甘肃旱地黄土含水量与土壤电阻关系研究

甘肃旱地黄土含水量与土壤电阻关系研究 安徽农业科学,JournalofAnhuiA.Sci2008,36(20):8707—8708责任编辑张彩丽责任 校对张士敏 甘肃旱地黄土含水量与土壤电阻关系研究 樊新建,冀宏,刘小平2张卫勇 (1.兰州理工大学流体动力与控制学院,甘肃兰州730050;2.日立建机技术研究所, 日本茨城县3000013) 摘要基于土壤湿度电阻法测量基本原理,设计了一种通过直接测量土壤电阻获得 土壤含水量的测量装置,对甘肃旱地黄土土壤含水 量与土壤电阻关系进行试验研究,揭示了黄土土壤含水量与土壤电阻关系的基本 变化规律,通过对实测值进行拟合得到黄土土壤含水 量与土壤电阻关系的数学模型.结果表明:在土壤质量含水量W?8.5%时,土壤电 阻值与土壤含水量的关系稳定且重复精度高;当W< 8.5%时,随着土壤含水量的减小,土壤电阻值急剧增加. 关键词旱地黄土;土壤含水量;土壤电阻 中图分类号S152.7文献标识码文章编号o517—6611(2008)2o—o87cr7—02 StudyORtheRdationbetweenSoilMoistureandSoilResistanceofDryLoessinGansuProvince FANXin-jianetal(CollegeofnuidPowerandControl,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou,Gansu730050) AbstractBasedon出 eprincipleofelectricalmeasurementofsoilmoistureakindofequipmentwasdesignedwhichcouldgetsoilmoisture 出rough出 edireetmeasureofsoilresistance.Experimentalresearchontherelationbetweensoilmoistureandsoilresistanceofdryloessin Gansuwerecarriedouttoobtainthechangelawsbetweenmoistureandresistanceofdryloessb yusingthisequipment.Asimulationmodelon 出 erelationbetweensoilmoistureandsoilresistancewasdeveloped.Resultofexperimentshow edthestablerelationandhighrepeatprecision betweensoilmoistureandsoilresistancewhensoilmoistureWI>8.5%.andsoilresistance increasedquicklyalongwiththediminishingofsoil moisturewhensoilmoistureW<8.5%. KeywordsDryloess;Soilmoisture:Soilresistance 水分是天然土壤的重要组成部分之一.它不仅影响土 壤的物理性质,制约着土壤中养分的溶解,转移和微生物的 活动,也是构成土壤肥力的一个重要的因素;水分本身更是 一 切作(植)物赖以生存的基本条件.因此研究和了解土壤 水分,无论在理论上和生产上都有着重要意义.关于土壤水 分动态观测方法,多采用传统的烘干法,但该方法存在工 作量大,测试时间长,干扰土样大的缺点.近年来,在土壤水 分测定中利用电阻法原理测定土壤含水量,目前国内外应用 比较多的方法之一.电阻法通过测定土壤中的电学反应 特性(电阻)的变化来确定土壤含水量,具有方便快速量测的 特点,是一种简便易行的方法.传统的电阻法,需要把电极 镶人电阻块(石膏块),其量测值受电阻块的影响较大.与传 统的方法不同的是,此次量测采用不锈钢螺丝作为电极,直 接量测两点间的土壤电阻值.学者们对黄土高原各种土壤 水分变化特征进行了较多的研究],而对甘肃黄土高原地 区旱地土壤含水量与土壤电阻之间关系的研究相对较少. 文献[3]表明,土壤的缺水临界值为13%,即作物适宜生长 的含水量大于13%,故当土壤含水量大于其缺水临界值时, 研究其与土壤电阻之间关系的意义较大,笔者对甘肃黄土高 原地区旱地土壤含水量与电阻间的关系进行了大量的试验 研究,得出了其土壤含水量与电阻关系,对进一步认识黄土 高原土壤水分变化特点,有效利用水资源和生态保护具有重 要的指导意义. 1试验基本原理与量测系统 1.1基本原理一般所说的土壤水分,实际上是指用烘干 法在105,110oC时能从土壤中被驱逐出来的最大水分量. 土壤水分含量即土壤含水量,它是指土壤中所含有的水分 基金项目 作者简介 收稿日期 兰州理工大学校基金项目(X06200402);兰州理工大学硕 士基金项目(Z62207). 樊新建(1979一),男,江西九江人,讲师,从事水力学与水 环境研究. 2008-05-07 量.土壤含水量可以用不同的方法表示,如容积含水量,质 量含水量,土壤相对湿度,其中,质量含水量表示方法简单易 行,并且有足够的精度,是最主要,最基本和使用最广泛的方 法,笔者采用质量含水量()来表示土壤的含水量,质量含 水量是以土壤中实际所含的水量()占干土重量(?)的 百分数来表示,即: :×100%(1) 土 土壤中两点间的电阻值与土壤的含水量?,土层的压实 度,两点的距离Z等因素有关,当两测点间距不变时,土壤 的含水量对其影响相对较大,含水量的大小与土壤的导电性 成正比,与土壤电阻成反比. R=-厂(,0,Z…)(2) 1.2量测系统图1给出了试验装置图.试验装置为6ClTI x6cmx8em立方体有机玻璃盒,在每个侧面装有的不 锈钢螺丝,作为量测的测点,对称的测点间距为2.0cm,具体 位置见图1.试验量测仪器包括:数字电源,数字电流表,电 子天平(感量0.01g,最大称量1000g),土铲及其他实验室 常用仪器设备.在量测的过程中,为了保证量测精度,每次 量测时,重复采样3次,使每次量测的电流值基本相等. 2试验结果 为了更好地进行试验,采集了甘肃黄土高原有代表性, 并且是植被稀少的旱地土壤.试验前将采集的旱地土壤本 晒干,每个有机玻璃盒内装试验土样150g:,一次性加水100 g,试验共3组(试验盒号分别为1#,2#,3#),每个试验盒对称 安装2个不锈钢螺丝作为测点(编号分别为a—a.b—b).试 验时,采用高精度电子天平称量土壤含水重量,根据已知的 稳定电压,并用数字电流表量测电流,,经计算可得到电阻 值冗(R=U/I).图2给出了土壤含水量与土壤电阻实测关 系曲线.由图2可知,土壤含水量对土壤电阻影响较大.随 着含水量的减小,土壤电阻值增大.在该试验范围内,伽? 安徽农业科学2oo8年 , 8.5%时,土壤电阻随着土壤含水量的增加呈指数曲线减小; 当<8.5%时,土壤含水量的微小变化对土壤电阻影响大, 随着土壤含水量的减小,土壤电阻值急剧增加.因此,当W i >8.5%,采用量测土壤电阻的方法来量测土壤含水量的效 果较好.图2所示的试验实测值点群分布表明,土壤含水量 与土壤电阻之间的关系很好地符合指数曲线关系.对试验 条件下土壤含水量与土壤电阻关系曲线进行拟合,其拟合方 程如下: A :32.25e'+10.8e(3) 通过对原始数据的整理及上述曲线的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,回归曲线方 程的相关系数为0.978,拟合效果较好.实测数据在回归曲 线周围分布相对均匀,表明实测数据的规律性较为明显,特 别是在?8.5%时,实测点的分布更加集中,证实了实际测 量过程中数据的稳定性.个别实测数据偏离回归曲线,说明 影响土壤导电的因素较多. B 注:图中单位为cm.1.数字电源,2.数字电流表,3.有机玻璃盒,4.不锈钢螺丝,5.电线. Note:Theunitsinthemapaleallen1.1.Digitalpower;2.Di~telcurrentmeter;3.Organicglass box;4.Stainlesssteelscrew;5.Electricalwire. 图1试验装置立面(A)与平面图(B) Fig.1Elevationaldrawingandplanegraphofthetestdevice 兄k'2 图2土壤含水量与土壤电阻实测值及拟合曲线 Fig.2Measuredvalueofsoilresistanceandsoilmoisture contentandthefittingcurve 3结论 通过在室内对甘肃黄土高原地区旱地土壤含水量与土 壤电阻关系进行试验研究,经分析得出土壤含水量对土壤电 阻影响较大,随着含水量的减小,土壤电阻值增大.在? 8.5%时,土壤电阻随着土壤含水量的增加;当<8.5%时, 土壤含水量的微小变化对土壤电阻影响非常大,随着土壤含 水量的减小,土壤电阻值急剧增加.试验表明当?8.5%, 采NmN~壤电阻的方法来量测土壤含水量的效果相对较 好.通过对土壤含水量与土壤电阻关系曲线进行拟合,得到 拟合方程.在以后的试验中需进一步研究旱地土壤含水量 与土壤电阻随浸0点之间的距离,土壤的压实度等因素的变化 情况. 参考文献 [1jThewrittinggroupofsoilmoisturemeasuringmethods.Methodsformeas— uringsoilmoisture[M].HydraulicandElectricPowerPress,1986:23— 132 [2]SEYFRIEDMS.Fieldcalibrationandmonitoringofsoil—watercontent withfiberglasselectricalresistancesensors[J].SoilSciSocAmJ,1993, 57(6):1432—1436. [3]DENZY.TheGansuprovinceresearchofsoilagriculturalhydrologyfea- ture[J].JournalofNaturalResources,1989,4(2):143—149. [4]孙秉强,张强,董安祥,等.甘肃黄土高原土壤水分气候特征[J].地 球科学进展,2OO5,20(9):1041—1046. [5]张国胜.青海省东部农业区旱地土壤水分演变特征分析[J].中国沙 漠,2OO0,2o(3):165—171. [6]DUJ,ZHAOJ.Researchonmoistur~contentandmoisturerestoreindif- ferentvegetationinXianArea[J].JournalofSoilandWaterc0Ilserva. 1ion.20O6.20(6):58—61. (上接第8675页) 苹果讨上的三维空间格局[J].应用生态,1993,4(4):399—403. [4]张庆国,徐丽,邹运鼎.山楂叶螨种群空间格局及其应用的研究?成螨 种群密度综合,古{十及其抽样技术[J].应用生态,1994,5(2):163— 166. [5]李奇志.山楂叶螨活动螨空间格局及空间动态研究[J].华北农, 1994,9(1):108—113. [6]刘会梅,孙绪艮,王向军,等.山楂叶螨滞育的初步研究[J].昆虫, 2003,46(4):500—504. [7]李大乱,张翠疃,徐国良.苹果园山楂叶螨种群变动与温湿度的相关分 析EJ].河北农业科学,1995(3):3o一33. [8]ISMAILKASSP.LifehistoryofhawthornspidermiteAmphitetrancyehus vienensis(AcaIina:Tetranyehidae)onvariousapplecultivarsandatdif- ferenttemperatures[J].ExperimentalandAppliedAcarology,2O03(3i): 79—91. [9]孙绪艮,乔鲁芹,山楂叶螨对不同寄主植物的选择性与挥发性物质的 关系[J].林业科学,2oo4(3):193—197.