地面测量方法

1.烘干称重法

烘干称重法是目前国际上最准确的测量方法。该方法的基本测量步哪是：用标准铝盒或上钻采取土样，用0.1g测量精度的天平称取土样重量，记作土样湿重。在105℃的烘箱内，将土样进行烘干6-8h至恒重，测定烘干土样，记作土样干重。可以计算获得土壤水分重量，运用简单的计算公式，即可获得土壤的重量含水量。重量含水量乘以土壤容重，即为土壤水分的体积含水量。

称重法不便于田间野外操作，但作为直接测量土壤水分含量的唯一方法，测量精度最为准确，因此常作为基准方法，用于标定其他测量方法。

2.张力计法

张力计法也称负压计法，它通过测量土壤水吸力，进而计算土壤含水量。张力计的基本测量原理是：当张力计的陶土头插入被测土壤后，张力计内的自由水通过多孔陶土壁，与土壤水接触，经过交换后达到水势平衡。此时，从张力计的读数就是位于陶土头处土壤水的吸力值，即忽略重力势后的基质势值。根据土壤水特征曲线（含水率与基质势之间的关系），就可以确定土壤含水率。

张力计受土壤空间变异性的影响较小，在土壤比较湿润的情况下，可以精确地测量土壤基质势，通常用于灌溉和水分胁迫的监测。其缺点是反应时间较慢，需要经过较长时间平衡后，方能读数；此外，张力计的测量范围通常限于水分饱和至70-80kPa吸力之间，不适于测量干燥土壤的水分含量。由于张力计法测量的直接对象为土壤基质势，因此可与土壤水分测量的其他方法相结合，用于测定土壤的水分特征曲线。

3.中子水分仪法

中子水分仪法是利用中子仪测定土壤含水率的一种方法。中子水分仪主要包括：一个快中子源，一个慢中子检测器，一个监测土壤散射的慢中子通量的计数器及屏蔽匣及一个测试用硬管等。中子水分仪的基本测量原理是：快中子源在土壤中不断地放射出穿透力很强的快中子，当它和氢原子核碰撞后，损失能量最大，转化为慢中子（热中子），热中子在介质中扩散的同时被介质吸收，因此会在中子水分仪探头周围，很快形成慢中子云，在数量上与土壤含水率之间存在一定关系。利用烘干称重法，可建立中子水分仪读数与土壤含水率之间的数量关系，然后可使用中子水分仪来测量田间土壤水分含量。

中子水分仪法的测量结果非常准确，是烘干称重法之外的最为准确的测量方法，仪器自身的计数涨落小于1%；与烘干称重法相比，其最大偏差为8%左右。中子水分仪法操作简单容易，测量速度也较快；但它需要进行田间标定或校准，此外这种仪器存在潜在的辐射危害，操作者须经培训并持有操作许可证，因而影响其使用范围。

4.时域反射仪法

时域反射法是一种通过测量土壤的介电常数，来获得土壤含水率的一种方法。TDR的基本测量原理是：电磁波在非磁性介质中沿导线的传输速度为V=c/ε，对于长度为L的传输线有V=Lt，故可得ε=（ct/L）2。其中，c为光在真空中的传播速度（m/s），ε为非磁性介质的介电常数，1为电磁波在导线中的传输时间（s）。在电磁波传输到导线终点时，会有一部分电磁波沿导线反射回来，这样在入射与反射电磁波间就会存在时间差。通过测量电磁波在埋入土壤中导线的入射和反射时间差，就可以求出土壤的介电常数。利用土壤介电常数与土壤含水率之间的关系，即可得到土壤的含水率。

TDR 法的优点是测量速度快、操作简便、精确度高，能达到0.5%；可连续测量，既可测量土壤表层水分，也可用于测量土壤剖面的水分；既可用于手持式实时测量，也可用于远距离多点自动监测，测量数据易于处理。

5.地面观测网络

为获取高精度的土壤水分产品，不少国家和地区建立了大量的地面观测站点。对于全球尺度而言，这些站点依然有限。各站点之间缺乏标准化的技术和协议，导致不同数据之间难以集成利用，造成大量数据冗余浪费。针对这些情况，在多个国家的科学家共同倡议下，建立了国际土壤水分观测网（International Soil Moisture Network，ISMN），负责收集、整理与发放可用的全球土壤水分站点观测数据。2012年10月，ISMN已包括来自35个其他观测网的6100多个传感器观测数据。其他较有名的地面观测网如美国南大平原（Southern Great Plains，SGP）观测网及国际通量观测研究网络（FLUXNET）。其中SGP观测网是大气辐射观测（Atmospheric RadiationMeasuremen，ARM）计划首个地面观测站点，于1992年建立，在1.43×105km2面积上布设了30个观测点。FLUXNET包含来自超过400个站点数据。上述地面观测网络扩展了全球尺度的陆地生态通量观测研究网络的涵盖区域。