微波炉和烘箱对比测定土壤含水率试验报告文档格式.docx
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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
⊿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）。
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。
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%。
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）。
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。
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%。
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
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
1.33
中高火-烘箱
69
78.3
95.7
97.1
98.6
3.2
23
87
91.3
1.16
中火-烘箱
78
80.8
97.4
2.49
26
88.5
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
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
5
10
61.9
81.9
95.2
11.95
68.8
88.9
5.84
76.8
92.8
17.8
6.81
84.6
7.65
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
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%。
5%的数据占总数据的99.8%；
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
50
2%
15分钟
32
64%
20分钟
48
96%
4
80%
25分钟
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）
20
25%
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）
50%
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）
36
28%
9
56%
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）
14
70%
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）
3%
8
21
66%
3
38%
31
97%
7
88%
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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