吸附水对矿质土壤固体比热的影响机理

吸附水是土壤水的重要组成部分，我们前期的实验已经证实了常规105 ℃烘干土壤中紧密吸附水的存在，但是它与自由水的性质差异对于土壤比热性质的影响，以及对于热脉冲技术测定土壤含水量的影响，目前的研究仍然不清楚。本项目以9种不同质地土壤为研究对象，利用热重分析技术（thermogravimetry, TG）和差示扫描量热技术（differential scanning calorimetry, DSC）测定了矿质土壤的比热cm，常规烘干土壤的固体比热cs，同时为了分析紧密吸附水（tightly bound water）和有机质（organic matter）对土壤固体比热的影响，测定了去有机质样品在105 ℃烘干后的比热值cm-tbw和含有机质样品在200 ℃烘干后的比热值cm-OM。另外，项目利用比热的线性可加模型及热脉冲技术估测了土壤固体比热，用于分析紧密吸附水对热脉冲技术测定土壤含水量的影响。结果表明，供试土壤在20oC下cm的平均值为0.736 MJ Mg-1 K-1，它与土壤的比表面积和粘粒含量均呈现相关性，但是与比表面积的相关性更高；cs的平均值是0.750 MJ Mg-1 K-1，其中矿物质、有机质和紧密吸附水的贡献分别为95%，3%和2%左右，但是约有30%的紧密吸附水是吸附在有机质表面的；紧密吸附水对土壤固体比热的贡献会影响热脉冲技术测定土壤含水量的准确性，但它并不是测定误差的主要来源；热脉冲方法测定土壤含水量的误差属于系统误差，采用热脉冲技术实测的土壤cs值能够有效降低其含水量测定的误差。在本项目中，我们利用露点水势仪法，通过测定相对干燥条件下土壤水分含量与其能量状态的关系，估测样品的比表面积。结果表明，使用Hamaker常数的经验值-6 x 10-20 J 代入露点水势仪法估算的供试土壤的比表面积，与传统的乙二醇乙醚法的测定结果具有很好的相关性，且露点水势仪法具有操作简便、测定快速、省时省力的优点。 2100433B

吸附水是土壤水的重要组成部分，其含量和特性直接决定着土壤的表面吸附作用、热特性、介电特性等，但目前国内外对于土壤表面吸附水的含量、结构和特性仍缺乏足够的了解，尤其是对于吸附水的比热及其对土壤固体比热的影响研究甚少。本项目以不同质地矿质土壤为研究对象，采用热重分析技术和差示扫描量热技术，结合理论分析，探讨土壤吸附水比热随土壤质地、温度和土壤含水量的变化特征，评估吸附水含量和比热对土壤固体比热的影响规律。在此基础上，改进土壤热容量与含水量的线性关系模型并予以验证。本项目有助于深入认识吸附水的结构及性质，为研究和预测土壤水热耦合传输、吸附/解吸附过程，以及提高热脉冲技术测定土壤含水量的准确性和精度提供理论基础。

《气象因素对土壤电导特性影响机理研究》共分7章，分别论述了土壤电导实际应用状况、土壤电导研究现状、影响土壤电导的因素、气象因素对土壤电导影响的数学分析方法、土壤电阻率自动测量装置、土壤电阻率与气象因素和土壤温度及含水量野外观测试验、气象因素对土壤电导的影响、土壤温度及含水量对土壤电导的影响、气象因素与土壤温度及含水量的耦合效应对土壤电导的影响等内容，揭示了气象因素对土壤电导特性影响机理，为土壤的合理利用和改良、建设项目雷击风险评估、防雷工程设计与施工、大型地下金属设施的防腐工程设计与施工、开展精细农业研究以及改善土壤电阻率增强土壤电导特性、加强土壤环境保护等提供科学依据。

《气象因素对土壤电导特性影响机理研究》可供雷电防护、金属设施的防腐、精细化农业研究等工作管理人员、理论研究人员、一线工程技术人员参考，同时也可供气象、农业、环境保护、安全生产监督管理等部门和其他经济行业从事土壤学、土壤环境安全、土壤电学及其相关领域研究工作管理人员和科研人员的参考。

前言

第1章 概论

1.1 土壤电导研究与应用

1.2 影响土壤电导的因素分析

第2章 气象因素对土壤电导影响的数学分析方法

2.1 多元线性回归数学模型

2.2 多元线性回归参数估计方法

2.3 多元线性回归的总离差平方和的分解和多元相关系数

2.4 多元线性回归的离差平方和与偏相关系数

2.5 多元线性回归变量选择的逐步回归方法

2.6 多元线性回归数学模型拟合优度检验方法

第3章 土壤电导自动测量装置

3.1 引言

3.2 土壤电阻率远程自动测量装置工作原理及其研发

3.3 土壤电阻率远程自动测量装置野外对比试验

3.4 土壤电阻率远程自动测量装置运行监控与试验数据质量分析

3.5 土壤电阻率远程自动测量装置主要技术指标及特点

3.6 土壤电阻率远程自动测量装置使用方法

3.7 本章 小结

第4章 土壤电阻率与气象因素和土壤温度及含水量野外观测试验

4.1 引言

4.2 地面气象观测场地技术要求

4.3 观测场土壤电阻率观测试验

4.4 合川区气象局观测场气象参数观测试验

第5章 气象因素对土壤电导特性影响分析

5.1 引言

5.2 试验场土壤电阻率特征分析

5.3 试验场气象因素之间的相关性分析

5.4 土壤电阻率与气象因素的相关性分析

5.5 本章 小结

第6章 土壤温度及含水量对土壤电导影响分析

6.1 引言

6.2 土壤温度与土壤含水量的相关性分析

6.3 土壤温度与土壤电阻率的相关性分析

6.4 土壤含水量与土壤电阻率的相关性分析

6.5 本章 小结

第7章 气象因素与土壤温度及含水量对土壤电导的影响

7.1 引言

7.2 气象因素与土壤温度的相关性分析

7.3 气象因素与土壤含水量的相关性分析

7.4 气象因素的耦合效应对土壤电阻率的影响

7.5 气象因素与土壤温度及含水量的耦合效应对土壤电阻率的影响

7.6 本章 小节

李良福，博士、教授级高工，国家级注册安全工程师，成都信息工程学院兼职教授、硕士生导师。重庆市气象局副局长，全国雷电标准化技术委员会副主任委员，全国雷电灾害防御行业防护标准化技术委员会副主任委员，中国气象学会雷电委员会副主任委员。主要从事雷电防护、安全气象、土壤电学等方面科研和气象事业发展规划研究工作。主持完成省部级科研课题7项，编著《防雷新技术——消雷工程》、《土壤电学》、《拓展气象事业防雷减灾新领域的实践》等专著12部；主持制定《自动气象站场室防雷技术规范》（QX30-2004）、《接地降阻剂》（QX/T104-2009）、《气象灾害敏感单位安全气象保障技术规范》（DB50/368-2010）等标准15个；获得专利3项；发表了论文71篇，其中SCI、EI论文各1篇；曾获首届邹竞蒙气象科技人才奖、全国气象软科学二等奖、重庆市科技进步三等奖、重庆市软科学成果二等奖，并获得全国优秀青年气象科技工作者、全国气象系统先进工作者等称号。