土壤含水测定方法研究进展.docVIP

土壤水分测量方法研究综述 黄国勇 华中农业大学 2011土壤学 土壤水分是作物生长的要素之一，对于作物的生理活动起着至关重要的作用[1]。随着科学技术的发展，测量土壤水分的先进仪器越来越多，它们在工作原理、使用方法和测定结果等方面均存在着差异。不同测定方法的仪器的使用条件及其操作方法各不相同，因而其适用范围也不相同。选择合适的水分测定方法，对当前的节水灌溉、旱地农业研究与生产都有十分重要的理论意义和实践价值[2--4]。随着土壤物理学的发展和人们对土壤水分的深入研究，土壤水分含量的测定方法也越来越多，如烘干法、γ射线透射法、电阻法、电容法、中子法以及新近发展起来的时域反射仪法(TDR)和频域反射仪法(FDR)[5]。 1.烘干法 ( 1) 测定方法: 经典的方法是烘箱烘干法: 即取土样放入烘箱, 在105-110℃条件下, 烘至恒重, 为烘干土重, 以此为基础计算水分重( 蒸发损失量) 的百分比(% ) , 从而获得土壤水分含量。烘干法通常还有所谓的快速测定法, 其程序与常规法相同, 实质仍是采用一些手段使土样烘至恒重的时间尽可能缩短, 如酒精燃烧法、红外线法、炉烤法，微波法等。 ( 2) 方法的应用及优缺点: 烘干法是测定土壤含水量最普遍的方法, 也是目前国际上的标准方法。烘干法的优点是对设备要求不严, 就样品本身而言结果可靠。缺点是这种方法能够去除土壤颗粒间的大部分水分，但是不能去除粘粒层间的水分子，而且还会挥发性有机质的一些成分。而且此方法费时、费力, 综合费用并不低; 取样会破坏土壤, 深层取样困难, 定点测量时不可避免由取样换位而带来误差, 在很多情况下不可能长期定点监测; 受土壤空间变异性影响也比较大; 采用酒精燃烧法,由于需要翻炒多次, 极为不便, 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; 如果测量目的是用于灌溉, 还必须知道土壤各层次的容重。 ( 3) 方法需要的改进: 主要是节约时间, 避免有机质的氧化、碳化,减少误差。目前微波干燥法、真空干燥法, 既节约时间, 又满足误差实际要求, 是烘干法较好的选择[ 6] 。 2．电测法。 通过测定土壤（体）中的电学反应特性，如电阻、电容、电位差、微波、极化现象等的变化确定土壤含水量，以及时域反射法（TDR）、时域传播法（TDT）、频域反射法（FDR）、驻波率法（SWR等应用被测介质中表观介电常数随土壤含水量变化确定土壤含水量的方法。 2. 1 电阻法 电阻法[7]是利用某些多孔性物质如石膏、尼龙、玻璃纤维等的电阻和它们的含水量有关系这一事实而采用的一种方法。当这些嵌有电极的块状组件放置在潮湿的土壤中时, 它们吸收土壤水分一直达到平衡状态。块状组件的电阻由它们的含水量决定的, 并依次由附近土壤水分张力或吸力所决定。电阻读数和土壤水分百分数之间的关系可以用标定方法来确定。这些块状组件在一段时间内用来测定田间选定位置的含水量。[ 7] 2.2 介电法 时域反射法和频域反射法以及某些电容法等土壤水分测量方法，都应用了被测介质中表观介电常数随土壤含水量变化而变化这一原理测定土壤含水量。土壤表观介电常数Ka 与土壤水分含量的对应关系是通过大量的测试得到的，只要知道土壤的介电常数Ka值我们就很容易的得到水分含量。 一般认为，介电法土壤水分传感器测量的是土壤的容积含水量θV，输出的是电压信号V。理论上介电法土壤水分传感器的静态数学模型是一个三次多项式。对传感器进行率定时，将传感器在土壤含水量系列中进行测试，测量其输出电压，可得到一组测量数据（Vi，θVi），再通过回归分析拟合成一元三次多项式θV=a0+a1V+a2V22+a3V3，Time Domain Reflectometry） Ka=（tc/L）/2 L 为波导杆的长度（cm）；t 为电磁波传输时间（ns）；c 是以厘米每纳秒计的光速（cm/ns）。传输时间定义为：脉冲单方向从波导线的始端传到波导线的终端所需要的时间。 知道了土壤的介电常数Ka 值，我们就可以通过土壤水分含量与土壤介电常数之间的关系而得到土壤含水量数值。 2.2．2 频域反射法（Frequency Domain Reflectometry）Frequency Domain Reflectometry），简称FDR 法，是通过测量传感器在土壤中因土壤介电常数的变化而引起频率的变化来测量土壤的水分含量，这些变化转变为与土壤含水量对应成为三次多项式关系的电压信号。 该法利用矢量电压测量技术，在某一理想测试频率下将土壤的介电常数Ka 进行实部和虚部的分解，通过分解出的介电常数虚部可得到土壤的电导率，由分解出的介电常数实部换算出土壤含水量。 2.2.3驻波率法（Standing- Wave Ratio） 基于驻波率原理的土壤水