土壤水分计量技术的研究进展

郑涵; 王海峰

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0169

土壤水分计量技术的研究进展

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0169

郑涵,
王海峰^,

中国计量科学研究院，北京 100029

基金项目: 国家重点研发计划项目（2021YFF0602604）；国家市场监督管理总局科技计划项目（2021MK150）。

详细信息

作者简介:
郑涵（2000-），中国计量科学研究院在读研究生，研究方向：原油水分计量，邮箱：zhenghan@nim.ac.cn

通讯作者:
王海峰（1978-），中国计量科学研究院副研究员，研究方向：水分和有机元素计量，邮箱：wanghf@nim.ac.cn

计量
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出版历程
- 录用日期: 2022-09-19
- 网络出版日期: 2022-12-01
- 刊出日期: 2023-01-17

Research Progress of Soil Moisture Measurement Technology

ZHENG Han,
WANG Haifeng^,

National Institute of Metrology, Beijing 100029, China

摘要

摘要: 土壤水分的准确测定是农业灌溉、水文、环境保护和碳计量等领域的迫切需求。土壤水分测量技术种类繁多、发展迅速，除了经典的干燥失重法外，还包括时域反射法、频域反射法、中子探针法、张力法、电石法、石膏块法、电磁感应法、γ射线法、湿度法、热流法和遥感技术等。干燥失重法是土壤水分测量的参考方法，可用于校准其他水分测量方法，以保障量值准确可靠。校准方式有出厂校准、田间校准和实验室校准。土壤水分的测定，需要根据实际情况选用合适的测量方法和校准方法，才能得到准确可靠的测量结果。本文介绍了土壤水分测量方法和校准方法的原理及特点，并对土壤水分计量技术的发展趋势进行了展望。
- 土壤含水量 /
- 干燥失重法 /
- 校准 /
- 时域反射法 /
- 频域反射法 /
- 遥感技术
Abstract: Accurate measurement of soil moisture is an urgent need in agricultural irrigation, hydrology, environmental protection, and carbon metrology. The measurement techniques to determine soil moisture are diverse and rapidly developing, including time domain reflectometry (TDR), frequency domain reflectometry (FDR), neutron moisture meters, tensiometry, calcium carbide technique, gypsum blocks, electromagnetic techniques, gamma ray attenuation, hygrometric technique, heat flux sensor technique and remote sensing technique, in addition to the classical loss on drying. The loss on drying method is a reference method for the measurement of soil moisture, which can be used to calibrate other measurement methods to ensure the accuracy and reliability of the value. The calibration methods include factory calibration, field calibration, and laboratory calibration. In order to determine the soil moisture accurately and conveniently, it is necessary to select appropriate measurement methods and calibration methods according to the actual situation in order to obtain accurate and reliable measurement results. This paper introduces the principles and characteristics of measurement methods and calibration methods for soil moisture, and forecasts the development trend of related measurement technology.
- soil moisture /
- loss on drying /
- calibration /
- TDR /
- FDR /
- remote sensing technique

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图 1 TDR探针实物图

Figure 1. Physical view of TDR probe

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图 2 实验室校准装置示意图

Figure 2. Schematic diagram of the laboratory calibration device

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表 1 土壤含水量方法对比

Table 1. Comparison of soil moisture measurement methods

方法	优点	缺点
干燥失重法	准确、成本低、操作简单	工作量大、时效性差、对样品有损伤、受有机质影响
TDR	时间分辨率高、测量范围广、速度快无需标定、不受土壤质地、温度和盐分影响	设备电路复杂、价格昂贵；在盐碱土中导电性随土壤湿度增加、有反射损失、精度低
FDR	准确度高、重复性好、响应时间短、测量范围大、可测束缚水含量	需单独校准、不适用盐渍土、需按时维护、受土壤空隙中空气影响
中子探针法	测量快速	测量半径小、有辐射、价格昂贵、受高盐和高有机质影响
张力法	数据连续、无需电源、操作方便	必须建立标准曲线、测量范围小、响应时间长
电石法	速度快、可靠性高	塑性粘土和坚硬泥土精度差、在土壤中易发生化学反应
石膏块法	价格低廉，维护少、可重复测量	不能自动测量、响应时间长、单独校准、不适用于粗质和高盐土
电磁感应法	操作简单、测量范围和深度大	土壤中物质存在相互作用无法测定
γ射线法	不破坏土壤、响应时间短	价格高、操作复杂、有辐射
湿度法	设备简单、价格低	需校准、传感元件会老化
热流法	不受矿物和有机物的体积影响	只适用于已知体积的非膨胀土、测量深度小

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