基于电阻率断层扫描技术探测林地土层厚度

土层厚度对林地生产力具有重要影响,是评价林地土壤质量的重要指标。为了对林地土壤的土层厚度进行调查,该文应用电阻率断层扫描技术对林地土壤土层厚度进行了研究,对其可适用性做出评价。通过在野外试验点对土壤电阻率的实地断层扫描,将其结果与实际测定得到的基岩特征电阻率相结合,预测土层厚度,并将预测值和实地基坑开挖数据进行比较。结果表明,研究区土层厚度多在小于2 m的范围内,电阻率断层扫描技术估测结果与实测结果相符(均方根误差为0.2678),初步表明该技术在估算林地土层厚度方面具有良好的适用性。该研究结果为土壤学方面相关研究提供重要手段,也将对土壤质量评价和土地利用等相关工作提供指导。     

电阻率成像法监测人工梭梭林土壤水分

土壤水分是影响干旱半干旱沙区植物生长发育的主要限制因素。快速、准确地监测土壤水分时空动态可为干旱半干旱区植被建设与生态恢复提供科学依据。以乌兰布和沙漠东北部人工梭梭固沙林土壤为研究对象,在林内、外(根际、冠中、冠缘、行间、林外)设置了5条监测样线,分别于一次强降雨后的第2天、第15天、第55天用多电极电阻仪定位测定了土壤电阻率,同步采取土样用烘干法测定了土壤实际含水率,建立了土壤含水率与土壤电阻率之间的相关关系,并对二维剖面土壤水分空间分布特征进行了分析。结果表明:1)土壤含水率与土壤电阻率之间为极显著负相关关系(P0.01),可用幂函数表示。2)5条测线的土壤电阻率在3次监测时均随土层深度增加而减小,而土壤含水量随土层深度增加而增大,根际冠中冠缘行间林外。强降水后的不同时间内,由于受土壤属性、树冠对水分再分配、树干径流、根系吸收水分等影响,二维剖面上土壤水分空间分布格局有明显变化。随着雨后干旱时间的延长,0～51 cm水分含量由于受蒸发、植物吸收利用的影响而明显降低。3)电阻率成像技术在野外能快速准确,长期定位监测土壤水分含量;对地表扰动小,实现了非破坏性测量;保证测定精度的同时,还能提供尺度较大的土壤水分空间分布的详实数据,可高效快速地获取连续的土壤水分分布信息。     

电阻率成像法在土壤水文学研究中的应用及进展

缺乏有效的监测技术是制约土壤学和水文学中尺度问题研究的主要瓶颈。近年来,以电阻率成像法为代表的地球物理学方法被引入到非饱和带土壤水文过程的研究中来,为解决尺度问题提供了新的强有力的工具。结合土壤电阻率与土壤特性之间的岩土物理学关系,电阻率成像法可以实现对土壤特性或状态的多尺度无损连续监测。阐述了电阻率成像法的基本过程、特征及其在土壤水文过程研究中的初步应用。同时,深入探讨了电阻率成像法应用于非饱和带水文过程研究中存在的问题和未来的应用潜力。     

采用电阻率成像法判断花岗岩坡地土层厚度分布

电阻率成像法是一种损害较小的地理物理学方法,常用于检测易滑坡区的地质结构,此方法用于检测地表土层厚度的试验很少。日本京都大学Yosuke YAMAKAWA等在日本中部4个分水岭坡面上应用电阻成像法进行了试验,并在同一地点应用圆锥贯入法进行校核。研究结果表明,采用电阻成像法时,每个试验区都有一些点土壤基岩分界面不能清晰辨认。用针入法测定的土壤、基岩不同的物理性状,在电阻成像中不能完全的反映出来。原因是电阻成像取决于表土的诸多特性,如孔隙水的电导率、有效孔隙率、饱和度、黏土含量等。因此,在测定坡地土壤厚度时,将贯入法与电阻成像法结合在一起使用会更加有效。     

基于高密度电阻率成像法的陇中半干旱区土壤含水量监测研究

土壤含水量是影响半干旱区农作物生长的重要因素。为了准确测定土壤含水量的变化动态以指导农业高效用水,近年来,利用地球物理测量方法研究高分辨率的水流入渗,已经越来越受到欢迎和重视。本文以陇中半干旱区玉米田为例,通过在土壤表面布置电极,利用高密度电阻率成像法(ERT)对降雨前后土壤二维剖面进行电阻率数据测量,实现对土壤二维剖面电阻率值和含水量监测,解释不同条件下土壤含水量变化的原因,建立陇中半干旱区农田土壤电阻率和含水量之间的相关关系。结果表明:降水入渗使得二维剖面土壤电阻率整体呈明显降低趋势,反演得到的电阻率图像局部电阻值"高-低-高"的变化过程,与一次降水过程前后"干-湿-干"的循环过程一致。土壤含水量实测值与估计值之间有较为显著的线性关系(R2=0.651 8,n=96)。在0~2.0 m深度范围内,总体估计偏差较小,为0.74%;土壤含水率的估计精度较高,为2.64%。0~0.5 m土层(H1)含水量监测探头分布密集,数据采集较为准确,故H1层估计精度略高于0.5~2.0 m层(H2)。相比之前利用实测工具进行野外测量,ERT测量方法精度较高。本文提供了一个高分辨率的土壤结构二维分布与水分运移过程的图像,同时为实现精确和高效的农业用水管理提供一种新途径。     

基于电阻率断层扫描技术的土壤砾石体积含量评估

为了对电阻率断层扫描技术应用于土壤中砾石含量的研究进行评估,该文对此应用进行了数值模拟研究。该研究假设石质土壤为由细土和砾石组成的二相介质,采用有线差分法对所建立土壤数值模型进行了电阻率断层扫描模拟,模型中砾石随机分布且相互独立,过程中对砾石尺寸和土壤中水分情况的影响进行了研究。结果表明对已知二相各自电阻率值的石质土壤,其等效电阻率与其中砾石体积含量相关,数值模拟结果与理论预测结果相符合,验证了电阻率断层扫描技术应用土壤中砾石体积含量估计的可适用性,同时指出在土壤较湿润时为该技术的适宜使用条件。该研究为土壤学分类研究及质量评价提供参考和指导。     

基于高密度电阻率法的农田土壤表面干缩裂隙成像

为探测土壤表面干缩裂隙的发育情况,该研究以农田土壤表面干缩裂隙作为研究对象,以高密度电阻率法为测量手段,采用耦合层次聚类分析的同步连续线性估计算法(Simultaneous successive linear estimation,SimSLE)反演土壤表面干缩裂隙的形态,结合试验裂隙图像和反演得到的模拟图像,对比分析...     

六盘山香水河小流域典型坡面的土壤电阻率空间变异

为了解坡面土壤水文特征的空间分布,采用多电极电阻仪法(ERT),于2009年5月初在宁夏六盘山香水河小流域一个长约600 m的华北落叶松人工林典型坡面上,设置了从坡顶至坡底的1条纵向样线及处于不同坡位的水平分布的3条横向样线,多点测定了多层土壤的电阻率值并分析其空间变异特征。结果表明,土壤电阻率在纵向样线上总体有较好的空间连续性及一定的空间变异性,随着坡位下降,电阻率呈现出由坡上至坡中上逐渐减小和然后又恢复性增大的过程。由于局部特殊的土壤特征、地貌及植被分布差异,使土壤电阻率沿坡面纵向变异程度大于不同坡位的横向变异程度。在土层垂直方向上,由于石砾含量和岩石比例随深度逐渐增多,电阻率表现为随深度增加逐渐增大。电阻率与土壤总孔隙度和体积含水率相关最紧密,尤其与体积含水率相关较好,说明通过测定坡面电阻率推求土壤水分等土壤特性的坡面变化是可行的。     

宁夏固原云雾山天然草坡土壤电阻率和含水率的关系及其空间变异

为了解黄土区坡面土壤水分的空间分布,于2010年5月初选择宁夏固原云雾山2个典型草坡上利用多电极电阻仪法(ERT)测定了土壤电阻率的坡面空间分布。分别在长约400m的东南坡向坡面和圆丘坡面的4个长约100m坡向上设置纵向样线,并在样线上多点同步地测定了土壤含水率和电阻率,结果表明:土壤电阻率沿纵向坡面的空间连续性和变异性总体较好,阴坡半阴坡(西北、东北)的土壤电阻率小于阳坡半阳坡(东南、西南),并随土层深度增加而逐渐增大。同时,土壤电阻率随着体积含水率增大而几乎线性降低,其相关关系较好,说明利用土壤电阻仪测定值计算土壤含水率的空间连续发布是定量了解黄土坡面土壤水分空间分布非破坏性的一个适合技术途径。     

基于GIS的库车县耕层土壤养分空间变异研究

基于GIS和地统计学分析方法,对库车县耕层土壤(0—20cm)养分元素的空间变异特征进行了研究。结果表明:有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾均为中等程度的空间变异性,变异系数为19.11%~65.34%。有机质和全氮的理论模型符合球状模型,碱解氮、有效磷和速效钾的理论模型符合指数模型。有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾具有中等程度的空间自相关性,其空间变异主要受土壤类型、土壤质地以及施肥影响。从空间分布格局来看,有机质、全氮、碱解氮和速效钾的含量在东南方向上呈现明显的片状和斑块状分布,并由东南向西北发生递减,而有效磷主要呈斑块状分布,其含量在西南方向高于东北方向,研究区耕层土壤养分总体呈现出东南方向含量高于西北方向。     

紫色土坡耕地土质埂坎分层入渗试验研究

以相邻田面为对照,利用双环入渗法对三峡库区紫色土坡耕地土质埂坎分层(地埂、坎腰和坎趾)的入渗特征进行研究。结果表明:(1)土质埂坎分层入渗与对照田面入渗均呈先陡降后趋于稳定的趋势,但达到稳定入渗的时间存在差异。地埂达到稳定入渗的时间最长(110min),坎腰、坎趾和田面达稳定入渗的时间分别比地埂少9%,82%,18%。从入渗性能看,土质埂坎各层均表现出初始入渗率平均入渗率稳定入渗率。平均入渗率与120min累积入渗量表现为地埂坎腰田面坎趾,初始入渗率为坎腰地埂田面坎趾,稳定入渗率为田面坎腰地埂坎趾。(2)采用4种模型进行拟合,其中通用经验模型是描述坡耕地土质埂坎入渗的较好模型,其后依次是Kostiakov模型、Horton模型和Philip模型。(3)土质埂坎入渗性能与土壤物理性质具有较好的相关性,初始入渗率与初始含水率、容重呈显著负相关(P0.05),平均入渗率、120min累积入渗量与粉粒体积分数、初始含水率呈显著负相关(P0.05),与砂粒体积分数和总孔隙度呈显著正相关(P0.05)。研究结果可为紫色土区坡耕地土壤侵蚀调控的埂坎措施优化提供依据。     

土壤特性空间变异研究进展

对土壤特性空间变异的影响因素作了扼要分析 ;对土壤特性空间变异研究方法的发展概况作了初步讨论 ,并对土壤特性空间变异定量研究中涉及的主要分析方法及其参数作了初步介绍 ;对土壤养分空间变异定量研究的进展作了简要回顾     

道路边坡土壤水分空间变异性研究

以上世纪50年代修建成昆铁路时形成的路堑边坡为对象,对道路边坡土壤水分在不同坡度、坡长、坡位的空间变异性进行了观测研究。结果表明：道路边坡土壤水分随着坡度的增大呈现先增大再减小的变化趋势,在同一坡面不同坡位上的土壤含水量表现为坡下〉坡中〉坡上。道路边坡土壤水分随着坡长的增长而减小,最短的10m坡长土壤含水量为23.27%,而最长的40 m坡长土壤含水量为21.78%,最短坡长比最长坡长的土壤含水量增加了6.84%。     

道路边坡土壤水分空间变异性研究

以20世纪50年代修建成昆铁路时形成的路堑边坡为对象,对道路边坡土壤水分在不同坡度、坡长、坡位的空间变异性进行观测研究。结果表明:道路边坡土壤水分随着坡度的增大呈现先增大再减小的变化趋势,在同一坡面不同坡位上的土壤含水量表现为坡下>坡中>坡上。道路边坡土壤水分随着坡长的增长而减小,最短的10m坡长土壤含水量为23.27%,而最长的40m坡长土壤含水量为21.78%,最短坡长比最长坡长的土壤含水量增加了6.84%。     

神府东胜煤田复垦区土壤入渗特性的试验研究

土壤入渗性能是最基本的土壤物理特性之一。复垦区土壤的结构组成复杂,入渗特性有别于非矿区土壤。本文以神府东胜煤田马家塔复垦区为研究对象,利用圆盘入渗仪分别测定了复垦区乔木、林地、荒地、灌木林地和草地的土壤入渗特性,用经典统计学方法对复垦区土壤入渗性能的空间变异性进行了分析。实测结果表明,不同土地利用方式下的土壤入渗特性有较大的差异;在测定范围内,乔木林地、荒地、草地和灌木林地的稳定入渗率均表现出0 cm>—3 cm>—15 cm的规律性,其中草地稳定入渗率随吸力的变化更明显。研究表明:乔木林地稳定入渗率和累积入渗量的变异系数分别为0.58和0.49.属于中等变异。     

基于GIS的土壤盐分时空变异及分区管理研究--以浙江省上虞市海涂围垦区为例

采用传统统计学和地统计相结合的方法，在GIS支持下研究了浙江省上虞市海涂围垦区一块面积为10．5hm^2的棉田在3个不同耕作时期上盐分的时空变异性，在此基础上进行了该棉田的精确分区管理研究。结果表明，海涂围垦区盐碱地土壤表层盐分具有较高的变异性，盐分变异的空问结构在时间上保持了相对稳定。盐分分布的空问趋势图显示该棉田东部地区的盐分含量较高，而北部和西部地区盐分含量相对较低。时间稳定性图显示了盐分在时间上的稳定和不稳定区域。将空间趋势图和时间稳定性图叠加所产生的管理分区图，显示了4个潜在的管理子区。最后棉花产量数据被用来验证所划分的管理子区的适用性。研究表明，根据划分的管理分区，可以对海涂围垦区土壤盐分进行精确的田问管理。     

地形因子与土壤养分空间分布的相关性研究

运用地统计学和GIS技术,研究丘陵地区土壤养分的空间变异性,探讨地形因子对土壤养分含量空间分布的影响.结果表明:N,K的空间变异主要来自随机因素,而Mg及其他养分的空间变异性在一定程度上受地形等结构性因素的影响.OM,N,P,K几种大量元素与海拔呈显著正相关,Ca,Mg,S与海拔呈负相关;N与坡度呈显著正相关,Ca与坡度呈显著负相关;OM,N,P与坡向呈负相关,Ca,Mg与坡向呈显著正相关关系;而K,S与地形因子的相关性不显著.研究地形地貌与土壤养分之间的空间关系,为进一步合理进行土地利用规划提供理论依据,并且对土壤养分综合管理以及进行土壤改良和耕作都具有一定的指导作用.     

渭干河灌区土壤水盐空间变异性研究

根据直线和网格布点法布置的150个取样点的测定资料,应用经典统计分析方法．探讨了垦荒地土壤电导率和重量含水率的空间变异性,并给出了不同置信水平及精度要求下两者的合理取样数目。应用自相关和半方差分析方法进一步讨论了土壤电导率及土壤重量含水率的空间变异结构和半方差函数模型。结果表明,垦荒地土壤电导率和重量含水率的空间变异都是有结构的,土壤电导率的最大相关域为9m,土壤重量含水率的最大相关域为6．4m。两者的半方差函数可用有基台的线型模型拟合。     

田块尺度下冻融前后土壤剖面盐分空间变异性研究

为明确冻融过程对土壤盐分分布的影响,通过野外采样、室内分析的方法对比分析了奇台县农田冻融前、后土壤含盐量的空间变异性。结果表明：（1）冻融前,表层（0-20 cm）土壤含盐量（0.11%）最低,且基本随着土层深度的增加土壤含盐量逐渐增大。而土壤盐分空间分布的复杂性基本随着土层深度的增加逐渐减小。（2）冻融后,表层（0-20 cm）含盐量（0.14%）变为最高。春季积盐现象明显（主要发生在60 cm深度以上）,但尤以表层最为严重（积盐率达30.0%）。模拟秋季灌溉洗盐效果显著,剖面平均（100 cm深度以上）含盐量减少率为8.16%。而且洗盐深度大于100cm。另外,各层土壤含盐量的变异性（中等变异性）未变,但变异系数增大（除40-60cm深度外）。剖面上部土壤盐分的理论模型由指数模型为主均变为高斯模型,且变程增大明显;而底部由高斯模型转为球状模型,且变程变化不大。     

鄂东南花岗岩红壤不同土层侵蚀过程

为了探讨不同降雨动能条件下花岗岩红壤各层次(淋溶层、淀积层、母质层)在坡面侵蚀过程中的产流产沙特征,研究采用室内人工模拟降雨试验方法,对其水动力学参数变化特征及其与土壤侵蚀速率之间的定量关系进行了研究。结果表明:(1)降雨动能对各层次土壤坡面的产沙产流特征影响显著。随着降雨动能增加,各层次土壤初始产流时间不断递减,且径流含沙量和总产沙量均不断增大;(2)各层次土壤之间的侵蚀规律差异显著。初始产流时间、径流含沙量及总产沙量均表现出显著差异; 通过回归分析,发现土壤侵蚀速率与降雨动能之间有良好的线性关系;(3)水流功率和单位水流功率与土壤侵蚀速率均呈显著的相关性,且能够用幂函数准确地描述它们之间的关系,引入土壤黏粒含量可使得模型更加可靠,在实际应用中有更广的应用范围和现实价值。综上,降雨动能和土壤质地对花岗岩红壤坡面侵蚀的形成和发展过程具有显著影响。