土壤斥水性影响因素及改良措施的研究进展

论述了森林火灾、土壤含水率、有机质含量、pH值、生物膜和粘土矿物质等因素对土壤斥水性的影响以及国内外土壤斥水性改良措施的研究进展,并提出当前土壤斥水性研究的重点和今后的研究方向是土壤毛孔或粒子范围方面的研究、土壤含水率和斥水性的表达、大范围田间斥水性对不同水文学要素的定量影响,同时指出国内土壤斥水性的研究发展方向。     

土壤斥水性影响因素及改良措施的研究进展

论述了森林火灾、土壤含水率、有机质含量、pH值、生物膜和粘土矿物质等因素对土壤斥水性的影响以及国内外土壤斥水性改良措施的研究进展,并提出当前土壤斥水性研究的重点和今后的研究方向是土壤毛孔或粒子范围方面的研究、土壤含水率和斥水性的表达、大范围田间斥水性对不同水文学要素的定量影响,同时指出国内土壤斥水性的研究发展方向.     

土壤含水率对潜水蒸发的影响

<正> 土壤含水率是影响潜水蒸发的一个很重要的因素。但是,目前国内主要侧重于探讨蒸发力和埋深对潜水蒸发的影响,对土壤含水率与潜水蒸发的关系缺乏研究。本文根据实测资料,应用回归分析方法,探讨了潜水蒸发强度随土壤含水率的变化规律。并分析了不同深度的土壤含水率对潜水蒸发的影响。对潜水蒸发与土壤含水率的关系得到了初步认识。     

砂土斥水性与含水率关系的试验研究及理想模型分析

为了探究土壤斥水性与含水率的关系,采用滴水渗透时间法进行室内试验,基于理想土壤颗粒模型,通过接触角变化进行理论分析,研究了不同含水率下砂土斥水性质的变化规律。结果表明:砂土斥水性随含水率的增大表现出以1.5%~2%含水率范围为拐点的先增大后减小的单峰曲线变化趋势;砂土自身斥水强度越高,其斥水持续时间的峰值越大,对应的土壤含水率值越小,且表现出斥水性质的下阈值含水率也相对越小;滴水渗透时间法和接触角法对土壤斥水性的判定存在差异,其实质是二者分别从土壤的斥水持久性和斥水强度两个角度对斥水性质进行评价。以上研究结果可为斥水土壤的研究奠定基础。     

间隔覆盖条件下玉米土壤水分研究

基于野外试验,研究了间隔覆盖条件下种植作物的坡面土壤水分时空分布及蓄存状况。结果表明,间隔覆盖法可以显著提高覆膜区土壤含水率,其中玉米生长中期最为明显;玉米生长前期覆膜处理下种植区土壤含水率高于对照处理种植区,中期相反,后期相差不大。坡面相同位置表层土壤含水率变化剧烈,且与降雨量变化趋势基本一致;对照处理下深层土壤含水率波动较小,覆盖处理波动较大,坡面上部覆膜使坡面下方较深层土壤含水率增加。间隔覆盖法在作物需水关键期可以显著增加种植区土壤蓄水量。     

土壤多参数复合测试系统研究

设计了一种同时采集土壤含水率、电导率及温度的多参数复合测试系统,对基于驻波率原理的土壤含水率测量方法、基于电流电压"四端法"的土壤电导率测量方法和基于"铂电阻"的土壤温度测量方法做了较为深入的研究。以北京地区土壤为测试样本,土壤含水率、温度及电导率传感器的输出与对应的测量值线性拟合相关性分别为0.998 3、0.999 8、0.999 1,动态响应时间依次为土壤含水率460 ms、温度13 s、电导率2.28 s,稳定性测试结果的标准差分别为土壤含水率0.011 5、温度0.001 4、电导率0.010 3,系统稳态及动态性能均满足土壤多参数的测量要求。对土壤多参数复合测试系统的抗干扰性能进行了分析与论证,得出在采用分时供电的前提下,多参数复合测试系统的干扰主要存在于土壤含水率与土壤温度之间,即土壤温度探针作为介质异物会造成土壤含水率测量值的升高,这是一个系统误差,可在数据处理中进行统一补偿。选用得到普遍认可的土壤含水率传感器、土壤温度传感器、土壤电导率传感器与本研究的土壤多参数复合测试系统进行性能对比研究表明:本系统满足土壤含水率、温度和电导率实时在线测量的要求,可以为精细农林业提供一种高精度的便携式土壤多参数检测工具。     

油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置研究

针对油菜直播地表农田土壤物理机械特性参数室内测量费时费力、田间测量仪器功能单一等问题,设计了一种油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置,实现集成测量土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角4种土壤物理机械特性参数且测量结果可以通过手机APP实时储存显示。装置基于自走式移动平台实现行走控制,以STM32单片机为核心控制器,利用FDR传感器获取土壤含水率,通过圆锥贯入部件测量土壤坚实度和抗剪切强度参数(包括粘聚力和内摩擦角)。分析了装置的圆锥贯入部件和土壤含水率检测部件测量原理,设计了装置测量控制系统硬件电路及软件,开展了传感器标定试验,确定了柱式压力传感器、薄膜压力传感器和土壤水分传感器的输入输出响应关系。选取71个土壤样本,融合土壤含水率和基于圆锥受力平衡关系获取的摩擦因数,运用最小二乘法建立了土壤粘聚力和内摩擦角数学测量模型,模型决定系数R²分别为0.932和0.956。开展了装置田间测量试验,对土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角进行集成测量,结果表明：相较于AYD-2型土壤坚实度仪、干燥箱干燥法和ZJ-D型直剪仪测量结果,油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装...     

基于双线性理论的土壤介电测量研究

针对目前土壤介电计算模型适应性差等问题,基于双线性理论构建了双线性介电计算模型。为探究双线性介电计算模型对土壤介电测量的适应性,选用7种不同质地土壤分别配置0、5、10、15、20、25、30cm3/cm3体积含水率,在0.001～3GHz频域内进行不同含水率下介电谱测量。分析发现,该模型介电谱可很好地反映土壤不同含水率下混合介质的介电特性;土壤含水率介电法测量理想频率点为1.50288GHz。在理想频率点上,基于复介电常数实部和视在介电常数构建了2个土壤含水率频域测量经验公式,通过试验数据分析,土壤含水率复介电实部测量式的计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R2为0.9126,RMSE为0.0294cm3/cm3、RPD为3.343;土壤含水率视在介电测量式计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R2为0.8907,均优于其他3种经典公式（Topp公式、Roth公式、Malicki公式）。双线性介电计算模型对土壤介电常数计算有良好的适应性,基于该模型建立的土壤含水率频域测量式对土壤含水率有较高的测量精度。     

测量土壤质量含水率的体积置换方法

提出了一种直接测量土壤质量含水率的方法,达到传统干燥称重法同等的效果。该方法将任意待测土样置于已知体积的容器中并将容器注满水,由已经测量得到的湿润土壤的质量、容器中盛满水后土样与水的总质量、假设已知的土壤颗粒密度和水密度,计算得到土壤质量含水率。给出了相应的测量方法、测量过程、土壤含水率计算过程。采用4种土壤,配制成10%、15%、20%、25%、30%的初始土壤体积含水率。用提出的体积置换法测得土壤质量含水率后,再将土样干燥,得到传统干燥法测量的土壤质量含水率。将两种方法测量的结果进行比较,说明所提方法的可行性。结果表明提出的方法较传统干燥8 h后称质量法测量的含水率高2.4%~2.7%。而传统方法延长干燥时间后,测量得到的含水率约增加1%~3%。表明所提方法测量过程优于传统方法。     

塿土介电特性与水分检测频率及温度影响

为了确定基于介电特性的土壤含水率传感器的合适检测频率,并降低温度对介电参数的影响,以陕西关中地区的塿土为对象,利用矢量网络分析仪和同轴探头技术研究了信号频率(10～4 500 MHz)、土壤含水率(9%～25%)和温度(5～50℃)对土壤相对介电常数ε’和介质损耗因数ε″的影响,分析了介电参数变化的原因及频率、含水率和温度对电磁波穿透深度的影响规律.研究结果表明,在10～4 500 MHz频段内,随着频率的增大,土壤的ε’单调递减,而ε″先增大,后减小,进而再增大;ε’和ε″均随含水率和温度的增大而增大;穿透深度随频率、含水率和温度的增大而减小;频率、含水率和温度是影响土壤介电参数及穿透深度的主要因素.50～100MHz是基于介电特性检测土壤含水率的最佳频段.     

基于含水率与温度补偿的土壤pH值在线实时检测系统

针对目前常用土壤pH值传感器在测量过程中受土壤含水率和温度影响较大的问题,设计了带有温度、含水率补偿模型的锑电极土壤pH值在线实时检测系统。利用最小二乘法对pH值和测量结果进行线性分析,补偿土壤pH值测量误差。试验结果表明,经过补偿之后,由温度和含水率变化导致的pH值测量误差至少可降低84. 5%,pH值测量值随温度和含水率的变化幅度不超过±0. 1。与市场产品ZD-18型土壤酸度计、HYSWR-ARC-12V型土壤含水率传感器、水银温度计对比研究得出,3项指标线性拟合决定系数均达到0. 99以上。为了确保自然环境下土壤pH值测量的适用性,探索了系统在使用过程中土壤含水率的阈值与测量精度,表明在土壤体积含水率大于5%的情况下均可有效测量。试验表明,在pH值3. 06～10. 36范围之内,本系统可有效测量,检测误差为-1. 53%～3. 51%,满足土壤pH值实时在线测量要求。     

基于低频滤波法的T-TDR含水率测量方法研究

为了解决T-TDR(Thermo-time domain reflectometry)探针短,土壤含水率测量效果差等技术问题,提出了一种低频滤波法LFF(Low frequency filter)进行TDR波形分析的计算模型。通过对TDR波形快速傅里叶变换,得到组成TDR波形的频谱,对其低频滤波后重新快速傅里叶反变换,可实现LFF变换。试验通过4种土壤,每种5个含水率的20个土样进行测试,通过LFF法和传统WINTDR法对比,结果表明LFF法具有较好的计算结果,其与干燥法的决定系数R2达0.983 5。LFF法不仅有效提高了T-TDR短针土壤含水率的测试精度,还简化了土壤含水率测试校验程序,提高了测试效率。     

大田土壤电导率快速检测系统设计与试验

为评价土壤肥力、生产能力及制作精准施肥处方,基于四端法原理设计了一种车载式大田土壤电导率快速检测系统,系统包括交流恒流信号源、信号检测调理电路及GNSS定位系统,可实现土壤田块不同区域内电导率的快速检测.通过试验探究土壤含水率、土壤浸出液电导率、电极入土深度、土壤温度对电极输出信号的影响规律并根据试验结果回归得出预测模...     

剔除土壤背景的冬小麦根域土壤含水率遥感反演方法

为剔除无人机多光谱图像中的土壤背景、提高作物根域土壤含水率反演精度,以不同水分处理的拔节期冬小麦为研究对象,利用无人机多光谱相机分别在09:00、11:00、13:00、15:00和17:00等5个时刻获取高分辨率多光谱图像,采用改进的植被指数阈值法快速确定植被像元与土壤像元的分类阈值,通过阈值划分剔除土壤背景,并根据阈值变化研究土壤背景对冬小麦冠层反射率的影响,建立了剔除土壤背景前后基于植被指数的土壤含水率反演模型。结果表明,应用改进的植被指数阈值法可有效剔除多光谱图像中的土壤背景,其中基于植被指数RDVI的剔除精度最高,总体精度在91.32%以上;土壤背景对冬小麦冠层近红外波段的反射率影响较大,红边波段次之,而对可见光波段的反射率影响较小;剔除土壤背景前后的植被指数与土壤含水率均呈线性关系,剔除土壤背景对反演土壤含水率的精度有显著提高,其中NGRDI反演深度10~20cm的冬小麦根域土壤含水率效果最好,建模集R2和RMSE分别为0.739和2.0%,验证集R2和RMSE分别为0.787和2.1%。     

基于混合象元分解的Landsat8与MODIS数据融合反演土壤墒情方法研究

【目的】及时准确地获取灌区土壤墒情信息。【方法】以河南省焦作市广利灌区为研究对象,利用Landsat8及MODIS遥感数据分别以表观热惯量及植被供水指数法反演土壤墒情,以混合象元分解的植被和土壤的丰度作为权重因子,对2种方法反演的土壤墒情进行了融合计算。【结果】利用植被供水指数法和表观热惯量反演的土壤含水率与实测含水率相关系数分别为0.47和0.51,同时将2种方法相结合得到的反演结果精度更高,实测含水率与计算的土壤含水率相关系数达到0.73。【结论】融合方法可以更好地计算灌区非均匀覆盖区的土壤墒情。     

高寒草甸生态系统表层土壤水分时间稳定性研究

选取西藏高原北部那曲地区一处典型的高寒草甸生态系统为研究对象,用TDR 300测量样地中2个样带共82个测点表层0~7.5 cm的土壤含水率,在2015年生长季中共测量14次。基于所测数据分析了土壤含水率的时空变异性和时间稳定性。结果表明,2015年生长季2个样带表层平均土壤含水率为26.0%,在空间上表现为弱变异性,在时间上表现为中等变异性,土壤含水率较高时,土壤水分的变异性也较高;82个测点土壤含水率的空间模式在7月份—8月初相似性较弱,在8月中旬—9月初相似性较强;土壤含水率的相对差分平均值在-11.5%~8.5%之间,相对差分标准差的平均值为8.6%,二者表现为开口向上的二次曲线关系,说明土壤含水率接近样地平均值的测点具有较高的时间稳定性,而在较干和较湿的测点,土壤含水率的时间稳定性相对较弱;时间稳定性指数、平均绝对偏差、均方根误差和最小相对差分标准差平衡法4种方法均能准确地判定土壤含水率时间稳定性最佳代表测点,利用最佳代表测点估算样带平均土壤含水率均具有较高的精度,相比较而言,最小相对差分标准差平衡法精度更高。     

基于微波频时域变换的土壤灌溉湿润锋检测技术

为有效解决传统TDR系统在确定土壤湿润锋位置时带宽小、上升沿时间长、分层界面位置测量误差大等问题,本文在研究TDR阻抗测量的基础上,利用微波频域、时域变换理论提出了一种基于便携式矢量网络分析仪的土壤湿润峰测量方法。利用ADS仿真分析验证了TDR波形重新建模方法,证明了不同阻抗交界面检测的可靠性。通过油水交界面、2层不同含水率土壤干湿交界面、3层不同含水率土壤干湿交界面位置的测量,与传统TDR方法测得的结果进行对比,结果表明基于便携式矢量网络分析仪建立的微波阻抗反射信号转换模型在实际应用中具有很好的准确性,可为土壤分布式含水率的测定提供理论借鉴。     

驻波法土壤水分测量系统的数学分析

介电法土壤水分测量中所涉及的公式一般是非线性的,在公式推导和绘制理论上的关系曲线时比较困难。为此,采用Matlab解决了上述问题,根据驻波法测量系统实际硬件电路参数推导出输出阻抗和传递函数的数学模型,再利用Topp公式等理论建立了以土壤含水率为自变量的系统传递函数的数学模型。利用Matlab对上述模型进行了仿真,得到了输出阻抗、介电常数及系统传递函数与土壤含水率的关系曲线。通过相关实验研究,验证了该数学模型的可行性。     

土壤固有频率与孔隙度、含水率的关系研究

为确定土壤含水率、土壤孔隙度与土壤固有频率的关系,采用自制的土壤压实机械进行土壤试样制作,运用试验模态分析法,进行不同含水率和孔隙度下土壤固有频率的测定。获得了不同孔隙度下土壤固有频率和土壤含水率的关系曲线以及不同含水率下土壤固有频率和土壤孔隙度的关系曲线。分析结果表明:土壤试样含水率为3%~15%时,当土壤孔隙度一定,土壤试样固有频率除含水率为3%时呈线性增长,其余含水率均为先增大至含水率为9%左右后开始降低;土壤试样孔隙度为40%~48%时,当土壤含水率一定,土壤的固有频率随着土壤孔隙度的升高而增大。试验结果可为研究不同农机具作业后土壤—车辆振动系统的传递提供依据。     

覆盖作物与耕作法对土壤性质的影响

冬季种植覆盖作物结合免耕法构成的保护性耕作法,在冬春季土壤休闲时期可提高土壤含水率,抑制土壤风蚀,回收土壤残留氮素;在夏季作物栽培时期仍可提高土壤的含水率,抑制土壤有机质下降,提高土壤生物活性,改善土壤团粒结构,起到土壤保护作用。