当我们以一定剂量的热中子辐射到这个土壤里面，经过一段时间以后这个慢中子的比例就能够反映土壤里面氢原子的数量。而氢原子的数量进一步反映了土壤里面水分子的数量，从而反映出水的体积含水量。我们通过测量慢中子与快中子的比例，然后根据一定的标准公式就可以计算出土壤里面的含水量，它所计算出的含水量是水的体积含水量。这种方法与烘干法相比精度比较高，最重要的是它速度很快，它可以在很短时间内测量出土壤的含水量，并且不需要破坏原来的土壤，不需要对土壤造成破坏。测量的体积比较大，可以反映一定范围内的土壤含水量。 比如说在一个相对比较大的区域里面，用中子法所测量出来的土壤含水量反映的是一个平均值，比这个烘干法来说更具有代表性，中子法主要的是进行田间的校准，也就是说它是一种间接的方法，它所测量的结果不能直接反应土壤含水量，必须经过校准以后才可以得到比较准确的结果。它的空间分辨率比较低，所谓的空间分辨率比较低就是说中子在土壤里面辐射的时候总是辐射到一定的范围，它所测量的结果反应的是这个区域里面所有土壤的平均含水量。如果我们要用中子仪法测量一块很小体积的土壤含水量是得不到准确结果的。因为对于一块很小体积的土壤的话我们使用这个中子法，快中子辐射到这个土壤里面有大量的中子会溢出，所以它给出的结果误差比较大。 也就是说空间分辨率比较低，只能是测量比较大范围的土壤含水量，不能测量相对比较小的范围土壤含水量。同样的测量表层土壤的时候误差比较大，因为我们测量表层土壤的时候也会有大量的中子从土壤表面溢出，溢出到空气里面因此造成这种结果不准。所存在最大的问题是存在潜在的辐射危害，中子对人体造成伤害，所以在很多国家现在已经禁止使用中子仪法测量土壤含水量。 第三种是时域反射仪法，时域反射仪是一种介电方法，我们后面讲的测量方法都是介电的测量方法。比如说将土壤的含水量转化成一种的电量进行测量，使用的介电测量方法有共同的特点，这个特点就是通过测量土壤的介电常数，用来通过土壤的介电常数测量土壤里面的水分含量。 通常来说对于一种理想化的土壤，我们可以认为它里面的成分主要有三种，一种是干土，水和空气，对于均匀的土壤我们可以认为这三种物质的混合物。那么，对于混合物所表现出介电常数，等效介电常数可以由一个公式给出。也就是对于某一个混合物的表观介电常数，混合物里面所有混合成分的介电常数与它体积含量的乘积之和。也就是说对于混合物里面所有的成分，将他们相对介电常数乘以他们的体积含量以后求和就得到了是混合物的表观介电常数。 我们知道在土壤里面三种物质，干土、水和空气，他们介电常数差异比较大，水的介电常数大概是在80左右，空气的介电常数是1，而干土的介电常数大约是2到5之间，可以看到水的介电常数远远大于其他两种介电常数，因此湿土的比较关键常数很大程度上取决于土壤里面的水分的含量。所以这是所有介电法的基础，通过测量表观介电常数，测量土壤的表观介电常数根据这个表观的介电常数反映出土壤里面的水分含量。其中时域反射仪是根据电磁波在介质中传播的速度，与介质的介电特性有关。 电磁波在介质里面传播的速度与介质的相对介电常数平方根成反比，因此通过测量电磁波在土壤介质里面传播的速度来确定土壤的介电常数。实际上当电磁波传播距离一定的时候对这个电磁波传播速度的测量转换成对电磁波传播时间的测量。所以这是时域反射仪法名称的由来。根据测量电磁波的速度来计算出土壤的混合介电常数。进一步根据混合介电常数公式计算出土壤里面水分的含量。 时域反射仪法，TDR目前是土壤水分测量方法里面普遍被接受并且应用最广的测量方法。它有很多优点，测量精度高，响应速度快，测量方法宽，一般不需要进行标定。也就是说它所测量的结果和土壤的体积含水量具有很确定的关系。因为它是一种电解的方法，所以仪器操作比较简单，在野外和室内都可以使用。可以做成手持式的仪器进行田间的测量也可以通过导线进行远距离的多点自动检测，不仅可以测量一个点的土壤含水量，还可以通过导线连接测量大的范围里面多个点的含水量。因为它不需要对这个土壤进行破坏，所以也可以进行长期连续的观测。 还有时域传输法，工作原理与时域反射仪是相似的，不同的是时域反射法的探头末端是开路的，而时域传输法探头是封闭的回路结构。时域反射法的结构大概是这样，上面是导线，下面探头是两根探针，接到仪器的地线，电磁波沿导线传播，传播到探头上面，因为这个探头末端是开路的，因此与主探头不匹配，高频信号反射回去。反射回去以后被仪器所记录，我们通过测量信号源的探针来回传播的时间，用探针的长度除以传播的时间就可以得到电磁波所传播的速度，根据这个电磁波在探针里面的传播速度计算土壤的介电常数。 而这个时域传输法探头结构是这样的，也是探头上面连一个电脑，

　　它基本上可以不需要外部的仪器，所以它的使用比较灵活。缺点就是精度不如TDR，并且一般它的工作频率就是信号的频率一般比较低，在一百兆赫兹比较低，受土壤类型影响比较大。比如说沙土，矿物质土或者是黏土，不同的土壤类型测算出来的结果可能会有差别。我们特别关注的是介电层方法，最重要一种是时域反射仪法，它的原理是这样的，有一个信号源，这个信号源可以发出脉冲信号，脉冲信号沿着这个传输线传播，传播到负载，由于负载的阻抗与传输线的阻抗不一致，就会在传输线和负载连接点产生反射信号。这个反射信号会与原来的脉冲信号进行叠加，叠加以后形成一个新的信号，我们使用高速的示波器将信号的变化过程给它记录下来，从示波器所给出信号个体上面就可以分析出负载的特性，比如说我们看一下有这样几种情况。 一种就是负载开路，负载无穷大的时候开路，这个信号源产生的信号是这样的信号，上升源会沿着传输线传播，传播以后到达连接点以后会产生反射，这个信号会完全的反射回来，同样幅度的信号反射回来以后叠加原信号上面就产生了这样的阶梯信号。这个过程会被高速示波器记录下来，我们可以分析出这么几点。 第一个从信号源上升源到反射信号的上升源之间有一个时间差，这个时间差反应的是信号在传输线上面传播的时间，我们根据这个时间以及信号传播的速度，可以计算出这个接触点离我们信号源的距离。 另外一个从反射信号的幅度上面看比上原来入射信号的幅度就称为反射率，反射信号的幅度比上入射信号的幅度就是反射率，而反射率与负载阻抗与传输线的阻抗有关，根据反射率就可以分析出负载的阻抗大小。 第二种情况是负载短路，也就是说ZL等于零，那反射信号的反射率是1，从这个公式里面计算出反射率是1，反射信号完全反射回来但是相位与这个入射信号相反，所以反射信号叠加以后整个信号变为零。