《全国秸秆产生量抽样调查草谷比测定误差分析》-农学论文，农业论文-论文范文参考-科学狗论文网

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全国秸秆产生量抽样调查草谷比测定误差分析

范文

张恒敢顾克军许博

摘要?基于第二次全国污染源普查中秸秆产生量抽样调查的流程和试验方法，分析了样品在不同阶段的干物质质量变化和含水率变化情况，以及这些变化对草谷比计算误差的影响，推导出基于调查流程的草谷比计算公式，分析了草谷比计算误差的来源，并据此提出减小误差的改进方案。试验结果表明，调查流程中草谷比测定误差影响因素多，来源复杂，对误差影响较大的是样品运输储藏阶段和最后的烘干阶段。运输储藏阶段可通过严格的保水措施减小误差，烘干测试阶段，水稻、小麦的误差较小，大豆、油菜的误差较大。根据理论推导和试验测定结果，提出基于干物质重量的调查方法（干物质法），通过增加2次精确的称量过程直接计算出草谷比。这种方法不仅能够减少误差，还因为不需要保持全水分，可以降低包装、运输、储藏成本。

关键词?污染源普查; 草谷比; 干燥模型

中图分类号?C81?文献标识码?A

文章编号?0517-6611（2020）14-0048-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.14.014

Abstract?Based on the process and test method of straw production sampling survey in the second national pollution source survey， the dry matter quality change and moisture content change of straw and grain samples in different stages， as well as the influence of these changes on the calculation error of straw to grain ratio were?analyzed. The calculation formula of straw to grain ratio was derived， and error sources were analyzed， and the error reduction solution was also proposed.There are many factors influencing the error of straw to grain ratio in the investigation process， and the error sources are complex. The most important factors contributing to the error are the sample transportation stage，?storage stage and the final drying stage. In the transportation and storage stage， the error can be reduced by water conservation. In the drying stage， the error for rice and wheat can be ignored， while that of soybean and rape cant be. According to theoretical derivation and the experimental measurement， an investigation method （dry matter method） based on the weight of dry matter was proposed in this paper， which can calculate the straw to grain ratio by adding two accurate weighing operations. This method can not only reduce the error， but also reduce the cost of packaging， transportation and storage，?because of that there is no need to keep full moisture in the flow.

Key words?Polution source survey;Straw to grain ratio;Drying model

2016年10月26日，国务院印发《关于开展第二次全国污染源普查的通知》，决定于2017年12月31日起开展第二次全国污染源普查[1]。根据《全国污染源普查技术规定》，秸秆产生量抽样调查是第二次全国污染源普查的内容之一。秸秆产生量调查方法是通过对不同作物种类、不同区域的秸秆草谷比进行测定，结合普查和统计数据，测算农作物秸秆产量[2-3]。农业农村部组织全国多地农业行政、生产单位、科研部门进行了大规模的秸秆资源调查，秸秆产生量抽样调查为主要任务。

这次秸秆产量抽样调查有以下几个特点：①地域范围广，除上海、天津、宁夏、台湾以外的28个省区市100多个县区被选定为普查县区，每个县区5个普查区，每个普查区2个调查地块，全国总计调查地块1 000个以上。②作物种类多，包括小麦、水稻、花生、油菜、大豆、甘蔗、玉米、棉花、花生、甘薯等主要农作物。③质量要求高，这次是全国性的普查，对采集数据的质量要求高，有严格的数据质量控制。

因任务重、工作量大，此次调查开展了全国范围的大协作。根据调查项目的需求，联合多家农业生产、科研单位形成协作组，科学分配任务。各县区负责种植管理、样品采集、前期处理称量，由高校和科研单位组成的4个分区实验室负责含水率测定，中心实验室负责监督管理、数据汇总和分析。這是一种分布式的调查模式，实践证明这种模式是可行的、有效的。然而，和传统的集中调查方式相比，误差形成也表现出不同的特点，需要研究其误差形成规律，以最大限度地减少误差，提高调查结果的准确性、可靠性。

4?误差分析

误差是草谷比测定计算结果与真实值之间的差异。除随机误差外，误差有采样误差、称量误差、样品损失、水分交换等几个方面的来源。此次调查取样采用统一的平衡取样法，根据取样目标的种植面积加权取样。每个乡镇选取5个村，每个村选2个地块，每个地块用五点取样法取样，能够尽量降低取样误差。这里仅讨论各阶段由水分交换造成的误差。

4.1?样品制备阶段

样品制备阶段，如有些采样单位在样品晾干之后就称量样品的总质量，然后再取样切碎制作送验样品，这中间如果因天气或时间安排相隔较长时间，秸秆样品暴露在空气中，秸秆可能会吸湿，?a0，s和a0，g?不为0，就会产生误差。全水分条件下，送验样品称重可以忽略，但要求称量以后迅速包装密封，防止水分损失。全水分不能保证的情况下，可事先并不称量全部样品的质量，而是在切碎之后同时称量送验样品和余下样品的质量，全样品的质量由两部分相加得到。这样就保证了2次称量之间含水率一致，使得?a0，s和a0，g?的值都为0。

4.2?运输储存阶段

从送验样品称量到实验室开始烘干称量这段时间较长，如果不采用全水分方法，或者使用网袋、布袋等包装，则样品会和周围的空气发生水分交换，将会造成测定结果误差。根据现有对秸秆和籽粒样品在空气中的吸水规律研究结果看，这个阶段的水分交换不能忽略。

这个误差是式（12）中的第5项，由此造成的相对误差（偏相对误差）为

可以看出，当秸秆和籽粒样品的吸水率不同时会产生误差，其秸秆和籽粒的吸水率相差越大，则误差越大。样品过于干燥，吸水率为正，样品过于潮湿，吸水率为负。有的采样单位用烘箱把样品烘很干，这样反而会增大误差。所以，样品经晾晒干燥不至于发霉即可。

4.3?烘干测试阶段

烘干测试阶段的误差主要在于烘干后的残余水分，即式（12）中的第6项。由残余水分造成的相对误差为

此次试验中大量测定结果表明，水稻秸秆的干燥速率更快，3 h烘干后残留含水率接近于0。因此，3 h干燥时间对测定水稻草谷比是足够的，这可以大幅度减少干燥时间，提高测定效率。

然而，对于大豆来说，其干燥曲线明显不同。大豆籽粒在105 ℃下烘干3 h，籽粒湿基含水率降为7.6%;烘干6 h，含水率降为6.1%。与水稻籽粒相比，大豆更加难以烘干，如果以与水稻同样的方法以3 h烘干的數据计算草谷比，误差较大。

5?误差控制

5.1?操作控制

严格按照《技术规定》执行，减少因操作不规范带来的误差，每个阶段的过程都要求认真仔细，一丝不苟。采集的样品要分开包装，防止混杂。运输时防止掉落，切碎、晾晒时在下面铺上塑料布或编织布，减少样品损失，防止碎石、泥块混入。脱粒要干净，去除颖壳、秸秆。关键步骤动作要快，尽量缩短时间，减少水分损失。尽快运输和试验，对包装不好的先进行水分测定，测定后留样用自封袋重新封装。

5.2?包装控制

此次调查采用全水分方案，保持样品水分不变是获得准确草谷比计算结果的关键。最好用密封袋包装，厚度在12丝以上，秸秆要切碎，长度不要超过3 cm。切碎样品可降低采样误差，也易于包装运输。水稻、小麦等秸秆样品使用1个13号密封袋（40 cm×60 cm或45 cm×55 cm，因厂家略有不同）或2个12号密封袋（35 cm×45 cm）封装。籽粒样品推荐使用10号密封袋（25 cm×35 cm）封装，捏紧封口，勿使漏气。网袋、布袋、编织袋透水透气，会造成误差，杜绝使用。方便袋、垃圾袋质量较差，容易破裂，且不好密封，也不能使用。

5.3?称量控制

保证称量结果的准确性是基本的误差控制手段。根据《技术规定》要求，称量样品使用台秤和天平，因秸秆及容器体积较大，使用台秤更方便。台秤的测量范围为0～10 kg，感量0.005 kg。试验开始前按操作规程校准，防止称量带来的系统误差。秸秆样品有吸湿性，称量过程必须在10～15 s内完成，操作台与干燥设备（烘箱）距离不能太远。干燥容器建议使用较大较深的托盘（建议规格50 cm×30 cm×10 cm，用于秸秆样品）和铝盒（建议规格22 mm×13 mm×6 mm，用于籽粒样品）。大容器不仅能够容纳较多的样品，减小误差，还能保证薄层干燥，提高试验效率，节约用电成本。秸秆样品要在无风环境下称量，干燥后的秸秆容器下垫隔热垫（如泡沫板），防止台秤受热，影响精度。秸秆称量读数会有波动，有条件的可以使用带自动记录功能的天平，或外加图像读数设备，统计计算最佳称量结果。

5.4?统计控制

从前面的误差分析可知，在样品的运输储存阶段，由于水分交换会产生误差，在烘干测试阶段，由于不能烘干到恒重会产生误差，对于不同作物的样品，2项误差的大小均可通过标准曲线获得的干燥模型计算出来，可以用这个误差值对实测结果进行矫正。调查实测结果因相关规定这里略过[4]。

5.5?反馈控制

此次调查不仅采样区域范围广、作物种类丰富、时间长，各参与单位、功能模块之间通信和协调的好坏也在很大程度上影响调查结果的准确性。有些样品的有效性在其后续的处理阶段才能确定，后一阶段的信息需要反馈到前一个阶段以促进其作出调整，从而实现反馈控制。网络技术的应用不仅能加快数据采集、数据交换、分析计算的速度，还能实时交换数据、实时检验、实时分析处理、实时反馈中间结果，实现整个系统的自调节、自进化。比如，一个地区的结果可以作为另一个地区的参考甚至临时标准样，计算置信区间。随着数据量的增加，精度会越来越高，误差越来越小。比如，使用自动记录设备输入数据，对结果数据进行实时检验，剔除不合格样品和试验结果，及时重新试验或反馈到采样部门重采复测。比如，应用计算机视觉、人工智能技术，对采样样品的真实性和有效性进行实时检验，及时剔除虚假样品。

6?讨论

全水分法的核心是保持样品含水率不变，这也是误差控制的关键。然而，由于全国性调查牵涉的地区、部门多，各地的人员配备、试验条件参差不齐，一些地方对调查规范、方法的宣传、学习、理解不能完全到位，样品运输过程中会有难以避免的包装破损等原因，实际操作过程中有些样品不能达到完全保持水分的要求，从而引入较大误差，且误差大小不可知。

根据前面的推导，如果采用基于干物质重量的调查方法（简称干物质法），增加2次精确的称量过程：采样阶段精确称量1次送验样品，烘干测试之前再作1次精确称量，通过式（13）直接计算出草谷比。采用这种方法，不仅从送样到试验之间的不可控误差变得可以统计，而且保持水分的要求也不再需要，从而降低包装、运输、储藏的成本。采样部门的工作量增加不多，只是送验样品称量精度增加，检测部门多1次全样品称量步骤。

建议第三次全国污染源普查时把干物质法作为一个选项。

参考文献

[1]国务院办公厅.国务院关于开展第二次全国污染源普查的通知：国发〔2016〕59号[A].北京：国务院办公厅，2016.

[2]国务院第二次全国污染源普查领导小组办公室.关于印发《第二次全国污染源普查清查技术规定》的通知：国污普[2018]3号[A].国务院第二次全国污染源普查领导小组办公室，2016.

[3]国务院第二次全国污染源普查领导小组办公室. 秸秆产生量抽样调查与测定技术规定[A]. 国务院第二次全国污染源普查领导小组办公室，2018.

[4]国务院第二次全国污染源普查领导小组办公室.关于加强第二次污染源普查数据安全管理工作的通知：国污普[2019]1号[A].国务院第二次全国污染源普查领导小组办公室，2019.

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