吸附水對(duì)礦質(zhì)土壤固體比熱的影響機(jī)理

吸附水是土壤水的重要組成部分，我們前期的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了常規(guī)105 ℃烘干土壤中緊密吸附水的存在，但是它與自由水的性質(zhì)差異對(duì)于土壤比熱性質(zhì)的影響，以及對(duì)于熱脈沖技術(shù)測(cè)定土壤含水量的影響，目前的研究仍然不清楚。本項(xiàng)目以9種不同質(zhì)地土壤為研究對(duì)象，利用熱重分析技術(shù)（thermogravimetry, TG）和差示掃描量熱技術(shù)（differential scanning calorimetry, DSC）測(cè)定了礦質(zhì)土壤的比熱cm，常規(guī)烘干土壤的固體比熱cs，同時(shí)為了分析緊密吸附水（tightly bound water）和有機(jī)質(zhì)（organic matter）對(duì)土壤固體比熱的影響，測(cè)定了去有機(jī)質(zhì)樣品在105 ℃烘干后的比熱值cm-tbw和含有機(jī)質(zhì)樣品在200 ℃烘干后的比熱值cm-OM。另外，項(xiàng)目利用比熱的線性可加模型及熱脈沖技術(shù)估測(cè)了土壤固體比熱，用于分析緊密吸附水對(duì)熱脈沖技術(shù)測(cè)定土壤含水量的影響。結(jié)果表明，供試土壤在20oC下cm的平均值為0.736 MJ Mg-1 K-1，它與土壤的比表面積和粘粒含量均呈現(xiàn)相關(guān)性，但是與比表面積的相關(guān)性更高；cs的平均值是0.750 MJ Mg-1 K-1，其中礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和緊密吸附水的貢獻(xiàn)分別為95%，3%和2%左右，但是約有30%的緊密吸附水是吸附在有機(jī)質(zhì)表面的；緊密吸附水對(duì)土壤固體比熱的貢獻(xiàn)會(huì)影響熱脈沖技術(shù)測(cè)定土壤含水量的準(zhǔn)確性，但它并不是測(cè)定誤差的主要來源；熱脈沖方法測(cè)定土壤含水量的誤差屬于系統(tǒng)誤差，采用熱脈沖技術(shù)實(shí)測(cè)的土壤cs值能夠有效降低其含水量測(cè)定的誤差。在本項(xiàng)目中，我們利用露點(diǎn)水勢(shì)儀法，通過測(cè)定相對(duì)干燥條件下土壤水分含量與其能量狀態(tài)的關(guān)系，估測(cè)樣品的比表面積。結(jié)果表明，使用Hamaker常數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值-6 x 10-20 J 代入露點(diǎn)水勢(shì)儀法估算的供試土壤的比表面積，與傳統(tǒng)的乙二醇乙醚法的測(cè)定結(jié)果具有很好的相關(guān)性，且露點(diǎn)水勢(shì)儀法具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)定快速、省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)。 2100433B

吸附水是土壤水的重要組成部分，其含量和特性直接決定著土壤的表面吸附作用、熱特性、介電特性等，但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于土壤表面吸附水的含量、結(jié)構(gòu)和特性仍缺乏足夠的了解，尤其是對(duì)于吸附水的比熱及其對(duì)土壤固體比熱的影響研究甚少。本項(xiàng)目以不同質(zhì)地礦質(zhì)土壤為研究對(duì)象，采用熱重分析技術(shù)和差示掃描量熱技術(shù)，結(jié)合理論分析，探討土壤吸附水比熱隨土壤質(zhì)地、溫度和土壤含水量的變化特征，評(píng)估吸附水含量和比熱對(duì)土壤固體比熱的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，改進(jìn)土壤熱容量與含水量的線性關(guān)系模型并予以驗(yàn)證。本項(xiàng)目有助于深入認(rèn)識(shí)吸附水的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，為研究和預(yù)測(cè)土壤水熱耦合傳輸、吸附/解吸附過程，以及提高熱脈沖技術(shù)測(cè)定土壤含水量的準(zhǔn)確性和精度提供理論基礎(chǔ)。

《氣象因素對(duì)土壤電導(dǎo)特性影響機(jī)理研究》共分7章，分別論述了土壤電導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用狀況、土壤電導(dǎo)研究現(xiàn)狀、影響土壤電導(dǎo)的因素、氣象因素對(duì)土壤電導(dǎo)影響的數(shù)學(xué)分析方法、土壤電阻率自動(dòng)測(cè)量裝置、土壤電阻率與氣象因素和土壤溫度及含水量野外觀測(cè)試驗(yàn)、氣象因素對(duì)土壤電導(dǎo)的影響、土壤溫度及含水量對(duì)土壤電導(dǎo)的影響、氣象因素與土壤溫度及含水量的耦合效應(yīng)對(duì)土壤電導(dǎo)的影響等內(nèi)容，揭示了氣象因素對(duì)土壤電導(dǎo)特性影響機(jī)理，為土壤的合理利用和改良、建設(shè)項(xiàng)目雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、防雷工程設(shè)計(jì)與施工、大型地下金屬設(shè)施的防腐工程設(shè)計(jì)與施工、開展精細(xì)農(nóng)業(yè)研究以及改善土壤電阻率增強(qiáng)土壤電導(dǎo)特性、加強(qiáng)土壤環(huán)境保護(hù)等提供科學(xué)依據(jù)。

《氣象因素對(duì)土壤電導(dǎo)特性影響機(jī)理研究》可供雷電防護(hù)、金屬設(shè)施的防腐、精細(xì)化農(nóng)業(yè)研究等工作管理人員、理論研究人員、一線工程技術(shù)人員參考，同時(shí)也可供氣象、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)監(jiān)督管理等部門和其他經(jīng)濟(jì)行業(yè)從事土壤學(xué)、土壤環(huán)境安全、土壤電學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域研究工作管理人員和科研人員的參考。

前言

第1章 概論

1.1 土壤電導(dǎo)研究與應(yīng)用

1.2 影響土壤電導(dǎo)的因素分析

第2章 氣象因素對(duì)土壤電導(dǎo)影響的數(shù)學(xué)分析方法

2.1 多元線性回歸數(shù)學(xué)模型

2.2 多元線性回歸參數(shù)估計(jì)方法

2.3 多元線性回歸的總離差平方和的分解和多元相關(guān)系數(shù)

2.4 多元線性回歸的離差平方和與偏相關(guān)系數(shù)

2.5 多元線性回歸變量選擇的逐步回歸方法

2.6 多元線性回歸數(shù)學(xué)模型擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法

第3章 土壤電導(dǎo)自動(dòng)測(cè)量裝置

3.1 引言

3.2 土壤電阻率遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)量裝置工作原理及其研發(fā)

3.3 土壤電阻率遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)量裝置野外對(duì)比試驗(yàn)

3.4 土壤電阻率遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)量裝置運(yùn)行監(jiān)控與試驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

3.5 土壤電阻率遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)量裝置主要技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)

3.6 土壤電阻率遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)量裝置使用方法

3.7 本章 小結(jié)

第4章 土壤電阻率與氣象因素和土壤溫度及含水量野外觀測(cè)試驗(yàn)

4.1 引言

4.2 地面氣象觀測(cè)場(chǎng)地技術(shù)要求

4.3 觀測(cè)場(chǎng)土壤電阻率觀測(cè)試驗(yàn)

4.4 合川區(qū)氣象局觀測(cè)場(chǎng)氣象參數(shù)觀測(cè)試驗(yàn)

第5章 氣象因素對(duì)土壤電導(dǎo)特性影響分析

5.1 引言

5.2 試驗(yàn)場(chǎng)土壤電阻率特征分析

5.3 試驗(yàn)場(chǎng)氣象因素之間的相關(guān)性分析

5.4 土壤電阻率與氣象因素的相關(guān)性分析

5.5 本章 小結(jié)

第6章 土壤溫度及含水量對(duì)土壤電導(dǎo)影響分析

6.1 引言

6.2 土壤溫度與土壤含水量的相關(guān)性分析

6.3 土壤溫度與土壤電阻率的相關(guān)性分析

6.4 土壤含水量與土壤電阻率的相關(guān)性分析

6.5 本章 小結(jié)

第7章 氣象因素與土壤溫度及含水量對(duì)土壤電導(dǎo)的影響

7.1 引言

7.2 氣象因素與土壤溫度的相關(guān)性分析

7.3 氣象因素與土壤含水量的相關(guān)性分析

7.4 氣象因素的耦合效應(yīng)對(duì)土壤電阻率的影響

7.5 氣象因素與土壤溫度及含水量的耦合效應(yīng)對(duì)土壤電阻率的影響

7.6 本章 小節(jié)

李良福，博士、教授級(jí)高工，國(guó)家級(jí)注冊(cè)安全工程師，成都信息工程學(xué)院兼職教授、碩士生導(dǎo)師。重慶市氣象局副局長(zhǎng)，全國(guó)雷電標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)副主任委員，全國(guó)雷電災(zāi)害防御行業(yè)防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)副主任委員，中國(guó)氣象學(xué)會(huì)雷電委員會(huì)副主任委員。主要從事雷電防護(hù)、安全氣象、土壤電學(xué)等方面科研和氣象事業(yè)發(fā)展規(guī)劃研究工作。主持完成省部級(jí)科研課題7項(xiàng)，編著《防雷新技術(shù)——消雷工程》、《土壤電學(xué)》、《拓展氣象事業(yè)防雷減災(zāi)新領(lǐng)域的實(shí)踐》等專著12部；主持制定《自動(dòng)氣象站場(chǎng)室防雷技術(shù)規(guī)范》（QX30-2004）、《接地降阻劑》（QX/T104-2009）、《氣象災(zāi)害敏感單位安全氣象保障技術(shù)規(guī)范》（DB50/368-2010）等標(biāo)準(zhǔn)15個(gè)；獲得專利3項(xiàng)；發(fā)表了論文71篇，其中SCI、EI論文各1篇；曾獲首屆鄒競(jìng)蒙氣象科技人才獎(jiǎng)、全國(guó)氣象軟科學(xué)二等獎(jiǎng)、重慶市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)、重慶市軟科學(xué)成果二等獎(jiǎng)，并獲得全國(guó)優(yōu)秀青年氣象科技工作者、全國(guó)氣象系統(tǒng)先進(jìn)工作者等稱號(hào)。