常用的土壤介電模型一般都是針對非鹽漬化土壤提出來的，對于干旱區(qū)鹽漬化土壤，模型對于介電常數(shù)虛部的描述與實(shí)際測量情況有一定差距。為了更好地深入研究干旱區(qū)鹽漬化土壤介電常數(shù)特性，該文選擇鹽漬土介電模型(修正的含水含鹽土壤Dobson 介電模型)作為典型研究區(qū)鹽漬化土壤介電常數(shù)的基礎(chǔ)模型，模擬分析土壤介電常數(shù)對模型參數(shù)的響應(yīng)，在野外實(shí)測數(shù)據(jù)的支持下驗(yàn)證了鹽漬土介電模型的適用性。研究結(jié)果表明：

　　1、在低頻區(qū)域(0.5<f<5 GHz)土壤介電常數(shù)對土壤體積含水量、含鹽量的響應(yīng)十分明顯；

　　2、土壤介電常數(shù)實(shí)部對土壤體積含水量的響應(yīng)非常顯著，線性擬合方程的相關(guān)系數(shù)R 高于0.95，土壤含水量的大小直接決定著土壤介電常數(shù)實(shí)部的高低；

　　3、土壤介電常數(shù)虛部對土壤含鹽量的響應(yīng)明顯，線性擬合方程的相關(guān)系數(shù)R 在0.86 左右，可以認(rèn)為土壤含鹽量決定著土壤介電常數(shù)虛部的高低。

　　研究證明利用土壤介電常數(shù)監(jiān)測土壤含鹽量、含水量和土壤鹽漬化程度具有一定的潛力，通過鹽漬土介電模型反演土壤含鹽量是可行的。

　　鹽漬土是作物低產(chǎn)的一個重要障礙因子，但同時也是重要的農(nóng)業(yè)后備耕地資源。鹽漬土在中國分布廣泛，從熱帶到寒溫帶、濱海到內(nèi)陸、濕潤地區(qū)到極端干旱的荒漠地區(qū)，均有大量鹽漬土分布。據(jù)統(tǒng)計(jì)中國鹽漬土面積占全國可利用土地的4.88%，而西部六省區(qū)鹽漬土就占可利用土地面積的9.4%，占全國鹽漬土面積的69.03%。當(dāng)前，遙感技術(shù)在區(qū)域尺度上的干旱區(qū)土壤鹽漬化監(jiān)測應(yīng)用方面已成為主流趨勢。微波遙感在土壤水分監(jiān)測中具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，被認(rèn)為是目前土壤水分遙感監(jiān)測最具有發(fā)展?jié)摿Φ奶綔y手段，然而利用微波遙感手段對鹽漬化土壤含鹽量的研究非常少，而且大多是初步的定性的探討。

　　土壤介電常數(shù)特性是微波遙感進(jìn)行對地觀測的基礎(chǔ)。它是建立后向散射系數(shù)與地表土壤參數(shù)(含水量、含鹽量)之間關(guān)系的關(guān)鍵量。一些研究表明，含鹽量和含水量高的土壤具有更高的導(dǎo)電性。因此，復(fù)介電常數(shù)的虛部也會更高，形成強(qiáng)反射。有些研究者利用散射計(jì)、輻射計(jì)、SAR 影像對鹽漬化土壤進(jìn)行了定性分析，結(jié)果表明由于復(fù)介電常數(shù)的虛部更依賴于土壤的鹽分，隨著土壤介質(zhì)中鹽分的增加導(dǎo)致了土壤反射率的增加或者輻射率的降低，這為定量分析土壤的介電常數(shù)與土壤含鹽量之間的關(guān)系，及雷達(dá)影像后向散射系數(shù)對土壤含鹽量的響應(yīng)提供了理論基礎(chǔ)，以便正確有效地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐。

　　目前，有關(guān)土壤微波介電特性密切相關(guān)的模型主要有鹽水、土壤—水分混合介電模型，土壤四分量理論模型，Dobson 介電模型以及在Dobson介電模型的基礎(chǔ)上改進(jìn)的含水含鹽土壤半經(jīng)驗(yàn)混合介電模型。與通過統(tǒng)計(jì)回歸方法建立土壤介電經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖啾�，半�?jīng)驗(yàn)混合模型各參數(shù)的描述較符合自然條件下土壤屬性規(guī)律，模型數(shù)據(jù)結(jié)果相對可靠。胡慶榮等[18]采集了5 種不同質(zhì)地的土壤，利用微波網(wǎng)絡(luò)儀共軸探頭技術(shù)測量樣品的土壤介電常數(shù)，并使用土壤學(xué)測量方法，依據(jù)美國農(nóng)業(yè)部制定的土壤質(zhì)地三角圖提供的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算得到了5 種土壤不同粒徑的含量，確定了包括土壤質(zhì)地類型在內(nèi)的土壤樣品各相關(guān)參數(shù)(土壤含鹽量、土壤體積含水量、土粒密度)，最后將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，修正了Dobson 模型使之適用于含水含鹽土壤即鹽漬化土壤。

　　常用的土壤介電模型一般都是針對非鹽漬化土壤提出來的，對于干旱區(qū)鹽漬化土壤，模型對于介電常數(shù)虛部的描述與實(shí)際測量情況有一定差距。為了更好地深入研究干旱區(qū)鹽漬化土壤介電常數(shù)特性，本文主要利用鹽漬土介電模型(修正的Dobson 介電模型)，分析土壤介電常數(shù)對模型參數(shù)的響應(yīng)，討論各模型參數(shù)與土壤介電常數(shù)的關(guān)系。在模擬自然條件下最具代表性的4 類不同質(zhì)地土壤的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析土壤不同體積含水量、含鹽量、頻率、溫度、土壤容重以及離子濃度對鹽漬土介電常數(shù)實(shí)部與虛部的影響，根據(jù)野外實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證鹽漬土介電常數(shù)模型的適用性。

2.2、鹽漬土介電模型(修正的Dobson 介電模型)驗(yàn)證

　　將每個采樣點(diǎn)土壤體積含水量、含鹽量、土壤容重、溫度、砂粒與粘粒含量等野外實(shí)測數(shù)據(jù)代入鹽漬土介電模型計(jì)算出土壤介電常數(shù)，其中包含了模型介電常數(shù)實(shí)部、虛部及總的模型介電常數(shù)(介電常數(shù)幅值)，再將計(jì)算結(jié)果與野外實(shí)測介電常數(shù)對比統(tǒng)計(jì)成表(見附錄)，繪制2010 年4 月0～30 cm樣層實(shí)測數(shù)據(jù)與模型介電常數(shù)的關(guān)系圖(圖7)。

a. 模型介電常數(shù)與實(shí)測介電常數(shù)的關(guān)系

b. 模型介電常數(shù)與實(shí)測含水量的關(guān)系

c. 模型介電常數(shù)與實(shí)測含鹽量的關(guān)系

圖7 2010 年4 月0～30c m 樣層實(shí)測數(shù)據(jù)與模型介電常數(shù)的關(guān)系

　　1)從圖7a 可以看出：土壤實(shí)測介電常數(shù)與模型計(jì)算介電常數(shù)值的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)為0.967。這說明鹽漬土介電常數(shù)模型(修正的Dobson介電模型)對土壤介電常數(shù)的計(jì)算效果較為理想。

　　2)從圖7b 可以看出：實(shí)測含水量與土壤介電常數(shù)實(shí)部的線性擬合方程能在一定程度范圍內(nèi)反映土壤含水量與介電常數(shù)實(shí)部的對應(yīng)關(guān)系，且這種關(guān)系十分明顯。土壤體積含水量與介電常數(shù)實(shí)部線性擬合方程相關(guān)系數(shù)高于0.95。這反映了土壤含水量的高低客觀決定著土壤介電常數(shù)實(shí)部的大小。而土壤含水量的變化對模型介電常數(shù)虛部的影響并不明顯，說明了含水量對介電常數(shù)虛部的影響程度遠(yuǎn)小于其對介電常數(shù)實(shí)部的影響。

　　3)從圖7c 可以看出：土壤含鹽量數(shù)據(jù)對介電常數(shù)虛部的影響較為明顯。雖然含鹽量數(shù)據(jù)其線性擬合方程的相關(guān)系數(shù)R=0.861 并沒有土壤含水量對介電常數(shù)實(shí)部的相關(guān)系數(shù)高，但是也能夠在一定程度范圍內(nèi)反映介電常數(shù)虛部對土壤含鹽量的響應(yīng)關(guān)系。進(jìn)而說明了土壤含鹽量的多少也影響著介電常數(shù)虛部的高低。而圖中也可以直觀地看到土壤含鹽量對介電常數(shù)實(shí)部的線性關(guān)系不是很明顯，這也說明了含鹽量對介電常數(shù)實(shí)部的影響程度低于其對介電常數(shù)虛部的影響。

3、結(jié) 論

　　利用鹽漬土介電模型(修正的Dobson 介電模型)，分析土壤介電常數(shù)對模型參數(shù)的響應(yīng)，討論各模型參數(shù)與土壤介電常數(shù)的關(guān)系。在模擬了自然條件下最具代表性的四類不同質(zhì)地土壤的前提下，重點(diǎn)分析不同土壤體積含水量、含鹽量、頻率等模型參數(shù)對鹽漬土介電常數(shù)實(shí)部與虛部的影響，在數(shù)野外實(shí)測數(shù)據(jù)的支持下驗(yàn)證鹽漬土介電模型的適用性。從中可以得出

　　1)在低頻區(qū)域(0.5<f< 5 GHz)，土壤介電常數(shù)對頻率的響應(yīng)最佳，土壤介電常數(shù)對土壤體積含水量、含鹽量的響應(yīng)十分明顯。

　　2)介電常數(shù)實(shí)部對土壤體積含水量的響應(yīng)十分顯著，其隨著含水量的增加而增長。而對于介電常數(shù)虛部，介電常數(shù)隨著體積含水量的減少而小幅度升高。但無論是介電常數(shù)實(shí)部還是虛部，其介電常數(shù)幅值始終保持在較合理的區(qū)間，特別是對體積含水量在10%～40%之間的區(qū)域，模型計(jì)算數(shù)據(jù)效果較好，線性擬合方程的相關(guān)系數(shù)R 高于0.95，可以認(rèn)為土壤含水量直接決定著土壤介電常數(shù)實(shí)部的高低。

　　3)土壤介電常數(shù)虛部對土壤含鹽量的響應(yīng)明顯，雖然土壤含鹽量與土壤介電常數(shù)虛部的相關(guān)性沒有含水量與介電常數(shù)實(shí)部那樣顯著，但線性擬合方程的相關(guān)系數(shù)R 在0.86 左右，所以可以認(rèn)為土壤含鹽量決定著土壤介電常數(shù)虛部的高低，特別是在較低頻率的情況下，這種響應(yīng)機(jī)制更加凸顯，所以決不能忽視土壤含鹽量這個因子對介電常數(shù)的影響，從而使之更適用于鹽漬化土壤介電模型。

　　總之，鹽漬土介電模型能夠較為客觀描述土壤介電常數(shù)，其估計(jì)值與土壤實(shí)測介電常數(shù)的相似程度較好�？梢酝ㄟ^鹽漬土介電常數(shù)模型研究含水含鹽土壤介電特性，也可以定量分析土壤體積含水量、含鹽量以及不同頻率變化對土壤介電常數(shù)的影響。研究證明利用土壤介電常數(shù)監(jiān)測土壤含鹽量、含水量和土壤鹽漬化程度具有一定的潛力，通過鹽漬土介電模型反演土壤含鹽量是可行的。