科技名詞定義

中文名稱：

土壤含水量

英文名稱：

soil water content

定義1：

存在于土壤孔隙和束縛在土壤固體顆粒表面的液態(tài)水量。

所屬學(xué)科：

大氣科學(xué)(**學(xué)科) ；應(yīng)用氣象學(xué)(二級學(xué)科)

定義2：

包氣帶土壤的含水量。包括存在于土壤孔隙中的水氣。

所屬學(xué)科：

地理學(xué)(**學(xué)科) ；水文學(xué)(二級學(xué)科)

定義3：

在105℃下將土壤烘干至恒重時失去的水量。以單位質(zhì)量干土中水的質(zhì)量或單位土壤總?cè)莘e中水的容積表示。

所屬學(xué)科：

生態(tài)學(xué)(**學(xué)科) ；農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)(二級學(xué)科)

定義4：

105℃烘干至恒重時失去的水量。以單位質(zhì)量干土中水的質(zhì)量或單位土壤總?cè)?積中水的容積表示。

所屬學(xué)科：

土壤學(xué)(**學(xué)科) ；土壤物理(二級學(xué)科)

定義5：

存在于土壤孔隙和束縛在土壤固體顆粒表面的液態(tài)水量。

所屬學(xué)科：

資源科技(**學(xué)科) ；氣候資源學(xué)(二級學(xué)科)

百科名片

土壤含水量 (water content ofsoil)是土壤中所含水分的數(shù)量。一般是指土壤**含水量，即100g烘干土中含有若干克水分，也稱土壤含水率。土壤含水率是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一重要參數(shù)，其主要方法有稱重法，張力計法，電阻法，中子法，r-射線法，駐波比法，時域反射擊法及光學(xué)法等。土壤中水分含量稱之為土壤含水率（SoilMoistureContent），是由土壤三相體（固相骨架、水或水溶液、空氣）中水分所占的相對比例表示的，通常采用重量含水率（θg）和體積含水率（θv）兩種表示方法。

體積含水率與重量含水率

　　重量含水率是指土壤中水分的重量與相應(yīng)固相物質(zhì)重量的比值，體積含水率是指土壤中水分占有的體積和土壤總體積的比值。體積含水率與重量含水率兩都之間可以換算。

 

  土壤含水量測量方法

( 1 )稱重法(Gravimetric)

　　也稱烘干法，這是**可以直接測量土壤水分方法，也是目前國際上的標(biāo)準(zhǔn)方法。用土鉆采取土樣，用0.1g 精度的天平稱取土樣的重量，記作土樣的濕重 M，在 105℃的烘箱內(nèi)將土 樣 烘 6~8 小 時 至 恒 重 ， 然 后 測定 烘 干 土 樣 ， 記 作 土 樣 的 干 重 Ms

 

　　土壤含水量=（烘干前鋁盒及土樣質(zhì)量-烘干后鋁盒及土樣質(zhì)量）/（烘干后鋁盒及土樣質(zhì)量-烘干空鋁盒質(zhì)量）*100%

( 2 )張力計法(Tensiometer)

　　也稱負(fù)壓計法，它測量的是土壤水吸力測量原理如下：當(dāng)陶土頭插入被測土壤后，管內(nèi)自由水通過多孔陶土壁與土壤水接觸，經(jīng)過交換后達(dá)到水勢平衡，此時，從張力計讀到的數(shù)值就是土壤水（陶土頭處）的吸力值，也即為忽略重力勢后的基質(zhì)勢的值，然后根據(jù)土壤含水率與基質(zhì)勢之間的關(guān)系（土壤水特征曲線）就可以確定出土壤的含水率

( 3 ) 電阻法(Electricalresistance)

　　多孔介質(zhì)的導(dǎo)電能力是同它的含水量以及介電常數(shù)有關(guān)的，如果忽略含鹽的影響，水分含量和其電阻間是有確定關(guān)系的電阻法是將兩個電極埋入土壤中，然后測出兩個電極之間的電阻。但是在這種情況下，電極與土壤的接觸電阻有可能比土壤的電阻大得多。因此采用將電極嵌入多孔滲水介質(zhì)（石膏、尼龍、玻璃纖維等）中形成電阻塊以解決這個問題

( 4 ) 中子法(Neutronscattering)

　　中子法就是用中子儀測定土壤含水率中子儀的組成主要包括：一個快中子源，一個慢中子檢測器，監(jiān)測土壤散射的慢中子通量的計數(shù)器及屏蔽匣，測試用硬管等?？熘凶釉丛谕寥乐胁粩嗟胤派涑龃┩噶軓?qiáng)的快中子，當(dāng)它和氫原子核碰撞時，損失能量*大，轉(zhuǎn)化為慢中子（熱中子），熱中子在介質(zhì)中擴(kuò)散的同時被介質(zhì)吸收，所以在探頭周圍，很快的形成了持常密度的慢中子云

( 5 ) r-射線法(Gamma-rayattenuation)

　　γ-射線法的基本原理是放射性同位素（現(xiàn)常用的是137Cs，241Am）發(fā)射的γ-射線法穿透土壤時，其衰減度隨土壤濕容重的增大而提高。

( 6 ) 駐波比法(Standing wave ratio)

　　自從 Topp等人在 1980年提出了土壤含水率與土壤介電常數(shù)之間存在著確定性的單值多項式關(guān)系，從而為土壤水分測量的研究開辟了一種新的研究方向，即通過測量土壤的介電常數(shù)來求得土壤含水率從電磁學(xué)的角度來看，所有的絕緣體都有可以看著是電介質(zhì)，而對于土壤來說，則是于土壤固相物質(zhì)、水和空氣三種電介質(zhì)組成的混合物。在常溫狀態(tài)下，水的介電常數(shù)約為80，土壤固相物質(zhì)的介電常數(shù)約為 3~5，空氣的介電常數(shù)為 1，可以看出，影響土壤介電常數(shù)主要是含水率。Roth等提出了利用土、水和空氣三相物質(zhì)的空間分配比例來計算土壤介電常數(shù)，并經(jīng) Gardner等改進(jìn)后，為采用介電方法測量土壤水分含量提供了進(jìn)一步的理論依據(jù)，并利用這些原理進(jìn)行土壤含水率的測量。

( 7 )光學(xué)測量法(Optical)

　　光學(xué)測量法是一種非接觸式的測量土壤含水率方法。光的反射、透射、偏振也與土壤含水率相關(guān)。先求出土壤的介電常數(shù)，從而進(jìn)一步推導(dǎo)出土壤含水率。

(8)時域反射法

　　時域反射法(Timedomainreflectrometry,TDR)也是一種通過測量土壤介電常數(shù)來獲得土含水率的一種方法。TDR的原理是電磁波沿非磁性介質(zhì)中的傳輸導(dǎo)線的傳輸速度V= c /ε ，而對于已知長度為 L 的傳輸線，又有 V = L / t ，于是可得ε = (ct / L)2，其中 c 為光在真空中的傳播速度， ε 為非磁性介質(zhì)的介電常數(shù)， t為電磁波在導(dǎo)線中的傳輸時間。而電磁波在傳輸?shù)綄?dǎo)線終點(diǎn)時，又有一部分電磁波沿導(dǎo)線反射回來，這樣入射與反射形成了一個時間差 T。因此通過測量電磁波在埋入土壤中的導(dǎo)線的入射反射時間差 T 就可以求出土壤的介電常數(shù)，進(jìn)而求出土壤的含水率。

土壤含水量的測量方法比較與總結(jié)

　　( 1 )稱重法具有各種操作不便等缺點(diǎn)，但作為直接測量土壤水分含量的**方法，在測量精度上具有其它方法不可比擬的優(yōu)勢，因此它作為一種實(shí)驗(yàn)室測量方法并用于其它方法的標(biāo)定將長期存在。

 

　　( 2 )張力計法由于其測量的直接對象為土壤基質(zhì)勢，因此在更大程度和其它土壤水分測量方法相結(jié)合用于測定土壤水分特征曲線。

 

　　( 3 )電阻法由于標(biāo)定復(fù)雜，并且隨著時間的推移，其標(biāo)定結(jié)果將很快失效，而且由于測量范圍有限，精度不高等一系列原因，已經(jīng)基本上被淘汰。

 

　　( 4 ) 基于輻射原理的中子法和γ-射線法雖然有著高精度，快速度等優(yōu)點(diǎn)，但是由于它們共同存在著對人體健康造成危害的致命缺陷，近年來已經(jīng)在發(fā)達(dá)國家遭到棄用，在國內(nèi)也僅有少量用于實(shí)驗(yàn)研究。

 

　　( 5 ) 基于測量土壤介電常數(shù)的各種方法是近 20年來新發(fā)展起來的一種測量方法，在測量的實(shí)時性與精度上都比其它測量方法更具優(yōu)勢，而且在使用操作更加方便靈活，可適用于不同用途的土壤水分測量。是目前國內(nèi)外廣泛使用的一種土壤水分測量方法。

 

　　( 6 )光學(xué)測量法雖然具有非接觸的優(yōu)點(diǎn)，但由于受土壤變異性影響，誤差大，適應(yīng)性不強(qiáng)，其研究與開發(fā)的前景并不樂觀

 

　　( 7 )TDR其優(yōu)點(diǎn)是測量速度快，操作簡便，**度高，能過到0.5%，可連續(xù)測量，既可測量土壤表層水分，也可用于測量剖面水分既可用于手持式的時實(shí)測量，也可用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)自動監(jiān)測，測量數(shù)據(jù)易于處理。