土壤水分及其测量方法的研究进展
摘要简述了土壤水分形态、土壤含水量表示方法以及土壤含水量测定方法分类与应用原理。
随着土壤物理学发展和人们对土壤水分深入研究土壤水分含量测定方法也越越多笔者结合国外土壤水分测定方法研究状况对土壤水分含量测量方法进行了较系统归纳总结其主要介绍了烘干法、子法和介电法[域反射法（R）、频域反射法（R）、驻波率法（R）]测量土壤水分含量原理和步骤并对这3种方法进行了比较提出了我国当前土壤水分测定存并值得问题。
关键词土壤水分；形态；含量；烘干法；子法；介电法；原理图分类 57献标志码 编0030（0）003350收稿日期0309基金项目国星火计划（编03G88000）。
作者简介李旺霞（989—）女甘肃静宁人硕士研究生主要从事植物生理生态研究。
水分是天然土壤重要组成部分全球储水量包气带土壤水约有65 000亿3[]而我国土壤水分总储量33 550亿3[]。
土壤水不但数量而且与人类环境和生活密切相关[3]土壤水是切作（植）物赖以生存基条件影响土壤物理性质制约土壤养分溶、移和微生物活动是衡量土壤肥力重要指标。
土壤水分测定方法多达几十种目前农田土壤水分直接测定法主要有烘干法（土钻法）[]接测定法有子法、张力计法和介电法等。
土壤水分及其含量测定方法分类土壤水存土壤孔隙尤其是孔隙孔隙常被空气所占据[5]穿插土壤孔隙植物根系从含水土壤孔隙吸取水分用蒸腾作用[6]。
土壤水气界面存湿梯温升高梯加因水会变成水蒸汽蒸发逸出土表。
土壤水通蒸腾和蒸发条途径进入气。
表层土壤水受到重力会向下渗漏地表有足够水量补充情况下土壤水可以直渗入到地下水位继而可能进入江、河、湖、海等地表水。
土壤水分形态从以往些分类方法看主要是根据土壤水受力情况对其形态进行分类这些力主要包括吸附力、吸着力、毛管力和重力。
当讨论土壤水形态实际上就是按照这些力区分出某部分水分究竟处哪种力作用下。
尽管这种分类方法理论上是不够严密例如土壤水按形态分类有种水分形态称重力水。
但就土壤水而言不是其部分而是全部都受到重力场作用所以实际上都是重力水。
虽然如但依然认土壤水形态分类还是把土壤水这土壤形成起重要作用因素进行了定性分类从而使能够更深刻地凭借这形态分类评价土壤水分生态条件因至今土壤水形态研究仍具有科学价值。
罗戴总结和评述了许多研究者关土壤水形态分类论基础上进行了量具有科学价值工作他将土壤水分6种形态即结晶水、固态水、气态水、紧束缚水、松束缚水和由水（表）[7]。
土壤水分含量表示方法般所说土壤水分实际上是指用烘干法05～0 ℃温下能从土壤被驱逐出水[8]。
土壤含水量包括水分质量含水量和容积含水量种分别表示（）土壤水质量含水量。
土壤实际所含水分质量占烘干土质量比例即式θ土层次测得土壤质量含水量3空铝盒质量般进行3次以上重复测定取平值作取样土层土壤质量含水量。
这些方法虽可缩短烘干和测定但要特殊设备或消耗量药品也不能避免由每次取出土样和更换位置等带误差。
Br等先使用子探针而Grr和Krk阐述了子法所依据原理[]。
放射性元素衰变程其原子核会不断地发射出快子快子和水氢核碰撞变成慢子并放射周围做不定向运动形成球状慢子云。
慢子云密与土壤含水量存密切相关性[5]即土壤含水量越高氢越多产生慢子数也就越多。
因通仪器粒子计数装置将慢子云有关数量特征记录下就可以准确地确定出慢子计数值与土壤含水量相关关系。
土壤含水量般0～35%（容积含水量）变动围土壤含水量与慢子计数值是般线性关系可用下式表示θ+b。
（）式、b常数与土壤理化性质有关；θ土壤容积含水量子仪粒子计数装置土壤计数率与水体或特定介质计数率比[6]。
l等对子法测量误差从不角进行了分析发现仪器因素和标定因素对测量结影响很而且还可以采取定措施减误差[70]。
因测量应采取定措施尽量减由土壤质地不匀或土壤湿空变异性而造成误差[]。
3介电法先对土壤介电特性作出系统研究是前苏学者k他96 年出版《湿土介电特性研究方法》引起了世界关。
基础上土壤介电特性迅速应用测量土壤含水量方法技术而且具体操作方法千差万别。
其高频电容探头测量法、甚高频晶体管传输线振荡器测量法、微波吸收法、域反射法（包括域传播法）、频域反射法（包括频域分法）、驻波率法（也有学者将其归入频域反射法）等测量方法都属基土壤介电特性土壤含水量测量方法[]。
3域反射仪（ rlrR）R法利用电磁波不介质传播速差异测定土壤含水量。
R法是0世纪80年代初发展起种测定方法国外已较普遍使用国研究机构也开始引进和开发R。
R土壤水分测量系统具有方便、快速、精确、不扰动土壤等优被广泛应用现代农田土壤水分监测。
早发展R法并认当温0～36 ℃、实际体积含水量0～35%变化R测量值不受土壤质地、容重、温等物理因素影响[3]。
而要精较高R测量值则受到质地、容重、温等物理因素影响。
0 ℃然水介电常数（K）8036比空气（K）或土壤（K～5）得多土壤基质土壤水分介电常数处绝对支配地位[]。
当获得土壤介电常数（K）和土壤体积含水量（θv）验关系便可以很容易地由土壤介电常数推算出土壤体积含水量。
R正是基以上思想根据电磁波介质传播频率计算出土壤介电常数（K）从而利用验公式得到土壤体积含水量。
K电磁波频率 z～ Gz与电磁波电极（长L）往复传播速（v）呈如下关系K（v）（L）。
（5）表主要土壤成分介电常数[30]物质介电常数空气0水（0 ℃）800冰（5 ℃）30玄武岩0花岗岩70～90砂岩90～0干壤土35干沙5利用R法连续测量土壤含水量还可得到土壤体积电导率[89]；由土壤溶液电导率则可精确推算出土壤溶液盐浓。
R法传感器探头多探针式、圆柱式等可以埋设土壤剖面连续测量也可以与专用测量仪表配合作移动巡回测量。
3频域反射仪（rq rlrR）R 法是通测量传感器土壤因土壤介电常数变化而引起频率变化测量土壤水分含量这些变化变土壤含水量对应三次多项式关系电压信。
荷兰gg 农业学学者lr 通量研究99 年提出了频域分方法（rq ）该方法利用矢量电压测量技术某理想测试频率下将土壤介电常数K进行实部和虚部分通分出介电常数虚部可得到土壤电导率由分出介电常数实部换算出土壤含水量。
R型土壤水分监测仪是种利用L电路振荡根据电磁波不介质振荡频率变化测定介质介电常数ε进而通定对应关系反演出土壤水分θv仪器[3]。
该仪器安装要垂直植入土层其核心內部单杆多节式传感器可以根据要增加或减少传感器数量也可以通调整传感器位置测量不深土壤含水量外部有对电磁波透明V材质所制造保护套管可防止水或其他流体干扰內部电子元器件影响监测结。
R每组传感器都由铜环构成相当L振荡电路正极板L振荡电路频率（）表达式πL。
（7）式π取3。
L振荡电路频率变化受电感（L）与电容（）变化影响由仪器采用固定电感值因振荡频率变化取电容改变而电容改变受到铜环套管外土壤部分影响所以通对频率分析就可以反演出土壤含水量。
由水介电常数远远土壤基质其他材和空气介电常数因土壤介电常数主要依赖土壤含水量这也是能够用R法测量土壤含水率先条件[3]。
33驻波率法（g v rR）基驻波率原理土壤水分测量方法与R和R等种土壤水分速测方法样属介电法[33]。
驻波率法是基无线电射频技术驻波率原理土壤水分测量方法不再利用高速延迟线测量入射反射差Δ和拍频（频差）而是测量它驻波比试验结表明三态混合物介电常数K改变能够引起传输线上驻波比显著变化。
由驻波比原理研制出仪器成上有很幅降低。
频域反射法和驻波率法传感器探头多探针式使用方法与针式R类似可以埋设土壤剖面连续测量也可以与专用测量仪表配合进行移动巡回测量。
3类方法比较通对几种土壤水分测量方法研究发现测定土壤含水量诸多方法烘干法简单易行工具常规农气观测设备成低且测定精较高直被认是测量土壤含水量基方法。
但是烘干法对样品从烘干至恒重要较长不能及有效地得出结；采样程田留下取样孔会切断作物某些根干扰田土壤水分连续性并影响土壤水分运动；另外烘干法定期测定土壤含水量由次取样对土壤破坏不能周期性地原样地反复取样而天然土壤具有空变异性从而给测定结带了定误差。
与烘干法相比子法可以原样地不深上周期性地反复测量且不会破坏土壤测定水分含量围广具有连续性测定速快没有滞现象而且可以动记录数据。
但是子仪垂直分辨率较差测定降低含量水和表层土壤水云球半径较或云球围超出土壤快子则离开土壤而损失这样会造成较误差。
另外由子有很强穿透能力其辐射会危害人体健康。
利用土壤介电特性测量土壤水分是种行有效、快速、简便、可靠方法。
现比较常用是济型频域反射法、驻波率法和技术更先进域反射法。
它们都具有技术成熟、精高、便携带、可连续原位测定及无辐射等优土壤水分测量方法方面表现出良发展势头。
其利用R法测定土壤含水量测量程可以不破坏土壤原状结构操作简便能长期连续工作。
但R法测量高有机碳含量、高 ∶型黏土矿物含量、容重特别高或特别低土壤输入电磁波能量耗散较从而导致反射讯息模糊容易造成数据失真。
因使用R测量特定土壤含水量前预先标定其与实际土壤含水量关系是很有必要[3]。
3总结与展望土壤水分作作物生长要素对作物生理活动起着至关重要作用[35]土壤水分研究基础理论上进步完善和发展。
随着科学技术发展测量土壤水分方法越越多它们应用原理、使用方法以及测定结等方面存差异。
每种方法都有其适用围因选用测量方法定要有针对性既要考虑其实用性又要考虑其济性。
烘干法是传统方法也是常用方法但烘干法只能测定土壤质量含水量必须已知土壤容重才能得体积含水量或土体贮水量而且因土样不能原位复原所以用监测土壤水分动态变化较难。
子法适用土壤水分围连续定位动态观测但子探头“热子云球”半径随土壤含水量变化而改变而且辐射所以其应用受到限制。
土壤含水量与土壤电介常数存种对应关系介电法应用被测介质表观介电常数随土壤含水量变化而变化这原理测定土壤含水量是种简单快速、行有效方法。
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