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基于探地雷达的土体构型无损探测方法研究

干旱区地理 2022年第6期45卷 1860-1869页

作者：吴全姚喜军陈晓东赵敏赵欢云浩内蒙古自治区国土空间规划院内蒙古呼和浩特010000 内蒙古达智能源科技有限公司内蒙古呼和浩特010000

土体构型对土壤水分、溶质运移过程和作物成长等有显著影响,常规测量采用人工挖土壤剖面取样、实验室化验分析等方法,其周期长效率低。针对以上问题,以探地雷达波形及其图像为研究对象,从检测土体构型的属性(层次、层厚、土质)入手,提... 详细信息

土体构型对土壤水分、溶质运移过程和作物成长等有显著影响,常规测量采用人工挖土壤剖面取样、实验室化验分析等方法,其周期长效率低。针对以上问题,以探地雷达波形及其图像为研究对象,从检测土体构型的属性(层次、层厚、土质)入手,提出了一种使用探地雷达快速测量土壤土体构型的无损探测方法。基于探地雷达波形图像的纵向梯度信息能够反应土壤分层,采用包络检波法从探地雷达回波中提取包络信号,利用Hilbert分析其瞬时相位来确定分层位置;鉴于土壤介电常数与雷达回波振幅的关系,采用探地雷达回波振幅反演各层介电常数,由介电常数推算雷达波在土壤中的传播速度,以此得到土壤剖面各层厚度;根据探地雷达波形图的图像噪声与土壤砂壤比之间存在定量关系,提出采用主成分分析方法对每一层土质的图像进行噪声估计求得各层土壤的含砂量,结合支持向量机进而辨识各层土壤土质。建立涵盖地域信息、土壤指标、探测信息、图像多特征融合信息的土体构型知识库,并编制快速识别土壤土体构型的信息系统,在内蒙古自治区呼和浩特市周边2个试验基地、6个采样点、4类土壤土体构型使用该方法进行野外探测验证。研究表明:在上述地区地表以下1 m范围内的土体构型识别正确率达到94%以上;探测的每层土壤厚度相对测量误差小于10%。该研究方法为土体构型快速检测应用提供了一种新的中观探测思路。

关键词：土壤土体构型探地雷达无损探测

东北漫川漫岗黑土区典型农业小流域切沟沟头形态特征及其影响因素

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水土保持通报 2024年

作者：杨帆巩子瑞郭明明张立波鲁文龙刘欣王百阳张靖雪中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林农业大学资源与环境学院吉林省水利科学研究院

[目的]研究中国东北漫川漫岗黑土区典型农业小流域切沟沟头形态特征及其影响因素,为控制黑土区沟壑侵蚀提供基础数据和理论支撑。[方法]以黑龙江省海伦市海南乡典型农业小流域切沟沟头为研究对象,野外实地调查沟头形态特征及土壤类型和... 详细信息

[目的]研究中国东北漫川漫岗黑土区典型农业小流域切沟沟头形态特征及其影响因素,为控制黑土区沟壑侵蚀提供基础数据和理论支撑。[方法]以黑龙江省海伦市海南乡典型农业小流域切沟沟头为研究对象,野外实地调查沟头形态特征及土壤类型和土体构型,解析沟头形态特征与沟头内因(土壤特性)及外部环境因素的相关性,分析内外因素对沟头形态的影响。[结果](1)切沟沟头土壤类型为典型黑土、草甸黑土和冲积土,土体构型以腐殖质层(A)+淀积层(B)+母质层(C)型为主,腐殖质层(A)+母质层(C)及腐殖质层(A)+母质层(C)+埋藏层(Ab)型为辅,(2)相关性分析表明,沟头形态与内外因素呈现复杂的相关性,单一形态不仅受内外因素的影响,同时受自身形态的共同作用影响;(3)冗余分析表明,土体构型、汇水面积、沟头坡度是影响沟头形态的主要因子,且与沟头形态呈正相关关系,沟头植被覆盖度、作物距沟头距离、沟头垄向与沟头立面夹角与沟头形态呈负相关关系。[结论]切沟沟头形态特征复杂,土壤垂向差异性是内因的根本,沟头形态受内外因素共同影响。

关键词：漫川漫岗黑土区沟头形态土体构型

桂西北白云岩坡地典型土体构型石灰土水文特征

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应用生态学报 2017年第7期28卷 2186-2196页

作者：张兴王克林付智勇陈洪松张伟史志华中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 华中农业大学资源与环境学院武汉430070 中国科学院环江喀斯特农业生态系统观测研究站广西环江547100

综合运用传统水文学、氢氧稳定同位素和原位模拟降雨等方法,研究了桂西北白云岩坡地典型土体构型石灰土微区(2 m×1.2 m)土壤水文功能.白云岩峰丛坡地沿坡向下表现出通体砂、上壤下砂、通体壤、上黏下砂4种典型石灰土土链格局,所有构型... 详细信息

综合运用传统水文学、氢氧稳定同位素和原位模拟降雨等方法,研究了桂西北白云岩坡地典型土体构型石灰土微区(2 m×1.2 m)土壤水文功能.白云岩峰丛坡地沿坡向下表现出通体砂、上壤下砂、通体壤、上黏下砂4种典型石灰土土链格局,所有构型土体微区地表稳定入渗速率高达41~48 mm·h^(-1),地表径流少,且表现为蓄满产流,壤中流和深层渗漏是重要水文过程;壤中流依据土壤发生层层次分为A、C层壤中流,对于A层壤中流,通体砂、上黏下砂以及上壤下砂构型土体微区以基质流为主,通体壤构型土体表现为优先流;对于C层壤中流,所有构型土体微区均表现为优先流特征.白云岩坡地土壤连续分布,虽土层浅薄但仍表现出沿坡向下的土链格局,不同土体构型土壤水文性质的差异主要体现在地表以下各界面产流过程,研究证实该区土壤水文功能的研究应具备三维立体视角,发展更加侧重地下水文过程观测和研究的新方法,才能全面揭示喀斯特坡地近地表水文过程.

关键词：土体构型地表径流壤中流氢氧稳定同位素产流机制

基于GIS的农田土壤肥力评价及其与土体构型的关系

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应用生态学报 2011年第1期22卷 129-136页

作者：李梅张学雷郑州大学自然资源与生态环境研究所郑州450001 郑州大学水利与环境学院郑州450001

以河南省延津县中低产田为例,选取土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、pH和阳离子交换量(CEC)等指标作为评价因子,利用ArcGIS9.2软件和模糊数学方法对土壤肥力进行了综合评价,根据评价结果,分析不同土体构型土壤肥... 详细信息

以河南省延津县中低产田为例,选取土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、pH和阳离子交换量(CEC)等指标作为评价因子,利用ArcGIS9.2软件和模糊数学方法对土壤肥力进行了综合评价,根据评价结果,分析不同土体构型土壤肥力状况差异.结果表明:该区土壤呈偏碱性状态,全氮、全磷、速效氮、CEC、有机质、速效钾含量偏低,速效磷、全钾含量中等,土壤肥力综合指数为0.14～0.63,整体水平偏低.除速效磷和全钾外,其他土壤肥力指标在不同土体构型间均表现出显著差异,土壤肥力与土体构型关系密切,上壤下粘型土壤的肥力等级相对较高,上壤下砂型次之,通体砂型最低.根据各指标在剖面上的分布状况判断,该区土体结构不良,保水保肥能力差,可针对此特征进行土壤改良.

关键词：土壤肥力模糊评价土体构型 GIS 中低产田

潮土区农田土体构型层次的探地雷达无损探测试验

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农业工程学报 2018年第16期34卷 129-138页

作者：宋文张敏吴克宁李俐赵华甫李俊颖中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083 国土资源部土地整治重点实验室北京100035 中国农业大学信息与电气工程学院北京100083

为探究探地雷达对自然土壤土体构型进行快速无损探测的可行性,该文首先利用基于时域有限差分法的Gpr Max2D软件模拟4种具有不同介电特性差异的土壤层次的土体模型,识别雷达电磁波在具有不同土壤介电特性差异的土壤层次中传播时反射波振... 详细信息

为探究探地雷达对自然土壤土体构型进行快速无损探测的可行性,该文首先利用基于时域有限差分法的Gpr Max2D软件模拟4种具有不同介电特性差异的土壤层次的土体模型,识别雷达电磁波在具有不同土壤介电特性差异的土壤层次中传播时反射波振幅和相位的客观变化规律;然后于2016年在位于黄淮海平原潮土区的河北省曲周县选择夹黏型和底漏型2种土壤层次较明显的农田土体构型进行GPR探测试验,并挖掘土壤剖面,通过雷达图像处理软件和MATLAB编程处理雷达图像并提取波形数据,根据模拟获取的规律进行土壤层次识别,对比探测层厚与实际剖面层厚。研究结果显示,雷达电磁波在不同介质分界面处发生反射,两侧介电特性差异越大,反射波振幅越大;上层介质介电常数小于下层会发生正反射,反之发生负反射;实测波形比模拟波形杂乱;通过电磁波振幅和相位变化识别层次界面清晰的夹黏型土体构型中较厚层次的厚度的相对误差(土体构型各层厚度的相对误差(>9%);可识别的层次界面反射系数均大于0.02,两侧土壤具有较大介电特性差异;通过客观判读依据可以判别农田潮土的层次结构,但层次界面的整齐清晰程度、界面两侧介电特性差异程度和相邻层次的厚度大小影响着探地雷达探测效果。该文可以为相关研究提供参考,为实现土体构型这一重要耕地质量指标的快速监测提供借鉴。

关键词：雷达土壤模型土体构型耕地质量正演模拟黄淮海平原农田潮土

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晋陕蒙能源区不同构型土体水分入渗特性模拟

农业机械学报 2015年第8期46卷 90-96页

作者：甄庆摄晓燕张应龙韩凤朋张兴昌中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院大学北京100049 榆林沙漠王生物科技有限公司榆林719300

采用一维垂直积水入渗试验,研究晋陕蒙能源区不同构型土体的水分入渗特性。结果表明:不同构型土体的入渗能力差异明显,表现为风沙土、黄土、砒砂岩的入渗能力依次降低,风沙土和黄土中采用混合添加和分层添加砒砂岩的方式均可以延长入渗... 详细信息

采用一维垂直积水入渗试验,研究晋陕蒙能源区不同构型土体的水分入渗特性。结果表明:不同构型土体的入渗能力差异明显,表现为风沙土、黄土、砒砂岩的入渗能力依次降低,风沙土和黄土中采用混合添加和分层添加砒砂岩的方式均可以延长入渗时间并能降低入渗速率;在控制较高容重的条件下,含有料姜石和煤矸石的土体入渗能力低;层状结构土体的入渗能力低于均质土壤;采用线性函数可以很好地描述不同构型土体累积入渗量与湿润锋推进距离之间的关系;与Philip入渗模型相比,Kostiakov入渗模型可以更好地拟合不同构型土体的入渗过程。

关键词：土体构型入渗层状结构土石混合结构晋陕蒙能源区

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土体构型对土壤水氮储运的影响研究进展

土壤 2016年第2期48卷 219-224页

作者：刘愫倩徐绍辉李晓鹏闫一凡赵永超刘建立青岛大学环境科学系山东青岛266071 中国科学院南京土壤研究所南京210008

土体构型是土壤剖面中不同质地层次的排列、组合状况,其对土壤水分、溶质运移过程和作物生长等均具有显著影响,具有重要的农学和环境意义。本文对该领域的研究动态和最新进展作了综述,重点探讨了土体构型对土壤水分和氮素储存、运动过... 详细信息

土体构型是土壤剖面中不同质地层次的排列、组合状况,其对土壤水分、溶质运移过程和作物生长等均具有显著影响,具有重要的农学和环境意义。本文对该领域的研究动态和最新进展作了综述,重点探讨了土体构型对土壤水分和氮素储存、运动过程的影响机理及其农学效应,并对今后有关土体构型的研究和改良技术的发展趋势进行了展望。

关键词：土体构型水分运动氮素储运改良技术

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土体构型与土壤肥力关系的研究

土壤通报 2005年第6期36卷 975-977页

作者：李学敏翟玉柱李雅静刘全凤王振明河北省沧州市农林科学院河北沧州061001

以献县淮镇、南皮县刘八里、东光东曲庄三个类型区为代表,研究了河北省东南部冲积平原土体构型及其属性,1996～2000年定位观测表明,0～100cm土体的质地层次结构对土壤的理化性状和生产性能有重大影响,均质型和蒙金型土体构型是建设高产... 详细信息

以献县淮镇、南皮县刘八里、东光东曲庄三个类型区为代表,研究了河北省东南部冲积平原土体构型及其属性,1996～2000年定位观测表明,0～100cm土体的质地层次结构对土壤的理化性状和生产性能有重大影响,均质型和蒙金型土体构型是建设高产田的基础,而夹沙型和叠夹型则呈现低产类型;在0～100cm土体的质地层次中中壤-粘土质地厚度之和大于60cm。

关键词：土体构型土壤肥力产量盐化

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土体构型对潮土持水能力和水分利用的影响

水土保持研究 1996年第3期3卷 104-107页

作者：皇甫湘荣宝德俊张鸿程王永歧李纯忠河南省农科院土肥所中国农科院土肥所

根据１９９１～１９９３年对潮土不同构型土壤的水分定位观测，比较了在同一气候下，不同构型土壤耕层的持水能力以及水分的利用特点．０～４０ｃｍ土层保墒能力：重壤＞上壤下粘＞砂壤土＞上粘下砂＞砂土；全年水分利用率：重壤＞上粘... 详细信息

根据１９９１～１９９３年对潮土不同构型土壤的水分定位观测，比较了在同一气候下，不同构型土壤耕层的持水能力以及水分的利用特点．０～４０ｃｍ土层保墒能力：重壤＞上壤下粘＞砂壤土＞上粘下砂＞砂土；全年水分利用率：重壤＞上粘下砂＞砂土＞上壤下粘＞砂壤土。

关键词：潮土土体构型贮水量水分利用率