探地雷达技术在土壤性质探测应用中的研究进展

探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)作为一种快速、无损的中小尺度近地传感技术,因其具有信息量大、分辨率高、空间连续性好等优点在土壤性质探测中得到广泛应用。在系统介绍探地雷达在探测土壤性质原理的基础上,概述了正演模拟方法与目前应用广泛的土壤介电模型,归纳了探地雷达技术在土壤性质(土壤含水量、土壤质地、土壤层次、土壤压实、土壤盐分)探测中的应用研究现状。并讨论了该技术在实地应用中存在的问题与局限性:实地探测影响因子复杂,难以分离,数据解译复杂且具有主观性,大部分研究仅停留在定性或半定量阶段等。最后针对探地雷达在土壤学领域的应用情况,提出了其不足与展望:随着信号处理技术的不断发展与理论研究的日益成熟,探地雷达在土壤特性探测中仍然是一个有潜力的工具。旨在为探地雷达在土壤性质探测应用中的研究提供参考。

基于微根管技术的不同耕作方式下玉米根系生长动态监测

为探究东北黑土区从传统耕作转变为保护性耕作后玉米根系的变化特征,评价保护性耕作的适宜性及微根管技术的可靠性,采用微根管技术对免耕(NT)、旋耕(RT)和条耕(ST)等3种耕作方式下玉米根系进行原位监测,并与传统土钻法进行比较。结果表明,耕作方式对根系形态指标的影响随生育期进行逐渐由表层向深层土壤延伸,影响指标也由少到多。不同耕作方式下超过65%的玉米根系集中分布在0~30 cm土层。苗期以后,ST处理总根长、根长密度明显高于其他处理,但仅在成熟期时差异显著(P<0.05)。耕作方式对根系构型与分布的调控主要通过影响土壤剖面含水量和穿透阻力等来实现。整个土壤剖面ST处理平均含水量最高。0~15 cm土层NT处理土壤穿透阻力显著高于ST和RT处理,最高为1558.20 kPa,15~45 cm土层各处理土壤穿透阻力较为接近。微根管法与土钻法测得的根长密度相对误差基本在10.0%以内。本试验条件下,耕作方式转变可以显著影响根表面积、体积、直径、根长密度等根系特征,土壤水分状况和穿透阻力对作物根系生长具有较大影响。利用微根管法获得的根长密度与土钻法所得结果具有较好的相关性,2种方法相结合在今后作物根系生长动态监测中具有重要推广应用价值。

典型黑土区春玉米茎流特征及其环境影响因素

明确典型黑土区春玉米茎流变化规律,探究影响春玉米茎流速率的主控因素,对深入了解该区域春玉米蒸腾耗水特性以及调控田间水分管理具有重要参考价值。本研究采用包裹式茎流计和TDR探针对典型黑土区春玉米灌浆期至成熟期茎流速率及耕层土壤水热状况进行连续监测,并结合试验区自动气象站同步采集数据,分析不同时间尺度下茎流速率与环境因子的相关关系。结果表明:典型黑土区春玉米茎流速率具有明显的昼高夜低变化特征,白天瞬时茎流速率峰值最高可达139.9 g·h^(-1),夜间仍有微弱茎流。与晴天相比,阴天、雨天条件下春玉米茎流启动、结束时间以及峰值均受到显著抑制。小时尺度下,太阳辐射、饱和水汽压差、相对湿度、空气温度和风速均与茎流速率呈极显著相关;日尺度下,仅太阳辐射、饱和水汽压差和相对湿度与茎流速率呈极显著相关,相关系数绝对值在0.7以上。由于观测期内土壤含水量较高,本研究中耕层水热状况与茎流速率相关性不高(绝对值均小于0.1)。无水分胁迫条件下,无论小时尺度还是日尺度,太阳辐射、饱和水汽压差以及相对湿度始终是该区域影响春玉米茎流速率的3个主要因素。

基于探地雷达的土壤分层识别研究

快速、准确地获取土壤分层信息是土体构型调查的重要内容。土壤分层状况在一定程度上决定了区域内的土地生产能力,是土壤质量评价的重要依据。相比于传统的土壤剖面调查方式,探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)以其无损、连续、尺度大等优点在土壤分层研究中展现出巨大的应用潜力。但受限于自然土壤的不均匀性与数据处理技术的复杂性,国内外基于探地雷达的土壤分层识别研究尚处于初级阶段,对于大尺度田块的探测仍有很大的局限性。本文介绍了探地雷达各种探测方法的优势与不足,评述了构建数字与物理模型在土壤层次探测中的应用,以及探测过程中影响探测精度的主要因素,如季节变化、土壤压实、水盐含量、土壤质地等,并提出了存在的问题和研究展望:在实地探测中,应与传统探测方式及其他技术相结合,加强探地雷达获取土壤分层信息适宜性条件研究,简化探地雷达数据分析方法。