘
δ=（ω微-ω烘）/ω烘*100
式中：
⊿表示绝对误差，δ表示相对误差；
ω微和ω烘分别表示微波炉和烘箱烘干测定的土壤含水率。
4.2.1微波炉高火烘干误差
微波炉高火烘干与烘箱烘干对比测定土壤含水率试验共进行10次，取得单个土样含水率对比数据105组（见附表1-1），分层土样平均含水率对比数据35组（见附表1-2）。
其中：
单个土样含水率误差的统计结果是：
最大绝对误差⊿=1.85，⊿≤±0.5的68组，占总组数的64.8%；⊿≤±1.0的94组，占总组数的86.7%；⊿≤±1.5的101组，占总组数的96.2%%。
系统误差0.137。
分层土样平均含水率误差的统计结果是：
最大绝对误差⊿=1.33，⊿≤±0.5的26组，占总组数的72.2%；⊿≤±1.0的35组，占总组数的97.2%。
系统误差0.12。
4.2.2微波炉中高火烘干误差
微波炉中高火烘干与烘箱烘干对比试验共进行10次，取得单个土样含水率对比数据69组（见附表1-3），分层土样平均含水率对比数据23组（见附表1-4）。
其中：
单个土样含水率误差的统计结果是：
最大绝对误差⊿=3.20；⊿≤±0.5的54组，占总组数的78.3%；⊿≤±1.0的66组，占总组数的95.7%；⊿≤±1.5的67组，占总组数的97.1%；⊿≤±2.0的68组，占总组数的98.6%。
系统误差0.07。
分层土样平均含水率误差的统计结果是：
最大绝对误差⊿=1.16，⊿≤±0.5的20组，占总组数的87.0%；⊿≤±1.0的21组，占总组数的91.3%。
系统误差0.07。
4.2.3微波炉中火烘干误差
微波炉中火烘干与烘箱烘干对比试验共进行10次，取得单个土样含水率对比数据78组（见附表1-5），分层土样平均含水率对比数据26组（见附表1-6）。
其中：
单个土样含水率误差的统计结果是：
最大绝对误差⊿=2.49，⊿≤±0.5的63组，占总组数的80.8%；⊿≤±1.0的75组，占总组数的96.2%；⊿≤±1.5的76组，占总组数的97.4%；⊿≤±2.0的76组，占总组数的97.4%。
系统误差0.06。
分层土样平均含水率误差的统计结果是：
最大绝对误差⊿=1.30；⊿≤±0.5的23组，占总组数的88.5%；⊿≤±1.0的25组，占总组数的96.2%；⊿≤±1.5的26组，占总组数的100%。
系统误差0.06。
4.2.4三种火力误差比较
表1、表2是微波炉三种火力烘干与烘箱烘干测定土壤含水率的误差统计表。
比较表1、表2中的数据，可以得出如下2结论：
（1）分层土样平均含水率的误差比单样小，如100%层样的绝对误差⊿≤±1.5，相对误差δ≤±10%；而单样绝对误差⊿≤±1.5的最高只能达到97.4%，相对误差δ≤±10%的只有中火烘干的一组。
（2）中火烘干误差中高火小，中高火比高火小。
如高火、中高火和中火烘干，分别有86.7%、95.7%和97、4%的单样绝对误差⊿≤±1.0，分别有81.9、92.8%和100%相对误差δ≤±5%。
出现中火误差小于中高火、中高火小于高火的原因，在于中火对土壤中有机物破坏较小。
之所以这样说，是因为在对同一火力的不同土层深度的土样的进行误差分析时，发现深度50cm的比10cm的误差小。
而这一现象的可能解释是深度50cm的比10cm有机物含量少。
表1微波炉与电烘箱测定的土壤含水率绝对误差（⊿）统计表
对比方式
样本
类型
样本
组数
⊿≤指定指标的样本组数占总组数的百分数（%）
最大
绝对误差
⊿≤±0.5
⊿≤±1
⊿≤±1.5
⊿≤±2
高火-烘箱
单样
105
64.8
86.7
96.2
1.85
层样
35
72.2
97.2
100
1.33
中高火-烘箱
单样
69
78.3
95.7
97.1
98.6
3.2
层样
23
87
91.3
100
1.16
中火-烘箱
单样
78
80.8
96.2
97.4
97.4
2.49
层样
26
88.5
96.2
100
1.3
表2微波炉与电烘箱测定的土壤含水率相对误差（δ）统计表
对比方式
样本
类型
样本
组数
δ≤指定指标的样本组数占总组数的百分数（%）
最大相对误差
δ≤±2.5
δ≤±5
δ≤±10
高火-烘箱
单样
105
61.9
81.9
95.2
11.95
层样
35
68.8
88.9
100
5.84
中高火-烘箱
单样
69
76.8
92.8
98.6
17.8
层样
23
87
91.3
100
6.81
中火-烘箱
单样
78
84.6
96.2
100
7.65
层样
26
88.5
100
4.41
4.3物理天平与分析天平对比试验成果
物理天平与分析天平称重测定土壤含水率的误差分析，采用下面公式：
⊿=ω物-ω分
δ=（ω物-ω分）/ω分*100
式中：
⊿表示绝对误差，δ表示相对误差；
式中：
δ表示绝对误差，ω物和ω分分别表示物理天平和分析天平称重测定的土壤含水率。
本次对比试验，物理天平与分析天平称重测定土壤含水率对比试验数据共有658组（见附表2-1），误差情况如下：
最大绝对误差⊿=0.81。
⊿≤±0.50的数据占总数据的98.9%；⊿≤±0.25的数据占总数据的92.6%。
系统误差0.02。
最大相对误差δ=6.49%。
δ≤±5%的数据占总数据的99.8%；δ≤±2.5的数据占总数据的97.3%。
4.4微波炉不同火力与烘干时间组合试验成果
烘干时间与火力大小有关，与置入微波炉中的样本数量多少有关，具体试验成果如下。
4.4.1高火与不同烘干时间组合试验
高火与不同烘干时间组合试验共进行10次，其中置入15盒样本和6盒样本的试验各做5次。
一次置入微波炉15盒样本的烘干试验，取得不同时间烘干的样本数据50个（见附表3-1）。
采用高火烘干，样本达到烘干标准，与所用时间的试验结果见表3。
从表3中可以看出，置入15盒土样，实施高火烘干所需时间至少要20分钟。
表3不同烘干历时样本达到烘干标准的数量统计表（高火、15盒样本）
按单个样本进行统计
按实施烘干次数进行统计
烘干持续时间
达到烘干的样本数量
总样本
数量
烘干样本占
总样本的比例
微波炉里样本全部达到烘干次数
实施烘干
次数
微波炉中样本全部烘干次数占总次数比例
10分钟
1
50
2%
0
5
0
15分钟
32
50
64%
0
5
0
20分钟
48
50
96%
4
5
80%
25分钟
50
50
100%
5
5
100%
置入6盒样本的烘干试验，取得不同时间烘干的样本数据20个（见附表3-1）。
采用高火烘干，样本达到烘干标准，与所用时间的试验结果见表4。
从表4中可以看出，置入6盒土样，实施高火烘干所需时间至少要15分钟。
表4不同烘干历时样本达到烘干标准的数量统计表（高火、6盒样本）
按单个样本进行统计
按实施烘干次数进行统计
烘干持续时间
达到烘干的样本数量
总样本
数量
烘干样本占
总样本的比例
微波炉里样本全部达到烘干次数
实施烘干
次数
微波炉中样本全部烘干次数占总次数比例
10分钟
5
20
25%
0
5
0
15分钟
20
20
100%
5
5
100%
20分钟
20
20
100%
5
5
100%
4.4.2中高火与不同烘干时间组合试验
中高火与不同烘干时间组合试验共进行10次，其中置入15盒样本的试验做1次，置入6盒样本的试验做9次。
置入15盒样本的烘干试验，取得不同时间烘干的样本数据10个（见附表3-2）。
采用中高火烘干，样本达到烘干标准，与所用时间的试验结果见表5。
从表5中可以看出，置入15盒土样，实施中高火烘干所需时间要20分钟。
但是，这样的试验只做了1次，有偶然性，结论不一定可靠。
通过与其它组合试验结果比较来看，烘干时间应再延长一些比较合适。
表5不同烘干历时样本达到烘干标准的数量统计表（中高火、15盒样本）
按单个样本进行统计
按实施烘干次数进行统计
烘干持续时间
达到烘干的样本数量
总样本
数量
烘干样本占
总样本的比例
微波炉里样本全部达到烘干次数
实施烘干
次数
微波炉中样本全部烘干次数占总次数比例
10分钟
0
10
0
0
1
0
15分钟
5
10
50%
0
1
0
20分钟
10
10
100%
1
1
100%
25分钟
10
10
100%
1
1
100%
置入6盒样本的烘干试验，取得不同时间烘干样本的数据36个（见附表3-2）。
采用中高火烘干，样本达到烘干标准，与所用时间的试验结果见表6。
从表6中可以看出，置入6盒土样实施中高火烘干所需时间要20分钟。
表6不同烘干历时样本达到烘干标准的数量统计表（中高火、6盒样本）
按单个样本进行统计
按实施烘干次数进行统计
烘干持续时间
达到烘干的样本数量
总样本
数量
烘干样本占
总样本的比例
微波炉里样本全部达到烘干次数
实施烘干
次数
微波炉中样本全部烘干次数占总次数比例
10分钟
10
36
28%
0
9
0
15分钟
23
36
64%
5
9
56%
20分钟
36
36
100%
9
9
100%
25分钟
36
36
100%
9
9
100%
4.4.3中火与不同烘干时间组合试验
中火与不同烘干时间组合试验共进行10次，其中置入15盒样本的试验2次，置入6盒样本的8次。
置入15盒样本的烘干试验，取得不同时间烘干样本的数据20个（见附表3-3）。
样本烘干与所用时间的试验结果见表7。
从表7中可以看出，置入15盒土样，实施中火烘干所需时间要25分钟。
但是，这样的试验只做了2次，结论也不一定可靠。
通过中火置入6盒的试验结果来看，中火15盒土样烘干时间应在25~30分钟，才是比较合适的。
表7不同烘干历时样本达到烘干标准的数量统计表（中火、15盒样本）
按单个样本进行统计
按实施烘干次数进行统计
烘干持续时间
达到烘干的样本数量
总样本
数量
烘干样本占
总样本的比例
微波炉里样本全部达到烘干次数
实施烘干
次数
微波炉中样本全部烘干次数占总次数比例
10分钟
0
20
0
0
2
0
15分钟
0
20
0
0
2
0
20分钟
14
20
70%
0
2
0
25分钟
20
20
100%
2
2
100%
一次置入微波炉6盒样本的烘干试验，取得不同时间烘干的样本数据32个（见附表3-3）。
采用中火烘干，样本达到烘干标准，与所用时间的试验结果见表8。
从表8中可以看出，置入6盒土样，实施中火烘干所需时间要25分钟。
表8不同烘干历时样本达到烘干标准的数量统计表（中火、6盒样本）
按单个样本进行统计
按实施烘干次数进行统计
烘干持续时间
达到烘干的样本数量
总样本
数量
烘干样本占
总样本的比例
微波炉里样本全部达到烘干次数
实施烘干
次数
微波炉中样本全部烘干次数占总次数比例
10分钟
1
32
3%
0
8
0
15分钟
21
32
66%
3
8
38%
20分钟
31
32
97%
7
8
88%
25分钟
32
32
100%
8
8
100%
5结论
（1）物理天平称重可以满足测定土壤含水率精度要求
物理天平与分析天平称重测定土壤含水率对比试验取得数据658组，绝对误差⊿≤±0.50的数据占总数据的98.9%，δ≤±5%的数据占总数据的99.8%。
由此可见物理天平对土壤含水率测验结果影响不大，可以用于称重。
（2）微波炉烘干以中火或中高火烘干比较合适
从微波炉三种火力的烘干误差比较结果来看，中火误差最小，高火误差最大。
若按累积频率95%的绝对误差⊿≤±1.0，相对误差δ≤±5%来控制，中高火、中火比较合适，高火稍微次一点，
（3）微波炉烘干时间采取25~30分钟比较合适
测定土壤含水率要测3孔5层15个土样。
按一次置入烘箱15个土样的试验结果来看，微波炉烘干最佳适宜时间：
高火20分钟、中高火20~25分钟、中火25~30分钟。
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