基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法

本发明属于材料测试，具体涉及基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法。

背景技术：

1、红黏土广泛分布于我国云贵高原、两湖、两广等地区，由碳酸盐类岩石经过风化再到残积、坡积等作用形成的一种呈褐红色或棕红色的特殊土。根据全国土壤污染状况调查公报显示我国土壤主要污染源为重金属污染，重金属超标率依次大小为镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍。重金属污染对农业耕地、河流、林地等生态环境造成威胁。因此，开发一种能准确评估红黏土耕地质量的指标对于农业土壤改良和修复具有重要意义。

2、红黏土的特殊性表现为高含水率、孔隙比大且易失水收缩造成土体开裂使土体渗透性增加，导致重金属易于随水体在红黏土中迁移、富集。电阻率是土体固有的基本参数之一，能有效反映土体的物性和状态。土体电阻率即电流流过单位体积土体时所呈现的电阻值。不同类型土体在电阻率特性表现各异，土体电阻率与含水率、孔隙水成分、孔隙率、温度等土颗粒类型及结构等因素密切相关。土体电阻率值一定程度上可表征土体的基本物理力学特性，反映污染土体的结构特征、污染物迁移范围及工程特性。

3、土壤重金属污染评价指标：目前已存在一些土壤重金属污染评价指标，如污染指数、潜在生态风险指数等。然而，这些指标主要基于重金属的总含量，并未考虑土壤物理性质对重金属迁移转化的影响，对红黏土等特殊土壤类型的镉污染评价效果有限。

4、土壤电阻率技术：土壤电阻率技术已广泛应用于土壤湿度、盐分等参数的监测评价。但现有的土壤电阻率技术尚未明确将其应用于镉污染红黏土的评价，并且缺乏相关的标准和方法。

5、土壤ph值和含水率检测：土壤ph值和含水率是土壤重金属迁移转化的重要因素。目前已有多种测量方法和设备，例如ph计、蒸发法测水分等，但这些方法并未与电阻率特性相结合，无法全面评估红黏土中镉的污染情况。

6、综上，这些现有技术的局限性在于缺乏对红黏土等特殊土壤类型的针对性评价指标和方法，并且未考虑土壤物理性质对重金属迁移转化的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，基于电阻率特性的镉污染红黏土评价技术主要通过测量不同干密度、含水率、温度下重金属镉含量来评估红黏土的耕地质量，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，包括：在红黏土地区的农业耕地上，选择代表性的采样点位，采集土壤样品；将所述土壤样品按照土工试验规范处理，制备不同含水率、干密度和镉含量的污染试样；对所述污染试样通过专用的电阻率测量仪器进行电阻率测试，获取电阻率数据；对所述电阻率数据电阻率进行换算，记录不同影响因素下的电阻率实测数据，绘制镉污染红黏土电阻率变化关系；根据所述镉污染红黏土电阻率变化关系对不同镉含量污染土进行电阻率对数坐标拟合，建立镉污染红黏土电阻率模型；基于所述镉污染红黏土电阻率模型的输出结果，并结合土壤基本物理性质对红黏土地区重金属镉污染程度进行评价。

3、优选地，采集所述土壤样品采用网格或采样密度进行取样。

4、优选地，所述采样点位包括土壤类型、土地利用方式和污染源。

5、优选地，所述电阻率测试，包括：

6、在不同影响因素作用下，记录对应的电阻，再根据电极铜片面积和电极片之间的距离计算出电阻率值。

7、优选地，所述电阻率值的计算公式为:

8、

9、式中：ρ为污染土电阻率；r为土样的电阻值；a为电极铜片面积；l为电极片之间的距离。

10、优选地，所述绘制镉污染红黏土电阻率变化关系，包括：镉污染红黏土的干密度与电阻率的变化关系、镉污染红黏土的含水率与电阻率的变化关系以及镉污染红黏土的温度与电阻率的变化关系。

11、优选地，所述建立镉污染红黏土电阻率模型，包括：

12、由体积含水量公式得出体积含水量可以由含水率与干密度决定；

13、通过把含水率和干密度排列组合换算成不同体积含水量条件下，对不同镉含量污染土进行电阻率对数坐标拟合；

14、用曲面函数z＝z0+ax+by+cx2+dy2进行拟合的镉污染红黏土电阻率预测模型公式转化为：

15、式中：ρ为电阻率，pr为体积含水量，c为镉含量。

16、优选地，所述建立镉污染红黏土电阻率模型，还包括：

17、采用平均绝对百分比误差和均方根误差对电阻率模型预测值与试验实测值进行误差衡量，采用计算公式分析该模型的准确性及可靠性。

18、优选地，所述计算公式如下：

19、

20、

21、式中：ρci为电阻率模型预测值；ρτi为电阻率实测值；n为样本数量；i为样本序号。

22、优选地，所述污染试样包括多个重复样本。

23、本发明的技术效果和优点：本发明提出的基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，与现有技术相比，具有以下优点：

24、1、土壤特性评价：通过评估土壤的电阻率、含水率和干密度等特性，可以更好地进行土壤管理和调控工作。农民和农业专业人士可以利用这些数据来指导灌溉、施肥和排水等农事活动，从而提高土壤质量、增加农作物产量，并优化农业可持续发展。

25、2、资源利用效率：通过精确测量土壤特性和镉含量，可实现有效的土壤资源利用和镉污染防控。例如，在土壤均质性较好、电阻率适宜的地区可以选择种植适应性较强的作物，提高土地利用率。同时，通过土壤镉污染程度的评估，可以制定针对性的土壤治理措施，避免环境污染和人体健康风险。

26、3、成本效益和时间效率：本技术方案提供了一种快速、准确的土壤评估方法，相比传统的土壤化验和野外调查方法，可以节省成本和时间。通过自动化的电阻率测试仪器和数据处理软件，可以在较短时间内对大量土壤样品进行评估和分析，提高工作效率并减少人力资源的投入。

27、综上，本发明技术方案通过电阻率测试和土壤特性的评价，可以实现精细化的土壤管理、准确评估土壤污染程度，这对于土壤环境管理、农业生产和环境保护都具有重要意义，有助于改善土壤品质、保护生态环境和人类健康。

技术特征：

1.基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，其特征在于，采集所述土壤样品采用网格或采样密度进行取样。

3.根据权利要求1所述的基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，其特征在于，所述采样点位包括土壤类型、土地利用方式和污染源。

4.根据权利要求1所述的基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，其特征在于，所述电阻率测试，包括：

5.根据权利要求4所述的基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，其特征在于，所述电阻率值的计算公式为:

6.根据权利要求1所述的基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，其特征在于，所述绘制镉污染红黏土电阻率变化关系，包括：镉污染红黏土的干密度与电阻率的变化关系、镉污染红黏土的含水率与电阻率的变化关系以及镉污染红黏土的温度与电阻率的变化关系。

7.根据权利要求1所述的基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，其特征在于，所述计算公式如下：

8.根据权利要求1所述的基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，其特征在于，所述污染试样包括多个重复样本。

技术总结
本发明属于材料测试技术领域，具体涉及基于电阻率法的镉污染红黏土评价方法，通过测量不同干密度、含水率、温度下重金属镉含量来评估红黏土的耕地质量。通过研究不同影响因素下镉污染红黏土电阻率变化特征，在引入体积含水量公式基础上，构建了红黏土的镉污染电阻率评价模型，并采用平均绝对百分比误差及均方根误差检验镉污染红黏土电阻率模型值的预测效果。通过电阻率法快速测出污染区电阻率值，并结合土壤基本物理性质(含水率、干密度)可对红黏土地区重金属镉污染程度进行有效预测。本发明技术方案通过电阻率测试和土壤特性的评价，可以实现精细化的土壤管理、准确评估土壤污染程度。

技术研发人员：徐兴倩,陈小双,李小龙,赵熹,段青松,张川,王永昊,蒋旭,马方雯
受保护的技术使用者：云南农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4