Luận án Tiến sĩ Vật lý: Nghiên cứu các mô hình vật lý và ứng dụng hệ phổ kế siêu cao tần trong nghiên cứu xác định độ ẩm đất

B

GIÁO D C VÀ ÀO T O

VI N HÀN LÂM KHOA H C
VÀ CÔNG NGH VI T NAM

--------------------------------------

VI N V T LÝ

Võ Th Lan Anh

NGHIÊN C U CÁC MƠ HÌNH V T LÝ VÀ
PH

NG D NG H

K SIÊU CAO T N TRONG NGHIÊN C U XÁC
M

T

LU N ÁN TI N S V T LÝ
(Chuyên ngành quang h c)

Hà N i, 2015

NH

B

GIÁO D C VÀ ÀO T O

VI N HÀN LÂM KHOA H C
VÀ CÔNG NGH VI T NAM

--------------------------------------

VI N V T LÝ

Võ Th Lan Anh

NGHIÊN C U CÁC MƠ HÌNH V T LÝ VÀ
PH

NG D NG H

K SIÊU CAO T N TRONG NGHIÊN C U XÁC
M

NH

T

Chuyên nghành: Quang h c
Mã s : 62 44 01 09

LU N ÁN TI N S V T LÝ
(Chuyên ngành Quang h c)

NG

I H NG D N KHOA H C
PGS.TS.DOÃN MINH CHUNG

Hà N i, 2015


Tôi xin cam đoan:
Nh ng k t qu nghiên c u đ
th c, c a tơi d

i s h

c trình bày trong lu n án là hoàn toàn trung

ng d n c a PGS.TS. Dỗn Minh Chung, khơng vi

ph m b t c đi u gì trong Lu t S h u Trí tu và Pháp lu t Vi t Nam. N u sai,
tơi hồn tồn ch u trách nhi m tr

c Pháp lu t.
TÁC GI LU N ÁN

Võ Th Lan Anh

 

1 

L IC M

N

L i đ u tiên tôi xin g i l i c m n chân thành, sâu s c đ n PGS. TS. Doãn
Minh Chung, ng

i Thày đã ln t n tình ch b o, h

ng d n, giúp đ tôi th c

hi n Lu n án này. Trong th i gian h c t p, nghiên c u, th c hi n Lu n án Thày
đã luôn đ nh h

ng, truy n d y, b sung cho tôi nhi u ki n th c chuyên ngành,

kinh nghi m nghiên c u quý báu và giúp tôi s m xác đ nh đ

ch

ng nghiên

c u c th cho Lu n án.
Tôi c ng xin g i l i c m n chân thành t i GS. TS. Nguy n

i H ng

cùng các quý Th y, Cô trong Vi n V t lý, Vi n Hàn lâm Khoa h c và Công

ngh Vi t Nam, nh ng ng

i đã ln nhi t tình d y d , ch b o, truy n th cho

nhi u ki n th c và kinh nghi m quý giá trong th i gian tôi th c hi n Lu n án
này t i Vi n.
Xin c m n các anh ch , b n bè, đ ng nghi p Vi n Công ngh v tr , Vi n
Hàn lâm Khoa h c và Công ngh Vi t Nam đã luôn quan tâm, đ ng viên, khích
l , t o đi u ki n và luôn giúp đ , trao đ i, th o lu n, cung c p cho tôi nhi u
thông tin, ki n th c, kinh nghi m h u ích đ hoàn thành Lu n án này.
Cu i cùng con xin đ
c m n t t c ng

c bày t s bi t n sâu s c t i cha m hai bên, xin

i thân trong gia đình đã ln quan tâm, đ ng viên, khích l

và t o m i đi u ki n giúp tơi có thêm quy t tâm, ngh l c trong h c t p, nghiên
c u và hoàn thành Lu n án này.
Xin chân thành c m n!

 

2 


M C L C 
DANH M C HÌNH V .......................................................................................6 
DANH M C B NG BI U ..................................................................................8 
VI T T T ........................................9 

DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH

U.................................................................................................12 

PH N M

1. Xu t x c a đ tài lu n án ...................................................................................... 12 
2. M c tiêu và nhi m v nghiên c u c a lu n án ................................................... 14 
3. Ph

ng pháp nghiên c u c a lu n án .................................................................. 15 

4. Các lu n đi m b o v .............................................................................................. 15 
5. óng góp khoa h c m i c a lu n án..................................................................... 16 
CH

NG I. T NG QUAN V

M

T VÀ CÁC PH

NG PHÁP

NGHIÊN C U ...................................................................................................17 
1.1. T ng quan v các tính ch t v t lý c b n c a đ t............................................ 17 
1.2. Các ph

ng pháp nghiên c u đ

m đ t.......................................................... 21 

1.2.1. Các ph

ng pháp đo truy n th ng ...................................................................................... 21 

1.2.2. Các ph

ng pháp vi n thám ............................................................................................... 23 

1.3. T ng quan các nghiên c u vi n thám đ

m đ t trong và ngoài n

c .... 30 

1.3.1.

trong n

c ....................................................................................................................... 30 

1.3.2.

ngoài n

c ....................................................................................................................... 32 

CH

NG II. NGHIÊN C U XÂY D NG MƠ HÌNH V T LÝ XÁC

NH

M

T ...........................................................................................38 

2.1. T ng quan v các mô hình v t lý xác đ nh đ

m đ t ................................... 38 

2.1.1.Ph ng pháp h i quy d a trên phép đo c u hình đ n gi n và b n đ phân lo i th c v t c a
Jackson (1993) .............................................................................................................................. 40 

 

3 


2.1.2.Ph ng pháp h i quy d a trên phép đo đ n c c và các ch s th c v t c a Van de Greind
và Owe (1994) ............................................................................................................................... 42 
2.1.3. Ph ng pháp h i quy 2 tham s , quan tr c hai phân c c và đa góc c a Wingneron et al.
(1995) ............................................................................................................................................ 44 
2.1.4. Mơ hình h i quy 2 tham s , quan tr c l

ng c c c a Owe et al(2001) .............................. 46 

2.2. Xây d ng mơ hình v t lý xác đ nh đ

m đ t .................................................. 47 

2.2.1. Mơ hình v t lý v s phát x t nhiên c a đ t .................................................................... 50 
2.2.2. Các tham s

nh h

ng đ n đ phát x t nhiên c a đ t ................................................... 53 

2.2.3. Mơ hình bán th c nghi m Wang–Schmugge v h ng s đi n môi c a đ t ......................... 59 

CH

NG III. XÂY D NG QUY TRÌNH O NHI T

T B NG PH

PHÁT X C A

K SIÊU CAO T N ..........................................................64 

3.1. T ng quan v ph k siêu cao t n và nguyên lý ho t đ ng ............................ 64 
3.1.1. Ph k siêu cao t n ki u công su t toàn ph n .................................................................... 65 
3.1.2. Ph k siêu cao t n ki u Dicke ............................................................................................ 66 
3.1.3. Ph k siêu cao t n ki u bù t p âm ..................................................................................... 68 
3.1.4. Các ch tiêu k thu t chính c a các ph k SCT b ng L. .................................................... 69 

3.2. Quy trình ng d ng ph k siêu cao t n trong xác đ nh đ

m đ t ............. 69 

3.2.1. Chu n hóa ph k và chu n b m u đ t .............................................................................. 70 
3.2.2. Xây d ng quy trình đo nhi t đ phát x c a đ t ................................................................. 74 
3.2.3. Phân tích m u đ t th c nghi m ........................................................................................... 84 

CH

NG IV. L P CH

NG TRÌNH TÍNH TỐN

4.1. Nghiên c u xây d ng thu t tốn tính tốn đ
4.2. L p ch

M

T ...........89 

m đ t .................................... 89 

ng trình tính tốn s li u..................................................................... 91 

4.3. Phân tích đánh giá các k t qu tính tốn đ

m đ t t mơ hình v t lý bán

th c nghi m................................................................................................................... 95 
K T LU N VÀ KI N NGH .........................................................................101 

 

4 


DANH M C CÁC CƠNG TRÌNH C A TÁC GI
QUAN

à CÔNG B

LIÊN

N LU N ÁN ...................................................................................106 

TÀI LI U THAM KH O ...............................................................................108 
PH L C C_1:
PH L C C_2:

ng d ng ph k LNIR xác đ nh đ

m đ t ..................... 118 

th .....................................................................................124 

PH L C C_3: B ng đo nhi t đ phát x c a b u tr i t i các góc đo c a
Anten[52] ..........................................................................................................126 

 

5 

DANH M C HÌNH V
Hình 1.1: Ngun lý ho t đ ng c a vi n thám tích c c………………….

25

Hình 1.2: D i sóng ho t đ ng c a vi n thám siêu cao t n th đ ng …….

27

ng th c quan tr c m t đ t b ng ph k siêu cao t n…

28

Hình 1.3: Ba ph

Hình 1.4: T ng quan s phát x t nhiên c a các đ i t ng trên b m t Trái 29
đ t và thi t b đo vi n thám đ t trên v tinh………………………..
Hình 2.1. Ph ng pháp h i quy đ m đ t d a trên phép đo và b ng phân
lo i l p ph th c v t………………………………………………...

41

Hình 2.2: Mơ hình hóa ph ng pháp tính đ m đ t d a trên phép đo c u
hình đ n và ch s th c v t NDVI……………………………………

43

Hình 2.3: Mơ hình hóa ph ng pháp h i quy hai tham s , quan tr c phân

c c và đa góc c a Wingneron et al .(1995)……………………………….

45

Hình 2.4: Mơ hình ph ng pháp h i quy hai tham s c a Owe et al (2001)
……………………………………………………………………

47

Hình 2.5: S đ kh i mơ hình xác đ nh đ

50

m đ t……………………….

Hình 2.6: S đ c a các ngu n b c x sóng siêu cao t n quan sát b i m t
máy đo b c x đ cao H và t i góc ………………………………

51

Hình 2.7 : nh h ng c a đ gh gh đ n s phát x sóng siêu cao t n t
đ t t i b c sóng 21 cm ……………………………………………….

55

Hình 2.8:
phát x c a đ t tr ng và đ t ph cây lúa mì t n s 1.4 Ghz
……………………………………………………………………….

58

Hình 2.9: Hình v mơ t s nh h ng c a góc t i θ đ n nhi t đ phát x thu 59
đ c t b m t đ t ………………………………………………...
Hình 3.1: S đ kh i t ng quát ph k siêu cao t n ……………………..

65

Hình 3.2: S đ kh i ph k ki u cơng su t tồn ph n ……………...

65

Hình 3.3: S đ kh i ph k ki u Dichke …………….......................

67

 

6 


Hình 3.4: S đ kh i ph k ki u bù t p âm…………… ……………...

68

Hình 3.5: Chu n ph k v i v t đen và b u tr i xanh

71

Hình 3.6: Chu n hóa ph k v i b u tr i (t i l nh)………………………

72

Hình 3.7: Chu n hóa ph k v i Absober (t i nóng)…………………….

73

Hình 3.8: Ph k đo đ phát x c a ô đ t m u…………………………..

74

Hình 3.9:

th mơ t s bi n thiên c a đ phát x theo góc thu c a Anten 84

Hình 3.10: L y m u đ t b ng ph
Hình 4.1: L u đ ch

ng pháp truy n th ng……………...

ng trình tính đ

86

m đ t ……………………………

90

Hình 4.2: Tính tốn đ

m theo mơ hình Wang & Shmugge t i góc đo 100

92

Hình 4.3: Tính tốn đ

m theo mơ hình Wang & Shmugge t i góc đo 200

92

Hình 4.4: Tính tốn đ

m theo mơ hình Wang & Shmugge t i góc đo 300

93

Hình 4.5: Tính tốn đ

m theo mơ hình Wang & Shmugge t i góc đo 400

93

Hình 4.6: Tính tốn đ

m theo mơ hình Wang & Shmugge t i góc đo 500

94

Hình 4.7: Tính tốn đ

m theo mơ hình Wang & Shmugge t i góc đo 600

94

Hình 4.8:
th đ phát x c a đ t là hàm c a góc t i (Trung tâm KTNN
Hồi
c)……………………………………………………

97

Hình 4.9: So sánh đ phát x đo đ c b ng kh k LNIR và k t qu tính
tốn t i Trung tâm KTNN Hồi
c…………………………………..

98

Hình 4.10: So sánh đ m đ t (VSM) đ c xác đ nh b ng ph k LNIR v i 98
k t qu đo truy n th ng t i Trung tâm Khí t ng NN Hồi
c……
Hình 4.11: o khu v c đ t tr ng và các h ph k siêu cao t n b ng L, C và X

99

ánh giá đ gh gh c a đ t…………………………………

99

Hình 4.12:

 

7 


DANH M C B NG BI U
 

B ng 1.1: B ng phân b đi m quan tr c đ

mđ t

B ng 3.1: B ng s li u đo th c đ a khu v c Hoài

Vi t Nam

30 

c b ng L…………. 75 

B ng 3.2. B ng t ng h p s bi n thiên đ phát x c a đ t (LNIR) khu
81 
v c Hoài
c…………………………………………………………….
B ng 3.3: K t qu phân tích đ m đ t khu v c Hoài
c ngày
86 
20/6/2013 b ng ph ng pháp truy n th ng ……………………………...
B ng 3.4: K t qu phân tích thành ph n c gi i đ t (c p h t) …………. 87 
B ng 4.1: So sánh giá tr đo đ m đ t b ng ph ng pháp khoan s y và 96 
b ng phép đo dùng ph k LNIR………………………………………..

 

8 


DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH

VI T T T

Các ch vi t t t

 

C(CLAY)

Thành ph n sét trong đ t

%

CMR

Ph k siêu cao t n b ng C

3.5
GHz

ESA

C quan v tr Châu Âu

GIS

H thông tin đ a lý

ISS

Tr m v tr qu c t

LANDSAT

Ch ng trình quan sát trái đ t b ng v
tinh c a Hoa K

LNIR

Ph k siêu cao t n bù t p âm b ng L

MPDI

Ch s phân c c l

NASA

C quan hàng không v tr Hoa k

NDVI

Ch s th c v t

NOAA/AVHRR

C c khí t

RDM

Ph k

S (SAND)

Thành ph n cát trong đ t

SAR

RADAR đ m t ng h p

SMAP

V tinh quan sát đ m đ t toàn c u b ng
các sensor tích c c và th đ ng

SMOS

V tinh quan sát đ
d ng

SPOT

V tinh đ phân gi i cao c a Pháp

ng c c

ng và h i d

9 

ng Hoa K /

m đ t và đ m n đ i

%


TPR

Ph k ki u cơng su t tồn ph n

VSM ho c SMC

m th tích đ t

VWC

m th c v t

WP

m khô héo

WP

m khô héo

XRM

Ph k siêu cao t n b ng X

10 Ghz

Các ký hi u:
b
e
f
h

phát x t nhiên c a đ i t
T n s c a anten

ng đo
[Hz)

gh gh c a b m t đ t

H

Phân c c ngang

K

H ng s Boltzman

[J/K]

R

ph n x

T0

Nhi t đ v t lý

[C0]

TA

Nhi t đ c a Anten

[K]

Tb

Nhi t đ phát x

[K]

Tc

Nhi t đ l p ph th c v t

[K]

Teff

Nhi t đ hi u d ng

[K]

Ts

Nhi t đ b m t đ t

[K]

V

Phân c c đ ng

z

 

Ch s cây hay tham s l p ph th c v t

sâu c a l p đ t
10 

[cm]


α

Su t tán x đ n

ε

H ng s đi n môi

εds

H ng s đi n môi c a đ t khơ

εω

H ng s đi n mơi c a n

φ

Góc ph

λ

 

dài b

c

ng v

[đ ]

c sóng đi n t tr

θ

Góc t i

τ

H s truy n qua khơng khí

ng

[cm]
[đ ]

11 


PH N M

U

1. Xu t x c a đ tài lu n án
t trong thu t ng chung là các v t ch t n m trên b m t Trái đ t, có
kh n ng h tr s sinh tr

ng c a th c v t và ph c v nh m t môi tr

ng

sinh s ng c a các d ng đ ng v t t các vi sinh v t t i các loài đ ng v t.
V.V. Dokuchaev, nhà khoa h c ng
khoa h c đ t cho r ng “

i Nga tiên phong trong l nh v c

t nh là m t th c th t nhiên có ngu n g c và

l ch s phát tri n riêng, là th c th v i nh ng quá trình ph c t p và đa d ng
di n ra trong nó.
h

tđ

c coi là khác bi t v i đá.

á tr thành đ t d

i nh

ng c a m t lo t các y u t t o thành đ t nh khí h u, cây c , khu v c,

đ a hình và tu i. Theo đó, đ t có th đ

c g i là các t ng trên nh t c a đá

không ph thu c vào d ng, chúng b thay đ i m t cách t nhiên b i các tác
đ ng ph bi n c a n
v t s ng hay ch t.

c, khơng khí và m t lo t các d ng hình c a các sinh
t có vai trị vô cùng quan tr ng cho m i lo i hình s

s ng trên Trái đ t vì nó h tr s sinh tr

ng c a th c v t, đ ng th i các

loài th c v t l i cung c p oxy và h p th dioxit cacbon cho đ t [57].
V thành ph n c a đ t, các lo i đ t đ

c phân lo i dao đ ng trong

m t kho ng r ng v thành ph n và c u trúc theo t ng khu v c. Các lo i đ t
đ

c hình thành thơng qua q trình phong hố c a các lo i đá và s phân

h y c a các ch t h u c .

ó là q trình tác đ ng c a gió, m a, b ng tuy t,

ánh n ng và các ti n trình sinh h c trên các lo i đá theo th i gian, các tác
đ ng này làm đá v v n ra thành các h t nh . Các thành ph n khoáng ch t
và các ch t h u c xác đ nh c u trúc và các thu c tính khác c a các lo i đ t.
t có th chia ra thành 2 l p t ng quát: (1) t ng đ t b m t là l p
trên cùng,

đó ph n l n các lo i r cây, vi sinh v t và các lo i hình s s ng

đ ng v t khác c trú, và (2) t ng đ t n n, t ng này n m sâu h n và thông
th

 

ng dày đ c và ch t h n c ng nh ít các ch t h u c h n.

12 


N

c, khơng khí c ng là nh ng phân t

thu c thành ph n c a đ t.

Khơng khí n m trong các “l tr ng” gi a các h t đ t, còn n

c n m trong

các kho ng không gian c ng nh b m t các h t đ t, chi m kho ng m t n a
th tích c a đ t. C hai đ u đóng vai trị quan tr ng trong s sinh tr
th c v t trong m t h sinh thái c th , đ c bi t là n
mđ tđ
trong đ t
% kh i l

ng n

c trên 1 đ n v kh i l

Trong thiên nhiên, đ
i. M t khác, đ

l

c tính b ng g/g

c trên 1cm3 đ t), % (t l

m đ t có vai trị quan tr ng duy trì s s ng c a các
ng th c th c ph m cho con

m đ t là tham s đ c tr ng cho quá trình trao đ i n ng

ng gi a đ t và khơng khí, nh h
Thơng tin v đ

t

c d tr

ng đ t), v.v.

lồi sinh v t trên Trái đ t, t đó t o ra ngu n l
ng

ng n

m đ t có th đ

c trên 1gam đ t), g/cm3 (s gam n

(s gam n

c.

c hi u m t cách chung nh t là hàm l

nh ng đi u ki n nh t đ nh.

ng c a

ng tr c ti p đ n sinh thái môi tr

ng.

m đ t r t quan tr ng trong nhi u l nh v c nh khí

ng, th y v n, nông - lâm nghi p, liên quan đ n v n đ an ninh l

ng th c và

s bi n đ i c a ti u vùng khí h u [9, 12-13, 68].
Do đ c tính bi n đ i nhanh v không gian và th i gian, vi c xác đ nh
chính xác đ

m đ t trên di n r ng là r t khó [25, 36, 68].

đ

c đo và giám sát ch y u b ng ph

mđ tđ

Vi t Nam hi n nay,

ng pháp truy n th ng (khoan

s y), các tr m quan tr c, tuy cho k t qu chính xác nh ng mang tính c c b ,
khơng có thơng tin bao qt trên di n r ng, h n ch vi c qu n lý tài nguyên đ t
c t c p t nh tr lên [7, 11, 14].

và n

V i s phát tri n v

t b c c a công ngh v tr , ph

siêu cao t n (tích c c và th đ ng) đã đ
đ

ng pháp vi n thám

c ng d ng trong nghiên c u, giám sát

m đ t, mang l i hi u qu v kinh t - xã h i, kh c ph c đ

c các nh

c

đi m nêu trên, đ c bi t là đ c tính bao quát vùng r ng l n và khó ti p c n [1920, 30, 41, 48, 60]. 
 

 

13 


Nguyên t c c b n c a các ph
nghiên c u đ

m đ t là thu nh n các n ng l

v n mang thông tin v s t
xác đ nh đ

cđ

ng pháp vi n thám siêu cao t n trong
ng ph n x , phát x t m t đ t ng phát x v i m t đ t, t đó

ng tác gi a n ng l

m đ t.

Mơ hình v t lý th c ch t là t h p m t s các công th c mô t các quan
h , quy lu t v t lý gi a các đ i l

ng, thông s c a v t ch t. Các m i quan h

ng là đa bi n, t c là ph thu c vào nhi u đi u ki n khác nhau, vì v y

này th
chúng th

ng là Mơ hình v t lý bán th c nghi m.

Nh n th y vai trị quan tr ng c a đ
và mơi tr

m đ t đ i v i tài nguyên thiên nhiên

ng, s quan tâm nghiên c u c a các nhà khoa h c, c a các c quan

nghiên c u và qu n lý, trong khi các ng d ng vi n thám siêu cao t n th đ ng
ch a đ

c nghiên c u m t cách bài b n và h th ng

Vi t Nam, đ tài lu n án

“Nghiên c u các mơ hình v t lý và ng d ng h ph k siêu cao t n trong
nghiên c u xác đ nh đ
thành t u m i c a ph
c uđ

m đ t” đ

c đ t ra nh m nghiên c u, ng d ng các

ng pháp vi n thám siêu cao t n th đ ng trong nghiên

m đ t, t ng b

c h i nh p qu c t trong chu n hoá - ki m ch ng d

li u các v tinh đo đ c, giám sát đ

m đ t toàn c u, góp ph n gi m thi u thi t

h i do bi n đ i khí h u gây ra..
2. M c tiêu và nhi m v nghiên c u c a lu n án
a. M c tiêu:
M c tiêu c a lu n án là nghiên c u ph
th đ ng trong xác đ nh đ

ng pháp vi n thám siêu cao t n

m đ t thông qua các phép đo c a ph k siêu cao

t n.
b. Nhi m v nghiên c u:
th c hi n đ
đ

c th c hi n:
-

 

c m c tiêu nêu trên, nh ng n i dung nghiên c u sau c n

T ng quan v đ

m đ t và các ph
14 

ng pháp nghiên c u;


-

T ng quan v
nghiên c u đ

-

ng d ng vi n thám siêu cao t n th đ ng trong
m đ t;

Nghiên c u, xây d ng mơ hình v t lý bán th c nghi m v đ

m

đ t;
-

Thi t l p quy trình th c nghi m đo nhi t đ phát x c a m t đ t

b ng ph k siêu cao t n nh m cung c p d li u đ u vào cho mơ
hình;

-

L p ch

ng trình tính tốn đ

m đ t d a trên mơ hình v t lý bán

th c nghi m và các d li u đ u vào.
3. Ph

ng pháp nghiên c u c a lu n án
th c hi n nhi m v nghiên c u, lu n án s d ng các ph

ng pháp

nghiên c u nh sau:
- Ph

ng pháp t ng h p và phân tích lý thuy t v các mơ hình v t lý

nghiên c u đ
- Ph

m đ t.

ng pháp th c nghi m s d ng ph k siêu cao t n đo nhi t đ

phát x c a m t đ t nh m cung c p d li u th c nghi m cho mơ
hình v t lý tính tốn đ
- Ph

ng pháp tính tốn đ

m đ t.
m đ t theo mơ hình s d ng ph n m m

Excels.
4. Các lu n đi m b o v
Lu n đi m b o v th nh t: Tích h p mơ hình Fresnel và mơ hình WangSchumugge là n n t ng c b n cho phép s d ng s li u đo nhi t đ phát x
b ng ph k SCT đ xác đ nh đ

m đ t m t cách bán th c nghi m.

Lu n đi m b o v th hai: Qui trình đo nhi t đ phát x b ng ph k SCT
và thu t toán h i quy đ

m đ t cho phép xác đ nh đ

ph c v các ng d ng trong nông nghi p.

 

15 

m đ t trên di n r ng,

5. óng góp khoa h c m i c a lu n án
Trên c s nghiên c u, xây d ng mơ hình v t lý bán th c nghi m v đ
m đ t, lu n án đã thi t l p đ

c quy trình chu n đ đo nhi t đ phát x c a m t

đ t b ng ph k siêu cao t n, nh m cung c p d li u th c nghi m cho mơ hình
v t lý, t đó xây d ng ch
Vi t Nam, đ

mđ tđ

nghi m b ng ph

 

ng trình tính tốn đ

m đ t.

ây là l n đ u tiên

c nghiên c u m t cách bài b n c v lý thuy t và th c

ng pháp vi n thám siêu cao t n th đ ng.

16 

CH

NG I. T NG QUAN V

M

T VÀ CÁC PH

NG PHÁP

NGHIÊN C U
t có m t s tính ch t v t lý và tính ch t c lý ch y u nh t tr ng,
dung tr ng, đ x p, tính dính, tính d o, đ ch t, s c c m…Nh ng tính ch t này
ng đ

th

c quy t đ nh b i các thành ph n khoáng v t (nguyên sinh, th sinh),

thành ph n các c p h t (cát, limon, sét), thành ph n ch t h u c có trong đ t và
tính liên k t gi a các thành ph n trên đ t o ra k t c u c a đ t. Vì v y, ch
trình bày t ng quan v đ
ph

ng pháp tính đ

trong và ngồi n

ng I

m đ t, các tính ch t v t lý c b n c a đ t, các

m đ t theo truy n th ng và hi n đ i, tình hình nghiên c u

cv

ng d ng vi n thám xác đ nh đ

m đ t, trong đó bao

g m vi n thám siêu cao t n th đ ng.
1.1. T ng quan v các tính ch t v t lý c b n c a đ t
m đ t th

ng đ

c đ nh ngh a là hàm l

hay đ

c bi u th b ng ph n tr m t s gi a kh i l

kh i l

ng đ t khô.

ng n
ng n

c ch a trong đ t,

c ch a trong đ t và

đ c tr ng cho các tính ch t v t lý và hàm l

ng n

c

trong đ t, các nghiên c u đã đ a ra m t s thông s v t lý c a đ t nh sau:
a) Dung tr ng c a đ t [9, 14]
nh ngh a: Dung tr ng c a đ t là kh i l
(cm3)

ng (g) c a m t đ n v th tích đ t

tr ng thái t nhiên (có khe h ) sau khi đ
Dung tr ng c a đ t đ

c ng

c s y khô ki t.

i ta xác đ nh b ng cách đóng ng kim lo i

hình tr có th tích bên trong 100cm3 th ng góc v i b m t đ t

tr ng thái hoàn

toàn t nhiên, sau đó đem s y khơ ki t r i tính theo cơng th c sau:
D=P/V

(1.1)

Trong đó:
D - Dung tr ng c a đ t (g/cm3)
P - Kh i l
(đ
 

ng đ t t nhiên trong ng tr đóng sau khi đ

c tính theo g)
17 

c s y khơ ki t


V - Th tích c a ng đóng (đ
Dung tr ng c a đ t th
đ

c xác đ nh

c tính theo cm3)

ng nh h n so v i t tr ng vì th tích đ t khơ ki t

đây bao g m c các h t đ t r n và các khe h t nhiên trong

đ t.

Dung tr ng c a đ t ph thu c vào c p h t c gi i, đ ch t và k t c u c a
đ t. Các lo i đ t t i x p, giàu ch t h u c và mùn th
ng

ng có dung tr ng nh và

c l i nh ng lo i đ t ch t bí kém t i x p và nghèo ch t h u c th

dung tr ng l n. Dung tr ng c a đ t th
c a đ t, tính kh i l
dinh d

ng, tr l

ng đ

c s d ng trong vi c tính đ x p

ng đ t canh tác trên 1 ha đ xác đ nh tr l
ng n

c có trong đ t hay đ

ng có

ng các ch t

m đ t.

b) T tr ng c a đ t [9, 14]

nh ngh a: T tr ng c a đ t là t s kh i l
đ t
n

ng c a m t đ n v th tích

tr ng thái r n, khô ki t v i các h t đ t x p sít vào nhau so v i kh i l
c cùng th tích

ng

đi u ki n nhi t đ 40C.

tính t tr ng ng

i ta áp d ng cơng th c:

D = P/P1

(1.2)

Trong đó: d - T tr ng c a đ t
P - Kh i l

ng các h t đ t (khơ ki t, x p xít vào nhau và khơng có

kho ng h ng khơng khí) trong m t th tích xác đ nh (th

ng đ

c đo b ng

g/cm3
P1 - Kh i l

ng n

cđ

c ch a trong cùng th tích

đi u ki n T0 =

40C(g/cm3).
T tr ng các lo i khống v t khác nhau có s giao đ ng khá l n song
nhìn chung bi n đ ng trong ph m vi t 2.4 đ n 2.8.
Ý ngh a th c ti n: T tr ng c a đ t đ

c s d ng trong các cơng th c

tính tốn đ x p, cơng th c tính t c đ , th i gian sa l ng c a các c p h t đ t
trong phân tích thành ph n c gi i. Thơng qua t tr ng đ t ng
 

18 

i ta c ng có th


đ a ra đ

c nh ng nh n xét s b v hàm l

ng ch t h u c , hàm l

ng sét hay

t l s t, nhôm c a m t lo i đ t c th nào đó.
x p c a đ t là [9, 14]

c)

x p c a đ t là t l % các khe h chi m trong đ t so v i

nh ngh a:

th tích chung c a đ t (ký hi u là P).
Cơng th c tính đ x p c a đ t : Do các khe h trong đ t có các hình d ng
ph c t p và các kích th

c r t khác nhau nên vi c tính tốn tr c ti p th tích c a

các khe h trong đ t là r t khó, do đó đ xác đ nh đ

c đ x p c a đ t ng

i ta

ph i tính m t cách gián ti p t t tr ng và dung tr ng c a đ t theo công th c
sau:

P (%) = (1 - D/d) x 100

(1.3)

Trong đó:
x p c a đ t (%)

P-

D - Dung tr ng c a đ t;
d - T tr ng c a đ t.
x p c a đ t có th bi n đ ng t 30 -70% tùy thu c vào đ t r i r c
khơng có k t c u nh đ t cát, đ t b c màu cho đ n nh ng lo i đ t có k t c u
viên nh đ t đ vàng đ i núi. Nh v y đ x p ph thu c vào k t c u, t tr ng
và dung tr ng c a đ t.
d)
héo, r lá.
n

m khô héo [14] là đ

c và b

n v đo là % ho c mm. Trong khi phát tri n, cây tiêu th l

c r t l n. N

m a ho c t

m mà r cây không s d ng đ

c này thâm nh p vào cây qua b r .

i d n d n gi m sút, n

ng

m c a đ t sau khi

c không th m vào r cây đ

c n a. T bào

co l i, lá cây r xu ng và cây b héo. Lúc đ u cây ch héo ban ngày tr i nóng,
chi u xu ng cây tr l i tr ng thái bình th

ng. Nh ng cu i cùng khi đ

mc a

đ t h xu ng đ n m c lá cây héo và r đi, sau m t đêm, sáng mai khơng tr l i
tr ng thái bình th
 

ng đ

c.
19 

m c a đ t gây ra hi n t
g i là h s cây héo hay đ
đ)

ng cây héo, sau m t đêm không h i ph c

m cây héo.

m c c đ i c a đ t [8 ] (hay là s c ch a m t i đa đ ng

tr

ru ng - ti ng Anh là Moisture Field capacity) là đ i l
n ng gi n
ch đ t

ây là ch s quan tr ng là m c đ đi u ch nh

c l n nh t c a đ t.

i cho cây tr ng.

e) H ng s n
n

c [8],[14]: H ng s n

c t i h n t n t i trong các đ i t

quan tr ng nh t: l

m cây héo, đ tr

ng mô t l

ng

c có 3 tiêu chí

m c c đ i.

c vì đây là nh ng tính ch t đ c tr ng khơng thay đ i.

Ví d : đ hút m khơng khí c c đ i, đ tr
m tồn ph n, đ tr

s c ch a m t i đa...).

c là m t đ i l

ng t nhiên. H ng s n

c b hút, đ

ng n

G i là h ng s n
đ tr

ng đ c tr ng cho kh

m phân t c c đ i, đ

m c c đ i (còn g i là đ tr

tr

m cây héo,

m đ ng ru ng ho c

m c c đ i là m t trong nh ng h ng s n

tr ng nh t, thu t ng ti ng Anh là Moisture Field Capacity.

c quan

m là bi n s ,

thay đ i tu thu c vào th i ti t, ví d khi n ng thì đ t khơ, khi m a thì đ t m...,
còn đ tr

m c c đ i là m t đ i l

riêng, ph n ánh kh n ng tr n
n

c thì "đ tr

ch nh ch đ n

f) Tr l
N

ng không đ i, m i lo i đ t có m t đ c tr ng
c l n nh t c a mình. Trong s các h ng s

m c c đ i đ ng ru ng" là m t ch s quan tr ng nh t đ đi u
c cho cây tr ng [14].
ng n

c trong đ t

c thâm nh p vào đ t do m a ho c do t

i, sau đó m t ph n tiêu hao

do cây tr ng l y s d ng (b c h i sinh h c), do b c h i t đ t tr n (b c h i lý
h c), m t ph n t n th t do dòng ch y (ch y trên m t, ch y trong ph u di n),
m t ph n di chuy n xu ng n
đ

c gi l i trong ph u di n. L

trong đ t ho c còn g i là tr l
đ

c này đ

ng n
ng n

m không b t n th t s

c g i là l

ng n

c d tr

c trong đ t [8], [14]. V mùa m a, n

c tích gi l i đ n mùa hè, th i ti t khơ h n, khơng ít tr

t ng m t đ t khô c n, đ

 

c ng m v.v. Ph n đ

m đ t ngang b ng ho c th m chí d
20 

c

ng h p ngay trên
iđ

m cây héo,

cđ

nh ng nh n

c tích gi

nh ng t ng d

n sâu thì s t n d ng đ

có b r

i, n u bi t tr ng nh ng lo i cây

cl

ng n

c d tr trong đ t m t cách hi u

ti n nh n xét so sánh, tr l

ng n

cđ

qu .

50; 50 - 100 và 0 - 100cm.

nv đ

c bi u th theo các l p 0 -

c tính là mm c t n

b ng m3/ha thì nhân v i 10, ví d tr l

ng n

c. Mu n bi u th

c trong đ t c a Ferralsols

t ng

0 - 50 là 180 mm ho c b ng 1800 m3/ha.
g) Áp l c m
Trong các tài li u v đ

m đ t th

ng dùng khái ni m "áp l c m" [8],

[14] vì lý do sau đây: (1) khái ni m áp l c th

ng đ

c dùng r ng rãi trong

th c ti n, (2) các k t qu đo các l c khác nhau nh l c th m th u, l c b m t,
l c c h c v.v... theo truy n th ng th
đ

ng đ

c dùng th ngun áp l c.

c bão hồ m thì l c mao qu n th n ng s b ng 0.

t càng khơ d n thì th

n ng càng t ng theo tr s tuy t đ i âm (-), ngh a là v ph
đ il

ng này càng gi m.

ng di n đ i s thì

t càng khơ thì khi ti p xúc v i n

t ng kh n ng h p th ho c "hút" n

t

c chúng càng

c v phía mình.

Khi đ t bão hồ m thì th n ng mao qu n s b ng 0 và do đó áp l c m

đ

c quy

c b ng 0. Khi đó đ t

đ

m đ t càng gi m và làm cho áp l c m càng nh h n 0, lúc đó áp l c m s

tr ng thái có áp l c l n nh t.

t càng khô,

mang d u (-). Theo thang đánh giá, áp l c m trong đ t có tr s t 0 đ n (- 5
atm) thì cây tr ng phát tri n t t, n

c r t d s d ng cho cây tr ng; t (-5 atm)

đ n (-15 atm) m c đ h u hi u là trung bình; t (-15 atm) đ n (-25 atm) - khó
s d ng và d

i m c (-25 atm) r t khó s d ng, cây tr ng s héo và ch t.

1.2. Các ph

ng pháp nghiên c u đ

1.2.1. Các ph
T tr

ng pháp đo truy n th ng
c đ n nay, trên th gi i có nhi u ph

th k đ n m t vài ph

 

mđ t

ng pháp ph bi n nh sau:

21 

ng pháp đo đ

m đ t, có


ng pháp Kachinski [8],[ 14]  Là ph

a/ Ph

c a đ t trong phịng thí nghi m, là ph
M c đích c a ph

Cơng th c tính đ th m n

cđ

ng n

c hút m trong đ t trong t ng

m đ t.

c c a đ t nh sau:

K=(100+W)/100

(1.4)

Trong đó: W - là hàm l
K-l
Ví d , l

ng n

ng n

c hút m khơng khí (%).

c th m trong đ t (%).

ng đ t l y ra

tr ng thái khơ trong khơng khí là 10g. Sau khi

nhi t đ t 1000-1050C, còn l i 9, 5g(b), nh v y l

s y khô

c

ng pháp ph bi n và chính xác nh t.

ng pháp này là tính l

đi u ki n nh t đ nh, t đó tính đ

ng pháp xác đ nh tính th m n

ng n

c hao h t

sau khi s y là 0,50g (a)
L

ng n

c hút m khơng khí:

W%=a/b * 100 hay 0,500/9,5 *100=5, 26%.

(1.5)

Khi đó, K= (100+ 5, 26)/100 = 1,052.
th m n

cc ađ tđ

c xác đ nh ch y u ngồi đ ng ru ng, cịn xác

đ nh trong phịng thí nghi m là th y u, có tính ch t b sung, phân tích thêm
nh ng k t qu xác đ nh đ
b/ Ph

ng pháp tính tốn đ

c trong đi u ki n ngoài đ ng ru ng.
m đ t toàn ph n

m đ t toàn ph n là l
nh t đ nh.
mm c t n

ng n

c d tr trong đ t

m đ t toàn ph n (ho c tr l

ng m trong đ t) đ

c tính b ng

c theo công th c sau đây:

Wmm = Wt * d * h * 10 / 100 = Wt * d * h */10

Trong đó:

 

nh ng đi u ki n

- Wmm :

m đ t tồn ph n, tính b ng mm

- Wt :

m đ t, tính b ng % tr ng l
22 

ng,

(1.5)


- d:

Dung tr ng (g/cm3)
dày t ng đ t (cm),

- h:

N u đ dày t ng đ t là 10 cm thì cơng th c trên có th rút g n nh sau:
Wmm = Wt * d
c/ Ph

ng pháp tính toán đ
ây là gi i h n đ

đ nh b ng hi u s gi a đ

(1.6)

m h u hi u c a đ t

m đ t mà cây tr ng có th hút đ
m t i đa và đ

m đ t h u hi u (Whh) đ

cn

c, đ

c xác

m cây héo.

c xác đ nh theo công th c sau:

Whh = Wtp - WWkhoheo

(1.7)

Trong đó:

- Wtp -

m tồn ph n (mm, %);

- WWkhoheo 1.2.2. Các ph
Do đ

m khô héo (mm,%);

ng pháp vi n thám
m đ t bi n đ i nhanh theo th i gian và không gian, các ph

pháp đo truy n th ng nh trên b c l m t s nh

ng

c đi m, đ c bi t khơng th có

d li u trên nh ng vùng r ng l n, ho c nh ng vùng hi m tr khó ti p c n.
Ngày nay, v i s phát tri n v

t b c c a công ngh v tr , ph

vi n thám (tích c c và th đ ng) đã đ
đ

ng pháp

c ng d ng trong nghiên c u, giám sát

m đ t, mang l i hi u qu v kinh t - xã h i, kh c ph c đ

c các nh

c

đi m nêu trên.
Nh chúng ta đã bi t, vi n thám đ
nghiên c u các ph
t

c đ nh ngh a nh m t môn khoa h c

ng pháp thu nh n, đo l

ng và phân tích thơng tin c a đ i

ng mà không ti p xúc tr c ti p v i chúng. V c b n, vi n thám có th đ

c

chia thành 2 lo i: vi n thám tích c c và th đ ng [6, 30, 69]. N u nh trong
vi n thám th đ ng, các h th ng máy đo n ng l
x t m ts đ it
 

ng b c x t nhiên hay ph n

ng, thì h th ng vi n thám ch đ ng đ
23 

c cung c p m t