雷达信号对膜下滴灌棉田土壤水盐的响应研究

雷达信号是反映介质信息的重要依据,为探究雷达信号对长期膜下滴灌棉田土壤水盐的响应特征.试验采用中心频率为250 MHz的pulse EKKO PRO探地雷达,以未采用过滴灌技术的荒地为对照,探测滴灌应用年限年分别为11年和21年的两个地块,取实测剖面对比探地雷达波谱图像上的分层结果,结合电磁波时域和频域的方法,剖析电磁波信号对土壤水盐的响应特征.结果表明:①通过250 MHz中心频率探地雷达波谱图像上的反射层面与实际开挖剖面相结合,能够快速识别膜下滴灌棉田0～140 cm范围不同土层的上下边界.同时,结合取样数据时,能够有效的辨别大范围的土层结构信息.但当水盐含量较高时,探地雷达将无法有效识别土壤的反射层面,从而很难分辨土壤的层次结构.②长期膜下滴灌棉田盐渍化土壤对电磁波的影响十分显著,水分含量和盐分含量是引起电磁波衰减的主要因素.振幅能值是雷达信号对水盐响应的标志参数,水盐含量与振幅能值成反比.③中心频率为250 MHz的天线在不同滴灌年限的地块中,主频发生偏移,滴灌棉田出现在160 GHz左右,而荒地出现在190 GHz左右.荒地中出现多峰现象,次主频分别处于371 MHz和688 MHz.且荒地的振幅能值小于滴灌棉田.利用探地雷达快速无损的优势,大面积获取膜下滴灌棉田土壤水盐的变化信息,有利于盐碱化土壤的及时处理.     

基于探地雷达的田块尺度下不同深度土壤含水量监测

为确定田块尺度下探地雷达对不同深度及相邻反射层间土壤含水量的反演精度、有效反演深度、最佳反演深度及最优反演模型,本研究采用1000 MHz中心频率探地雷达设备,分别在无降雨偏干旱土壤和降雨后湿润土壤两种条件下,在选定农田区域基于共中心点法采集雷达波数据,提取有效地表波与反射波数据,通过双曲线拟合法分别获取不同深度反射层...     

多约束条件下复垦土壤水分的微波探测及标定

探地雷达(GPR)是一个采用微波技术对地下目标进行无损探测的技术,试验旨在揭示复垦土壤在多盐分及多重金属污染条件下,不同水分系列对探地雷达的影响程度,试验采用中心频率为400 MHz的天线。GPR探测的体积水分含量与烘干法存在较大的误差,在体积水分含量达到40%左右,二者的测量值非常接近,随着水分含量的降低,误差增大。GPR探测的体积水分含量、复垦土壤电导率、复垦土壤孔隙度密切相关。通过拟合,建立了复垦土壤体积水分含量的数学模型。能够提供实时的大田规模土壤水分数据,解决了复垦田块有效灌溉管理关键技术。     

探地雷达技术在木薯收获中的应用

为了探索探地雷达技术应用于块根类农作物收获的可行性,对探地雷达探测木薯深度信号的可行性进行了理论分析和试验测试。设计了试验思路与测试方法,分别选取不同频率的天线,从不同的方向进行探测,得出一系列木薯的物理特征图像和木薯波形信号;通过对比记录到的图像及信号波形等资料,可以得出无论仪器是从不同方向行走测试还是以不同频率探测,对比结果均有较好的稳定性和同一性。选用不同的天线、行走不同的路线,得到了不同探测精度和分辨率的相似结果,验证了使用探地雷达技术作为木薯收获时的木薯深度信号采集的可行性,为实现木薯收获自动化奠定了技术基础。     

毛乌素沙地固定沙丘表层土壤水分时间稳定性特征

土壤水分在干旱半干旱地区的水文过程和植被恢复中具有重要的决定性作用,探究毛乌素沙地固定沙丘表层土壤水分的时间稳定性特征,对该地区水资源调控和生态环境改善具有重要意义.在毛乌素沙地东南缘选取固定沙丘迎风坡、背风坡和坡顶进行网格化布点,于2019年7月至10月使用土壤温湿度记录仪(TMS)对表层(0～5 cm)土壤含水量进行测定,分析表层土壤水分的时空变异性与时间稳定性特征.结果表明:研究期内表层土壤含水量的均值为21.00％,时空变化总体上具有中等变异性特征.表层土壤含水量的空间模式在观测时间上具有较弱的相似性,各日期对之间均具有较低的相关系数.土壤含水量的相对差分平均值(MRD)在-17.24％～18.80％之间,相对差分标准差(SDRD)和时间稳定性指数(ITS)的平均值分别为12.70％和14.20％,表层土壤含水量具有较好的时间稳定性.土壤含水量高于平均值的观测点,SDRD与ITS均较低,较高土壤含水量观测点的时间稳定性优于较低土壤含水量观测点.通过土壤含水量的时间稳定性特征分析判定,观测点77可以较好的代表研究区内表层土壤含水量的平均水平(决定系数为0.8769).     

物探在城市地下溶洞探测中的应用

介绍了探地雷达和五极纵轴测深法在九江某综合楼地基溶洞探测中的应用情况.实践证明,高科技的探地雷达技术因受到客观因素的限制,基本上未发挥其作用;而常规的五极纵轴测深法却取得了很好的应用效果.据此,文章分析、论证了城市物探工作中根据现场的施工场地条件、地球物理条件合理选用地球物理方法的重要性.     

物探在城市地下溶洞探查中的应用

介绍了探地雷达和五极纵轴测深法在九江某综合楼地基溶洞探测中的应用情况。实践证明,高科技的探地雷达技术因受到客观因素的限制,基本上未发挥其作用;而常规的五极纵轴测深法却取得了很好的应用效果。据此,文章分析、论证了城市物探工作中根据现场的施工场地条件、地球物理条件合理选用地球物理方法的重要性。     

基于Sentinel-1A数据和BP神经网络的裸露地表土壤含水量反演研究

土壤含水量是影响水文循环和气候变化的重要参数，相比于光学遥感，雷达遥感不受云、雨等气象因素影响，可以实现全天时、全天候的连续观测，是大范围获取土壤含水量信息的有效手段。为研究裸露地表雷达后向散射信号的影响因素和变化规律，探讨利用Sentinel-1A雷达数据反演裸露地表土壤含水量的方法，在南阳盆地典型农业区进行了观测试验。首先利用微波散射模型—AIEM理论模型模拟不同雷达入射角度、地表均方根高度、相关长度、以及土壤含水量参数下的雷达后向散射系数，分析各参数对雷达后向散射系数的影响。进而采用实测数据和模拟数据训练BP神经网络模型(Back Propagation Neural Network,BPNN)，以实现对裸露地表土壤含水量的反演，并对其反演精度进行验证。结果表明：在特定入射角下，地表粗糙度对土壤含水量反演精度的影响不可忽略。不同极化方式下，BPNN模型与AIEM理论模型对微波后向散射系数模拟值的R²达到0.99以上。采用野外实测数据对BPNN模型反演土壤含水量的精度进行测试，结果显示，模型预测值与实测值之间的R²为0.72,RMSE为0...     

滴灌条件下砂壤土水分运动规律研究

采用多通道土壤水分自动测定系统,对风干砂壤土在滴灌条件下的水分入渗和水分再分布过程进行了模拟测定试验。根据测定结果,分析了在滴灌条件下湿润峰的运移速率、特征点的土壤含水率变化过程、湿润体内土壤水分的分布以及停止灌水后湿润体内水分的再分布等土壤水分运动特征。揭示了在点源供水条件下,湿润体内土壤含水率的分布从中心向外逐渐减小,含水率剖面具有三角形形状特征。供水停止后土壤水分再分布过程中,土壤湿润峰面不断向外部推移,湿润层土壤含水量开始有所增加,后期湿润体内的土壤含水量普遍降低,高含水区逐渐下移,最后达到相对稳定。     

不同年限桔梗与土壤水分时空分布的响应研究

比较分析了不同年限桔梗连作土壤含水量的动态变化,讨论了不同年限桔梗连作土壤的含水量对于商洛生态环境与经济效益达到双赢的问题。结果表明：2年生桔梗降雨前后土壤平均含水量均高于1年生和3年生土壤平均含水量,2年生桔梗水分条件最好,双重优势明显。A2土层剖面的土壤含水量在降雨前后都是最高的,蓄水保土能力强,利于桔梗根系的生长。一年生桔梗根部细小,土壤水易散失,土壤含水量居中。3年生桔梗土壤板结固实,含水量最小。主要耗水层位是Al,土壤含水量在降雨前后差异较大,A3土层土壤含水量变化较小,为相对稳定层。各土层含水量平均来说由上向下呈现逐渐增高的变化趋势。     

介质含水率与探地雷达电磁波特征参数关系

【目的】研究GPR电磁波属性参数与含水率的内在关系,揭示流域范围内土壤水分赋存特征具有重要意义。【方法】利用美国劳雷工业SIR-3000型地质雷达,对不同含水状态风积沙进行GPR探测试验,分析了不同含水率风积沙试样中电磁波传播过程的参数特征,建立了其与含水率的关系模型,并推算介电常数;利用介电常数仪直接测定不同含水率风积沙试样的介电常数,对比基于波速间接所得介电常数,校验了介质含水率与电磁波特征参数关系模型的有效性。【结果】随介质含水率增加,GPR电磁波的双程走时呈非线性增加趋势,波速呈负线性降低趋势;随含水率增加,基于GPR波速间接推算介电常数与介电常数仪直接测定介电常数呈相似增大趋势,相同条件下两类介电常数最大误差约3.6%。【结论】借助GPR电磁波波速与双程走时可以有效评价风积沙水分赋存特征与介电特性。     

墒情监测站基座埋设对土壤水分分布的影响

为确定传感器埋设的合理位置,借助Hydrus-2D软件,对长、宽、高均为50 cm,顶面埋设在地面以下50 cm的基座,结合中国科学院南皮生态农业试验站冬小麦抽穗期的情况,建立了土壤水分运动模型,分别模拟了在有无基座的条件下各时期的土壤体积含水率,并计算了不同条件下因埋设基座而产生的偏差。结果表明,离基座越近,影响越明显。基座的埋设使得其周边土壤雨后的含水率偏大,灌前的含水率偏小。雨后的偏差主要表现在70 cm深度以下的土层,灌前的偏差主要表现在80 cm深度以内的土层。因此,在水平方向与基座的距离不小于70 cm的剖面上埋设传感器,含水率偏差的绝对值均控制在0.02以内,基座对含水率测量的影响可以忽略。     

宁夏黄灌区灌淤土水力参数研究

对宁夏黄灌区灌淤土水力参数进行了较为系统的研究.研究结果表明,原状土与扰动土饱和导水率变化范围分别为10～100 cm/d和3～50 cm/d.原状土饱和导水率随土壤剖面变化规律与扰动土一致:随着土壤深度的增加,饱和导水率呈现高低往复变化.原状土和扰动土的饱和导水率受粘粒含量、密度、孔隙度影响较大,受有机质含量影响较小...     

轮式作业机械对农田土壤压实的模拟试验研究

为了简化农田作业机械对土壤压实的试验过程,对轮式作业机械对土壤参数的压实影响总的变化趋势进行分析。用简单的试验装置对轮式作业机械对土壤的压实进行模拟试验,模拟试验测取了不同接地比压,不同通过次数下土壤含水率、容重和坚实度3项指标的变化。试验表明:接地比压和通过次数对当时土壤的含水率的影响不大;接地比压对土壤坚实度和表层土壤容重的影响较大;土壤被压实1次和2次时土壤的坚实度和容重有较大的影响;接地比压和土壤压实次数对深层土壤的容重影响不大。     

黑土区坡耕地水土保持耕作措施对土壤理化性状的影响

为探寻黑土区坡耕地不同水土保持耕作措施对土壤理化性状的影响机理,开展了田间小区试验。设置横坡耕作（TP）、垄向区田（RF）、深松（SF）、横坡耕作+垄向区田（TP-R）、横坡耕作+深松（TP-S）、垄向区田+深松（RF-S）3种水土保持耕作措施及3种组合耕作措施,并以常规顺坡耕作（CK）为对照,分析了土壤孔隙度、土壤机械组成、水稳性土壤团聚体稳定性、土壤养分含量等指标,并采用TOPSIS模型对不同水土保持耕作措施进行了综合评价,筛选了土壤稳定性强且蓄水保肥效果良好的水土保持耕作措施。结果表明：在玉米的全生育期内,深松、垄向区田、横坡耕作均能提高土壤体积含水率。TP-S处理体积含水率最大,0~40cm土层平均体积含水率较CK处理增加29.47%;RF-S处理平均孔隙度最大,TP-S处理次之,平均孔隙度较CK处理分别增大10.68%、9.25%;TP-S处理能够显著提高土壤稳定性,其中平均质量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和大团聚体含量（R0.25）较CK处理分别增加12.30%、19.57%、13.97%;TP-S处理能够改善土壤机械组成,TP-S处理粗砂粒、粉粒、黏粒含量较CK处理增加15.40%、26.89%、1.90%,细砂粒含量较CK处理降低31.56%;TP-S处理IN（无机态氮）、AP（有效磷）、AK（速效钾）含量最高,较CK处理IN、AP、AK含量分别增加42.81%~55.32%、39.69%~40.68%、20.41%~25.45%。由TOPSIS模型综合评价结果可知,TP-S处理贴合度最高,土壤结构更稳定,且蓄水保肥效果更好,为适宜该地区的水土保持耕作措施。     

商丘农田土壤水分测定探头埋设位置研究

利用在商丘野外生态试验站定点埋设的SWR-2型土壤水分测定探头采集的数据,通过主成分分析和因子分析,对玉米试验区不同土层深度土壤水分试验数据进行了相关分析和检验,研究了农田中不同深度层土壤水分的相互关系,结果表明,地表下30 cm土层与20 cm、40 cm、50 cm处土壤体积含水率线性相关;主要根系区70 cm土层与60 cm、80 cm9、0 cm处土壤体积含水率线性相关;130 cm、140 cm、150 cm土层之间同样存在着线性相关,初步得出本地区土壤水分测定探头合适埋设位置是地表下10 cm、30 cm7、0 cm1、00 cm、140 cm 5个深度。     

利用作物冠层叶气温差预报根系层土壤含水率的试验研究

根系是作物吸收水分的重要器官,根系的生长和分布对水分利用起着重要的作用,试验以番茄作为研究对象,于2011年的春夏两季对日光温室番茄的根系活动层内土壤容积含水率与冠层叶-气温差之间的关系进行了研究。结果表明：反映日光温室番茄的冠层叶-气温差与土壤含水率关系的最佳测定时间是13：00～15：00,根据该时段内的数据分析发现,冠层叶-气温差与不同深度范围内的土壤容积含水率成负相关,且与20～30cm土层内的土壤容积含水率相关性最为显著,相关系数为-0．808,通过回归分析,得出冠层叶-气温差（△T）与20～30cm土层内的土壤容积含水率（Sw）两者之间的回归方程为SW=-0．017AT＋0．155,因此可以确定番茄根系的活动层主要分布在土层的20～30cm范围内。     

冻融过程对FDR测量土壤体积含水量的影响

为研究冻融过程对FDR测量土壤体积含水量的影响,采用基于FDR技术的土壤水分传感器TDR-3,通过室内温度实验箱控制环境温度范围为-20～20 ℃,对冻融过程中黏性土样体积含水量进行了测试分析．结果表明:采用FDR测量黏性土样体积含水量,在土样未进行冻融前,温度在0 ℃以上时,FDR的测量值随温度呈线性变化,随着温度的升高而增大,随着温度的降低而减小;黏性土样冻融过程中,在冻结过程中,FDR的测量值随着温度的降低逐渐减小;在融化过程中,随着温度的升高,FDR的测量值逐渐增大;相同温度条件下,黏性土冻结过程中FDR的测量值明显大于黏性土融化过程中FDR的测量值,0℃时两者差值最大,该差值受土壤初始体积含水量和冻融温度的影响．研究成果对于提高FDR测量冻融过程中土壤体积含水量的可靠性具有重要意义．