【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】土壤復介電常數(shù)與土壤水分之間的敏感關系構(gòu)成地球探測技術的核心基礎。這些技術包括用于測量原位土壤濕度的時域反射法和頻率反射法、地下目標識別的探地雷達以及實現(xiàn)全球和區(qū)域土壤水分反演的主/被動微波遙感方法。土壤復介電常數(shù)受到土壤水分的影響，并隨著土壤溫度、質(zhì)地、容重、鹽分、陽離子交換量和有機質(zhì)含量等因素的變化而發(fā)生改變，從而影響上述電磁探測方法的精度。
 

　　有研究表明，土壤復介電常數(shù)隨土壤電化學參數(shù)和鹽分顯著變化，但這些要素的作用機理尚不清晰。土壤復介電常數(shù)隨溫度變化呈現(xiàn)上升、穩(wěn)定和下降三種趨勢，這些變化可歸因于一種“競爭機制”。而目前的土壤復介電混合模型未考慮這一機制，導致時域反射法或頻率反射法以及遙感方法計算的土壤濕度精度下降。
 

　　中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院高曉清團隊發(fā)現(xiàn)，電化學參數(shù)和鹽分通過改變粘土顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)影響土壤復介電常數(shù)。應用雙電層電場強度和陽離子溶液濃度，該團隊構(gòu)建了弱結(jié)合水靜電特征函數(shù)以及考慮土壤電化學參數(shù)和鹽分的復介電理論模型。這一模型揭示了這些復雜因素對土壤復介電常數(shù)的作用機理，解釋了普通礦物土壤的復介電常數(shù)可僅依賴三個基礎參數(shù)便可以達到較高計算精度的原因。
 

　　同時，該研究在Dobson復介電混合模型的基礎上，重新擬合了土壤參數(shù)項和電導率項，將原模型六個輸入?yún)?shù)簡化為三個，修正了原模型中虛部失真問題，并通過構(gòu)建土壤強、弱結(jié)合水比例函數(shù)和弱結(jié)合水-自由水轉(zhuǎn)換函數(shù)，計算出強、弱結(jié)合水比例和結(jié)合水-自由水轉(zhuǎn)換量，模擬了土壤復介電常數(shù)隨溫度的動態(tài)變化。改進后的模型保留了原模型簡潔的數(shù)學表達形式，并能夠精確模擬土壤復介電常數(shù)和溫度間的“競爭機制”。這提升了模型在復雜土壤環(huán)境中的適用性和精度。