黃淮海地區(qū)典型土壤的巖土物理學(xué)關(guān)系研究.pdf

1、土壤特性的時(shí)空變異增加了土壤特性觀測(cè)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(cè)的傳統(tǒng)土壤物理學(xué)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(cè)的方法有限。土壤其實(shí)也是一種電介質(zhì),在田間相對(duì)容易測(cè)定的土壤電阻率、電導(dǎo)率和介電常數(shù)等電學(xué)特性是土壤一些物理性質(zhì)的綜合反映,這就為土壤電學(xué)特性間接測(cè)定其他土壤特性指標(biāo)提供了可能。在此基礎(chǔ)上,近年以電阻率成像法為代表的地球物理學(xué)方法在非飽和帶土壤水文過(guò)程的研究中獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。利

2、用電阻率成像法可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤特性或狀態(tài)的多維多尺度無(wú)損連續(xù)監(jiān)測(cè)。但電阻率成像法成功應(yīng)用的前提是要預(yù)先準(zhǔn)確獲知土壤電阻率與土壤特性之間的巖土物理學(xué)關(guān)系。
　　土壤的巖土物理學(xué)關(guān)系嚴(yán)重依賴于土壤類型和質(zhì)地,對(duì)此問(wèn)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(guò)程研究中的應(yīng)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(duì)監(jiān)測(cè)頻率相應(yīng)的頻譜曲線;土

3、壤電阻率對(duì)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(cè)結(jié)果受土壤含水量和監(jiān)測(cè)頻率的影響都很大。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中,隨監(jiān)測(cè)頻率的增加,四種土壤的電阻率大體上均呈線性衰減趨勢(shì)。此外,含水量的升高有助于降低頻率變化對(duì)于電阻率測(cè)量的影響。相對(duì)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(xué)關(guān)系曲線相對(duì)平緩

4、,這意味著電阻率對(duì)土壤含水量的靈敏性下降,不利于通過(guò)電阻率監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確獲知土壤含水量信息。
　　(2)土壤電阻率對(duì)容重變化的靈敏性也與監(jiān)測(cè)頻率有關(guān)。在低頻情況(42HZ),土壤電阻率對(duì)于微小的容重變化并不敏感,這種情況下很難通過(guò)電阻率獲知土壤容重的空間分布情況。隨著監(jiān)測(cè)頻率的升高,不同容重土壤的巖土物理學(xué)關(guān)系曲線分離越來(lái)越大,但并無(wú)明顯的相對(duì)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(dǎo)

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(xué)關(guān)系曲線非常接近,這表明在田間很難通過(guò)電阻率剖面的監(jiān)測(cè)區(qū)分它們之間的差異。
　　(4)Archie經(jīng)驗(yàn)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(yù)測(cè)值曲線與實(shí)測(cè)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(dǎo)水率關(guān)系,實(shí)測(cè)值與擬合值的吻合性較好,通過(guò)電阻率預(yù)測(cè)土壤非飽和導(dǎo)水率,效果較好,土壤電阻率與