一种超深旋耕土壤顺坡和垂直位移磁测方法与流程

1.本发明涉及耕作土壤位移测量领域，具体涉及一种超深旋耕土壤顺坡和垂直位移磁测方法。


背景技术：

2.耕作侵蚀测定磁性示踪法(200910059976.5)采用磁性示踪剂测定耕作产生的坡面土壤位移，以耕作之后磁性示踪剂(采用砖瓦窑煅烧后的砖瓦渣和煤渣)沿耕作路径的重新分布量来计算土壤向下坡的位移量，进而获得耕作侵蚀速率。以磁化率仪测定耕作前磁性示踪剂标记小区的磁性强度，再按传统耕作方式开始从坡的下方往上方耕作，耕作之后，将一个长0.60cm，宽20cm，深25～～30cm的金属框垂直于原磁性示踪剂标记小区插入耕过的土壤，插入深度以耕作深度为准。该方法存在的问题如下：1)该方法从原磁性示踪剂标记小区基部开始取样，以0.05m或0.10m为间距，沿下坡方向连续采集，直到无磁性示踪剂分布为止，然而，对于超深旋耕既发生向上坡移动又发生向下坡移动却无法分析；2)该方法忽略了耕作深度对土壤位移的影响，不同土层深度与土壤位移并非简单线性关系，特别是对于耕作深度较大的超深旋耕，无法准确获取超深旋耕的土壤位移；3)该方法以砖瓦窑煅烧后的砖瓦渣和煤渣作为磁性示踪剂，由于其磁性强度较弱，随着土壤混入量的增加，土壤磁化率测定的敏感性迅速衰减，示踪路径末端低磁性土壤样品很难检测出来，影响测定精度；4)该方法取样深度限定于耕作深度，将整个耕作深度的土壤全部取出，放入塑料小桶中并均匀混合后，再用磁化率仪测定磁性强度，因此，无法获取土壤垂直位移特征，而土壤垂直位移对于认识坡面土壤性质变异机理至关重要。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种超深旋耕土壤顺坡和垂直位移磁测方法。
4.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
5.一种超深旋耕土壤顺坡和垂直位移磁测方法，包括如下步骤：
6.s1、在耕作前布置磁性示踪区，以钛铁矿粉作为示踪剂，混合均匀后测定土壤磁化率，测定完成后回填于示踪区内；
7.s2、对设置磁性示踪区的样地进行耕作，耕作路径完全覆盖所述磁性示踪区，在垂直于示踪区的中部沿顺坡方向设置1条取样带；
8.s3、根据磁性示踪区的深度分布特点进行分层采样，测量所取样的土壤磁化率，并分层计算土壤位移；
9.s4、以耕作后分层采样深度比为权重计算土壤顺坡位移，基于所计算的向上坡和向下坡位移得到土壤顺坡净位移；
10.s5、根据测得耕作路径的土壤磁化率，分析土壤垂直再分布特征。
11.进一步的，所述s1具体包括如下步骤：
12.s11、在耕作前设置磁性示踪区，测定坡度和土壤容重；
13.s12、取出示踪小区的的土壤并填入钛铁矿粉作为磁性示踪剂，舍弃与磁性示踪剂重量相同的土壤并充分搅拌使磁性示踪剂均匀附着于土壤；
14.s13、利用磁化率仪测定步骤s12搅拌后的土壤磁化率，若多次测定值的相对误差超过10％则重新搅拌混合，直至不同点位的土壤磁化率小于10％时，则测定完成；
15.s14、将测定完成后混有磁性示踪剂的土壤按原田间土壤容重回填于磁性示踪区。
16.进一步的，所述s2具体包括：
17.s21、利用超深耕作进行耕作，耕作路径完全覆盖磁性示踪区；
18.s22、在磁性示踪区中部沿顺坡方向设置取样带，以设定间隔从磁性示踪区中心线分别向上坡、向下坡磁性示踪剂分布的最远点连续取样；
19.s23、根据磁性示踪区的深度分布特点进行分层取样并分别进行标记，将每层采样品混合均匀后摊成设定厚度，测定每层采样品的磁化率。
20.进一步的，所述s3中采用类流体旋转方法分别计算分层位移，具体计算方式为：
[0021][0022]
其中，d
x
为耕作引起的平均土壤位移距离；c(x)为耕作后示踪路径的土壤磁化率；c0为耕作前示踪小区土壤磁化率；l为距中心线的最大取样距离。
[0023]
进一步的，所述s4中顺坡位移的计算包括向上坡位移和向下坡位移，具体计算方式为：
[0024][0025][0026]
其中，d
(up)
为向上坡位移，d
(down)
为向下坡位移，d
n(up)
为第n个采样层的向上坡位移，d
n(down)
为第n个采样层的向下坡位移，pn为第n个采样层的深度。
[0027]
进一步的，所述s4中顺坡净位移计算方式为：
[0028]dn
＝d
(down)-d
(up)
[0029]
其中，dn为顺坡净位移，d
(up)
为向上坡位移，d
(down)
为向下坡位移。
[0030]
本发明具有以下有益效果：
[0031]
(1)改进取样和计算模型，提高耕作位移磁测方法的适用性：本发明基于不同土层深度与土壤位移并非简单线性关系的认识，针对超深旋耕的耕作深度较深，一般可达30-60cm，而传统耕作仅有10-20cm，不同土层深度土壤位移存在明显差异，通过改进取样方法，在耕作后利用分层采样法(如按10cm分层)采样，然后分层加权计算土壤顺坡耕作位移，以提高土壤位移测定的准确性；采用土钻按照梅花法或棋盘法在取样单元内进行多点分层采样，可以提高测定效率和测定样品的代表性；针对超深旋耕后土壤呈现多方向移动特性，耕作后利用采样器将原磁性示踪小区一分为二，以0.10m间距从示踪小区中心线分别向上坡、向下坡磁性示踪剂分布的最远点连续取样，然后再通过模型分别测算向上坡和向下坡位移，最后再计算净位移，以此提高超深旋耕土壤位移磁测方法的准确性。
[0032]
(2)改变磁性示踪剂，提高土壤位移测定精度：采用钛铁矿粉代替传统方法中的砖瓦渣、煤渣作作为示踪剂，相比砖瓦渣或煤渣示踪剂用量可减少90％，磁性强度却提高了400％，更为重要的是钛铁矿粉粒径小(≤0.075mm)，可以紧密地吸附于土壤表面，随土壤同步移动；影响磁性示踪法测量精度的最大障碍是耕作后示踪路径末端的土壤磁性强度很低，钛铁矿粉是一种强磁性物质，增强了土壤磁化率测定的敏感性，示踪路径末端低磁性土壤样品基本都可以检测出来，这提高了耕作位移测定的准确性，据估算可提高测定精度3％～10％；另外，钛铁矿粉标记的土壤呈现黑色，明显区别于土壤背景颜色，采样时可以利用肉眼确定示踪剂分布的最大位移距离，提高了测量效率。
[0033]
(3)实现土壤垂直位移和顺坡位移的同步分析：通过分层采样法测定不同土层深度的土壤磁化率，在研究顺坡位移的同时，可以分析超深旋耕对土壤垂直再分布的影响，提高了磁测方法的适用性。
附图说明
[0034]
图1为本发明超深旋耕土壤顺坡和垂直位移磁测方法流程示意图。
[0035]
图2为本发明实施例土壤磁性示踪样地布置方向和采样方法示意图。
[0036]
图3为本发明实施例采样点分布图。
[0037]
图4为本发明实施例土壤垂直再分布分析过程样点设置图。
具体实施方式
[0038]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0039]
一种超深旋耕土壤顺坡和垂直位移磁测方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0040]
s1、在耕作前布置磁性示踪区，以钛铁矿粉作为示踪剂，混合均匀后测定土壤磁化率，测定完成后回填于示踪区内，具体而言，
[0041]
s11、在耕作前设置磁性示踪区，测定坡度和土壤容重；
[0042]
本实施例里，如图2所示，测定示踪区的坡度和土壤容重并挖掘长方体示踪小区，小区长宽深为1.0m
×
0.2m
×
h m(h取决于耕作深度)，示踪小区的长边平行于坡地等高线，且长边与高组成的面垂直于坡面
[0043]
s12、取出示踪小区的的土壤并填入钛铁矿粉作为磁性示踪剂，舍弃与磁性示踪剂重量相同的土壤并充分搅拌使磁性示踪剂均匀附着于土壤；
[0044]
本实施例里，挖出的土壤先堆放在塑料布上，添入1kg钛铁矿粉作为磁性示踪剂，弃去与磁性示踪剂等量的土壤，充分搅拌使示踪剂均匀地附着在土壤上，将这些土壤摊成5cm厚。
[0045]
s13、利用磁化率仪测定步骤s12搅拌后的土壤磁化率，若多次测定值的相对误差超过10％则重新搅拌混合，直至不同点位的土壤磁化率小于10％时，则测定完成；
[0046]
利用磁化率仪进行多点测定，如果多次测定值的相对误差超过10％，则重新搅拌混合，直到不同点位土壤磁化率基本一致。
[0047]
s14、将测定完成后混有磁性示踪剂的土壤按原田间土壤容重回填于磁性示踪区。
[0048]
s2、对设置磁性示踪区的样地进行耕作，耕作路径完全覆盖所述磁性示踪区，在垂直于示踪区的中部沿顺坡方向设置1条取样带，具体而言，
[0049]
s21、利用超深耕作进行耕作，耕作路径完全覆盖磁性示踪区；
[0050]
s22、在磁性示踪区中部沿顺坡方向设置取样带，以设定间隔从磁性示踪区中心线分别向上坡、向下坡磁性示踪剂分布的最远点连续取样；
[0051]
本实施例里，如图3所示，耕作划定原示踪小区位置，在垂直于示踪小区的中部沿顺坡方向设置1条0.3-0.5m的取样带，以0.10m间距从示踪小区中心线分别向上坡、向下坡磁性示踪剂分布的最远点连续取样，采用土钻按照梅花法或棋盘法在取样单元内进行多点采样，一般采5-10个。
[0052]
s23、根据磁性示踪区的深度分布特点进行分层取样并分别进行标记，将每层采样品混合均匀后摊成设定厚度，测定每层采样品的土壤磁化率。
[0053]
根据磁性示踪剂的深度分布特点进行分层取样，分层的长度控制在5-10cm，分层深度从上到下分别记为p1，p2，p3，
……
pn，每层所采样品混匀后摊成5cm厚，测定并记录耕作后的土壤磁化率。
[0054]
s3、根据磁性示踪区的深度分布特点进行分层采样，测量所取样的土壤磁化率，并分层计算土壤位移，本实施例里，分层计算土壤位移的具体计算方式为：
[0055][0056]
式中，d
x
为耕作引起的平均土壤位移距离(m)；c(x)为耕作后示踪路径的土壤磁化率(si)；c0为耕作前示踪小区土壤磁化率(si)；l为距中心线的最大取样距离(m)。
[0057]
s4、以耕作后分层采样深度比为权重计算土壤顺坡位移，基于所计算的向上坡和向下坡位移得到土壤顺坡净位移；
[0058]
然后应用类流体旋转理论按下式分别计算每一层沿向上坡、向下坡方向的位移，即d
x(up)
和d
x(down)
，
[0059][0060][0061]
其中，d
(up)
为向上坡位移，d
(down)
为向下坡位移，d
n(up)
为第n个采样层的向上坡位移，d
n(down)
为第n个采样层的向下坡位移，pn为第n个采样层的深度。
[0062]
在此基础上计算土壤顺坡净位移dn：
[0063]dn
＝d
(down)-d
(up)
[0064]
s5、根据顺坡位移测量耕作后覆盖磁性示踪区的耕作路径的土壤磁化率，得到土壤垂直再分布特征，以垂直于示踪小区的顺坡方向为x轴，以沿土壤深度方向为y轴，原示踪小区中心线的土壤表层位置为原点(0，0)，从示踪小区中心线分别向下坡为x轴正方向，向上坡为x轴的负方向(图4)。图4是以采样深度为0.4m，磁性示踪剂向上坡和向下坡移动0.5m
为例，图中的数字代表每个采样点，将每个采样点的平均土壤磁化率按图4坐标方式进行作图，即可以分析土壤沿顺坡方向和垂直方向的位移特征。
[0065]
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
[0066]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。