為探究不同墑情需求的農(nóng)田耕作層土壤含水率與超聲波速度的變化關(guān)系,采用室外模擬降雨的方式,使土壤樣本初始含水率分別為15%、20%、25%和30%,之后置于自然環(huán)境下干燥直到土壤含水率達(dá)到5%結(jié)束干燥,每種處理進(jìn)行共4次干濕交替,利用超聲波土壤含水率原位檢測裝置對土壤樣本進(jìn)行超聲波速度測定。結(jié)果表明:土壤樣本在各次干濕交替過程中隨著土壤含水率的不斷下降,土壤容重及超聲波速度均呈非線性的增加。隨著干濕交替次數(shù)的增加,土壤含水率變化對超聲波速度的影響減弱,土壤樣本初始含水率越高,干濕交替次數(shù)對超聲波速度的影響越小。采用自適應(yīng)加權(quán)數(shù)據(jù)融合算法將多次干濕交替過程中的土壤樣本超聲波速度加權(quán)融合,并利用非線性回歸分析構(gòu)建適用于經(jīng)歷多次干濕交替作用下的超聲波速度-土壤含水率關(guān)系模型,預(yù)測誤差在6%左右,表明該模型可用于描述不同墑情需求的農(nóng)田耕作層土壤含水率與超聲波速度的關(guān)系。研究結(jié)果可為利用超聲波速度特性實現(xiàn)不同灌溉性質(zhì)農(nóng)田土壤含水率的持續(xù)監(jiān)測及預(yù)測提供參考。 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2020,36(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

土壤樣本實物及容器結(jié)構(gòu)示意圖

利用超聲波土壤含水率原位檢測試驗裝置對土壤樣本進(jìn)行超聲波速度測試，如圖2所示，該試驗裝置主要包括支架、絲桿、滑軌、手動搖柄和非金屬超聲波檢測儀，其中手動搖柄與絲杠連接，壓力傳感器固定在壓力傳感器安裝滑塊上，安裝滑塊穿過絲杠安裝在滑軌上，換能器安裝盒安裝在壓力傳感器與樣本之間。將超聲波換能器安裝在換能器安裝盒中，超聲波耦合劑涂抹在換能器與土樣接觸面之間，調(diào)整換能器安裝盒的高度，使超聲波換能器位于土壤樣本容器兩側(cè)的換能器安裝口中，其中超聲波換能器安裝孔為土壤樣本測試點。設(shè)置壓力傳感器最大壓力限值（25 N），轉(zhuǎn)動手動搖柄帶動絲杠使超聲波換能器與土樣緊密接觸，直到壓力傳感器測得的壓力值與設(shè)定值一致時停止轉(zhuǎn)動手動搖柄，通過滑軌上的刻度尺讀取土壤樣本有效長度d，設(shè)置ZBL-U510型非金屬超聲波檢測儀的采樣周期為0.8μs、采樣長度1 024 mm、發(fā)射電壓500 V、發(fā)射脈沖0.04 ms、超聲波換能器頻率50 kHz，測距為被擠壓后土樣的有效長度d。啟動ZBL-U510非金屬檢超聲波檢測儀驅(qū)動超聲波發(fā)射換能器發(fā)射超聲波，測量超聲波透過土樣的聲速值。每個土樣的測試點測量10次，采用分批估計將每個測試點的10個測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分批數(shù)據(jù)融合[18]，融合值作為該測試點的聲速值。

土壤容重是土壤的基本物理性質(zhì)之一，可直接反映出土壤密實度及結(jié)構(gòu)狀況的變化，是一個綜合性較高的土壤結(jié)構(gòu)指標(biāo)[20-21]。在干濕交替過程中，由于水分流動、水的吸附力和毛管力等相互作用，導(dǎo)致土壤顆粒破碎并重新分布、組合，形成新的結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)而影響土壤團(tuán)聚體的形成、水分的保持和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，會顯著改變土壤容重及有效壓力[22-23],4種不同干濕交替處理的土壤樣本在4次由濕到干的過程中，土壤容重變化如圖3所示�？傮w上，隨著土壤含水率的下降，容重均呈先快后慢的非線性增加趨勢。在高含水率階段含水率變化對容重的影響較大，當(dāng)土壤含水率分別達(dá)到8%、9%、12%、13%左右，容重對含水率變化的響應(yīng)減小。第1次土壤在濕-干過程中含水率變化對土壤容重的影響最大，之后隨著干濕交替次數(shù)的增加土壤含水率變化對容重的影響減弱，其中初始含水率為30%的土壤容重較快達(dá)到穩(wěn)定，其次為初始含水率為25%和20%土壤樣本，初始含水率為15%的土壤容重達(dá)到穩(wěn)定歷時最長，表明干濕交替處理時初始含水率越高，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定趨于穩(wěn)定的速度越快。2.2 超聲波速度隨土壤含水率的變化趨勢

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：2994429