盡管監(jiān)測(cè)土壤含水量的方法眾多，但在具體測(cè)定土壤水分時(shí)，只是選擇其中一種，今天我們就介紹幾種常用的測(cè)定方法。分別是烘干法、電阻法、中子散射法、時(shí)域反射法TDR、頻域法FD。
烘干法——測(cè)量土壤水分界的flag
烘干法是測(cè)定土壤水分最經(jīng)典的方法，也是標(biāo)準(zhǔn)方法，是衡量其他方法是否靠譜的標(biāo)尺。它需要從野外獲得新鮮土樣，為了避免土壤水分蒸發(fā)，一拿到土樣就得趕緊伺候到鋁盒，蓋緊八百里加急送回實(shí)驗(yàn)室，立即稱重。
稱重完畢后，秒速放入105℃的烘箱，這個(gè)時(shí)候土樣要經(jīng)歷整整12小時(shí)喪心病狂赤條條的燒烤模式。等燒烤模式結(jié)束，放入干燥器內(nèi)冷卻到室溫，然后馬上稱重。其中烘干的標(biāo)準(zhǔn)為前后兩次稱重恒定不變。烘干后土樣失去的水分即為土壤的水分含量。
烘干法操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)直觀，在測(cè)量精度上具有其他方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)；并且烘干法所有的操作者都有一個(gè)令人印象深刻的特點(diǎn)，那就是快！能做2秒的實(shí)驗(yàn)員堅(jiān)決不做5秒的。
而烘干法最常被吐槽的就是費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)心，操作時(shí)長(zhǎng)超過12小時(shí)，操作過程繁雜，還需要干燥箱及電源，中途多次需要人工看管，神煩！
它最大的槽點(diǎn)并不是持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而是無法實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水分的在線快速測(cè)量；在實(shí)時(shí)性方面，無法達(dá)到性能要求；在灌溉自動(dòng)控制方面，不能滿足快速測(cè)量的要求；所以烘干法一直利用自己的優(yōu)點(diǎn)承擔(dān)測(cè)量土壤水分界的flag；也正因?yàn)樗娜秉c(diǎn)，所以一直是flag。(*與其他方法數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)，需用環(huán)刀法或者乘以容重?fù)Q算得到土壤體積含水量。)
電阻法——古老的第三者插足法
這次人類沒有選擇和土壤親密接觸，而是利用了第三者，即電阻。電阻法是一種比較古老的方法，把嵌有電極的電阻塊放到土壤中，當(dāng)電阻塊中的水勢(shì)與土壤水勢(shì)平衡后，測(cè)量電阻塊的電阻，然后得出土壤水勢(shì)。所謂的電阻是由多孔滲水介質(zhì)（如石膏、尼龍、玻璃纖維）制成，利用它們的電阻大小與含水量相關(guān)的特性測(cè)量土壤水分。
電阻法最令人欣慰的就是成本低，可以多次重復(fù)使用；它不同于烘干法，不破壞土壤，能留在田間連續(xù)自動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)量。
不妥的是電阻法有滯后作用，測(cè)量范圍一般只能到100kPa，干燥后電阻塊易與土壤接觸不良，靈敏度也非常低。
適用范圍太過狹窄，任何與土壤水分變化無關(guān)的土壤電導(dǎo)變化（如施肥）都會(huì)被檢測(cè)到，結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)偏差，所以此方法只適合非鹽堿土。
而最遭人詬病的是需要標(biāo)定，因?yàn)殡娮璺ê苋菀资芡寥佬再|(zhì)影響，并且標(biāo)定結(jié)果會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化。
中子散射法——此物危險(xiǎn)！
中子法適合測(cè)定野外土壤水分。它是將中子源埋入土壤中，中子源不斷發(fā)射快中子，快中子進(jìn)入土壤介質(zhì)與各種原子離子相碰撞，快中子損失能量，從而使其慢化。當(dāng)快中子與氫原子碰撞時(shí)，損失能量最大，更易于慢化；慢中子云密度與氫元素含量呈正比。土壤中水分含量越高，氫就越多，使得慢中子云密度就越大，從而可以由慢中子云密度得到相應(yīng)的土壤水分含量。
中子散射法測(cè)量結(jié)果非常準(zhǔn)確，是烘干法之外的第二標(biāo)準(zhǔn)方法；比烘干法先進(jìn)的是它可以消除土壤水分田間不均勻的影響。而且測(cè)量簡(jiǎn)單、容易，快速。套管永久安放后不破壞土壤，能長(zhǎng)期定位測(cè)定，可達(dá)根區(qū)土壤任何深度。
盡管它作用強(qiáng)大，但設(shè)備昂貴，一次性投入大；并且需要田間校準(zhǔn)；不得不提的是中子的發(fā)射源會(huì)對(duì)測(cè)量人員的健康造成損害，因此推廣受到限制。
此外，用自動(dòng)裝置把中子管在套管中按規(guī)定的時(shí)間和距離上下移動(dòng)，中子儀即可用于短期實(shí)時(shí)測(cè)量，但長(zhǎng)期大面積動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)仍幾乎不可能。
時(shí)域反射法TDR——離完美只差一點(diǎn)點(diǎn)
TDR法是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種土壤水分測(cè)定方法。它就像在舊社會(huì)中突起的鋼鐵戰(zhàn)士，立求創(chuàng)立新世界；獨(dú)立性強(qiáng)，掙脫各種束縛，測(cè)量結(jié)果不受土壤類型、密度、溫度的影響。而且自帶殺手锏，能在結(jié)冰狀態(tài)下測(cè)定土壤水分，這是其他方法都無法比擬的。
它徹底贏得了人類的芳心，因?yàn)樗芡瑫r(shí)監(jiān)測(cè)土壤水鹽含量，且前后兩次測(cè)量的結(jié)果幾乎沒有差別，TDR精確度可見一斑。
它測(cè)定的土壤表層的含水量比中子儀所測(cè)定的精度要高出太多，渾身貼滿了倍受愛慕的標(biāo)簽，快速、準(zhǔn)確、安全、方便、無需標(biāo)定、便于自動(dòng)控制……然而光環(huán)背后必有槽點(diǎn)，那就是貴！死貴！電路復(fù)雜導(dǎo)致它的造價(jià)成本高；盡管它可以實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，但穩(wěn)定性差。
頻域法FD—— 被偏愛的有恃無恐
當(dāng)其他原理還在努力修復(fù)自己的缺點(diǎn)，F(xiàn)D法帶著一股驕傲，向世人宣告：我，來了！
它有權(quán)驕傲，F(xiàn)D相比TDR測(cè)試原理，幾乎具備TDR的所有優(yōu)點(diǎn)。它利用電磁脈沖原理、根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播頻率來測(cè)量土壤的表觀介電常數(shù),從而得到土壤容積含水量。比TDR更高級(jí)的是，它的探頭形狀非常靈活，甚至可以做成犁狀放在拖拉機(jī)后面在運(yùn)動(dòng)中測(cè)量。它的測(cè)量結(jié)果最接近烘干法的測(cè)量結(jié)果。
現(xiàn)在它是簡(jiǎn)便安全、快速準(zhǔn)確、定點(diǎn)連續(xù)、自動(dòng)化、寬量程、少標(biāo)定的優(yōu)質(zhì)測(cè)量方法,受人推崇；但要知道這樣的成就并不是一蹴而就的。
多年以來，F(xiàn)D原理的土壤水分儀在精度上一直難以突破，成為它發(fā)展停滯的主要原因。但現(xiàn)在FD土壤水分儀的實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度已經(jīng)達(dá)到了2%，這其中以東方生態(tài)自主研制的智墑為代表。
解決了精度的問題，F(xiàn)D法徹底所向披靡，無需嚴(yán)格校準(zhǔn)，操作簡(jiǎn)單，方便快捷，更重要的是精度高，穩(wěn)定性好；比起TDR鋼鐵戰(zhàn)士的高冷，F(xiàn)D法顯得平易近人，無論從成本上還是從技術(shù)的實(shí)現(xiàn)難度上都比TDR低，好用不貴成為它最突出的標(biāo)簽。
掏出小本本總結(jié)：
烘干法雖然能較準(zhǔn)確地獲得土壤水分含量,但工作量大,耗時(shí)耗力,不能實(shí)現(xiàn)土壤水分連續(xù)監(jiān)測(cè)。受方法的制約,布設(shè)站點(diǎn)密度和監(jiān)測(cè)頻次不可能很高。作為標(biāo)準(zhǔn)方法, 在實(shí)際應(yīng)用中還需進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)人員培訓(xùn)、嚴(yán)格按規(guī)范流程進(jìn)行操作。
電阻法、中子散射法,由于受自身技術(shù)的缺點(diǎn)限制,目前并沒有作為大規(guī)模推廣應(yīng)用方法。
TDR法和FD法是現(xiàn)在土壤水分自動(dòng)監(jiān)測(cè)最常用的兩種技術(shù)方法,技術(shù)相對(duì)成熟、精度較高、便于攜帶。不可避免的它們都受土壤質(zhì)地、容重、溫度、土壤空隙的影響；土壤濕度過大時(shí)，測(cè)量結(jié)果會(huì)有偏差。
需要提示的是這兩種方法都是通過測(cè)定土壤介電常數(shù)間接測(cè)量土壤體積含水量, 需要對(duì)土壤進(jìn)行標(biāo)定,建立有關(guān)數(shù)學(xué)公式。這就要求相應(yīng)的產(chǎn)品廠家要掌握其工作原理、標(biāo)定方法,并根據(jù)不同土壤結(jié)構(gòu)和特性建立不同的數(shù)學(xué)公式。
但從傳感器性能、價(jià)格等方面綜合考慮, 相對(duì)于TDR,FD法具有穩(wěn)定、受鹽分影響小、省電、電纜長(zhǎng)度限制少,價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)。
