黃淮海地區(qū)典型土壤的巖土物理學關(guān)系研究.pdf

1、土壤特性的時空變異增加了土壤特性觀測的難度和土壤特性參數(shù)尺度轉(zhuǎn)換上的困難。目前土壤特性或狀態(tài)監(jiān)測的傳統(tǒng)土壤物理學方法很多,但真正能夠?qū)崿F(xiàn)土壤空間異質(zhì)性結(jié)構(gòu)監(jiān)測的方法有限。土壤其實也是一種電介質(zhì),在田間相對容易測定的土壤電阻率、電導率和介電常數(shù)等電學特性是土壤一些物理性質(zhì)的綜合反映,這就為土壤電學特性間接測定其他土壤特性指標提供了可能。在此基礎上,近年以電阻率成像法為代表的地球物理學方法在非飽和帶土壤水文過程的研究中獲得越來越多的應用。利

2、用電阻率成像法可實現(xiàn)對土壤特性或狀態(tài)的多維多尺度無損連續(xù)監(jiān)測。但電阻率成像法成功應用的前提是要預先準確獲知土壤電阻率與土壤特性之間的巖土物理學關(guān)系。
　　土壤的巖土物理學關(guān)系嚴重依賴于土壤類型和質(zhì)地,對此問題的研究有助于電阻率成像法在黃淮海地區(qū)典型土壤水文過程研究中的應用。為此,本論文選擇四種典型土壤(潘店砂質(zhì)壤土、大黑崗砂土、李莊壤土、陳崗砂粘壤土),分別研究了各種土壤質(zhì)地、容重和含水量下,土壤電阻率對監(jiān)測頻率相應的頻譜曲線;土

3、壤電阻率對于土壤含水量、質(zhì)地、容重變化的敏感性;以及電阻率與土壤含水量、基質(zhì)吸力和非飽和水力特性之間的定量關(guān)系。結(jié)果表明:
　　(1)土壤電阻率監(jiān)測結(jié)果受土壤含水量和監(jiān)測頻率的影響都很大。在雙對數(shù)坐標系中,隨監(jiān)測頻率的增加,四種土壤的電阻率大體上均呈線性衰減趨勢。此外,含水量的升高有助于降低頻率變化對于電阻率測量的影響。相對于干土,含水量在40％以上的土壤,其電阻率掃頻曲線要平緩得多。在高頻情況下,土壤的巖土物理學關(guān)系曲線相對平緩

4、,這意味著電阻率對土壤含水量的靈敏性下降,不利于通過電阻率監(jiān)測準確獲知土壤含水量信息。
　　(2)土壤電阻率對容重變化的靈敏性也與監(jiān)測頻率有關(guān)。在低頻情況(42HZ),土壤電阻率對于微小的容重變化并不敏感,這種情況下很難通過電阻率獲知土壤容重的空間分布情況。隨著監(jiān)測頻率的升高,不同容重土壤的巖土物理學關(guān)系曲線分離越來越大,但并無明顯的相對大小關(guān)系。
　　(3)所在地區(qū)的四種典型土壤比表面積小,顆粒本身的離子吸附性弱,影響電導

5、的主要還是土壤溶液,而非固相組成。在低頻低濃度情況下,四種土壤的巖土物理學關(guān)系曲線非常接近,這表明在田間很難通過電阻率剖面的監(jiān)測區(qū)分它們之間的差異。
　　(4)Archie經(jīng)驗公式可較好的表示四種土壤的電阻率與含水量之間的關(guān)系,而土壤電阻率與基質(zhì)吸力關(guān)系曲線中,預測值曲線與實測曲線的吻合度較差。兩種土壤(潘店、大黑崗)的電阻率與土壤非飽和導水率關(guān)系,實測值與擬合值的吻合性較好,通過電阻率預測土壤非飽和導水率,效果較好,土壤電阻率與