測量土壤水分含量的方法實踐探究

費冰雁 許永超 孫雪婷 李婷瓊

摘 要：從土壤學領域來講，土壤是覆蓋陸地表面的泥土物質，其內部含有不同的養分和水分，相比而言，不同區域的土壤內部水分含量也不盡相同，干旱地區的土壤水分含量必然低于濕潤地區。從環境學和農業領域來講，做好環境保護工作，推動農業的發展，則需要做好土壤水分含量的測量工作。目前，土壤水分含量測量方法共分為三種，分別是取樣定位法、模型測量法和遙感監測法。本文將分層淺談測量土壤水分含量的方法實踐方案，希望能為土壤水分含量測量工作提供參考與借鑒。

關鍵詞：土壤水分含量;測量工作;實踐方案

從水分循環流程來講，土壤水在整個循環系統中發揮著不可替代的作用，通常是海洋中的水通過大氣被帶到大陸，經由蒸發、蒸騰、降水、截留、滲透、地下滲漏、坡面流、地表徑流、地下蒸騰以及其他復雜過程又回到海洋。雖然在循環過程中水的總量基本保持不變，但在各個流程中，水的分布是不斷變化的。促進水循環的健康發展，保護水環境，修復生態農業，均需要做好土壤水分含量測量工作。

一、測量土壤水分含量的方法類型

目前，土壤水分含量測量方法主要包括以下三種類型：

1.取樣定位法。取樣定位法的全稱是“取樣定位測量法”，從微觀視角來細分，這種方法類型又分為酒精燒灼法、烘干法、張力計量法、中子儀法、界電法、頻域反射法、電容法、電阻法、雷達探底法等。在取樣定位法這套體系中，酒精燒灼法屬于一種高時速實用法，能夠節省時間，但是需要數次重復燃燒酒精才能得出精確值，而且容易產生誤差（產生誤差的原因是測量過程中會出現土粒掉落和酒精燃燒不充分），嚴重影響精度值的準確性，因而不適合應用于細土粒和有機土壤的水分測量工作中。此外，在測量工作中，烘干法是最常使用的一種方法類型，該方法的測量結果較為準確，工作成本低廉，操作流程較為簡便。而且，烘干法的測量結果通常被視作其他測量結果的參照物，有助于辨認其他測量結果的精度。然而，烘干法的缺陷也不容忽視，該方法在取土工作中存在連續性較差的缺點，工作量較大，浪費了更多的時間資源與財力資源。張力計量法主要是運用儀器來測量土壤樣品中的壓力，通過分析數值的變化和計算曲線方程來核算土壤水分含量，所使用的儀器設備大多簡潔輕便，能夠準確測量土壤水勢的漲勢變化，可是，該方法需要借助計算機來實現曲線方程計算，不能直接測量含水量，換算過程必然存在一定的誤差。中子儀法產生于20世紀50年代，該方法不僅具有經濟性與實效性特征，而且不會破壞土壤層的結構，能夠地域外部溫度因素的影響，實現定點的連續測量，非常適用于深層土壤、凍土區域和動態土壤水分含量監測工作。在21世紀，中子儀法融合了計算機網絡與自動化記錄系統的優勢，因而能夠自動監測土壤水分狀況。可是，該方法也有一定局限性，和其他方法相比，中子儀法不能準確分辯土壤水分垂直狀況，測量信息點不具有代表性。界電法具有抗干擾能力，測量數值也較為準確，但是耗費的成本較高。頻域反射法通常被寫作英文簡稱FDR，該方法主要是借助電磁脈沖理論來測量土壤內部的介電常數，并通過觀測脈沖頻率來核算土壤的介電常數，然后，通過分析脈沖頻率與介電常數的關系來計算土壤含水量。與其他方法相比，FDR具備四大優點，即速度快、連續性強、量程寬、標定少等。不可忽視的是，FDR在低頻率工作中很容易受到土壤容重、含鹽量與質地的影響。電容法通常和電阻法一起使用，進而有效提升土壤水分含量測量工作效果，充分發揮精度高、速度快、連續性強、造價低、自動化等綜合優勢，可是，這兩種方法均有缺陷，如果將測量傳感器深埋入被測土壤，必然會破壞土壤結構，而且，測量結果也很容易受到外界溫度和土壤內部鹽分的影響，相比而言，電容法受鹽分影響的程度低于電阻法。雷達探底法常被寫作GPR，該方法通過借助雷達技術來測量土壤含水量，具備分辨率高和抗干擾性能良好的優勢，能夠實現數據采集處理一體化，但是技術成本較高。

2.模型測量法。模型測量法又稱作“模型模擬測量法”，該方法可以細分為四種，分別是水動力模型測量法、人工網絡模擬測量法、陸面數據同化模型測量法和水—云模型測量法。這四種方法各有優勢，簡而言之，水動力模型測量法能夠對土壤內部的水分含量進行預算，進而建立初步預測模型。人工網絡模擬測量法則是通過建模來反映土壤水分狀況，并研究地表植被覆蓋率和植被需水量。陸面數據同化模型測量法能夠通過建模來預算土壤表層的含水量，其預算結果較為精準。水—云模型測量法更適用于測量低矮植物區域的土壤水分含量，但是精確度較低。

3.遙感監測法。遙感監測法繼承了遙感技術優勢，該方法體系主要包括微波遙感監測法、熱慣量監測法、表觀熱慣量監測法、植被指數監測法、高光譜法和農作物缺水監測法。運用遙感監測法測量土壤水分含量，必須根據監測區域的溫度、濕度、植被覆蓋率、農作物生長狀況以及植物的高低狀態來準確計算土壤內部含水量，如果含水量過低，就需要采取必要地調節措施，以此保護土壤環境。

二、測量土壤水分含量的方法文獻分析

測量土壤水分含量的方法文獻分析主要包括三項，即文獻數量分析、關鍵詞頻率分析和文獻引用頻次分析，其中，與測量土壤水分含量的方法實踐相關的文獻多達1020篇，描寫取樣定位法的論文引用頻次最高，共計5779，其次是遙感監測法，引用頻率為57.6%。另外，文獻中最常用的關鍵詞包括取樣定位監測、模型監測、遙感監測和干旱地區監測等。

三、結語

綜上所述，土壤是因風化和淋濾而形成的泥土物質，降雨、地下水循環、地貌和植被等環境因素均會影響土壤的形成和質地，因此，即使是同一生成環境也可能形成相差甚遠的土壤質地，這就意味著不同層次、不同質地的土壤含水量不盡相同，準確測量土壤含水量，則需要根據實際情況選用最佳方法。

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