田间土壤含水率测量的几种主要方法

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1、http://www.paper.edu.cn1田间土壤含水率测量的几种主要方法※林剑辉孙宇瑞马道坤中国农业大学精细农业研究中心，北京，100083摘要：土壤含水率是农业生产中一重要参数，本文对土壤水分的各种测量方法进行了全面的综合介绍。首先讨论了称重法，张力计法，电阻法，中子法，r-射线法，驻波比法，时域反射击法及光学法等的基本原理。其次由于土壤含水率受土壤质地，容重，含盐量，温度等影响，因此各种测量方法在实地测量时均会产生误差，本文紧接着详细分析了各种方法使用过程中产生误差的主要原因，并提出了相应的补偿措施

2、。最后，通过对这些方法的对比分析，得出了一些结论，并提出了土壤水分测量方法进一步研究的重点。关键词：土壤含水率、传感器、测量1.引言水乃生命之源，对于农作物而言，土壤水更是其发育、生长的重要条件。在古中国农业中，将湿润的土壤称为“墒”，并有丰富的关于保墒、散墒等调节土壤水分状况（墒情）的技术和作业。在现代农业中，能否对土壤水分进行有效测量与控制，是实现“精细农业”与“精细灌溉”的关键所在。同时在水文科学、气象科学和生态科学中，土壤水分的测量也具有相当重要的意义。土壤中水分含量称之为土壤含水率（SoilMoist

3、ureContent），是由土壤三相体（固θ相骨架、水或水溶液、空气）中水分所占的相对比例表示的，通常采用重量含水率（g）θ和体积含水率（v）两种表示方法[1]。重量含水率是指土壤中水分的重量与相应固相物质重量的比值，体积含水率是指土壤中水分占有的体积和土壤总体积的比值。体积含水率与重量含水率两都之间可以换算：θv=θgγc，其中γc为土壤干容重。而Reynolds（1970）指出，采用体积含水率是克服土壤变异性对土壤含水率测量的影响的一种有效方法[2]。由于作为水载体的土壤是一种多孔介质，物理化学特性复杂，空

4、间变异性大，这些给土壤含水率的测量提出了很高的技术要求。半个多世纪以来，科研人员针对这种状况，采用了不同的方法进行土壤水分测量的研究，各种测量技术也层出不穷。这些测量技术可以按不同的方法进行分类：按测量地点，可以分为原地测量与实验室测量；按测量所采用的技术，可以分为传统方法、幅射法和介电常数法等。本文主要根据各种测量方法所采用的技术重点介绍几种主要测量方法原理、优缺点、误差因素及可能的改进方法等。1本课题得到国家自然科学基金（30270775）（30370823）和高校博士学科点专项科研基金（200300190

5、12）项目支助※通讯作者：孙宇瑞，教授，博士生导师，email:yurui828@yahoo.com-1-http://www.paper.edu.cn2.称重法(Gravimetric)也称烘干法，这是唯一可以直接测量土壤水分方法，也是目前国际上的标准方法。用土钻采取土样，用0.1g感量的天平称取土样的重量，记作土样的湿重M，在105℃的烘箱内将土样烘6~8小时至恒重，然后测定烘干土样，记作土样的干重Ms，根据公式θ=(M−Ms)/Ms×100%g，即可计算出土样的重量含水率[3]。一般土样取样在100g—2

6、00g即可（Thien,1983）[4]。由于在粘粒或有机质含量高的土壤中，烘箱中的水分散失量随着烘箱的温度的升高而增大，因此必须保持烘箱的温度在100—110℃的范围内。烘干法的优点是操作简单，对设备要求不高，结果直观，对于样品本身而言结果可靠。缺点是采样会干扰田间土壤水的连续性，深层取样困难，测量必须要在实验室完成，费时费力，不能做定点连续监测，同时由于田间取样的变异系数较大，称重法取样代表性较差；而且称重法只能得出土壤的重量含水率，应用不方便，如果将称重法用于标定其实测量方法的时候，有时必须将重量含水率转

7、换成体积含水率，这时则要求测量样本的干容重，而求干容重也是很不方便的。称重法的所产生的误差主要是由以下几个方面引起的：取样设备的差异、存放土样的容器、称重前放置的时间、烘干时的温度与用时以及称重所产生的误差等。可以通过以下措施减小误差：采用好的取样设备，取样后及时测量和烘干，烘时控制好温度与时间，称重时采用精度高的仪器等；为了克服由于土壤变异性所引起的取样代表性差的因素，尽量做到按土壤基模特征（如土质地和结构）分层取样，而不是按固定间隔深度取样。另外，将土样采回，在实验室中进行测量的方法还有浸泡法[5][6]和

8、硫酸反应法[7]，但这两种方法具有称重法一样的缺点，且精度没有称重法高，操作也不方便，因此用得比较少。3.张力计法(Tensiometer)也称负压计法，它测量的是土壤水吸力。张力计主要由陶土头、连通管和压力计组成。µm陶土头也称细孔毛瓷杯，孔径约1.0-1.5，是张力计的关键部件。压力计可以采用机械真空表（或称负压表），也可以采用充水或充水银的U形管压力计。测量原理如下：当陶土头插入