基于高频探地雷达的土壤表层含水量测定

来源：土壤学报杂志2016年第3期北京时间：

作者：周立刚,于东升,王玺洋,王秀虹,张海东

单位：周立刚，土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所）；lgzhou@issas.ac.cn,于东升，土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所）；dshyu@issas.ac.cn,王玺洋，土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所）；xywang@issas.ac.cn,王秀虹，土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所）；1107908069@qq.com,张海东，土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所）；,

摘要：高精度快速探测土壤表层水分状况，对于精准农业生产、水资源精确管理及防治坡耕地水土流失具有重要意义。现有探地雷达（Ground Penetrating Radar, GPR）低频探测技术不能满足表层土壤含水量高精度要求，需要发展和应用高精度探测技术。本研究采集江宁某蔬菜地水稻土表层（0~20 cm）土壤（粉砂质黏壤土），通过室内模拟试验，利用高频（1GHz和2GHz）探地雷达在不同土壤含水量状况下进行探测，获取GPR数据图像信息，提取电磁波谱特征参数，分析其与土壤含水量之间的定量关系。结果表明：1GHz和2GHz频率GPR探测的土壤介电常数ε与实测土壤含水量θ拟合的ε~θ模型决定系数R2分别为0.94与0.97，高频探地雷达技术预测粉砂质黏壤土表层土壤含水量是可行的；与低频探地雷达技术相比，高频探地雷达技术能够高精度探测表层土壤含水量。

关键词：探地雷达;土壤含水量;介电常数;电磁波波速;土壤质地

基金资助：自然科学基金项目(No. 41571206)，中国科学院战略性先导科技专项（XDA05050507）, 国家重点基础研究发展计划“973”项目(2010CB950702)