提高中子浅层测湿精度率定方法的比较研究.PDFVIP

维普资讯 第22卷 第4期 干 旱 区 研 究 V01．22 No．4 2005年 12月 ARID Z( E『 RE ARCH Dec． 2005 文章编号： 1001—4675(2005)04—0586—05 提高中子浅层测湿精度率定方法的比较研究 张奋东 一， 宋郁东 (1中国科学院新疆生态与地理研究所 ，新疆 乌鲁木齐 830011；2中国科学院研究生院，北京 100039) 摘 要：为了提高中子仪浅层测湿精度率定方程的建立，以烘干法为比较基准，进行了大田标定及验证试验。结果 表明，分层分段法在整个浅层率定过程中表现最优 ；由深层率定方程推求浅层土壤含水率的间接推导法不能改善 整个浅层土壤中子测湿精度；由非线性最小二乘法拟合双曲线方程作为整个土壤浅层率定模型的实际应用效果不 稳定 ，试验误差较大。 关键词：中子仪；浅层土壤水分；测湿精度；率定方法 中图分类号：S152．7 文献标识码：A 中子水分仪是集现代高科技、智能化于一体的 1 中子水分仪测定土壤含水率的基本 一 种先进的野外土壤水分测量仪器。自20世纪50 原理 年代Gardner等提出中子法测定土壤含水率以来， 由于中子仪具有操作简便、不扰动土壤、可在同一地 中子水分仪是由放射快中子的中子源和检测慢 点进行多次连续定位监测、不受季节限制、不受水分 中子的探测器两部分构成。中子仪测定土壤含水量 物理状态变化的限制，能进行任何深度范围的水分 是根据支配中子散射及中子减速这一物理定律进行 测定 ，不受滞后影响，可与 自动记录系统和计算机连 的。即利用从中子源发出的快中子与土壤水分中的 接等优点。60年代初，我国引进该项技术，现已经 氢原子发生弹性碰撞，并向各个方向随机散射，能量 被广泛地应用于土壤地理、农林、水利、气象、环境、 相应发生转移，中子每碰撞一次就损失一部分能量， 水文地质、建筑工程等领域。倪广恒…等使用中子 散射和能量的衰减过程一直持续到中子动能接近于 仪对深层率定方程推求浅层土壤含水率作了室内试 散射介质中原子的平均动能为止 (原子热运动平衡 验率定研究；简慰民L]等对改善土壤浅层测湿精度 时的能量)。此时快中子减速为慢中子(或热中子)， 作了简易室内和野外试验 ，在方法上作 了初步性探 水平时慢(热)中子形成一个以源为中心的 “热中子 索；王纪华 ]等就提高农田耕层土壤水分精度作了 云”球体。一般而言，快中子与原子序数大的物质相 相应田间试验研究，提出了曲线标定时的 “3段式” 撞损失的能量小，与原子序数小的物质碰撞损失的 标定法；胡顺军H]等用深层率定曲线对近地面土壤 能量大，快中子与氢原子碰撞损失的能量表现为最 含水率进行了讨论；李银芳 ]则建议在使用中子仪 大(比其它原子大2～3个数量级)。土壤中氢原子 测定土壤表层含水量时，可采用地表复土的方法来 绝大部分是以H2O的形式存在，土壤对快中子的慢 克服补偿界面效应所引起的误差。总的来看，由于 化能力主要取决于土壤含水量，土壤含水量越高，中 中子仪在测湿过程中深度分辩不够准确，尤其是土 子被慢化的则越快 ，“热中子云球”的半径就越小，热 壤浅层慢中子漂移问题，造成中子仪浅层土壤水分 中子密度也就越大。反之，热中子密度表现就越小。 测定精度偏低，甚至失真。所以，对如何提高中子仪 因此，只要测定出土壤中慢化的热中子数量，就可以 的土壤浅层测湿精度，须进一步试验研究与完善。 确定土壤含水量。即用慢(热)中子探测器探测确定 本文就此根据大田标定及验证试验，以改善中子浅 中子计数率，用经典烘干测湿方法，测得土壤容积含 层测