降水年型对黑土区土壤水分动态变化的影响

利用长期定位试验,研究了黑土区不同降水年型下荒地、裸地和农田土壤水分的变化特征.结果表明,降水年型能够影响不同植被类型下土壤水分的季节性动态变化和垂直变化.丰水年不同植被类型土壤含水量均呈"v"型曲线变化,最低值出现在7月份,观测期内裸地较高;平水年呈"W"型曲线变化,分别在6月份和8月份出现两个低值,不同植被类型表现为裸地>荒地>农田;枯水年除裸地在观测后期土壤含水量略有增加外,荒地和农田均持续下降.降水年型对土壤水分变异系数的影响表现为枯水年>平水年>丰水年.其中荒地土壤水分变化最为剧烈,表现在枯水年出现了速变层,而在丰水分内次活跃层也较农田向土壤深层延伸,其次为农田和裸地.     

新型FDR土壤水盐一体传感器标定研究与应用

运用新型频域反射(FDR)技术和分频技术,实现传感器水盐同时测量。因土壤质地、容重等差异,土壤水盐标定是利用FDR监测土壤水盐过程中的必要环节。以东北壤土为试验对象,利用"由湿到干,由小到大"的土壤水盐运动规律,通过土柱试验,用烘干法和土壤溶液电导率法对FDR进行室内标定研究。同时,将时域反射(TDR)式水盐传感器作为对照系,进行稳定性、精准度比较。结果表明:1)经土壤水分标定曲线校正后,FDR式水盐一体传感器具有很高的测量精度,可达±1%~3%;2)在土壤里对同一水盐含量进行百次重复测定,TDR传感器水分平均值为20.07%,相对标准偏差为0.18%;盐分(电导率)平均值为0.29 m S/cm,相对标准偏差为11.06%;新型FDR传感器水分平均值为20.08%,相对标准差为0.21%;盐分(电导率)平均值为0.31m S/cm,相对标准差为8.49%。新型FDR土壤水盐一体传感器可用于农田土壤连续水盐监测,提供稳定、精确的基础数据,结合数据分析软件,指导种植生产。     

黄土高原土壤水分的自动监测——TDR系统及其应用

TDR(Time Domain Reflectory)——时域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪器 ,这是一种利用电磁脉冲方法 ,根据电磁波在介质中传播速度来测试介质的介电常数从而测定土壤水分的仪器。本文介绍了一套 TDR系统的组成和测量方法 ,并对测量结果进行了室内和野外校正 ,结果表明 ,野外校正比较符合实际情况 ,可以作为黄土高原地区进行 TDR校正的参考。由于具有快速、准确等优点 ,能自动、连续地监测土壤含水量 ,TDR是一种值得推广的土壤水分测定仪器     

鄂东南花岗岩崩岗崩壁土壤水分特征研究

针对鄂东南地区崩岗崩壁不同层次的土壤水分特征进行研究,旨在区分各层次土壤水分与崩岗侵蚀的联系。结果表明,崩壁不同层次的土壤性质存在差异,同时土壤水分特征曲线有一定的变化规律,表土层和红土层持水能力强于斑纹层和碎屑层,土壤水分特征曲线用Gardner模型拟合有较好效果。利用TDR对崩壁水分含量进行测定发现,表土层的含水量从上到下呈现逐渐增大的趋势,红土层至碎屑层含水量逐渐变小。崩壁纵剖面由里到外逐渐减小,且表层土壤水平方向上的土壤含水量变化量要大于剖面底层。     

TDR在红壤和水稻土含水量测定中Ks值的标定及验证

时域反射仪(TDR)测定土壤水分具有自动、连续和原位监测等优点。根据TDR基本工作原理,标定曲线θv=(K1/2-K1/2w-1)中Ks取值直接关系到θv值测定的准确性,而KS值又与土壤性质(主要考虑质地)S)/(K1/2相关。因此,尽管TDR生产厂家一般均设定缺省Ks值,但为保证测定值的准确性,使用者仍需针对不同土壤类型进行标定和校正。我国南方红壤和水稻土质地粘重,土壤介电常数与砂性土壤和北方潮土等不尽相同,对MP-917型TDR用于测定该地区土壤含水量之基础参数Ks值进行标定,并用PVC土柱结合经典称重法加以验证。结果显示,用标定KS值,测红壤含水量的平均标准差(样本值相对真实值)为0.00484cm3/cm3,水稻土平均标准差为0.00468cm3/cm3,表明Ks标定值较合理。建议一般红壤的Ks=2.92,一般水稻土的Ks=2.90。     

TDR系统在紫色土坡耕地径流小区土壤水分自动监测中的应用

介绍了TRASE-TDR系统的原理及其在紫色土薄层坡地小区连续自动监测中的应用。试验采集波导管附近土样进行烘干法测定,验证TDR测定结果,并选择一场典型降雨进行紫色土坡耕地土壤水分动态分析。结果表明:TDR所测的结果与烘干法测定的土壤体积含水量之间呈很好的线性相关关系;坡下表层(15 cm处)土壤体积含水量低于坡上、坡中土壤体积含水量,坡下亚表层(25 cm)土壤含水量高于坡上和坡中,其分布差异与土壤容重有一定相关性。     

黑土区不同土地利用方式土壤水分动态变化特征研究

在中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站.应用田间定位试验研究了玉米地、休闲地、苜蓿地和裸地4种不同土地利用方式下农田黑土水分动态变化特征.结果表明:土壤剖面0-190 cm水分含量随深度的增加呈先增加后减小的趋势,不同土地利用方式下农田黑土表层0-30 cm的土壤含水量差异较明显,总体表现为裸地相对较高,其次为休闲地、苜蓿地和玉米地;研究时段内土壤水分的动态变化具有明显的季节性,一般可以划分为水分相对稳定期、水分消耗期和水分补给期3个时期;根据变异系数将土壤水分的垂直变化划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层,变异系数随土层深度的增加而减小.     

金沙江干热河谷人工林土壤水分研究

以金沙江干热河谷6种人工林为例,采用TRIME-PICO-IPH TDR测定雨季(6-10月)土壤水分,每个样地设3个重复,分析不同人工林内的土壤水分变化特征。罗望子纯林土壤含水量稳定,变异系数小,且含水量较其他人工林高。随着深度的增加,不同人工林之间的土壤含水量差异逐渐变小。根据土壤对降雨的蓄积、利用情况,将0-100cm的土壤剖面分为水分剧烈变化层、弱利用层,草本植物水分利用层、土壤水分微调节层。     

灰色关联及非线性规划法构建传递函数估算黑土水力参数

土壤水分特征曲线和饱和导水率是重要的水力参数,为了简便准确获取这些参数,以松嫩平原黑土区南部为研究区域,采集136个采样点土样用于测定不同土层土壤水分特征曲线、饱和导水率以及土壤理化性质,并运用灰色关联分析确定影响土壤水力参数的主要土壤理化性质,采用非线性规划构建土壤分形维数、有机质、干容重、土壤颗粒组成与土壤水分特征曲线、饱和导水率之间的土壤传递函数,并通过与现有土壤传递函数对比分析进行精度验证。结果表明:1)土壤分形维数是估算土壤水分特征曲线模型参数和饱和导水率的主要参数之一,同时,干容重和有机质含量也在不同土层土壤传递函数中起到重要的作用;2)通过验证分析,不同土层各参数平均绝对误差接近于0,均方根误差值也都较小,其中在不同土层土壤传递函数估算的土壤含水率均方根误差分别为0.022、0.017cm~3/cm~3;3)对比分析其他已存的土壤水分特征曲线和饱和导水率的土壤传递函数,该文构建的土壤传递函数均方根误差值均较小,决定系数值都在0.66以上,表明估算精度较高,均好于其他方法估算精度,具有良好的区域适应性。综上,所构建的土壤水分特征曲线和饱和导水率土壤传递函数可以用于松嫩平原黑土区土壤水力参数估算。     

半干旱沙地3种土壤水分测定方法对比研究

土壤水分是影响干旱、半干旱地区植物生长和发育的重要因素。分别采用烘干法、TDR法(时域反射计)和EC-5法这3种方法对毛乌素沙地土壤水分进行了观测。结果表明,3种方法测得的各层土壤含水率之间均无显著差异;3种方法测得结果彼此间相关性显著;EC-5在观测低含水率土壤水分中具有与烘干法和TDR法相当的效果。EC-5土壤水分传感器在组建自动化、网络化土壤监测系统中具有优势。     

基于频域法的便携式无线土壤水分测量装置设计与试验

针对农田土壤水分测量的实际需要,研制了一种便携式无线土壤水分测量装置。该装置结构一体化设计采用"T"型结构,将土壤水分传感器和信息采集与发送单元融合,可在0~300 mm的不同深度下测量土壤水分,并采用蓝牙传输技术,将测量数据实时发送给Android手机,手机可通过App软件对数据进行分析处理,实现了农田数据的大容量存储和智能化处理。在实验室环境下,使用砂土和壤土2种土样对测量装置进行了标定试验,土壤容积含水率与传感器输出电压服从二次曲线关系,决定系数均达到0.99以上;将测量装置与波兰Easy Test TDR土壤测试仪进行对比试验,二者测量结果呈线性相关关系,决定系数为0.987。试验结果表明该装置可准确测量土壤水分含量。     

Zum Einsatz von TRIME-TDR zur Messung der Bodenfeuchte auf leichten Sandböden

Using TRIME-TDR for the determination of soil water dynamics on sandy soils In this study the suitability of the TRIME-TDR system for the determination of soil water content was analysed. For this purpose a period of three years with continuous data of soil water contents, measured by TRIME-TDR, and soil water suction measured by tensiometer were available. Additionally soil samples at different times were taken for gravimetric moisture analysis. The determinations of soil moisture with the TRIME-TDR is based on a new measuring technique. The soil water contents measured by TRIME-TDR were analysed by comparison with corresponding soil moisture values from gravimetric measurements of soil samples. The soil water contents determined by TRIME-TDR in comparison with gravimetric soil moisture values show an absolute mean error of 7.9 Vol%. In most cases the soil water contents measured by TRIME-TDR were distinctly higher than the corresponding soil moisture values from gravimetric measurements. After correcting the TRIME-TDR the absolute mean error was reduced to 2.5 Vol%. Due to the results of this study soil water contents measured by TRIME-TDR-technique cannot be used in hydrological or ecological studies without a check based on the comparison with gravimetric soil moisture values.     

透射式探地雷达探测土壤含水率

探地雷达可以进行土壤含水率的快速探测,但普通反射式雷达容易受反射层位难确定的影响造成探测误差。该研究使用透射式探地雷达对不饱和含水壤土及砂土所构建的物理模型进行透射式探测,通过起跳时间对比标定的方法,精确计算了介质中雷达波波速和土壤的相对介电常数。最后通过统计分析,发现以Topp模型公式形式为基础的三次多项式具有最高拟合优度,并修正了Topp公式中的参数后,分别建立起非饱和壤土和砂土体积含水率与介电常数的经验公式及其适用范围。最后,通过试验对比验证了该方法对砂土含水率的测量相对误差为13.20%,较时域反射TDR(time domain reflectometry)方法低14.34%,壤土为9.48%,较TDR方法低15.79%,测量精度明显高于TDR方法。因此该方法可替代TDR方法用于特定条件下土壤含水率的准确检测。     

不同土壤水分条件下麻栎盆栽实生苗的光合响应

在南京林业大学树木园内,应用Li-6400光合作用测定系统测定一年生麻栎（Quercus acutissima Carruth）盆栽实生苗在不同土壤水分条件下的光合响应参数、相同光合有效辐射强度下的净光合作用参数、高光强度下的Pn-CO2变化曲线;用光合作用光响应实测值和直角双曲线修正模型对不同土壤水分条件下麻栎的光响应曲线进行拟合,探讨双曲线修正模型对麻栎幼苗的适用性及麻栎的光合响应规律.结果表明：1）在光合有效辐射强度160μmol/（m2·s）条件下,土壤含水量为24.0％、14.5％、11.4％的处理组和土壤含水量32.0％的对照组之间的净光合速率及蒸腾速率存在显著性差异（P＜0.05）;2）直角双曲线修正模型拟合出的光响应数据除了光饱和点和实测值有较大的差异外,拟合的其他光响应数据相差不大,并随土壤含水量的变化和实测值呈现相同的趋势;3）麻栎的羧化效率、CO2补偿点都随土壤含水量的降低而降低,土壤含水量抑制了1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）的酶活性.     

附加电阻法快速测定土壤含水率的试验

为了消除电容土壤水分检测中电导影响,提出了基于附加电阻的高频电容土壤水分测定技术,分析了高频电容土壤水分传感器的机理, 建立了基于附加电阻的高频土壤水分数学模型,通过求解土壤水分引起的电容因子,消除了电导的影响,设计了基于附加电阻的平行板电容传感器土壤水分测试电路,并进行土壤测试试验。结果表明：土壤水分引起的电容值与土壤的质量含水率在1%～22%范围内呈线性关系,且基于附加电阻的高频电容土壤水分的测试值 小于2%。     

基于试验反射光谱数据的土壤含水率遥感反演

土壤含水率是土壤水循环研究中不可或缺的参数,已广泛应用于土壤水分的监测。土壤光谱特性的研究是土壤含水率光学遥感定量反演的基础。该研究首先通过野外调查收集土样;然后,在实验室条件下制备不同水分梯度的土壤样品,并利用便携式地物光谱仪采集不同水分梯度土壤样品的反射光谱;最后,通过试验光谱数据分析建立一个基于指数函数的土壤含水率遥感反演模型,并对结果进行精度评价。结果表明,基于指数函数的土壤含水率反演模型可以较好的反演土壤水分特征,在640 nm处土壤含水率的估计值与真实值之间的决定系数为0.7062,RMSE为3.49%。相关研究为表层土壤含水量的遥感监测提供新方法和新思路。     

土壤初始含水率对优先流的影响简

土壤中优先流的存在会造成肥料利用率降低以及土壤深层甚至地下水污染.为确定土壤初始含水率对优先流的影响,通过室内含大孔隙土柱定水头入渗实验,以长武黑垆土及渭河砂土为研究对象,分析不同土壤初始含水率对优先流的影响.结果表明：1）相同质地,当土壤初始含水率大于其斥水性的峰值含水率时,湿润锋运移深度随着土壤初始含水率的增大而增大,反之湿润锋运移深度随着初始含水率的增加而减少,不同质地土壤湿润锋运移速度随土壤粉粒质量分数升高而减慢;2）累积入渗量受到土壤储水性及斥水性的双重影响,导致与湿润锋的运移趋势并不一致,黑垆土对照CK组及优先流O-C-30组（除7.04％含水率外）累积入渗量随着土壤初始含水率的增大而减小,渭河砂土CK组及O-C-30组均呈现2阶段特征,累积入渗量先随着土壤初始含水率的增加而减少,之后随土壤初始含水率的增加而增加;3）Kostiakov入渗模型能很好地拟合累积入渗量随时间的变化过程,适用于存在优先流的土壤入渗模拟.该研究结果对土壤优先流水分模拟具有一定的指导意义.     

Determination of moisture content in a deformable soil using time‐domain reflectometry (TDR)

Time‐domain reflectometry (TDR) is being used increasingly for measuring the moisture content of porous media. However, successful application for measuring water in soil has been limited to non‐deformable soils, and it would be a valuable extension of the technique if it could be used for soils that shrink on drying. We have recently investigated its application to soils rich in clay and organic matter and peats. Here we propose a method for determining moisture content in deformable soils based on the relation between the dielectric constant, K, and the volumetric moisture content, Θ, measured by TDR. Parallel TDR probes with a length of 15 cm and a spacing of 2 cm were placed horizontally in soil cores with a diameter of 20 cm and height of 10 cm taken from a forest. The soil is very porous with large proportions of both silt and clay. The sample weight and travel time of the electromagnetic wave guided by parallel TDR probes were simultaneously measured as a function of time, from saturation to oven‐dryness during which the core samples shrank considerably. Vertical and horizontal components of shrinkage were also measured to take the air‐exposed region of TDR probe into account in the determination of K. The effect of deformation on volumetric moisture content was formulated for two different expressions, namely actual volumetric moisture content (AVMC) and fictitious (uncorrected) volumetric moisture content (FVMC). The effects of air‐exposure and expressions of volumetric moisture content on the relation between K andΘ were examined by fitting the observations with a third‐order polynomial. Neglecting the travel time in the air‐exposed part or use of the FVMC underestimated the Θ for a given K. The difference was more pronounced between AVMC and FVMC than between two different dielectric constants, i.e. accounting for air‐exposure, K_ac, and not accounting for air‐exposure, K_au. When the existing empirical models were compared with the fitted results, most underestimated the relation based on the AVMC. This indicates that published empirical models do not reflect the effect of deformation on the determination of Θ in our forest soil. Correct use of the Θ expression has more impact on determining moisture content of a deformable soil than the accommodation of travel time through the air‐exposed region of TDR probe.     

基于双传感器数据融合的土壤湿度测量与建模

为了克服TDR-3土壤湿度传感器所测量的土壤湿度数据受土壤硬度的影响,得到客观的水分/土壤的质量百分比,设计并制作基于TDR-3土壤湿度传感器和土壤硬度计的土壤湿度测量装置。装置标定时,通过逆向烘干法精确计算水分与土壤的质量百分比,进行土壤湿度(c)、土壤硬度(ψ)和TDR-3传感器输出电压(U)三因素正交试验,用Matlab软件进行二元曲线拟合,构建三者间的数学关系。试验表明,融合TDR-3传感器的输出电压和土壤硬度计的硬度数据后,装置可直接测量出土壤水分的质量百分比,与理论含水率的最大误差为4.75%。相对于单纯使用TDR-3土壤湿度传感器测量土壤湿度,装置的测量精度显著提高。对同一土样测量的最大重复性误差为0.83%,模型具有一定的可靠性与鲁棒性。该文可为开发更加精确的土壤湿度传感器提供参考。     

不同潜水埋深下浅层土壤的水盐分布特征

浅层土壤水盐分布是影响植物幼苗生长的主要因子.为探讨潜水埋深对浅层土壤水盐分布特征的影响,以黄河三角洲建群种3年生柽柳苗木栽植的土壤柱体为研究对象,在咸水矿化度下(6.0 g/L),模拟设置0.3、0.6、0.9、1.2、1.5和1.8m共6种潜水水位,测定分析不同潜水埋深下,土壤表层0～ 10和10 ～ 20 cm土层的土壤相对含水量、含盐量及土壤溶液绝对浓度等水盐参数.结果表明:10 ～20 cm土壤相对含水量高于0～10 cm,随潜水水位的增加,土壤相对含水量均显著降低,且0～ 10cm土壤相对含水量随潜水水位降低幅度远高于10 ～20 cm,均在1.2～1.5m处土壤相对含水量减少率最大;0～ 10 cm土层含盐量随潜水水位的增加,表现为先升高后降低,在1.2m潜水水位处含盐量达到最大值(1.38％),比0.3m处增加106.35％.10 ～ 20 cm土层土壤含盐量随不同潜水水位的变化较为复杂,在潜水水位0.3 ～0.9m变化平稳,在1.2m处升高,在1.5～1.8m降低,在1.2m潜水水位处含盐量达到最大值(1.33％),比0.3m处增加304.04％;0～ 10 cm土层土壤溶液绝对浓度随潜水水位的增加,呈指数函数增加,以1.2m处最大(17.12％),10～ 20 cm土层土壤溶液绝对浓度随潜水水位的增加,先升高后降低,以1.2m处最大(10.10％).在0～ 20 cm土层土壤相对含水量与潜水水位呈显著负相关(P＜0.01),与土壤含盐量呈显著正相关(P＜0.05),土壤溶液绝对浓度在0 ～10 cm与潜水水位呈显著(P＜0.01)正相关,与土壤相对含水量呈显著(P＜0.01)负相关,却在10～ 20 cm与土壤含盐量呈显著(P＜0.01)正相关.该研究为黄河三角洲土壤次生盐渍化的防治及柽柳栽植管理,提供理论依据和技术参考.