電阻率法求取土壤水分特征曲線研究.pdf

1、利用土壤水分特征曲線(SoilWaterRetentionCurve,SWRC)可以方便地獲得非飽和導(dǎo)水率、土壤水分狀況、永久萎焉點(diǎn)等一系列重要的土壤物理參數(shù),還可以為化學(xué)物質(zhì)和水分在土壤中的運(yùn)移行為提供預(yù)測。土壤水分特征曲線受多種環(huán)境和土壤因素的影響。對其直接進(jìn)行測定耗時、費(fèi)力、花費(fèi)高。對其間接估計,需要大量的數(shù)據(jù)資料,并且在準(zhǔn)確性和精度方面有一定的局限性。由于土壤在水平方向和垂直方向上的空間變異性,在區(qū)域尺度上對土壤水分特征曲線進(jìn)行

2、準(zhǔn)確預(yù)測相當(dāng)困難。因此,對土壤水分特征曲線在區(qū)域尺度空間和時間上的進(jìn)行較為準(zhǔn)確的測定,將為監(jiān)測和管理化學(xué)物質(zhì)和水分在非飽和土壤中空間和時間上的運(yùn)移行為帶來重要的意義和影響,同時對田間水分的管理也具有重要的意義。
　　 本研究以取自青島市即墨市藍(lán)村鎮(zhèn)王家屋子村后田間土樣為研究對象,通過自制的室內(nèi)土壤電阻率測量裝置,測定了土壤的電阻率及其對應(yīng)的含水量;利用.Ku非飽和導(dǎo)水率測量系統(tǒng)測定了土壤水分特征曲線。通過以土壤飽和時的電阻率與實

3、測土壤電阻率的比值為參量,排除了孔隙水電阻率、孔隙大小和排列、固體顆粒組成等土壤性質(zhì)對電阻率和含水量關(guān)系的影響,簡化了常規(guī)考慮孔隙水電阻率的研究方法,更有利于電阻率法的研究和應(yīng)用。
　　 首先,對所測數(shù)據(jù),利用lstOpt軟件,采用麥夸特法和通用全局優(yōu)化法結(jié)合的算法來擬合分析,得到了電阻率-含水量模型的參數(shù)和土壤水分特征曲線Gardner模型的參數(shù)。然后通過含水量這一中間量來建立土壤電阻率和基質(zhì)吸力之間的定量關(guān)系,并且提出了相應(yīng)

4、的土壤電阻率-基質(zhì)吸力模型,為土壤基質(zhì)吸力的預(yù)測提供了新的方法。其次利用土壤電阻率-基質(zhì)吸力模型,結(jié)合電阻率-含水量模型,來探討電阻率法預(yù)測土壤水分特征曲線的方法。利用電阻率法得到的土壤水分特征曲線,與實測的土壤水分特征曲線進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)幾乎完全吻合。通過使用電阻率法,使土壤水分特征曲線在區(qū)域尺度,空間和時間上的預(yù)測成為了可能,同時也拓展了電阻率法在土壤學(xué)中的應(yīng)用。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)得到了壤土和粘土的水分特征曲線,

5、為獲得非飽和導(dǎo)水率、土壤水分狀況、永久萎焉點(diǎn)等一系列重要的土壤物理參數(shù)提供依據(jù)。使用Ku非飽和導(dǎo)水率測量系統(tǒng),對所取原狀土樣進(jìn)行土壤基質(zhì)勢和含水量的測定,通過lstOpt軟件對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行Gardner模型參數(shù)的擬合分析,得到了壤土和粘土兩種類型土壤的水分特征曲線,為預(yù)測土壤溶質(zhì)運(yùn)移行為及管理田間水分提供依據(jù)。
　　 (2)獲得了壤土的電阻率.含水量模型中的參數(shù)n值和土壤飽和電阻率Ps值,為電阻率法的應(yīng)用研究提供參考。并且證明了

6、該電阻率-含水量模型不適用于粘土類型的土壤,粘土顆粒表面的導(dǎo)電性對土壤的導(dǎo)電性是不可忽略的。在土壤電阻率的測量方法中,四極法測量的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于二極法測量。本研究設(shè)計出的實驗室內(nèi)土壤電阻率四極法測量簡易裝置,使實驗室內(nèi)土壤電阻率研究更加方便、快捷。
　　 (3)建立了土壤電阻率-基質(zhì)吸力模型,為在土壤學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)中預(yù)測土壤基質(zhì)吸力提供了一種新的方式。通過電阻率法預(yù)測土壤基質(zhì)吸力,能夠在區(qū)域尺度范圍內(nèi),通過一次性布設(shè)電