时域反射仪对水分非均匀分布土壤含水率的测定.pdf

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1、第26卷20lO年第ll期11月农业工程学报Trallsactionsof也eCSAE、,b1.26No.11Nov.20lO19时域反射仪对水分非均匀分布土壤含水率的测定李子忠1,郑茹梅1,龚元石1,王一鸣2,杨新明1,王克栋2(1.中国农业大学资源与环境学院,北京100193;2.中国农业大学信息与电气工程学院,北京lo0083)摘要:为了评估时域反射仪测定水分非均匀分布士壤的含水率的性能,该研究在室内试验中将土柱纵向分为上下2层,设置土壤水分若为0.05、0.10和O.15cm3/cm33种情况,进行不同含水率梯度下水分非均匀分布对该仪器测定土壤含水率的影响试验,并在田间试验中进行

2、了实地测试。结果表明,在室内新型时域反射仪随着上下2层土壤含水率梯度差的增加,测定土壤含水率的均方根误差略有增大,在水分分布相对均匀的土壤中测定土壤含水率的均方根误差小于O.028cm3,cm3。在田间幔直埋设探头,上湿下干和上千下湿的土壤含水率差异范围分别在O.Oll~O.026和0.026~0.064锄3/cm3时,仪器测定含水率的均方根误差分别是O.037和O.027cm3/cm3。时域反射仪测定水分不均匀分布情况下的土壤含水率是可行的。关键词:时域分析,仪器,评估,土壤含水率,非均匀doi:10.3969a.isSn.1002—6819.2010.11.004中图分类号:S151

3、.9文献标志码:A文章编号:1002—6819(2010)一ll—ool9一05李子忠,郑茹梅,龚元石,等.时域反射仪对水分非均匀分布土壤含水率的测定[J].农业工程学报,2010,26(”):19—23.“Zi幼on蜀Zh舶gRuIllei,GongYu柚shi,eta1.M∞sllremetltofsoilwa£ercont踟tbytillledo啪inreflectom曲yinnon—unif.ornllywettedsoils【J].mnsactionsof也eCSAE,2010,26(11):19—23.(inChinese训也En酎ishabsmIct)0引言时域反射仪(ti

4、medomainrenectom咖,TDR)是一种可以用来快速测定土壤含水率的仪器,传统的时域反射仪如TekroIlix1502B、TRASE和TDRloo等由于技术上依赖测定极短的电磁波传输时间和产生极陡脉冲上升沿的高频电子元器件,导致仪器价格昂贵,且国内的TDR仪器完全依靠进口,在维修等售后服务方面还完全依赖国外的生产厂家,在一定程度上限制了该类土壤水分测定仪器在实际农业牛产中的推广和应用。研制开发一款中国拥有自主知识产权、低成本且可以满足生产实际需求的TDR土壤水分测试仪,对中国的节水高产高效的农业生产和农业水资源管理具有重要意义。TDR测定水分相对均匀分布情况下的土壤含水率精度可

5、以满足实际需求【l翻。但是,实际田间土壤剖面上的水分分布往往是不均匀的【31,即使是比较薄的土层也会存在水分纵向分布的不均匀性【4】。例如,在干旱半干旱地区长时间干旱少雨的情况下,地表土壤水分蒸发强烈,导致土壤表层含水率很低。但是下层土壤还可以保持一定的含水率。在降雨或是灌溉发生后,地表土壤水分很快得到补给,呈现高含水率土层。随着水分不断入渗,土壤纵向剖面上形成水分的不均匀分布状态【5刮。另外,在土壤冻融过程中,也会造成不同深度土层土壤含水率的差异。例如,进入解冻期后,随土壤温度的升高,土壤收稿F]期:2010.01.2l修订}{期:20lO.09.16基金项目:国家高技术研究发展计划(

6、2006从lOz264)作者简介:李子忠(1972一),男,山东平原人,剐教授,博士.主委从事农业水土资源利用和土壤物理学方面的研究。北京中国农业大学资源与环境学院,100193。Email:五西ong@calL幽.∞自上而下逐渐解冻,固态水逐步转变成液态,导致表层土壤的未冻水含量迅速增加【7】。在这种水分分布不均匀情况下,即土壤剖面深度方向存在湿度梯度或明显湿润峰的时候,Topp等指出用TDR测定的含水率近似一个线性平均含水率【sJ。Nadler等(1991)在干湿相间,有盐无盐相间的层状土柱试验结果中发现,TDR在上干下湿水分非匀质分布的土壤中(干湿土壤的介电常数差范围在6.95~1

7、2.69)测定的介电常数和水分均匀分布测定的介电常数相似,差异范围在一O.41~1.67。但是土壤上湿下干(干湿土壤的介电常数差范围在1.24~11.61)时TDR测定的介电常数和水分均匀分布测定的介电常数差异较大,差异范围在一1.03~3.73p】。原因是波形反射点分辨不清,波形在界面处斜率减小变平滑导致波形分析难以准确,造成测定介电常数的误差,±壤中有盐分存在时,上述现象尤为明显【9]。Dasberg和Hopmans(1992)

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