土壤水能量相对水平的测量。它可说明土壤水的状态和数量，观察其动态变化，为土壤管理以及水利工程控制提供必要的参数。一般情况下土壤多处于水分非饱和状态，所以主要是测定土壤基质势，有时按特殊需要亦可检测溶质势或重力势。测基质势有张力计、吸力板及压力薄膜仪等法。溶质势可按渗透压法测定：渗透压P＝RTC，式中，R为通用气体常数；T为凯氏温度K°，只要测出水溶液浓度C值，即可算出P为正值，由于渗透压与溶质势数值相等而符号相反，将正值换成负值即为溶质势。重力势与土壤本性无关，按照相对高差即可算出。饱和土壤则有压力势存在，可用压力表或从测压管中水柱高度得到。总土水势则由各水势测定值相加即是，亦可直接用水汽平衡法测定之。上述测定，均应在恒温条件下进行。在田间观察，则应尽可能在每日凌晨或傍晚进行，因此时温度变化小，以避免温差引起的误差。常用的土壤水吸力S或土壤水分基质势Ψ_m（按：Ψ_m＝—S）测定方法如下。

张力计又称负压计，由多孔陶瓷头（杯）、真空表（真空表式张力计）或U形管压力计（图1）以及连通导管构成。内部充水，无空气，成为一个封闭系统。测定原理和方法：把多孔陶瓷头埋入土中。当土壤水分未饱和时，陶瓷管周围土壤从封闭系统吸水，使之产生负压，反映在指示部件即真空表的读数（按0.1兆帕为单位）上，也可用充汞的U形管压力计来代替真空表。待达到平衡后，真空表的读数或U型管汞柱高差h的读数，即是土壤吸力：S＝13.6H_汞—H_水，S的单位为厘米水柱。式中，13.6是汞的密度与水的密度之比。土壤基质势Ψ_m与土壤基质吸力的数值相同，符号相反。这里的S是正值，而Ψ_m是负值。张力计在实用中最大吸力不能超过0.08兆帕（或0.816×10³厘米水柱），否则陶瓷头孔隙将会漏气而使负压消失。所以，张力计法的测定范围为0～0.08兆帕。由于蒸发和根系吸收等原因失水，张力计系统内水分会减少，使用中要及时补充无气水。埋设时应尽量使陶瓷头与土壤紧密接触，以避免陶瓷头与土壤之间水分交换受阻。

图1 U型汞柱式张力计

又称砂芯漏斗法。仪器由敞开于空间而被水饱和的多孔陶瓷板及其下连的悬挂水柱（玻管内）系统（或减压装置）所构成（图2）。测定原理和方法为：将已被水饱和的土样放置于陶瓷板上面，使土样中的水与下悬系统内的水相连，当系统内水在重力作用下排出时，土样中的水亦相应地下移，至土壤基质吸力与悬挂水柱重力达到平衡时为止，水分不再排出，此时的悬挂水柱之长度h，即表示该土样在该含水量时的基质吸力。人为地上下移动而变更h，即可得到不同基质吸力下的该土壤的含水量。不过，悬挂水柱装置只能用于测定0～100厘米水柱范围，如改用减压泵装置，则可达到0.08兆帕的负压力，相当于800厘米水柱下落造成的抽力，使测定范围扩大许多倍。通常，此法用于作出土壤水分特征曲线（即吸力—含水量关系曲线）的低吸力段（小于0.1兆帕）。

图2 吸力板装置

仪器由金属密封腔室（内置多孔陶瓷板或薄膜）、高压气源（空气压缩机或贮气钢瓶）及精密的调压阀、气压表等构成（图3）。测定前先将水分饱和土样放入陶瓷板（或膜片）上，严密紧闭腔室，用调压阀控制高压气源把高压空气送入室中，由气压表指示所加的气压值（以0.1兆帕为单位）。一定时间后，室中土样在高压空气作用下由陶瓷板（或薄膜）孔隙缓慢地排出其水分，当排水停止时，表示气压表所示的压力值与土样基质吸力相平衡。打开腔室，测土样含水量。由此，可得到一系列土壤基质吸力—含水量的对应值。该法测量范围为0～3兆帕，其中，0～1.5兆帕有专用陶瓷板，而1.5～3兆帕则需用特制陶瓷板并加醋酸纤维薄膜。此法可用于测定中、低吸力段的土壤水分特征曲线。由于土壤吸力—含水量关系受干湿历史的影响而有滞后作用，土壤水分特征曲线测定应以从水分饱和时开始而由湿到干的那条脱水曲线为准。

图3 压力膜仪（示意图）

仪器由一对热电偶金属丝安置在多孔陶瓷杯空间内（冷接点），另一端（热点）则埋入瓷杯封口处绝缘介质中，由热电偶连接点引线连接测定仪表所构成（图4）。此法的工作原理是：瓷杯探头埋入土中以后，土壤水气压与杯内冷接点周围水汽压达到平衡，当对热电偶施加一定电位后，冷接点会冷却至露点以下，可凝结出小水滴，实际上就是一个湿球温度计。冷却停止，随着小水滴不断蒸发，冷接点保持一个几乎恒定的湿球温度，直到干燥后才与周围土温相平衡。当湿球蒸发时，它与作为干球接合点（埋在绝缘体内）温差便会产生一定电位差，其数值高低显示土壤水势的高低。实际测得的是平衡时相对水汽压，它与土壤水势的关系如下式：Ψ＝-RTln（P/P₀）。式中，P是土壤空气平衡水汽压，P₀是相同温度下的空气饱和水汽压。R是通用气体数，T是凯氏温度。该法测得的土水势，实际是土壤基质势与溶质势之和，而且是在重力势差很小而周围温度与气压变化很小的条件下取得的。在相对水汽压不低于0.96（P/P₀）的湿土范围内，此仪器使用有效。

图4 热电偶湿度计（横断面）