黄土区土壤电阻率特性及应用研究

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土壤水是干旱半干旱黄土区植被恢复与可持续性的主要限制因子。坡地和坝地是黄土高原小流域的典型地理单元,明确坡地和坝地深层土壤水数量及空间分布特征,对小流域生态恢复和水资源管理具有重要科学意义。本研究利用科技文献挖掘与可视化工具Cite Space,系统梳理了电阻率层析成像法(Electrical Resistivity Tomography,ERT)在土壤水文学中的应用及进展。为了验证ERT在深厚黄土区的适用性,阐明黄土高原典型坡地和坝地土壤水资源分布特征,利用ERT野外实地测定了黄土高原不同气候区的7个典型坝地和陕北神木六道沟小流域典型坡地深层土壤电阻率(ρ),对比分析了不同坝地之间以及坝地与坡地之间ρ的空间分布特征,基于坡地和坝地实测土壤含水量(θ)数据,分别建立了ρ与θ的幂函数关系式,量化了坡地和坝地0~12.5 m剖面土壤储水量(SWS)及空间分布。并以长武试验站长期定位施肥农地为研究对象,测定了不同施肥处理下的ρ分布特征,分析了施肥对ρ空间分布的可能影响。取得主要结果如下:(1)小流域典型坡地ρ空间分布主要受坡位和植被的影响,沿坡面呈逐渐降低趋势,而坝地ρ分布特征较为复杂,受土壤质地、土地利用类型、基岩深度、排水设施、坝体结构等因素影响,在垂直方向呈“高-低-高”分布格局,坝地具有明显的土壤水饱和与非饱和层,而坡地均为非饱和层;(2)小流域典型坡地和坝地,以及不同气候区典型坝地ρ与θ之间均具有显著的幂函数关系,神木六道沟小流域面积~1.8×10~4 m~2的坝地和坡地0~12.5 m SWS分别为~6.59×10~4和~2.59×10~4m~3,坝地比坡地储存了更多的水资源,其水储量是坡地的~2.6倍;(3)黄土高原不同坝地之间ρ具有不同的空间分布特征,表明不同坝地水资源的赋存类型可能不同,结合坝地观测的浅层地下水位、ρ和θ数据,坝地水资源赋存类型可大致分为三类:1)整个剖面为非饱和分布特征;2)整个剖面接近饱和分布特征;3)表层非饱和-中间层接近饱和-深层不饱和分布特征;(4)ERT可较为准确的反演深厚黄土区SWS及其空间分布,并可识别土壤水饱和带、非饱和带和基岩的界面位置,但对于农田生态系统,长期施肥导致的土壤高含盐量可能会改变原有的ρ分布特征,并影响ρ与θ之间的定量关系。
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