土壤熱特性確定方法及參數(shù)空間分布特征研究.pdf

1、土壤熱特性直接影響土壤的物理、化學(xué)和生物過(guò)程，受到世界各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。研究確定土壤熱參數(shù)的簡(jiǎn)捷方法和分析土壤熱特性的時(shí)空變化特征成為國(guó)內(nèi)外土壤物理學(xué)科的研究熱點(diǎn)，本論文采用室內(nèi)試驗(yàn)分析、野外原位測(cè)量以及計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合的方法，以熱脈沖儀器作為測(cè)量工具，對(duì)土壤熱特性的影響因素展開(kāi)系統(tǒng)的分析;同時(shí)對(duì)土壤導(dǎo)熱率公式進(jìn)行對(duì)比分析和精確性驗(yàn)證，建立了土壤顆粒含量和相關(guān)參數(shù)的關(guān)系;測(cè)量了張掖和長(zhǎng)武地區(qū)土壤溫度剖面，并進(jìn)行了模擬比較;探討分析了張

2、掖和長(zhǎng)武地區(qū)試驗(yàn)地土壤熱參數(shù)的空間變異性。主要結(jié)論如下:
　　1、土壤熱性質(zhì)除了受到含水率、質(zhì)地、容重（土壤容積質(zhì)量）的影響以外，還受到土壤溶液中化學(xué)成分、土壤結(jié)構(gòu)的影響。土壤含水率是影響土壤熱參數(shù)的主要因素;土壤質(zhì)地也是影響土壤熱性質(zhì)的主要因素之一，在相同含水率條件下，砂粒含量越高，土壤的導(dǎo)熱率越大，土壤導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。隨著容重的增大，導(dǎo)熱率有一定的增加，熱容量也隨之增大。土壤鹽分濃度對(duì)土壤導(dǎo)熱率有一定的影響，濃度越高，導(dǎo)熱率越小

3、，該研究提出了鹽分濃度和導(dǎo)熱率關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。該研究結(jié)果表明，土壤結(jié)構(gòu)性變化，室內(nèi)測(cè)量值明顯比原位測(cè)量值大，提出了校正系數(shù)。
　　2、用野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)有導(dǎo)熱率公式進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果顯示Campbell公式計(jì)算值明顯小于實(shí)測(cè)值，修正過(guò)后的Campbell計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)均值為0.859，計(jì)算精度大為提高。Chung and Horton經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值基本吻合。分析了3種半理論公式的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比結(jié)果，得

4、出Johansen公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值偏差較大，C(o)té公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的RMSE的均值為0.148，偏差程度減小;相關(guān)系數(shù)R2的均值為0.818，預(yù)測(cè)效果比Johansen公式明顯提高。Lu公式公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的RMSE的均值為0.123，偏差程度進(jìn)一步減小;相關(guān)系數(shù)R2的均值為0.884，預(yù)測(cè)效果比C(o)té公式的計(jì)算結(jié)果略有提高。在使用公式計(jì)算土壤導(dǎo)熱率時(shí)，推薦使用C(o)té公式和Lu公式。對(duì)于黏壤土、粉壤土、壤土、壤

5、黏土，Lu公式精度更高。同時(shí)，與C(o)té公式相比，Lu公式的適用范圍也更為廣泛。同時(shí)建立了土壤顆粒含量與相關(guān)參數(shù)的關(guān)系。
　　3、長(zhǎng)武地區(qū)地下土壤溫度變化趨勢(shì)與地表溫度變化一致，呈正弦曲線的變化特征。地下溫度變化幅度較小，地下90cm和100cm處土壤溫度基本不受地表溫度變化的影響，土壤保溫效果較好。與長(zhǎng)武地區(qū)相比較，張掖地區(qū)地下溫度變化幅度較大，地下100cm處土壤溫度變化幅度也很明顯。利用數(shù)值模型模擬計(jì)算了土壤溫度分布，結(jié)

6、果顯示長(zhǎng)武地區(qū)模擬的精度較差，而張掖地區(qū)的模擬精度較好。
　　4、對(duì)典型地區(qū)土壤熱參數(shù)的空間變異特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明張掖臨澤小麥地土壤熱擴(kuò)散率、導(dǎo)熱率、熱容量3個(gè)參數(shù)具有弱變異性。熱擴(kuò)散率C0/(C+C0)=0.89＞75％，表現(xiàn)出的是弱的空間依賴(lài)性，導(dǎo)熱率和熱容量分別為:0.5025和0.3164，表現(xiàn)出中等空間依賴(lài)性。長(zhǎng)武試驗(yàn)站小麥地土壤熱擴(kuò)散率和導(dǎo)熱率的變異系數(shù)在10％～100％之間，為中等變異程度;而熱容量表現(xiàn)為弱變異