土壤水分监测方法

　　对烘干称重法、张力计法、射线法、介电特性法、分离示踪剂法、遥感法等一些土壤水分监测的方法进行分析，发现 了目前土壤水分监测工作中存在的缺乏对土壤复杂、多变性质的考虑，传感器的度不够等问题，并结合土壤水分监测的现状，对土壤水分监测的前景及发展提出方向和展望。

　　

　　一、烘干称重法

　　烘干法简单直观，优点是就样品本身而言结果可靠，但它的缺点也是明显的，取样时会破坏土壤，采样会干扰田间土壤水分的连续性，在田间留下的取样孔，会切断作物的某些根在测定土壤含水量的诸多并影响土壤水分运动。传统的测定含水量的恒温箱烘干法费时费力(需8小时以上)，还需要干燥箱及电源，不适合野外作业。采用酒精燃烧法，由于需要翻炒多次，不适合用于细粒土和含有有机物的土，且容易掉落土粒或燃烧不均匀而带来较大误差。

　　

　　二、张力计法

　　张力计法的优点是能够比较准确地测量湿润土壤的基质势，能够定点连续观测，受土壤空间变异性的影响较小，设备低廉，适于灌溉和水分胁迫的监测。其缺点是读数反应慢，需要长时间平衡后才能读数，且量程较窄，仅能测定小于8kPa的土壤水吸力，不适用于极端干燥土壤。在长期测量过程中，如遇高温干旱季节，需要给管子补充水分，且陶瓷头易损坏，需要定期养护或更换，运行费用较高。

　　三、射线法

　　射线法包括中子仪法、γ一射线法、X一射线法等，射线法的原理是射线直接穿过土体时能量会衰减，衰减量是土壤含水量的函数，通过射线探测器计数，经过校准后得出土壤含水量。中子测水法应用最为广泛。

　　四、介电特性法

　　从电磁角度看，在常温常压下自由水的介电常数约为80，土壤固体颗粒约3～7，空气为1。许多试验表明，无论土壤的构成成分与质地有何差异，土壤介电常数与容积含水量总是呈非线性单值函数关系。各种介电测量法均是通过测量土壤水的多少对土壤介电特性实部和虚部影响程度来实现的，通过测定土壤介电常数就可以间接确定土壤含水率。

　　五、时域反射仪法(TDR)

　　中子法难以做到如张力计那样多点测量自动化，耗时较多，且具有中子辐射危害的可能性。Topp等人(1980，1982，1985)提出时域反射测试仪(TimeDomainReflectometry，简称TDR的测定土壤含水量的方法。用TDR测得的土壤相对介电常数k′与土壤含水量H紧密相关，当测得k′-H标定曲线后，即可求得容积含水量。Herkelrath等人(1991)、Petersen)1995)采用TDR多路传输系统，能够进行多点自动测定。而且它测定的精度较高，无放射性且适于长期定点观测。所以从TDR的发展趋势看，有代替中子法之势。但目前TDR价格仍比较昂贵，因此国内尚无大规模使用。　　

　　六、分离示踪剂法

　　常规土壤含水量测定方法(如烘干称重法、中子仪法、TDR法等)只能在较小范围内对土壤水分进行点上的测定，而分离示踪剂法能够在较大范围内测定土壤含水量。该法是将非分离示踪剂和分离示踪剂通入气相系统中，分离示踪剂溶解于水，使得其在气相中的运移相对滞后于非分离示踪剂，且滞后因子为土壤含水量与亨利常数的函数。分离示踪剂可以是任何在土壤固相基质上有最小吸附作用及试验温度下具有适当亨利常数的有机或无机化合物，但目前实验中多采用气相示踪剂而少用水相示踪剂，气相示踪剂法能够更加快速地测定土壤含水量。

　　七、遥感法

　　利用从土壤表面反射或散出的电磁能测定土壤含水量。主要有热力法和微波法，多用于某一大面积范围内水分调查、监控，具有较高的分辨能力。国内外对遥感监测土壤水分方法做了大量研究。遥感监测土壤水分有很多方法，主要有热惯量法、微波遥感法(主动微波遥感法、被动微波遥感法)、热红外法、距平植被指数法、植被供水指数法、作物缺水指数法、绿度指数法等。选择使用的遥感信息源不同，使用的波段也不相同，各种方法有各自的范围和局限性。

　　八、土壤水分监测存在问题

　　现有方法大都是从其他领域引进而来，往往缺乏对土壤复杂、多变性质的充分考虑，特别是土壤理化性质的空间变异。当发现其存在问题时，大多不是从物理机理上进行分析和解决，而是采用标定法来解决，且大量的田间标定又相当困难，标定结果应用范围也很狭窄，因而不可避免地会导致测定结果出现误差，而且很多时候，选择一种技术并不简单，因为目前所有的方法，都有它的优势和劣势。而分离示踪法和遥感法目前只适合大范围内测定土壤含水量，而无法对田间尺度下深层土壤水分监测。土壤水分、陆面过程和气候变化有着密切的联系，湿度能改变地表的反照率、土壤的热容量、地表的蒸发量和植被的生长状况从而影响气候变化。但由于土壤水分观测资料的匮乏以及其时空分布具有相当大的变率特点，目前对土壤水分大范围时空分布特征的研究工作开展得较少。观测资料的缺乏导致无法更深入地解析土壤水分的变化及其与气候变化的关系。所以，土壤水分的研究工作有待进一步研究。

　　九、研究展望

 

　　(1)随着人们对水分测试物理机理上认识的不断深入，必然引起对测试手段的不断改进和完善，使得土壤水分测量技术必将朝着准确、快速、安全、原位、连续、非破坏、自动化、低成本、宽量程、少标定、易操作方向发展。

　　(2)近几年来，遥感技术的快速发展，遥感法目前只适合区域尺度下土壤表层水分状况的动态实时调查，而不适合于田间尺度下深层土壤水分的监测，但其发展空间十分广阔，进一步完善非接触式遥感技术，以评估土壤水分分布和大尺度下土壤水分状况。

　　(3)随着我国经济的飞速发展、城市化进程的加快，土壤水研究的范围将更加广泛。基于不同陆面过程的土壤水分动态变化研究将是一个主要研究方向。

　　(4)土壤水分的测试仪器将更为精密，土壤水的动态基理性研究将更加深入，以农业节水和高效用水为中心的土壤水与作物关系研究将广泛开展。

 

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