土壤水分测定方法的比较与应用

尽管监测土壤含水量的方法众多，但在具体测定土壤水分时，只是选择其中一种。今天我们就介绍几种常用的测定方法，分别是烘干法、电阻法、中子散射法、时域反射法（TDR）和频域法（FD）。

烘干法——测量土壤水分界的“标杆”

烘干法是测定土壤水分最经典的方法，也是标准方法，是衡量其他方法是否靠谱的标尺。它需要从野外获得新鲜土样，为了避免土壤水分蒸发，一拿到土样就得赶紧伺候到铝盒，盖紧八百里加急送回实验室，立即称重。称重完毕后，秒速放入105℃的烘箱，这个时候土样要经历整整12小时的“烧烤模式”。等烧烤模式结束，放入干燥器内冷却到室温，然后马上称重。其中烘干的标准为前后两次称重恒定不变。烘干后土样失去的水分即为土壤的水分含量。

烘干法操作简单、数据直观，在测量精度上具有其他方法不可比拟的优势。然而，它的缺点也很明显：费时费力，操作时长超过12小时，操作过程繁杂，还需要干燥箱及电源，中途多次需要人工看管。

电阻法——古老的“第三者插足法”

电阻法是一种比较古老的方法，把嵌有电极的电阻块放到土壤中，当电阻块中的水势与土壤水势平衡后，测量电阻块的电阻，然后得出土壤水势。电阻法最令人欣慰的是成本低，可以多次重复使用；它不同于烘干法，不破坏土壤，能留在田间连续自动，实现在线实时测量。

然而，电阻法也有明显的缺点：有滞后作用，测量范围一般只能到100kPa，干燥后电阻块易与土壤接触不良，灵敏度也非常低。此外，任何与土壤水分变化无关的土壤电导变化（如施肥）都会被检测到，结果就会出现偏差，所以此方法只适合非盐碱土。

中子散射法——此物危险！

中子法适合测定野外土壤水分。它是将中子源埋入土壤中，中子源不断发射快中子，快中子进入土壤介质与各种原子离子相碰撞，快中子损失能量，从而使其慢化。当快中子与氢原子碰撞时，损失能量最大，更易于慢化；慢中子云密度与氢元素含量呈正比。土壤中水分含量越高，氢就越多，使得慢中子云密度就越大，从而可以由慢中子云密度得到相应的土壤水分含量。

中子散射法测量结果非常准确，是烘干法之外的第二标准方法。它可以消除土壤水分田间不均匀的影响，测量简单、容易、快速。然而，设备昂贵，一次性投入大，需要田间校准，且中子的发射源会对测量人员的健康造成损害，因此推广受到限制。

时域反射法（TDR）——离完美只差一点点

TDR法是上世纪80年代发展起来的一种土壤水分测定方法。它不受土壤类型、密度、温度的影响，能在结冰状态下测定土壤水分，这是其他方法都无法比拟的。TDR法能同时监测土壤水盐含量，且前后两次测量的结果几乎没有差别，精确度可见一斑。

然而，TDR法的缺点也很明显：电路复杂导致造价成本高，尽管可以实现在线连续监测，但稳定性差。

频域法（FD）——被偏爱的有恃无恐

FD法利用电磁脉冲原理，根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤容积含水量。它的探头形状非常灵活，甚至可以做成犁状放在拖拉机后面在运动中测量。FD法的测量结果最接近烘干法的测量结果。

FD法的优点是简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定。它的缺点是精度上一直难以突破，但近年来已经取得了显著进步。FD法的实验测量精度已经达到了2%，成为土壤水分监测的优质选择。

总结

• 烘干法：精度高，但费时费力，不能实现土壤水分连续监测。
• 电阻法、中子散射法：受技术限制，未大规模推广。
• TDR法和FD法：技术成熟、精度高、便于携带，但受土壤质地、温度等因素影响。

从传感器性能、价格等方面综合考虑，FD法具有稳定、受盐分影响小、省电、电缆长度限制少、价格较低等优点，是目前土壤水分监测的首选方法。