水资源是民生之本，关系到子孙后代和国民经济发展水平。节约用水、高效用水乃众望所归，势在必行。这就需要一种输出稳定、成本低、适用于大多数土壤类型的测量，以及在生产实践中便于推广应用的土壤水分测试仪的问世。

1.2  各种土壤水分测量方法总览

从上世纪初至今，对土壤水分测量技术的探索从未间断过，各种测量技术也层出不穷。约有数十种方法得到提出，如烘干法、中子仪法、张力计法、电阻法、电容法、干湿计法、射线法、声学法、遥感法、时域反射法(TDR)、频域反射法(FDR)、驻波法(SWR)等等。它们在各自所处的年代都凸显出了独一无二的魅力，但缺点尤存。

1.2.1 烘干法

烘干法是国际公认的经典测量法。其具体步骤为:称取质量为 的土样并置于105℃的烘箱中烘干至恒重，然后放在干燥器中冷却至室温再称得其质量为 。土壤质量含水量计算公式为:

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烘干法简便、直观、精度高。但费时、费力；取样时会破坏土壤，而且深层取样也比较困难；无法定点连续测量，给测量带来诸多不便。

1.2.2 张力计法

张力计法是一种应用相对广泛的土壤水分测量法。它的输入参数为土壤基质势(土壤水吸力)，输出参数为土壤含水率[15]。张力计由一个可插在土壤中的多孔瓷头，一根充水的管子和一个负电压表所组成[19]。张力计法结构原理简单、设备低廉；可以在线定点连续测量；对土壤空间变异的影响不大。但测量反应慢；由于土壤水分能量关系比较复杂，所以在推求土壤含水量时会产生较大的误差；量程窄，土壤基质势不能大于 [19]；费用昂贵，需要长期养护，从而限制了它的进一步发展。

1.2.3 中子仪法

中子仪是由探管和定标器两部分组成[19]。探管内有一个高能量的中子源，当发射到土壤中后，就会与土壤中的氢原子核碰撞，导致能量极剧衰减。由标定器检测到的这些中子转化得到土壤含水量[19]。中子仪法不破坏土壤结构，测量结果准确快捷；可长期定点连续测量且没有滞后反应。但不能实现长期大面积动态测量；土壤有机质中的氢会影响土壤含水量的测定；仪表价格昂贵，射线易泄漏，曾被禁止使用。

1.2.4 红外法

红外法是利用土壤的水谐振吸收特性来测量土壤含水率的[19]。当红外线穿过土壤时，能量会衰减，而衰减量是土壤含水率的含数。红外法测量简单、快速、不破坏土壤结构；能长期定位连续测量；但仅能测量表层土壤含水量；受土壤表面粗糙度的影响较大。

1.2.5 电阻法

电阻法是一种较为久远的方法。电阻是由多孔渗水介质制成的，电阻的大小与土壤含水率相关[19]。当把嵌有电极的电阻放入土壤后，待电阻块中的水势和土壤水势相平横时，测量电阻块的电阻，从而求出土壤水势。电阻法成本低，可在线实时测量；但测量范围窄，有滞后反应；电阻比较容易腐蚀；只适用于非盐碱地区。

1.2.6 时域反射法（TDR）

时域反射法是国际上技术最为先进的水分测量法。它是根据电磁波在介质中的传播速度计算出土壤介电常数[16]，从而换算出土壤容积含水率。该方法操作简单、测量快速准确、可长期定点测量，且受土壤盐碱度影响小；但电路复杂，设备昂贵，难以测量表层土壤含水量。

1.2.7 频域反射法（FDR）

频域反射法的测量原理和TDR类似。利用失量电压测量技术[1]，在理想测试频率下将土壤介电常数分解为实部和虚部，由实部换算出土壤含水率。FDR具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点；但技术难度大，精度不及TDR；受土质影响较大。