土壤墒情监测作为精准节水灌溉技术的重要组成部分，其对农田灌溉的高效利用，实现农业节水起到决定性作用。当前关于土壤墒情监测的研究多是针对未冻结土壤，而针对冻结土壤的墒情监测鲜有报道。究其原因，主要是在农田环境下可靠、准确、便捷、实时的观测冻土变量（冰、液态水含量、冻结深度）的技术相对落后。为此，本文深入了解土壤介电理论的前提下，结合创新性的测量方法与试验，设计完成了一种土壤剖面非接触式传感器，并提出了两种土壤剖面水分测量方法与一种田间土壤含冰量预估方法。因此有效的克服了冻结土壤胶结作用与土壤成分的变化对冬季冻结土壤墒情监测的困难，为土壤墒情的全季候性监测提供了理论与试验依据。本文主要研究内容与结论包括:　　1.深入研究各种土壤水分测量技术的基础上，根据电磁场中边缘场效应作用原理，设计了一种适用于非接触式测量的环形探头结构。进一步利用网络矢量分析仪与HFSS软件对探头的阻抗与电场分布进行分析，所得结果为非接触式土壤剖面水分传感器的设计提供了理论基础。　　2.研究并试制了基于频域测量原理的土壤剖面水分传感器，并在实验室环境下对传感器的相关性能进行了试验研究与分析。　　3.结合土壤墒情的检测要求，提出了两种土壤剖面水分测量方法。其中一种称为“多层土壤剖面水分信息获取方法”，另一种为“基于线性尺度扩展的土壤剖面水分检测方法”。　　4.依据土壤冻融与干湿过程介电等价原理，探讨了本文设计的检测系统在冻土液态水含量测量的可行性。为了检验系统在冻土测量中的可靠性，通过室内试验建立了试验土壤的冻结模型，并对模型进行了验证。　　5.为了满足冻土含冰量的实时估算，本文创新性的提出了一种田间土壤含冰量的估算方法与冻结程度指数的概念，为冻土墒情的实时监测提供强有力理论支撑。　　6.通过在北京小汤山地区和河北平泉地区土壤冻融循环的采集与分析，为解析平泉与小汤山试验地区土壤的冻融规律提供了较好的数据支撑。