TDR探针两种埋没方式下土壤水分的测定及其比较

本项试验将时域反射仪（ＴＤＲ）探针分别竖埋和横埋于冬小麦农田，测定了农田各土层土壤含水量和土体贮水量，分析了这两种埋没方式下实测值之间的绝对偏差和相对偏差，结果表明，ＴＤＲ探针在竖埋和横埋方式下测定值之间的偏差主要在土壤表层，其原因是土壤特性在土表层垂直方向上的变异较大，以及不同埋设方式下探针测定的土壤体积范围不一，文章指出，当ＴＤＲ应用于农田土壤贮水量测定时，为了提高测定精度，建议ＴＤＲ探针在土     

TDR研制与应用方面的若干进展

通过分析近年来国内外关于TDR的文献，总结了TDR研制与应用方面的若干新进展，概括了在使用TDR时应注意的几个问题。结果表明，线圈型TDR探针可很好地解决TDR探针在物理长度上的限制；多功能TDR探针可用来同时测定含水量与基质势、含水量与土壤热学性质、含水量与盐度和温度。当温度在5～45℃之间变化时随着温度的升高，TDR在沙壤土中测定的土壤含水量降低，而在粘壤土和有机质含量高的土壤测定的土壤含水量值升高。TDR探针应以合适的角度插入土壤，同时尽量避免摇摆、两探针不平行插入等误操作。     

TDR探针两种埋设方式下土壤水分的测定及其比较

本项试验将时域反射仪（ＴＤＲ）探针分别竖埋和横埋于冬小麦农田，测定了农田各土层土壤含水量和土体贮水量，分析了这两种埋设方式下实测值之间的绝对偏差和相对偏差。结果表明，ＴＤＲ探针在竖埋和横埋方式下测定值之间的偏差主要在土壤表层，其原因是土壤特性在土表层垂直方向上的变异较大，以及不同埋设方式下探针测定的土壤体积范围不一。文章指出，当ＴＤＲ应用于农田土壤贮水量测定时，为了提高测定精度，建议ＴＤＲ探针在土表层采用竖埋方式，在其它土层范围内用横埋方式。     

TDR研制与应用方面的若干进展

通过分析近年来国内外关于TDR的文献,总结了TDR研制与应用方面的若干新进展,概括了在使用TDR时应注意的几个问题。结果表明,线圈型TDR探针可很好地解决TDR探针在物理长度上的限制;多功能TDR探针可用来同时测定含水量与基质势、含水量与土壤热学性质、含水量与盐度和温度。江温度在5－45℃之间变化时随着温度的升高,TDR在沙漠土中测定的土壤含水量降低,而在粘壤土和有机质含量高的土壤测定的土壤含水量值升高。TDR探针应以合适的角度插入土壤,同时尽量避免摇摆、两探针不平行插入等误操作。     

土壤容重和温度对时域反射仪测定土壤水分的影响

土壤含量（θＶ）与电磁波在插入土壤的时域反射仪（ＴＤＲ）探针中传播时间（Ｔ）的半理论,半经验标定曲线θＶ＝（Ｔ／Ｔα－ＴＳ／Ｔα）／（Ｋ＾０．５Ｗ－１）通常用于计算土壤含水量。本项试验应用ＴＤＲ测定了不同质地及不同容重条件下烘干土壤的ＴＳ／Ｔａ值。结果表明,四种被测土壤的Ｔｓ／Ｔａ值介于１．６１￣１．８０,且土壤容重大,Ｔｓ／Ｔａ值也大,三种农业土壤的Ｔｓ／Ｔａ平均值可取１．６８。用烘干至饱和含水     

层状土垂直一维入渗土壤水分运动数值模拟与验证

[目的]为进一步认识层状土垂直一维入渗土壤水分运动规律。[方法]依据非饱和土壤水分运动理论,建立了垂直一维土壤饱和—非饱和水分运动的数学模型,并用SWMS-2D软件进行求解。采用已有文献资料,对均质土和层状土的土壤剖面含水率、土壤湿润锋运移值和累积入渗量及入渗速率等指标的实测值与模拟值进行分析验证。[结果]实测值与模拟值具有较好的一致性,所提出的数学模型既适用于均质土壤,也适用于层状土壤。[结论]所建模型能比较真实地反映均质土和层状土垂直一维入渗土壤水分运动的状况,证明利用SWMS-2D软件对层状土柱中土壤水分运动进行模拟具有可行性。     

非饱和土壤水分运动与热力学函数关系初探

在不同的温度条件下,研究了土壤水势对水分运动的影响,结果表明,在同一温度条件下,提高土壤水势可增加土壤非饱和导水率,呈现黄绵土＞lou土,在相同的土壤含水量条件下,增加温度可提高土壤非饱和导水率,其导水率温度效应值（dk/kt)lou土＞黄绵土。土壤含水量一定时,随着相对偏摩尔自由能亦[△（△-/G）]和相对偏摩尔焓变[△（△-/H）]增大,土壤非饱和导水率也增大,并且呈出黄绵土＞lou土,拟合得出的相对偏摩尔自由能变[△（△-/G）]和相对偏摩尔焓变[△（△-/H）]与土壤非饱和导水率方程,具有较好的适应性。     

非饱和土壤水分运动参数空间变异特性的统计分析

非饱和土壤水分运动参数的空间变异规律是大区域参数估计的基础。分析秦王川灌区土壤物理性质及水分运动参数空间变异的统计规律。特征曲线与导水率标定系数具有对数正态分布,且与干容重和物理性粘粒含量P_0.01呈直线相关。F检验结果,相关达到显著水平。     

基于ERT技术反演红壤剖面水分入渗过程

水分运动是土壤中物质和能量传输的主要驱动力，但是水分在土壤中的运动轨迹复杂多变，难以直接捕捉。本研究以第四纪红黏土发育的红壤为研究对象，借助电阻率成像技术（ERT），反演水分在林地和农地土壤中的入渗过程。研究发现，ERT技术能够实现水分在红壤包气带入渗过程的可视化，ERT测定的表观电阻率的变化量与烘干法测定的土壤水分之间呈极显著正相关关系（P<0.01），林地的决定系数为0.72，农地为0.53。土地利用类型影响水分入渗的范围和方式，在2 cm水头高度注水100 L的情况下，林地的入渗深度大于80 cm，而农地约为50 cm，在此基础上，继续注水200 min，林地和农地均出现明显的优先流现象。但是，林地的优先流比农地更为发育，林地是通过根系等大孔隙快速向下传输，而农地则以“指流”的方式，间断性向深层运动。在土壤层次复杂、背景含水量高、土壤黏重等不利因素的影响下，ERT技术依然能捕捉优先流在红壤中发生和发育的过程。     

Characteristics of Water Infiltration in Layered Water-Repellent Soils

Water-repellent(WR) soil greatly influences infiltration behavior. This research determined the impacts of WR levels of silt loam soil layer during infiltration. Three column scenarios were utilized, including homogeneous wettable silt loam or sand, silt loam over sand(silt loam/sand), and sand over silt loam(sand/silt loam). A 5-cm thick silt loam soil layer was placed either at the soil surface or 5 cm below the soil surface. The silt loam soil used had been treated to produce different WR levels, wettable, slightly WR, strongly WR, and severely WR. As the WR level increased from wettable to severely WR, the cumulative infiltration decreased. Traditional wetting front-related equations did not adequately describe the infiltration rate and time relationships for layered WR soils. The Kostiakov equation provided a good fit for the first infiltration stage. Average infiltration rates for wettable, slightly WR, strongly WR, and severely WR during the 2 nd infiltration stage were 0.126, 0.021, 0.002, and 0.001 mm min~(-1) for the silt loam/sand scenario,respectively, and 0.112, 0.003, 0.002, and 0.000 5 mm min~(-1) for the sand/silt loam scenario, respectively. Pseudo-saturation phenomena occurred when visually examining the wetting fronts and from the apparent changes in water content(?θ_(AP)) at the slightly WR,strongly WR, and severely WR levels for the silt loam/sand scenario. Much larger ?θAPvalues indicated the possible existence of finger flow. Delayed water penetration into the surface soil for the strongly WR level in the silt loam/sand scenario suggested negative water heads with infiltration times longer than 10 min. The silt loam/sand soil layers produced sharp transition zones of water content. The WR level of the silt loam soil layer had greater effects on infiltration than the layer position in the column.     

Detection of soil moisture and vegetation water abstraction in a Mediterranean natural area using electrical resistivity tomography

Vegetation growth in semiarid, Mediterranean ecosystems is greatly dependent on moisture availability in the soil, as little precipitation is available during the growing season. Predicting the effects of climate change on vegetation development requires understanding of the exact relation between climate, moisture availability, and plant growth. Accurate moisture measurements in naturally vegetated areas are difficult because of high spatial variability and because of the coarse, shallow soils. In this study, we evaluated the possibilities of using Electrical Resistivity Tomography (ERT) to measure soil moisture availability and plant water use in a Mediterranean natural area. We found that ERT is a useful tool for measuring soil conditions, providing information on the spatial patterns within the soil and reaching depths otherwise inaccessible. In heterogeneous soils, we differentiated between lithological and moisture effects in the measurements using multitemporal data. Absolute calibration to moisture content was sometimes possible, but strongly location dependent. Based on the ERT measurements, we found that although the soils in the study area are shallow and rocky, plant roots penetrate deeply into the fractured and weathered bedrock, and vegetation subtracts water from depths down to 6 m and below. This information is important for understanding the plant–soil relations and modeling vegetation development. We conclude that ERT provides crucial information on soil moisture processes unavailable using any other currently available measurement method.     

不同因素影响下层状土壤水分入渗特征及水力学参数估计

层状土壤是自然界常见的土体结构,其水分运移规律不同于均质土;大气降水、灌溉水等水分的入渗是土壤水文过程的一个重要环节,同时它也与地下水补给、污染物运移等过程紧密相关。土壤初始含水量、土体构型及供水强度等因素均会影响水分的入渗过程。为探究积水深度、土体构型、初始含水量三种因素对层状土壤水分运移的影响,通过室内积水入渗试验对湿润锋、累积入渗量、土壤剖面压力水头进行观测,并利用Hydrus-1D模型反演水力参数并对相应条件下的水分运移规律进行模拟和分析。结果表明,层状土壤中湿润锋随时间的推进方式由非线性过渡至线性,入渗率逐渐减小。三种因素作用下,层状土壤水分运移特征有明显差异:积水深度、土壤初始含水量增加时,湿润锋运移速率和入渗率均增大,且各观测点压力水头升高加快,土壤不饱和程度降低;上砂壤下粉砂壤构型较上粉砂壤下砂壤构型而言,整体湿润锋推进速率和入渗率较大,出流快,且入渗后期界面处的压力水头高于其他观测点。且结果表明,反演的水力学参数较拟合实测的参数更适用于层状土壤入渗的模拟和预测。该研究旨在揭示和掌握层状土壤水分运移规律和影响因素的作用机制,并进一步为农田灌溉措施的合理制定提供科学依据。     

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。     

影响冻融土壤水分入渗特性主要因素的试验研究

以冻融期间大田自然冻融土壤入渗试验为依据,分析讨论了影响冻融土壤水分入渗特性的主要因素。试验结果表明,冻融条件下,土壤水分入渗特性不仅受非冻结土壤基本理化特性（土壤结构、土壤质地、、土壤含水量等）的影响,还受冻融土壤的冻层厚度、冻层层位、冻层层数等特有因素的影响;在给定土壤质地条件下,土壤结构、土壤含水量、冻层厚度和冻层层位是其主导影响因素,冻层层数对土壤入渗能力也有一定影响。研究结果可为冻融土壤入渗特性的进一步研究奠定基础;可供季节性冻土区冬春灌溉参考。     

具有秸秆夹层层状土壤一维垂直入渗水盐分布特征

为了解具有秸秆夹层层状土壤一维垂直入渗水盐分布特征,通过定水头入渗实验装置,在距土表以下20 cm设置一个秸秆夹层,研究了4种秸秆铺设量(0、6 000、12 000、18 000 kg/hm2)和2种秸秆长度(1、10 cm)的秸秆夹层对盐碱土入渗过程土壤水分和盐分分布的影响。结果表明,盐碱土中设置秸秆夹层具有良好的阻水性,累积入渗量和入渗速率明显下降,下渗水流在一定限度内滞留于秸秆层以上,秸秆夹层同时具有减渗性,使下渗水量明显减小;土壤盐分在秸秆夹层以下一定深度范围内出现峰值。秸秆长度影响盐分滞留深度,秸秆长度10 cm处理全盐含量最大值深度较秸秆长度1 cm处理有所下移;秸秆夹层也影响着水分入渗过程中离子的交换与吸附,Cl–?入渗后在剖面深度的变化规律与全盐变化规律相同,HCO3–?对秸秆夹层的敏感性明显强于SO42–,SO42– 对水分依赖性较强,含水量足够大时才能引起它的快速运移。     

灌溉水温对冻融土入渗规律的影响

在冬春灌溉期间,由于灌溉水源、灌溉方式、灌溉时间不同,当水流入农田时,将具有不同的水温。灌溉水温不同,在相同的灌溉水量条件下,其热容量不同,导致土壤温度分布不同,必将影响到冻土的入渗规律。该文通过土壤冻结期间积水入渗试验,获得了不同入渗水温条件下冻土的入渗规律。试验结果表明,入渗水温对冻土入渗规律的影响十分明显,冻土的入渗能力随入渗水温的升高而增强。研究结果对于季节性冻土壤区冬春灌溉合理灌水技术参数的确定提供依据     

东北黑土区TDR测定农田土壤含水量的室内标定

土壤水分标定是利用TDR监测农田土壤水分过程中的必要环节.以东北黑土区农田土壤剖面深度上的4种典型介质（黑土层、母质层、过渡层、砂砾层）为试验对象,利用“由湿到干”的土柱试验方法,用烘干法对TDR进行室内标定研究.结果表明：1）TDR内置土壤标定曲线测定的含水量明显低于烘干法测量的含水量.在TDR法土壤含水量标定时,指数关系比线性关系具有更高的标定精度.2）单一介质的TDR法土壤含水量标定曲线对自身介质的标定精度高（最大绝对误差3.2％）.3）混合介质的TDR法土壤含水量标定曲线的标定精度较高（最大绝对误差6.6％）,可用于不同介质TDR法土壤含水量标定.本研究结果可用于研究区及类似区域修订TDR法含水量测定结果.