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土壤水分计量技术的研究进展

郑涵 王海峰

郑涵,王海峰. 土壤水分计量技术的研究进展[J]. 计量科学与技术,2022, 66(11): 31-36, 40 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0169
引用本文: 郑涵,王海峰. 土壤水分计量技术的研究进展[J]. 计量科学与技术,2022, 66(11): 31-36, 40 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0169
ZHENG Han, WANG Haifeng. Research Progress of Soil Moisture Measurement Technology[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(11): 31-36, 40. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0169
Citation: ZHENG Han, WANG Haifeng. Research Progress of Soil Moisture Measurement Technology[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(11): 31-36, 40. 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
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

Research Progress of Soil Moisture Measurement Technology

  • 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。
  • 图  1  TDR探针实物图

    Figure  1.  Physical view of TDR probe

    图  2  实验室校准装置示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of the laboratory calibration device

    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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  • [1] 国家技术监督局. 土壤水分测定法: NY/T 52-1987[S]. 北京: 中国标准出版社, 1987.
    [2] 国家气象局. 自动土壤水分观测仪: QX/T 567-2020[S]. 北京: 中国质检出版社, 2020.
    [3] SENEVIRATNE S I, CORTI T, DAVIN E L, et al. Investigating soil moisture–climate interactions in a changing climate: A review[J]. Earth Science Reviews, 2010, 99(3-4): 125-161. doi: 10.1016/j.earscirev.2010.02.004
    [4] DIPOVA N. Design and Development of Peltier Assisted Infrared Drying Based Soil Moisture Content Device[J]. Ksce Journal of Civil Engineering, 2019, 23(1): 29-36. doi: 10.1007/s12205-018-0011-0
    [5] 王海峰, 李占元, 李佳, 等. 水分计量技术研究进展[J]. 计量技术, 2020(5): 74-78.
    [6] REYNOLDS S G. The gravimetric method of soil moisture determination Part III An examination of factors influencing soil moisture variability[J]. Journal of Hydrology, 1970, 11(3): 288-300. doi: 10.1016/0022-1694(70)90068-5
    [7] SCHMUGGE T J, JACKSON T J, MCKIM H L. Survey of Methods for Soil Moisture Determination[J]. Water Resources Research, 1980, 16(6): 961-979. doi: 10.1029/WR016i006p00961
    [8] ROMANO N. Soil moisture at local scale: Measurements and simulations[J]. Journal of Hydrology, 2014, 516: 6-20. doi: 10.1016/j.jhydrol.2014.01.026
    [9] 国家环境保护部. 土壤 有机碳的测定 燃烧氧化-非分散红外法: HJ 695-2014[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2014.
    [10] TANG X, ZHAO X, BAI Y, et al. Carbon pools in China's terrestrial ecosystems: New estimates based on an intensive field survey[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018(16): 4021-4026.
    [11] 国家环境保护部. 土壤 干物质和水分的测定 重量法: HJ 613-2011[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2011.
    [12] 国家林业局. 森林土壤含水量的测定: LY/T 1213-1999[S]. 北京: 中国标准出版社, 1999.
    [13] 国家住房和建设部. 土工试验方法标准: GB/T 50123-2019[S]. 北京: 中国计划出版社, 2019.
    [14] ROBINSON D A, JONES S B, WRAITH J M, et al. A Review of Advances in Dielectric and Electrical Conductivity Measurement in Soils Using Time Domain Reflectometry[J]. Vadose Zone Journal, 2003, 2(4): 444-475. doi: 10.2136/vzj2003.4440
    [15] 国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 土壤水分(墒情)监测仪器基本技术条件: GB/T 28418-2012[S]. 北京: 中国标准出版社, 2012.
    [16] 杨胜利, 刘洪禄, 吴文勇, 等. 时域反射仪(TDR)的应用现状与发展趋势[J]. 水资源与水工程学报, 2009, 20(6): 52-56.
    [17] 谭霄, 伍靖伟, 吴谋松, 等. 盐分对改进TDR测量土壤水分的影响及模型标定[J]. 灌溉排水学报, 2014, 33(Z1): 352-355.
    [18] 章树安, 章雨乾. 土壤水分监测技术方法应用比较研究[J]. 水文, 2013, 33(2): 25-28. doi: 10.3969/j.issn.1000-0852.2013.02.006
    [19] WALKER J P, WILLGOOSE G R, KALMA J D. In situ measurement of soil moisture: a comparison of techniques[J]. Journal of Hydrology, 2004, 293: 85-99. doi: 10.1016/j.jhydrol.2004.01.008
    [20] 国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 土壤水分观测 频域反射法: GB/T 33705-2017[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.
    [21] 王黎明, 高炉东, 刘焕乾, 等. 湖南省自动土壤水分数据订正拟合方法研究[J]. 湖南农业科学, 2014(13): 23-26. doi: 10.3969/j.issn.1006-060X.2014.13.008
    [22] 李旺霞, 陈彦云. 土壤水分及其测量方法的研究进展[J]. 江苏农业科学, 2014, 42(10): 335-339. doi: 10.3969/j.issn.1002-1302.2014.10.114
    [23] 郁进元, 何岩, 赵忠福, 等. 农田土壤水分各种测量方法的比较与分析[J]. 浙江水利科技, 2007(6): 1-2,12. doi: 10.3969/j.issn.1008-701X.2007.06.001
    [24] DESILETS D, ZREDA M, FERRÉ T P A. Nature's Neutron Probe: Land Surface Hydrology at an Elusive Scale With Cosmic Rays[J]. Water Resources Research, 2010, 46(11): W11505.
    [25] 赵原, 李晓鹏, 纪景纯, 等. 宇宙射线中子法在土壤水分监测研究中的应用进展[J]. 生态与农村环境学报, 2019, 35(5): 545-553. doi: 10.19741/j.issn.1673-4831.2018.0630
    [26] 陈家宙, 陈明亮, 何圆球. 各具特色的当代土壤水分测量技术[J]. 湖北农业科学, 2001(3): 25-28. doi: 10.3969/j.issn.0439-8114.2001.03.015
    [27] 郏亚坤, 樊守乾. 瞬变电磁法测定土壤含水量[J]. 科技致富向导, 2013(24): 381.
    [28] 王晓晴, 孙孝林, 王会利. 应用伽马射线和可见近红外光谱测定土壤容重[J]. 土壤学报, 2019, 56(4): 10. doi: 10.11766/trxb201808310246
    [29] SL S U, SINGH D N, BAGHINI M S. A critical review of soil moisture measurement[J]. Measurement, 2014, 54: 92-105. doi: 10.1016/j.measurement.2014.04.007
    [30] 马春芽, 王景雷, 黄修桥. 遥感监测土壤水分研究进展[J]. 节水灌溉, 2018(5): 70-74,78. doi: 10.3969/j.issn.1007-4929.2018.05.016
    [31] LIU W T, KOGAN F N. Monitoring regional drought using the vegetation condition index[J]. International Journal of Remote Sensing, 1996, 17(14): 2761-2782. doi: 10.1080/01431169608949106
    [32] 郭英, 沈彦俊, 赵超. 主被动微波遥感在农区土壤水分监测中的应用初探[J]. 中国生态农业学报, 2011, 19(5): 1162-1167.
    [33] MERLIN O, WALKER J, KERR Y. Remote Sensing of Soil Moisture[J]. Isrn Soil Science, 2013, 2013(4539): 317-323.
    [34] 周旭辉, 王黎明, 王建波, 等. FDR自动土壤水分数据标定问题及解决方法[J]. 气象科技, 2016, 44(4): 535-541. doi: 10.3969/j.issn.1671-6345.2016.04.003
    [35] 唐修雄, 董克非, 隋一勇. 以介电常数为中心的自动土壤水分观测设备标定体系的探讨[J]. 气象水文海洋仪器, 2011, 28(4): 14-18,22. doi: 10.3969/j.issn.1006-009X.2011.04.004
    [36] 刘亮, 路炳军, 符素华, 等. 东北黑土区TDR测定农田土壤含水量的室内标定[J]. 中国水土保持科学, 2013, 11(6): 15-22.
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  • 录用日期:  2022-09-19
  • 网络出版日期:  2022-12-01

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