基于电阻率探针技术的土壤盐渍化自动监测预警平台研发

发布时间：2020-08-28 08:22

　　土壤盐渍化是常见的地质灾害之一，对土壤盐分状况及盐渍化程度的空间分布特征进行了解是有效治理的前提条件。电导率法作为一种快速稳定测定土壤盐分时空分布特性的方法被广泛应用于土壤盐渍化研究中。因此本文利用在国家高技术研究发展计划（863计划）课题“风暴过程中沉积物再悬浮通量原位监测，（No.2008AA09Z109）”的资助下研制出的远程原位自动监测系统开展研究工作，旨在对山东滨海盐渍土水盐运移过程监测技术进行研究，开发一套在原位实时自动监测盐渍土水盐运移过程的系统，为盐渍土形成机理及治理研究提供支持。本研究从电导率法在土壤盐渍化中的改进和应用进展入手，通过总结不同方法的优缺点引出本次研究所开发的土壤盐渍化监测预警平台。通过对监测系统的优化设计，使其更加适用于滨海盐渍土水盐运移过程的监测，并通过一系列室内外实验，探讨了有效判定土壤盐渍化程度的方法，验证数据处理技术的效果并检验系统的整体工作情况，为下一步开展原位监测奠定了基础。首先，对电导率法在土壤盐渍化中的改进和应用进展进行综述，根据现有技术的不足及现场监测的需要，提出应用本套电阻率监测系统作为监测手段的思路。其次，在考虑现场条件和电阻率探杆特点的基础上，本文详细设计介绍了一套可以实现土壤盐渍化实时自动监测的系统，并针对滨海盐渍土水盐运移过程监测的实际需求，优化设计了本套系统：将一体式的探杆改为插拔式，优化了电路板，同时引入自动绘图功能和远程控制功能，使监测系统更具适用性。最后，论文主要介绍了在系统设计研发过程中开展的室内外试验，通过对试验结果的分析发现监测数据与不同的盐分条件下含水率与电阻率成良好幂指数关系。能够由此对土壤的盐渍化水平进行量化，通过对监测区域进行的长期原位观测发现监测数据表明，监测区域水盐由下自上运移强烈，容易发展为表聚型盐渍土。在降雨过程中，由于雨水淋洗作用，土壤剖面盐分重新分布。淋洗后表层土壤脱盐现象及下部区域盐峰下移过程明显，土壤剖面0~10cm处为脱盐区域，10~35cm处为盐峰下移区域。本文首次实现了基于电阻率测量的现场盐渍土远程自动监测系统的设计优化与研发，开发配套软件并编写数据处理程序。通过开展室内外试验及对试验数据的分析得出，本系统能实时、自动测量盐渍土水盐运移过程中电阻率值的变化，远程传输监测数据，从而判定盐渍土水盐运移的变化。通过大量的室外试验，验证了本系统良好的工作性能。本研究丰富了盐渍土的监测技术，为实现远程原位自动监测盐渍土演变过程提供了一种可行的监测手段，具有广阔的应用范围和发展前景。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S156.4;S151.91
【图文】：

示意图,示意图,土壤溶液,吸杯

述了论述不同电导率法的 1.测量原理以及其常用技术 3.适用范围及其应用的局限性。电导率（ECw）法：由于植物根系直接接触土壤溶液中吸收水分、盐类及营养物质，理论上 EC此 ECw是评判土壤盐渍化程度的最佳指标[2]。过采样器在原位收集土壤中的土壤溶液，然后分传感器在原位对 ECw进行测量。目前应用最为广泛的土壤溶液原位取样器。它测效果好、安装简单、造价低。新材料的应用、更加成熟[9]。该装置由真空罐、取样瓶以及陶瓷其原理为将陶瓷吸杯埋入土壤中使其与土壤直以及真空的吸力作用下实现对土壤溶液的原位

示意图,土壤盐分,陶瓷元件,土壤溶液

则用于土壤溶液的原位直接抽提。采样器的优点是该装置安装的相对简便性，以及其对土壤总的说来采样器易受吸附效应、溶出效应、过滤效应和排器存在主要问题有 1.土壤溶液通过吸杯时其性质可能会受样器采集范围有限导致只能采集某点样品不能消除土壤盐含有较大空隙及土壤不均匀性强的土壤中其准确性较低。土壤含水率，并且采集过程中需要较长的时间。在不取样分析的情况下达到迅速而准确测定土壤中的盐分变感器直接对土壤溶液进行测量就可以达到上述目的。最初的er 研制的细孔陶瓷元件[18]。其原理为当多空陶瓷元件埋入土离子与陶瓷空隙中的离子通过扩散达到平衡，此时陶瓷元件溶液中的浓度近似相等，因此测量陶瓷元件中溶液的电导值的电导率值[19]。原理示意图如图 1-2 所示。

示意图,电极排列,示意图,表观

关关系为土壤表观电导率的反演提供了理论依据， ECe、ECw与 ECa都可以通过线性方程进行拟合如方观电导率测量技术发展奠定了基础[34]。（ECe）=f（ECa）通过排列在土壤表面的电流电极向土壤供电产生激励极的电势来确定土壤的表观电导率。当四个电极在土称为“温纳法”，内侧的电极为测量电极，外侧的为供列形式土壤表观电导率都可以通过公式[1-10]计算[35电阻率。ft为温度系数见公式[2]。r1，r2， R1， R的距离如图[1-3]所示。

【参考文献】