測量土壤水分含量的方法實(shí)踐探究

費(fèi)冰雁 許永超 孫雪婷 李婷瓊

摘 要：從土壤學(xué)領(lǐng)域來講，土壤是覆蓋陸地表面的泥土物質(zhì)，其內(nèi)部含有不同的養(yǎng)分和水分，相比而言，不同區(qū)域的土壤內(nèi)部水分含量也不盡相同，干旱地區(qū)的土壤水分含量必然低于濕潤地區(qū)。從環(huán)境學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域來講，做好環(huán)境保護(hù)工作，推動農(nóng)業(yè)的發(fā)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(jiān)測法。本文將分層淺談測量土壤水分含量的方法實(shí)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(guān)鍵詞：土壤水分含量;測量工作;實(shí)踐方案

從水分循環(huán)流程來講，土壤水在整個循環(huán)系統(tǒng)中發(fā)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(jīng)由蒸發(fā)、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(fù)雜過程又回到海洋。雖然在循環(huán)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(jìn)水循環(huán)的健康發(fā)展，保護(hù)水環(huán)境，修復(fù)生態(tài)農(nóng)業(yè)，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(xì)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(dá)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(shí)用法，能夠節(jié)省時間，但是需要數(shù)次重復(fù)燃燒酒精才能得出精確值，而且容易產(chǎn)生誤差（產(chǎn)生誤差的原因是測量過程中會出現(xiàn)土粒掉落和酒精燃燒不充分），嚴(yán)重影響精度值的準(zhǔn)確性，因而不適合應(yīng)用于細(xì)土粒和有機(jī)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(jié)果較為準(zhǔn)確，工作成本低廉，操作流程較為簡便。而且，烘干法的測量結(jié)果通常被視作其他測量結(jié)果的參照物，有助于辨認(rèn)其他測量結(jié)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(xù)性較差的缺點(diǎn)，工作量較大，浪費(fèi)了更多的時間資源與財力資源。張力計量法主要是運(yùn)用儀器來測量土壤樣品中的壓力，通過分析數(shù)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(shè)備大多簡潔輕便，能夠準(zhǔn)確測量土壤水勢的漲勢變化，可是，該方法需要借助計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)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(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，該方法不僅具有經(jīng)濟(jì)性與實(shí)效性特征，而且不會破壞土壤層的結(jié)構(gòu)，能夠地域外部溫度因素的影響，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)的連續(xù)測量，非常適用于深層土壤、凍土區(qū)域和動態(tài)土壤水分含量監(jiān)測工作。在21世紀(jì)，中子儀法融合了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與自動化記錄系統(tǒng)的優(yōu)勢，因而能夠自動監(jiān)測土壤水分狀況?？墒?，該方法也有一定局限性，和其他方法相比，中子儀法不能準(zhǔn)確分辯土壤水分垂直狀況，測量信息點(diǎn)不具有代表性。界電法具有抗干擾能力，測量數(shù)值也較為準(zhǔn)確，但是耗費(fèi)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(nèi)部的介電常數(shù)，并通過觀測脈沖頻率來核算土壤的介電常數(shù)，然后，通過分析脈沖頻率與介電常數(shù)的關(guān)系來計算土壤含水量。與其他方法相比，F(xiàn)DR具備四大優(yōu)點(diǎn)，即速度快、連續(xù)性強(qiáng)、量程寬、標(biāo)定少等。不可忽視的是，F(xiàn)DR在低頻率工作中很容易受到土壤容重、含鹽量與質(zhì)地的影響。電容法通常和電阻法一起使用，進(jìn)而有效提升土壤水分含量測量工作效果，充分發(fā)揮精度高、速度快、連續(xù)性強(qiáng)、造價低、自動化等綜合優(yōu)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(jié)構(gòu)，而且，測量結(jié)果也很容易受到外界溫度和土壤內(nèi)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(dá)探底法常被寫作GPR，該方法通過借助雷達(dá)技術(shù)來測量土壤含水量，具備分辨率高和抗干擾性能良好的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理一體化，但是技術(shù)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(xì)分為四種，分別是水動力模型測量法、人工網(wǎng)絡(luò)模擬測量法、陸面數(shù)據(jù)同化模型測量法和水—云模型測量法。這四種方法各有優(yōu)勢，簡而言之，水動力模型測量法能夠?qū)ν寥纼?nèi)部的水分含量進(jìn)行預(yù)算，進(jìn)而建立初步預(yù)測模型。人工網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)同化模型測量法能夠通過建模來預(yù)算土壤表層的含水量，其預(yù)算結(jié)果較為精準(zhǔn)。水—云模型測量法更適用于測量低矮植物區(qū)域的土壤水分含量，但是精確度較低。

3.遙感監(jiān)測法。遙感監(jiān)測法繼承了遙感技術(shù)優(yōu)勢，該方法體系主要包括微波遙感監(jiān)測法、熱慣量監(jiān)測法、表觀熱慣量監(jiān)測法、植被指數(shù)監(jiān)測法、高光譜法和農(nóng)作物缺水監(jiān)測法。運(yùn)用遙感監(jiān)測法測量土壤水分含量，必須根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的溫度、濕度、植被覆蓋率、農(nóng)作物生長狀況以及植物的高低狀態(tài)來準(zhǔn)確計算土壤內(nèi)部含水量，如果含水量過低，就需要采取必要地調(diào)節(jié)措施，以此保護(hù)土壤環(huán)境。

二、測量土壤水分含量的方法文獻(xiàn)分析

測量土壤水分含量的方法文獻(xiàn)分析主要包括三項(xiàng)，即文獻(xiàn)數(shù)量分析、關(guān)鍵詞頻率分析和文獻(xiàn)引用頻次分析，其中，與測量土壤水分含量的方法實(shí)踐相關(guān)的文獻(xiàn)多達(dá)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(jiān)測法，引用頻率為57.6%。另外，文獻(xiàn)中最常用的關(guān)鍵詞包括取樣定位監(jiān)測、模型監(jiān)測、遙感監(jiān)測和干旱地區(qū)監(jiān)測等。

三、結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)：

[1]李艷，王丹.不同土壤水分測定方法的比較研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（17）.

[2]李時現(xiàn)，常丹，李旭，劉建坤等.土體含水率測量方法研究進(jìn)展及比較[J].工程勘察，2014（09）.

[3]張軍紅，吳波.干旱、半干旱地區(qū)土壤水分研究進(jìn)展[J].中國水土保持SWCC，2012（02）.

[4]陸楓，胡志紅，胡毅恒.土壤水分測定方法研究[J].企業(yè)導(dǎo)報，2012（23）.