不同土壤水分检测方法
概况
土壤含水率是反应土壤水分状况的重要物理参数，土壤水分状况对于研究植物水分利用、农业灌溉及生态系统的变化等具有重要意义。寻求一种精度高、可靠性强、适合实时测量的土壤水分测量技术是进行防旱抗旱工作的基础。目前，在生产和科研中应用较多的土壤水分测试方法主要有烘干法、中子仪法、张力计法、TDR法、FDR法及SWR法等。
1.水分测定方法
1.1 烘干法
1.1.1 烘干法简介
烘干法，又称为烘干称重法，是通过湿土称重、干燥脱水，然后再进行干土称重来测定土样的含水量。
1.1.2 烘干法的优点
（1）是*可以直接测量土壤水分的方法，是国际上传统的土壤含水量测定方法，称为标准方法。
（2）在测量精度上具有其它方法不可比拟的优势，因此它作为一种实验室测量方法，并长期用于其它方法的标定。
1.1.3 烘干法的缺点
（1）烘干法zui大的缺点是测量土壤含水量操作过程繁杂，工作量大，而且测量的数据时间密度不够，时效性差。
（2）由于田间土壤质地、结构的空间变异性较大，可能会造成取样的代表性差。
1.2 中子仪法
1.2.1 中子仪法简介
中子仪主要包括探头和计数器两部分。中子仪的探头由一个快中子放射源和一个慢中子探测器构成，放射源发射高能中子，与土壤中的原子核碰撞，由于氢核与中子质量相当，会明显减速，与氢核碰撞的中子会转化为慢热中子，从而被探测器探测出来，继而可以换算出土壤体积含水量。
1.2.2 中子仪法的优点
（1）中子仪法测定的土壤体积大，比烘干法更有代表性，可以消除土壤水分田间不均匀性的影响。
（2）相比烘干法，中子仪法可以更快速的测定田间土壤水分状况，并且可重复性好。
1.2.3 中子仪法的缺点
（1）受土壤类型影响，需要进行田间标定。
（2）具有放射源，操作人员必须进行专门的培训和操作训练。
（3）测定表层土壤含水量，误差较大。
1.3 张力计法
1.3.1 张力计法简介
也称负压计法，它测量的是土壤水吸力，测量原理如下：当陶瓷头插入被测土壤后，管内自由水通过多孔陶瓷壁与土壤水接触，经过交换后达到水势平衡，此时，从张力计读到的数值就是土壤水（陶瓷头处）的吸力值，也即为忽略重力势后的基质势的值，然后根据土壤含水量与基质势之间的关系（土壤水份特征曲线）就可以确定出土壤的含水量。
1.3.2 张力计法的优点
（1）结构及原理比较简单。
（2）可以在线实时测量。
（3）可以确定水在土壤内的流动方向和渗透深度。
1.3.3 张力计法的缺点
（1）受土质影响明显。
（2）该方法测量的只是土壤水的吸力，需要建立土壤水分特征曲线才能换算成土壤含水量。
（3）该方法存在滞后，影响测量速度。
1.4 时域反射法（TDR）
1.4.1 时域反射法简介
时域反射法是一种通过测量土壤介电常数来获得土壤含水率的一种方法。其原理是根据电磁波沿非磁性介质中传输导线的传输时间T，可以求出土壤的介电常数，进而求出土壤的含水量。
1.4.2 时域反射法的优点
（1）精确度高。
（2）测量快速、操作简单。
（3）可在线连续监测。
（4）不破坏土壤结构。
1.4.3 时域反射法的缺点
（1）土壤质地、容重以及温度的显著影响，使用前需要进行标定。
（2）受土壤空隙影响明显。
（3）土壤湿度过大时，测量结果偏差较大。
（4）稳定性稍差。
（5）电路复杂，价格昂贵。
1.5 频域反射法（FDR）
1.5.1 频域反射法简介
自 1998年以来，频域反射法（FDR）已逐步成为自动测量土壤水分zui主要的方法，频域反射法利用电磁脉冲原理，根据电磁波在介质中传播的频率来测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤体积含水量。
1.5.2 频域反射法的优点
（1）无论从成本上还是从技术的实现难度上都较TDR低。
（2）在电极的几何形状设计和工作频率的选取上有更大的自由度。
（3）能够土壤颗粒中束缚水含量。大多数FDR在低频（ ≤100MHz）工作，能够测定被土壤细颗粒束缚的水，这些水不能被工作频率超过 250MHz 的 TDR有效测定。
（4）FDR无需严格的校准，操作简单，不受土壤容重、温度的影响。
（5）FDR探头可与传统的数据采集器相连，从而实现自动连续监测。
（6）测量结果准确，与烘干法差距较小。
1.5.3 频域反射法的缺点
（1）受土壤空隙影响明显。
（2）部分传感器的安装条件要求较高。
（3）对土壤电导率有一定敏感性。
1.6 驻波率（SWR）
驻波原理与TDR和FDR两种土壤水分测量方法一样，同属于介电测量。该方法是Gaskin等人针对TDR方法和FDR方法的缺陷，于1995年提出的土壤水分测量方法。SWR型土壤水分传感器测量的是土壤的体积含水量，理论上SWR型土壤水分传感器的静态数学模型是一个三次多项式。对传感器进行标定时，将传感器在标准土样中进行测试，测量其输出电压，可得到一组测量数据，再通过回归分析确定出回归系数，即可得到传感器的特性方程。在实际应用中，只要测量不同土壤中的输出电压，根据特性方程便可以换算出土壤的实际含水量。
2．结论
通过对传感器本身性能、价格等方面的综合考虑，可以发现基于FDR原理的传感器具有广阔的应用前景。相比其他类型传感器，奥地利PESSL公司所提供的SM 100型土壤水分传感器在成本与技术方面都具有显著优势，而且能与自动监测站相连，实现数据的实时采集，并通过软件进行分析，与灌溉软件相连，实现灌溉自动化，真正实现农业高产、高效。值得一提的是，SM100型土壤水分传感器真正意义上实现了数据无线发送，无线传输半径达1km以上，这极大提高了在耕作与栽培过程中的便利，有效防止了由于机械化操作而带来的电缆损伤。而且可以方便地在一个监测站上连接多组传感器，增加了测试效率。
