Диэлектрическая проницаемость почв с различным содержанием гумуса и влияние на нее гидрофобных и гидрофильных загрязнителей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правахрукописи

Мандрыгина Валентина Николаевна

Диэлектрическая проницаемость почв с различным содержанием гумуса и влияние на нее гидрофобных и гидрофильных загрязнителей

Специальность: 01.04.03 -радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в Омском государственном педагогическом университете на кафедре общей физики физического факультета

Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор

Бобров Павел Петрович Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Защита диссертации состоится « 6 » декабря 2004 г. в 16 часов на заседании Диссертационного совета К 212.154.08 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119435, Москва, ул. М. Пироговская, д. 29, ауд. 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ по адресу: 119992, Москва, Малая Пироговская ул., д. 1.

Автореферат разослан «25» октября 2004 года.

профессор

Шарков Евгений Александрович

кандидат физико-математических наук Сосновский Юрий Михайлович

Ведущая организация Алтайский государственный университет, г. Барнаул.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ильин В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность

Загрязнение почвы и ее дегумификация представляет собой серьезную проблему экологии. В настоящее время фактически не осталось участков суши, не подверженных воздействию сельскохозяйственного и промышленного производства. Это зачастую приводит к гибельным для экосистем последствиям на громадных территориях. В результате нерационального землепользования почвы, особенно черноземные, быстро теряют свои ценные качества.

Исследования [1] показывают статистически достоверное уплотнение пахотных и подпахотных горизонтов черноземов, деградацию их структуры с резким снижением содержания агрономически ценных и водопрочных агрегатов. Большая часть пахотных угодий России имеют отрицательный баланс гумуса. Ежегодно содержание гумуса в пахотных почвах уменьшается на 0,01 - 0,05 %.

Загрязнение промышленными выбросами отрицательно влияет на био- и гидросферу. При нефтедобыче или повреждении нефтепроводов нередки случаи загрязнения поверхностей почв нефтепродуктами, что приводит к деградации значительной площади лесных и плодородных сельскохозяйственных земель. Периодический контроль за состоянием таких почв позволит, по крайне мере, отслеживать скорость этих процессов.

Наземные методы контроля не обеспечивают необходимый охват больших территорий. Эта задача может быть решена только с применением дистанционных методов, в первую очередь с применением электромагнитных волн микроволнового диапазона, поскольку в формировании излученной и отраженной волн этого диапазона основную роль играет сравнительно тонкий поверхностный, но достаточно представительный почвенный слой. Однако для правильной интерпретации получаемой информации необходимы данные о комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) почв, от которой зависит коэффициент собственного радиотеплового излучения, измеряемого микроволновым радиометрическим методом, и обратное рассеяние радарного сигнала. В свою очередь КДП почвы зависит от многих параметров: влажности, гранулометрического состава, температуры, степени загрязненности и т.д. Учет тех или иных параметров п

БИБЛИОТЕКА С.Петербург 0/4 I

степенью точности полезную информацию о состоянии поверхностного слоя почвы. Однако, в известной нам литературе данные о влиянии гумуса и разных типов загрязнений на КДП почв практически отсутствуют.

В качестве объектов исследования были выбраны чистые (незагрязненные) почвы с различным содержанием гумуса и такие же почвы, загрязненные гидрофильными и гидрофобными веществами (зольные выбросы ТЭЦ и нефтепродукты).

Целью исследования являлось измерение диэлектрической проницаемости (ДП) загрязненных и чистых почв в зависимости от влажности и частоты; анализ диэлектрических моделей влажных почв, определение параметров моделей и зависимости этих параметров от содержания гумуса и загрязнений.

Задачи, решенные в процессе работы:

- измерены диэлько-влажностные зависимости чистых и загрязненных почв с различным содержанием гумуса на частотах в диапазоне от 0,1 до 16 ГТц;

- с использованием полученных экспериментальных данных проведен анализ различных диэлектрических моделей, определены параметры этих моделей для разных типов почв;

- исследованы диэлектрические свойства связанной воды и найдено ее максимальное количество в различных почвах;

- определены спектроскопические свойства связанной воды в рамках различных диэлектрических моделей почв.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационном исследовании, заключается в следующем:

- впервые в широком частотном диапазоне исследовано влияние гумуса на ДП влажных почв;

- впервые исследовано влияние некоторых гидрофобных и гидрофильных загрязнений на ДП почв;

- определены диэлектрические свойства связанной воды в частотном диапазоне от 0,1 до 16 ГТц, что позволило найти параметры релаксационной модели Дебая для связанной воды в разных типах почв.

Положения, выносимые на защиту:

- Диэлько-влажностные зависимости почв с различным содержанием гумуса и некоторых типов загрязнителей.

- Установлено влияние гумуса на диэлектрические свойства влажных почв, на ДП связанной воды и на ее максимальное количество в различных типах почв. Увеличение содержания гумуса в почве приводит к увеличению максимального количества связанной влаги, уменьшает ДП связанной влаги и, вследствие этого, приводит к понижению значений общей КДП почвы при больших и средних влажностях.

- Установлено влияние гидрофильных загрязнителей на ДП почв. Загрязнение зольными выбросами ТЭЦ приводит к увеличению максимального количества связанной влаги за счет увеличения удельной поверхности. Влияние загрязнителей на ДП почвы тем меньше, чем больше в почве гумуса.

-Загрязнение нефтепродуктами (гидрофобными жидкостями) не приводит к значительным изменениям максимального количества связанной влаги в почве, однако, при больших и средних влажностях КДП загрязненной почвы немного ниже, чем у незагрязненной почвы, за счет низкого значения ДП нефтепродуктов. Влияние данного типа загрязнителя ослабляется в почвах, богатых гумусом.

Практическая ценность работы

Результаты исследования позволяют моделировать диэлько-влажностные зависимости в микроволновом диапазоне для разных типов почв, если известен их гранулометрический состав и содержание гумуса.

Полученные результаты исследования являются существенным дополнением базы данных электрофизических параметров почв в части дополнения набора характеристик, описывающих почву и существенно влияющих на ДП почвы. Эти данные могут быть использованы в моделях излучения и обратного рассеяния при решении задач дистанционного зондирования.

. Апробация работы

Основные результаты работы, составляющих содержание диссертации, обсуждались на конференциях всероссийского и международного уровня, таких как: XX Всероссийская научная конференция "Распространение радиоволн" (Н.Новгород, 2002), Девятая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (Красноярск, 2003), Всероссийская научная конференция «Сверхшироко-

полосные сигналы в радиолокации, связи и акустике» (Муром, 2003), Всероссийская конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из Космоса» (Москва, 2003), Десятая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (Москва, 2004), International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS'04) (Alyaska, 2004), а также на научных семинарах совместной лаборатории микроволновой радиометрии Земли ОмГПУ и КНЦ СО РАН.

Полученные данные ДП почв использовались в исследованиях излучательных характеристик почв, проводимых совместной лаборатории микроволновой радиометрии Земли ОмГПУ и КНЦ СО РАН.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 10 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 111 наименований и приложения. Объем диссертации составляет 139 страниц, включая 42 рисунка и 13 таблиц; объем приложения - 26 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность темы диссертации, проводится анализ состояния исследований по изучаемой проблеме, формулируются цели и задачи исследования. Оценены научная новизна полученных результатов и их практическая значимость. Обозначены основные положения диссертации, выносимые на защиту. Дана общая характеристика работы.

В первой главе диссертации «Диэлектрические свойства сухих и жидких смесей» приводится обзор литературы по диэлектрическим моделям сухих и жидких смесей, методов измерений ДП почв. В разделе 1.1 описаны основные положения теории диэлектриков. В разделе 1.2 приведен широкий обзор существующих диэлектрических моделей для описания гетерогенных смесей и условия (границы) их применимости. Показано, что лучше всего почвенные смеси, состоящие из 4 основных компонент (твердая фаза почвы, воздух, связанная и свободная вода), описывает модель в виде:

= i . (1)

Í-I

где/ - объемная доля, а е* - КДП í-того компонента. Модель (1) при а=0,5 называется рефракционной моделью, а при а = 1 - линейной диэлектрической моделью.

При W<Wt вся вода находится в связанном состоянии, причем ее ДП меньше, чем у свободной, поэтому наклон ее диэлько-влажностной зависимости меньше (рис. 1). При повышении влажности W>Wt в почве появляется свободная вода, ДП которой выше, что проявляется в более резком росте е с увеличением влажности. Wt - это максимальное количество связанной влаги (переходная влажность) (рисЛ).

В разделе 1.3 дается краткое описание диэлектрических свойств сухих и влажных почв.

В разделе 1.4 приводятся данные об особенностях физических и диэлектрических свойств связанной влаги, которые существенно отличаются от диэлектрических свойств свободной воды, описываемых уравнениями Де-бая. Долгое время считалось, что связанная вода имеет упорядоченную «льдоподобную» структуру и ее ДП соответствует ДП льда. Так в работе [2] при создании диэлектрической модели влажных почв вместо ДП связанной воды использовалась ДП льда. Однако, было установлено [3], что структура связанной воды зависит от природы и структуры взаимодействующей с ней поверхности: чем ближе слой воды к поверхности тела, тем больше искажена структура связанной воды, отличаясь от структуры свободной воды и от структуры льда [4]. Был предложен способ определения максимального количества связанной воды в почве путем нахождения точки перегиба Wt на кусочно-ломаной зависимости Е от влажности (рис.1). В разделе 1.4.1 приводятся известные из литературы данные о влиянии на КДП почвы солей, нефтяных загрязнений и гумуса.

В разделе 1.5 рассматриваются методы измерения ДП твердых веществ (почв) и жидких смесей и приводятся их преимущества и недостатки.

О 0,1 0,2 03 04

Рис. 1. Зависимость действительной и мнимой частей КДП. - максимальное количество связанной влаги.

Во второй главе «Методика и техника эксперимента» приводится описание лабораторных установок для измерения ДП почв, технология изготовления исследуемых образцов.

В разделе 2.1 приведены схемы, технические данные и описание некоторых особенностей работы лабораторных установок для измерения ДП почв в нескольких частотных диапазонах. Весь диапазон измерений (от 0,1 до 16 ГГц) был разбит на 5 поддиапазонов, взаимодополняющих друг друга. Измерения проводились в коаксиальных линиях (в интервале частот от 0,1 до 5 ГГц) и в прямоугольных волноводах (в интервале частот от 6,2 до 16 ГГц).

В качестве основного метода измерений нами был выбран метод определения е почв по модулям коэффициентов отражения и прохождения диэлектрического слоя. На отдельных частотах использовался метод короткого замыкания и холостого хода. Метод определения ДП почвы через модули коэффициентов прохождения Т и отражения R от диэлектрического слоя обладает точностью, сравнимой с точностью фазовых методов, если толщина образца невелика, и коэффициенты R и Т определяются интерференцией волн, отраженных от передней и задней границ образца. Значения ДП находились методом оптимизации для достижения наименьшего различия между экспериментальными данными и результатами расчетов по формулам тонкого слоя.

Метод короткого замыкания и холостого хода основан на расчете совокупности данных последовательных измерений с закороченным волноводом, а затем с волноводом, замкнутым на четвертьволновую секцию или подвижным поршнем, отодвинутом от образца на расстояние, равное XQ/4.

Раздел 2.2 посвящен определению погрешностей измерений. Значение приборной погрешности измерения Ае находится по формуле:

+Д^2 +Ае/ +Де,2,

где Лея, Де-г, Деь Де/ - абсолютные погрешности измерения коэффициентов отражения Я и прохождения Т, частоты / и толщины образца I. Относительные погрешности измерений КДП влажной почвы составили для действительной и мнимой частей КДП 9% и 16%, соответственно. Погрешности определения ДП связанной воды, определяемой по совокупности экспериментальных данных о ДП почв,

составили 15-30% для действительной и 15-50% для мнимой части. Для свободной воды - соответственно, 15% и 15-30%.

Раздел 2.3 посвящен описанию физических характеристик исследуемых образцов и методике их подготовки к измерениям.

Третья глава «Диэлектрическая проницаемость почв с различным содержанием гумуса и анализ моделей диэлектрической проницаемости почв».

В разделе 3.1 приводятся данные диэлектрических измерений почвенных образцов, некоторые характеристики которых приведены в табл. 1. Образцы различались содержанием гумуса и концентрацией загрязнений. Для ряда частот диапазона от 0,1 до 16 ГГц были построены диэлько-влажностные зависимости, одна из которых приведена на рис. 2. Видно, что увеличение содержания гумуса приводит к увеличению максимального количества связанной влаги и уменьшению ДП почвы, особенно при средних и больших влажностях.

Таблица 1

Шифр образца Описание образца Содержание гумуса, % Содержание солей и загрязнителей, %

1. 1.1 песок с диаметром частиц 0,5-0,25мм - -

2. II. 1 зола из фильтра ТЭЦ - зола -Коли

3. III легкосуглинистая почва 8,95 зола (расчетных 10,5)

4. IV. 1 суглинок из горизонта С (глубина 5070 см) 0,6 соли (0,064)

5. IV2 образец IV. 1, промытый дистиллированной водой. 0,6 -

6. IV.3 - 0,6 зола (30)

7. IV .4 - 0,6 нефть (10

8. V.1 суглинок из пахотного горизонта Лш 6,6 соли (0,082)

9. V.2 - 6,6 зола (30)

10. V.3 - 6,6 нефть(7)

11. VI гумат Na 100 -

По полученным данным измерений нами была предложена следующая зависимость значения Wt (в г/г) от гранулометрического состава и содержания гумуса в почве:

где Си Н - это процентное содержание в почве физической глины и гумуса, соответственно.

В разделе 3.2 приведен сравнительный анализ соответствия некоторых моделей диэлектрических смесей, описанных в главе I, применительно к описанию диэлектрических свойств двух из исследуемых нами образцов 1.1 и У.1 (см. табл.1). В моделях Оделевского и Брауна почвенная смесь считается двухфазной, состоящей из воды и сухого грунта, или трехфазной (вода, твердые частицы и воздух).

Применение этих моделей к влажным почвам, имеющим в своем составе значительную долю связанной воды, сопряжено с возникновением больших отклонений модели от эксперимента. Однако, использование их для песчаных почв может дать хорошие результаты.

В разделе 3.3 подробно исследованы линейная диэлектрическая и рефракционные модели. Поскольку в экспериментальных измерениях не удается выдерживать постоянной плотность образца, были исследованы различные способы учета плотности сухого сложения на ДП влажных почв.

Модель (1) можно свести к трехкомпонентной, если учесть вклад твердой фазы почвы и воздуха через ДП сухой почвы:

eds> £ь> Eu, Em - диэлектрические проницаемости сухой почвы, связанной и свободной воды, воздуха и твердых частиц, соответственно; р - плотность сухого сложения почвенного образца, рт - плотность твердой фазы; W - объемная влажность почвы и Wt - объемная переходная влажность.

В главе 1 было показано, что формула Бруггемана-Ханаи для сухих смесей дает наилучшее соответствие с экспериментом.

1-У.

fc* - О

ИГ-

(4)

где 'Ут —р/рт - объемная доля твердой фазы. Сопоставление экспериментальных данных с расчетами по формуле (3) (при а = 0,5 и а = 1) и (4) показало, что

наилучшее согласие дает формула (4). Однако, различие между моделями несущественны (см. табл. 2), и поэтому нами в линейной и рефракционной модели для расчета ДП сухой почвы, как одного из компонент смеси, использовалась формула (3) при соответствующих значениях параметра а.

Таблица 2

Образец р,3 г/см Эксперимент Линейная модель Рефракционная модель Модель Бруггемана-Ханаи

81 е" € е" б' 6" е' Е"

IV. 1 ДП твердой фазы 4,52 0,32 4,67 0,10 6,07 0,15

ДП сухой почвы 1,56 3,08 0,06 2,96 0,05 2,97 0,05 2,98 0,04

1,44 2,68 0,04 2,81 0,05 2,79 0,05 2,75 0,04

V.! ДП твердой фазы 3,90 0,22 4,40 0,29 5,29 0,46

ДП сухой ПОЧВЫ 1,44 2,65 0,13 2,59 0,13 2,59 0,13 2,60 0,13

1,38 2,45 0,13 2,52 0,13 2,51 0,12 2,49 0,12

Изменение плотности приводит не только к изменению соотношения между объемными долями воздуха и твердой фазы, но также и к изменению удельной поверхности, а, следовательно, и к изменению максимального количества связанной влаги. Считая, что максимальное количество связанной влаги пропорционально удельной поверхности почв, а последняя пропорциональна плотности, мы можем связать объемную переходную влажность через весовую переходную

влажность С учетом этого, четырехкомпонентная

модель будет иметь следующий вид:

£"=—при\¥<\¥„ (5)

Рш

при (6)

Рш

Путем сопоставления данной модели с результатом эксперимента методом оптимизации найдены ее основные параметры: Бь, W't, ец. Значения параметров для

некоторых частот приведены в табл. 3.

В разделе 3.4. для двух основных моделей КДП почв (линейной диэлектрической и рефракционной) с использованием найденных частотных зависимости ДП

связанной воды найдены константы релаксационной модели Дебая для этой формы почвенной влаги.

Как показывает анализ полученных данных, в разных вариантах модели (1) отличаются не только значения £„,, но и значения ДП связанной и свободной воды, а, следовательно, о величинах £„,, еь, £ц можно говорить лишь как о параметрах той или иной модели.

Анализ экспериментальных данных показывает, что модель (1) при а = 0,5 является более предпочтительной, т.к., во-первых, дает лучшее согласие с экспериментом в области влажности во-вторых, в этой модели более отчетливо просматривается влияние гумуса на ДП связанной воды (см. табл. 3)

Таблица 3____

Образец }. ГГц а=1 а=0,5

е'ь е"» W„ г/см э £» в". Е» е"ь Уь г/см э £'» е".

IV. 1 (содержание гумуса 0,6%) 0,8 28,5 9.79 0,07 77,1 23,3 63,0 28,0 0,07 133 43,1

3,4 20,9 5,28 0,07 80,8 17,0 48,0 17,5 0,06 131 35,9

10,8 15,6 3,71 0,07 53,3 20,1 24,8 22,2 0,06 85,1 44,9

У.1 (содержание гумуса 6,6%) 0,8 27,1 10,7 0,14 84,0 39,8 42,3 27,3 0,12 138 66,3

3,4 22,9 5,78 0,14 87,8 17,8 28,6 12,7 0,11 142 48,9

10,8 14,7 7,19 0,14 71,4 32,0 21,3 14,9 0,11 85,9 46,5

VI (гумат) 0,8 14,9 3,01 0,35 70,3 31,1 24,0 6,81 0,39 173 107

3,4 12,4 2,63 0,36 71,7 29,7 19,8 5,66 0,39 188 97,4

4,5 12,3 3,42 0,36 57,2 27,3 19,0 7,04 0,39 137 91,1

На рис. 3 приведены частотные зависимости связанной воды образцов с разным содержанием гумуса, рассчитанных по модели Дебая. Увеличение содержания гумуса приводит, в первую очередь, к понижению значения статической диэлектрической проницаемости Е0.

Другие параметры модели Дебая (а - проводимость, х - время релаксации) определяются со значительной погрешностью, и влияние гумуса на них не может быть определено с удовлетворительной точностью. Оптическая диэлектрическая проницаемость £о, входящая в модель Дебая, принималась равной 4,9 (как для свободной воды).

На основе полученных данных по модели (1) для а=0,5 получено регрессионное уравнение, показывающее влияние гумуса на значение статической ДП связанной воды:

где Н - процентное содержание гумуса в почве.

Полученные зависимости (1) и (7) позволяют производить модельный расчет ДП почв сходного минерального состава на любых частотах в диапазоне от 0,3 до 16 ГГц, если известен гранулометрический состав, содержание гумуса и плотность сложения почвы. ДП связанной и свободной воды определяется по модели Дебая. Влияние гумуса на константы модели учитываются в соответствии с (7), а на переходную влажность - с учетом формулы (1).

В разделе 3.5 исследована возможность обнаружения по данным диэлектрических измерений двух форм связанной влаги - прочно- и рыхлосвязанной воды.

Тщательные измерения, проводимые с малым шагом изменения влажности, когда в почве существует только связанная вода, показали, что данные измерений можно характеризовать не одной, а двумя прямыми линиями (рис. 4).

В табл. 4 приводятся оценочные данные диэлектрических характеристик этих форм воды в рамках линейной диэлектрической модели.

Таблица 4

образец е'ы 8"ы г/г «'и НУв, г/г б'ч

У.Х (содержание гумуса 6,6%) 14,5 4,18 0,06 37,3 18,0 0,16 81,9 33,5

Ш (содержание гумуса 8,95%) 11,7 3,85 0,11 36,0 8,29 0,23 82,2 22,6

VI (гумат №) 15,9 1,95 0,15 21,3 6,86 0,32 94,4 46,8

Разбиение диапазона влажности, соответствующего связанной воде, на два участка позволяет получить более точное значение максимального количества прочно- и рыхлосвязанной воды. Это существенно увеличивает трудоемкость из-

X

почв и этих же почв, загрязненных зольными выбросами ТЭЦ.

Проведенный эксперимент показал, что добавление золы в почву с малым содержанием гумуса приводит к увеличению доли связанной влаги и понижению значений ДП образца в целом (рис. 5). Из сравнения полученных диэлько-влажностных зависимостей найдено, что точка перегиба в образце, содержащем золу, смещается относительно контрольного образца в сторону увеличения влажности.

С увеличением частоты данная зависимость сохраняется, но различия между КДП измеряемых образцов в области свободной воды уменьшается. Однако, значения ^ исследуемых образцов почти не изменяются с увеличением частоты.

Особенный интерес представляют исследования загрязнений высокогумусных плодородных почв. Для исследования влияния загрязнения золы на такой тип почв, были проведены измерения ДП смеси образца почвы У.1 и золы в количестве 30 % от массы (образец У.2). Результаты этих измерений показали, что в области связанной влаги значения действительной части КДП образца с золой (У.2) практически соответствует значениям исходного образца У.1 и только при значениях W > в области свободной воды, они

м 4

р 0.« 0.1 015 о г о еэ о.зз оч

Рис. 5. Зависимость действительной части КДП от объемной влажности: 1,2 - IV. 1 (содержание гумуса 0,6%); 3,4 -ГУ.З (с добавлением 30% золы); 1,3 -частота 0,25 ГГц; 2,4 - частота 4,5 ГГц (линиями показана аппроксимация данных обоих образцов на частоте 0.25ГГи1.

принимают немного заниженные значения по сравнению с исходным образцом (рис. 6).

В этом случае, вероятно, сказывается то, что количество связанной влаги для образца V.1 больше чем у золы, и увеличение удельной поверхности за счет мелко-дисперсности золы не играет значительной роли в общей КДП высокогумусной почвы.

Результаты проведенных исследований были применены к образцу естественной почвы (образец III), содержащей неизвестное количество золы, взятой с территории, находящейся в зоне загрязнения выбросами ТЭЦ. Проведенный гранулометрический анализ позволил установить процентное содержание физической глины, песка и гумуса. По результатам

объемной влажности образцов V.1 (содержание гумуса измерений в диапазоне частот от 0,1 до 16 6,6%), V 2 (с добавлением в V.1 золы 30% по массе) на

частоте 4,5 ГГц.

ГГц было определены значения КДП этого образца и значение Wt. Исходя из того предположения, что присутствие золы в образцах изменяет в них максимальное количество связанной влаги, путем аппроксимации данных для образцов 12, II. 1, FV.3 и V.2 была получена следующая регрессионная зависимость:

W, = СО,360 + S'0,017 + Н-0,790 + А-0,064, (8)

где - процентное содержание в образце физической глины, физи-

ческого песка, гумуса и золы, соответственно.

Погрешность определения значения Wt по формуле (8) составила AWt = 0,03.

В разделе 4.2 проводится анализ влияния гидрофобных жидкостей (ПК) на КДП почв.

Из сравнения полученных данных измерений чистых и загрязенных ПК почв было установлено, что нефть немного понижает значения ДП свободной влаги. Можно предположить, что, такое действие нефть оказывает как компонент смеси, имеющий низкую ДП (б1 ~ 2,25). При значениях влажности W>Wt мелкие поры и

поры средних размеров оказываются заполненными водой, и нефть заполняет только крупные поры.

В отличие от нефти, имеющей несколько фракций, минеральное моторное масло имеет постоянный состав, т.е. не содержит легко испаряемых компонентов. Однако, диэлько-влажностная зависимость образца почвы, загрязненного минеральным маслом в точности соответствует вышеуказанным образцам с нефтью. На этом основании можно сделать вывод, что состав ГЖ не оказывает значительного влияния на изменение ДП загрязненных почв.

В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в работе: получены диэлько-влажностные зависимости чистых и загрязненных почв с различным содержанием гумуса;

с использованием экспериментальных данных проведен анализ различных диэлектрических моделей, определены параметры этих моделей для разных типов почв; показано, что рефракционная модель представляется более предпочтительной при описании ДП почв с различным содержанием гумуса;

впервые в широком частотном диапазоне исследовано влияние гумуса на ДП влажных почв; увеличение содержания гумуса в почвах приводит к уменьшению статической ДП связанной воды и к увеличению максимального количества связанной воды в почве;

определены диэлектрические свойства связанной воды как параметра моделей в частотном диапазоне от ОД до 16 ГГц;

определены спектроскопические свойства связанной воды в рамках различных диэлектрических моделей почв; показано, что статическая ДП связанной воды меньше, чем свободной воды;

впервые исследовано влияние некоторых гидрофобных и гидрофильных загрязнений на ДП почв; показано, что внесение зольных загрязнений приводит к увеличению максимального количества связанной влаги в почвах, бедных гумусом, и уменьшению ДП таких почв при больших и средних влажностях; загрязнение нефтепродуктами приводит к небольшому понижению ДП почвы; влияние загрязнений на ДП почв проявляется тем меньше, чем выше в них содержание гумуса.

На основании полученных результатов возможно моделирование диэлько-

влажностных зависимостей на любых частотах диапазона (от 0,1 до 16 ГГц) для

любых типов почв, если известен их гранулометрический состав и содержание гумуса.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Беляева Т.А. , Бобров АЛ., Бобров П.П., Галеев ОБ. , Мандрыгина В.Н. Определение параметров моделей диэлектрической проницаемости почв с различной плотностью и различным содержанием гумуса по данным экспериментальных измерений в частотном диапазоне 0,1-20 ГГц // Исследование Земли из космоса.

- 2003. - №5. - С. 28-34. 0,5 п.л., (авторских 20%).

2. Беляева Т.А., Бобров А.П., Бобров П.П., Ивченко О.А., Мандрыгина В.Н., Кри-валъцевич СВ. Влияние гранулометрического состава, гумуса и зольных загрязнений на излучательные и диэлектрические характеристики почв в микроволновом диапазоне //Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из Космоса: Материалы Всероссийской конференции, Москва, ИКИ РАН, 2003.

- С.72.0,1 п.л., (авторских 20%).

3. Беляева Т.А., Бобров П.П., Мандрыгина В.Н., Кривалъцевич СВ. Частотная зависимость диэлектрической проницаемости почвогрунтов, загрязнённых зольными выбросами //Естественные науки и экология. Ежегодник ОмГПУ. Вып.7. -2003. - С. 15-17. 0,4 п.л., (авторских 30%).

4. Беляева Т.А., Бобров П.П., Кривалъцевич СВ., Мандрыгина В.Н. Диэлько-влажностные зависимости почв, загрязненных зольными выбросами ТЭЦ. //Труды XX всероссийской науч. конф. "Распространение радиоволн". Н.Новгород. - 2002. - С. 239-240. 0,1 п.л., (авторских 30%).

5. Беляева Т.А., Бобров П.П., Мандрыгина В.Н. и др. Отчет ОмГПУ (заключительный) по теме: «Исследование радиофизических характеристик почв, загрязненных промышленными выбросами, в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн». Госрегистрация: №01.20.03. 01819. ОмГПУ: Омск. -2003.-22 с. 1,4 п.л., (авторских 15%).

6. Бобров АЛ., Бобров П.П., Галеев О.В., Мандрыгина В.Н. Влияние органики и зольных примесей на диэлектрическую проницаемость почв и максимальную

глубину внедренных в нее объектов //Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике: Сб.докладов Всероссийской научной конференции. -Муром. - 2003. - С. 243-247.0,25 п.л., (авторских 30%).

7. Бобров АЛ., Бобров П.П., Ивченко О.А., Мандрыгина В.Н. Определение диэлектрической проницаемости прочно- и рыхлосвязанной воды на СВЧ с использованием емкостной модели диэлектрической проницаемости почв //Омский научный вестник. - 2003. - № 4 (25). - С. 104 - 107.0,2 п.л., (авторских 30%).

8. Мандрыгина В.Н., Бобров П.П. Исследование влияния гидрофильных и гидрофобных веществ на диэлектрическую проницаемость почв в СВЧ-диапазоне. //Сб.тезисов десятой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. В 2-х т. Т.2. - Екатеринбург-Красноярск: Изд-во АСФ России.

- 2004. - С. 1276-1278.0,1 п.л., (авторских 60 %).

9. Мандрыгина В.Н., Бобров П.П., Беляева Т.А. Исследование влияния зольных выбросов ТЭЦ на диэлектрическую проницаемость почв в СВЧ-диапазоне волн //Сб.тезисов девятой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. В 2-х т. Т.2. - Екатеринбург-Красноярск: Изд-во АСФ России.

- 2003. - С.750-751.0,15 п.л., (авторских 40%).

10. V. L. Mironov, P. P. Bobrov, V. N. Mandrygina Bound Water Spectroscopy for the Soils with Varying Mineralogy //IGARSS'04 Proceedings. - 2004. - Vol. 5 - pp. 3478-3480. 0,2 п.л., (авторских 35%).

Литература:

1. Бондарев А.Г., Кузнецова И.В. Проблема деградации физических свойств почв России и пути ее решения //Почвоведение. -1999. - № 9. - С. 1126-1131.

2. Wang J.R., Schmugge T.J. An empirical model for the complex dielectric permittivity of soils as a function of water content //IEEE Trans. Geosci. and Remote Sens. -1980.

- Vol.GE-18. - №4. - P. 288-295.

3. Злочевская Р.И., Королев В.А. Образование поверхностных пленок и слоев воды. -В кн. Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах. - М.: МГУ, 1988. -С. 67-73.

4. Сологубова Т.А., Эткин B.C. К вопросу об учете свойств связанной влаги при дистанционном определении влажности почвы //Исслед. Земли из космоса. -

1985. - № 4, - С. 112-115.

Подл, к печ. 20.10.2004 Объем 1.00 п.л. Заказ №316 Тир. 100 Типография МПГУ

№20 3 07

РНБ Русский фонд

2005-4 22501

Специальность: 01.04.03 - радиофизика

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Бобров П.П.

Омск

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУХИХ И ЖИДКИХ СМЕСЕЙ.

Введение.

1.1. Основы теории диэлектриков.

1.2. Диэлектрические модели смесей.

1.3. Диэлектрические характеристики почв.

1.4. Характеристики связанной и свободной влаги.

1.4.1. Влияние примесей на КДП почв.

1.5. Методы измерения диэлектрической проницаемости веществ на СВЧ.

1.6. выводы и постановка задачи.

ГЛАВА И. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

Введение.

2.1. Описание лабораторных установок и методов измерения диэлектрической проницаемости почв.

2.2. Расчет погрешностей измерений.

2.3. Физические характеристики исследуемых образцов и их подготовка к измерениям.

ГЛАВА III. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПОЧВ С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ГУМУСА И АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОЧВ.

Введение.

3.1. Влияние органического вещества (гумуса) на комплексную диэлектрическую проницаемость почв.

3.2. Анализ применимости некоторых диэлектрических моделей для вычисления диэлектрической проницаемости почвенной смеси.

3.3. Учет плотности исследуемых образцов в линейной диэлектрической и рефракционной моделях.

3.4. Параметры модели Дебая связанной воды, рассчитанные по данным линейной диэлектрической и рефракционной моделей.

3.5. Оценка диэлектрической проницаемости прочно- и рыхлосвязанной воды.

Выводы.

ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПОЧВ.

Введение.

4.1. Анализ влияния гидрофильного вещества (золы) на комплексную диэлектрическую проницаемость почв.

4.2. Анализ влияния гидрофобных веществ на КДП почв.

Выводы.

Актуальность

Загрязнение почвы и ее дегумификация представляют собой серьезную проблему экологии. В настоящее время фактически не осталось участков суши, не подверженных воздействию сельскохозяйственного и промышленного производства. Это зачастую приводит к гибельным для экосистем последствиям на громадных территориях. В результате нерационального землепользования почвы, особенно черноземные, быстро теряют свои ценные качества.

При механической обработке почв, проводимой с нарушением технологии, за счет механического разрушения и распыления макроагрегатов пахотных почв снижается водопроницаемость и эрозиозная устойчивость черноземов, уменьшается содержание гумуса. Исследования [51, 73, 110] показывают статистически достоверное уплотнение пахотных и подпахотных горизонтов черноземов, деградацию их структуры с резким снижением содержания агрономически ценных и водопрочных агрегатов. Большая часть пахотных угодий России имеют отрицательный баланс гумуса. Ежегодно содержание гумуса в пахотных почвах уменьшается на 0,01 - 0,05 %.

При снеготаянии и орошении могут возникать нежелательные явления -поверхностный сток и преувлажнение почвы, что может приводить к засолению почв и снижению урожайности. Анализ состояния почвенного покрова показал, что 1/3 площади орошаемых земель составляют засоленные и засолено-солонцовые почвы.

Загрязнение промышленными выбросами отрицательно влияет на био- и гидросферу. В известной нам литературе не приводится данных о влиянии зольных выбросов ТЭЦ на диэлектрическую проницаемость почв. При нефтедобыче или повреждении нефтепроводов нередки случаи загрязнения поверхностей почв нефтепродуктами, что приводит к деградации значительной площади лесных и плодородных сельскохозяйственных земель. Периодический контроль за состоянием таких почв позволит, по крайне мере, отслеживать скорость этих процессов.

До недавнего времени учет и оценка степени деградации почв производилась путем наземного картографирования и отбора образцов. Это очень сложная и дорогостоящая работа. Поскольку активность и направленность процессов деградации и загрязнения может меняться со временем в зависимости от антропогенных и природных факторов, необходим оперативный многократный контроль за состоянием почв. Наземные методы контроля не обеспечивают необходимый обхват больших территорий. Эта задача может быть решена только с применением дистанционных методов, в первую очередь с применением электромагнитных волн микроволнового диапазона, поскольку в формировании излученной и отраженной волн этого диапазона основную роль играет сравнительно тонкий поверхностный, но достаточно представительный почвенный слой. Современный уровень развития техники позволяет проводить ежесуточную съемку участков Земли с помощью радиометров, радиолокаторов, оптических сканеров, размещенных на космических аппаратах и самолетах. Однако для правильной интерпретации получаемой информации необходимы данные о комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) почв, от которой зависит коэффициент собственного радиотеплового излучения, измеряемого микроволновым радиометрическим методом, и обратное рассеяние радарного сигнала. В свою очередь КДП почвы зависит от многих параметров: влажности, гранулометрического состава, температуры, степени загрязненности и т.д. Учет тех или иных параметров позволяет получить с разной степенью точности полезную информацию о состоянии поверхностного слоя почвы. Однако в литературе данные о влиянии основных типов загрязнений и содержания гумуса на КДП почв практически отсутствуют.

В качестве объектов исследования были выбраны чистые (незагрязненные) почвы с различным содержанием гумуса и такие же почвы, загрязненные гидрофильными и гидрофобными веществами (зольные выбросы ТЭЦ и нефтепродукты).

Целью исследования являлось измерение диэлектрической проницаемости (ДП) загрязненных и чистых почв в зависимости от влажности и частоты; анализ диэлектрических моделей влажных почв, определение параметров моделей и зависимости этих параметров от содержания гумуса и загрязнений различных типов.

Задачи, решенные в процессе работы:

- измерены диэлько-влажностные зависимости чистых и загрязненных почв с различным содержанием гумуса на частотах в диапазоне 0,1-16 ГГц;

- с использованием полученных экспериментальных данных проведен анализ различных диэлектрических моделей, определены параметры этих моделей для разных типов почв;

- исследованы диэлектрические свойства связанной воды и найдено ее максимальное количество в различных почвах;

- определены спектроскопические свойства связанной воды в рамках различных диэлектрических моделей почв.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационном исследовании, заключается в следующем:

- впервые в широком частотном диапазоне исследовано влияние гумуса на диэлектрическую проницаемость влажных почв;

- впервые исследовано влияние некоторых гидрофобных и гидрофильных загрязнений на диэлектрическую проницаемость почв;

- определены диэлектрические свойства связанной воды в частотном диапазоне 0,1 - 16 ГГц, что позволило найти параметры релаксационной модели Дебая для связанной воды в разных типах почв.

Положения, выносимые на защиту:

- Диэлько-влажностные зависимости почв с различным содержанием гумуса и некоторых типов загрязнителей.

- Установлено влияние гумуса на диэлектрические свойства влажных почв, на диэлектрическую проницаемость связанной воды и на ее максимальное количество в различных типах почв. Увеличение содержания гумуса в почве приводит к увеличению максимального количества связанной влаги, уменьшает ДП связанной влаги и, вследствие этого, приводит к понижению значений общей КДП почвы при больших и средних влажностях.

- Установлено влияние гидрофильных загрязнителей на диэлектрическую проницаемость почв. Загрязнение зольными выбросами ТЭЦ приводит к увеличению максимального количества связанной влаги за счет увеличения удельной поверхности. Влияние загрязнителей на ДП почвы тем меньше, чем больше в почве гумуса.

- Загрязнение нефтепродуктами (гидрофобными жидкостями) не приводит к значительным изменениям максимального количества связанной влаги в почве, однако, при больших и средних влажностях КДП загрязненной почвы немного ниже, чем у незагрязненной почвы, за счет низкого значения ДП нефтепродуктов. Влияние данного типа загрязнителя ослабляется в почвах, богатых гумусом.

Практическая ценность работы

Результаты исследования позволяют моделировать диэлько-влажностные зависимости в микроволновом диапазоне для любых типов почв, если известен их гранулометрический состав и содержание гумуса.

Полученные результаты исследования являются существенным дополнением базы данных электрофизических параметров почв, в части дополнения набора характеристик, описывающих почву и существенно влияющих на ДП почвы. Эти данные могут быть использованы в моделях излучения и обратного рассеяния при решении задач дистанционного зондирования.

Достоверность полученных результатов определяется:

- согласием экспериментальных данных с расчетными;

- согласием ряда экспериментальных данных с данными, полученными другими исследователями;

- тщательным анализом погрешностей измерений.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 111 наименований и приложения, содержащего полученные в ходе исследования экспериментальные данные и некоторые расчетные величины. Объем

Результаты исследования позволяют моделировать диэлько-влажностные зависимости в микроволновом диапазоне для любых типов почв, если известен их гранулометрический состав и содержание гумуса.

Полученные результаты исследования являются существенным дополнением базы данных электрофизических параметров почв в части дополнения набора характеристик, описывающих почву и существенно влияющих на ДП почвы. Эти данные могут быть использованы в моделях излучения и обратного рассеяния при решении задач дистанционного зондирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Публикации автора

2. A3. Беляева Т.А., Бобров П.П., Мандрыгина В.Н., Кривальцевич C.B. Частотная зависимость диэлектрической проницаемости почвогрунтов, загрязнённых зольными выбросами //Естественные науки и экология. Ежегодник ОмГПУ. Вып.7. 2003. - С. 15-17.

3. A4. Беляева Т.А., Бобров П.П., Кривальцевич C.B., Мандрыгина В.Н. Диэлько-влажностные зависимости почв, загрязненных зольными выбросами ТЭЦ. //Труды XX всероссийской науч. конф. "Распространение радиоволн". Н.Новгород. 2002. - С. 239-240.

4. А10. V. L. Mironov, P. P. Bobrov, V. N. Mandrygina Bound Water Spectroscopy for the Soils with Varying Mineralogy //IGARSS'04 Proceedings. 2004. - Vol. 5 -pp. 3478-3480.1. Используемая литература

5. Al-Attar A., Scott H.F., Daniels D.J. Wideband measurement of microwave characteristics of soils //Electronics Letters. 1982. - Vol.18. - №5. - P. 194-197.

6. Birchak J.R., Gardner G.G., Hipp J.E., Victor J.M. High dielectric constant microwave probes for sensing soil moisture //Proc. IEEE. 1974. - Vol.62. - P. 93-98.

7. Boifot A.M. Broadband method for measuring dielectric constant of liquids using an automatic network analyser // Proceed. IGARSS'89. Vol.136. Pt. H. -№6.-P. 492-497.

8. Chabbra.M., Fan S.O., Misra Devendra. A study on the open-ended coaxial line method for measuring the permittivity of materials at microwave frequencies // IEEE Trans. Instrum. and Measurement. 1989. - Vol.CH-27. - №8. - P. 541545.

9. Chudobiak Walter J., Syrett Barry A., Hafez H.M. Recent advances in broadband VHF and UHF transmission line methods for moisture content and dielectric constant measurement //IEEE Trans. Instrum. and Measurement. 1979. -Vol. IM.28. - №4. - P. 284-289.

10. Curtis J.O. Moisture effects on the dielectric properties of soils //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2001. -Vol.36. - №1. - P. 125-128.

11. Dobson M.C., Ulaby F.T., Hallikainen M., El-Rayes M.A. Microwave dielectric behavior of wet soil. Part II: dielectric mixing models //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1985. - Vol. GE-23. - №1. - P. 35-45.

12. Doerr T.P., Yu Y.K. Electrostatics in the presence of dielectrics: the benefits of treating the induced surface charge density directly //Am.J.Phys. 2004. -Vol.72. - №2. - P. 190-196.

13. Enders A. An accurate measurement technique for line properties, junction effect, and dielectric and magnetic material parameters //IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. 1989. - Vol.37. - №3. - P. 598-605.

14. Hallikainen M.T., Ulaby F.T., Dobson M.C., El-Rayes M.A., Wu L.K. Microwave dielectric behavior of wet soil part I: empirical models and experimental observations //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. - 1985. - Vol.GE-23. - №1. - P. 25-34.

15. Hu K., Liu C. R. Theoretical study of the dielectric constant in porous sandstone saturated with hydrocarbon and water //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. -2000. Vol.38. - №3. - P. 1328-1336.

16. Hu Q., Shao Y., Guo H. Microwave dielectric behavior of moistsalt soil experimental observations and improved dielectric models //Proceed. IGARSS'03. Toulouse, France. Vol.3. - P. 1685-1687.

17. Jackson T., O'Neill P. Microwave dielectric model for aggregated soils //IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1986. - Vol.GE-24. - №6. - P. 920-929.

18. Jackson T.J. Laboratory evaluation of a field-portable dielectric soil-moisture probe //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing.- 1990.- Vol.28. №2. - P. 241245.

19. Jackson T.J., O'Neill P.E. Observed effects of soil organic matter content on the microwave emissivity of soils //Proceed of IGARSS'88. Edinburg. - 1988. -Vol.2. - P. 673-676.

20. Jackson T.J., O'Nell P.E. Salinity effects on the microwave emission of soils //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1987. - Vol.GE-25. - P. 214-220.

21. Karkkainen K., Shivola A.H., Nikoskinen K. Analysis of a three-dimensional dielectric mixture with finite difference method //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2001. - Vol.39. - №5. - P. 1013-1018.

22. Koh G. Effective dielectric constant of a medium with spherical inclusions //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1992. - Vol.30. - №1. - P. 184-186.

23. Loor G.P. The dielectric properties of wet materials //Proceed. IGARSS'82. -Munich. 1982.-Vol.1.-Tp-1.-P. 1.1-1.7.

24. Lounev I., Nigmatullin R., Zavidonov A., Gusev Y. Manurov I., Kaumov S., Muslimov R. Analysis of dielectric relaxation data in water-saturated sands and clays //J. of Non-Crystalline solids. 2002. (305) - P. 255-260.

25. Margineda J., Rojo M., Munoz J., Hernandez A. Eliminating the ambiguity in nonperturbation microwave measurements of permittivity //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1989. - Vol.38. - №5. - P. 1010-1012.

26. Mironov V. L., Dobson M. C., Kaupp V. H., Komarov S. A., Kleshchenko V. N. Generalized refractive mixing dielectric model for moist soils // Proceed. IGARSS'02. Toronto, Canada. Vol.VI. - P. 3556-3558,

27. Mironov V.L., Bobrov P.P. Soil Dielectric Spectroscopic Parameters Dependence on Humus Content // Proceed. IGARSS'03. Toulouse, France. -Vol. II.-P. 1106-1108.

28. Nakhkash M., Huang Y., Al-Nuaimy W., Fang M.T.C. An improved calibration tehnique for free-space measurement of complex permittivity //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2001. - Vol.39. - №2. - P. 453-455.

29. Pastor F., Chamizo G. Estimation of permittivity and conductivity in dispersive and attenuating media using multifrequency technique // Proceed. IGARSS'03. Toulouse, France. Vol.2. P. 1097-1099.

30. Peplinski N.R., Ulaby F.T., Dobson M.C. Dielectric properties of soils in the 0.3-1.3-GHz range //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1995. - Vol.33. -№3. - P. 803-807.

31. Sabburg J., Ball J.A.R., Hancock N.H. Dielectric behavior of moist swelling clay soils at microwave frequencies // IEEE Trans Geosci. and Remote Sens. -1997. Vol.35. - №3. . p. 784-787.

32. Schmugge T.J. Effect of texture on microwave emission from soil // IEEE Trans. Geosci. and Remote Sens. 1980. - Vol.GE-18. - №4. - P. 353-361.

33. Seeger K. Microwave dielectric constants of silicon, gallium arsenide, and quarz //J.Appl. Phys. 1988. - Vol.63. - №11. - P. 5439-5443.

34. Shao Y., Hu Q., Guo H., Lu Y., Dong Q., Han C. Effect of dielectric properties of moist salinized soils on backscattering coefficients extracted from RADARSAT image //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2003. - Vol.41. - №8. - P. 1879-1888.

35. Shivola A.H. How strict are theoretical bounds for dielectric properties of mixtures //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing.- 2002. Vol.40. - №4. - P. 880886.

36. Shivola A.H., Alanen E. Studies of mixing formulae in the complex plane //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. -1991. Vol.29. - №4. - P. 679-687.

37. Shivola A.H., Kong J.A. Effective permittivity of dielectric mixtures //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1988. - Vol.26. - №4. - P. 420-429.

38. Shutko A.M., Reutov E.M. Mixture formulas applied in estimation of dielectric and radiative characteristics of soils and grounds at microwave frequencies //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1982. - Vol.GE-20. - №1. - P. 29-31.

39. Sihvola A.H. Self-consistency aspects of dielectric mixing theories // IEEE Trans. Geosci. and Remote Sens. 1989. - Vol.27. - №4. - P. 403-415.

40. Sillars R.W //Intst. Elec. Eng. 1937. - Vol.80. - P. 378.

41. Taherian M.R., Yuen D.J., Habashy T.M., Kong J.A. A coaxial-circular waveguide for dielectric measurement //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. -1991. Vol.29. - №2. - P. 321-330.

42. Taylor G.R. et ah, Characterization of saline soils using airborne radar imagery //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1996. - Vol.57. - P. 127-142.

43. Wang J.R., Schmugge TJ. An empirical model for the complex dielectric permittivity of soils as a function of water content //IEEE Trans. Geosci. and Remote Sens. 1980. - Vol.GE-18. - №4. - P. 288-295.

44. Wobshall D. A theory of the complex dielectric permittivity of soil containing water: the semidisperse model //IEEE Trans Geosci. Electronics. 1977. -Vol.GE-15. - №1. - P. 49-58.

45. Zhang L., Shi J., Zhang Z., Zhao K. The estimation of dielectric constant of frozen soil-water mixture at microwave bands // Proceed. IGARSS'03. Toulouse, France. Vol.4. - №4. - P. 2903-2905.

46. Барфут Ж., Тейлор Дж. Полярные диэлектрики и их применение. М.: Мир, 1981.-526 с.

47. Беляев Б.А., Журавлев В.А., Кириченко В.Н., Сусляев В.И., Тюрнев В.В. Исследование диэлектрических свойств солевых растворов на СВЧ с помощью нерегулярного микрополоскового резонатора: Препринт СО АН СССР Пр-547, 1989.-56 с.

48. Блох A.M. Проблема поровых растворов в геологии. Минск, 1973. - 27 с.

49. Бобров П.П., Галеев О.В. Исследование метода определения диэлектрической проницаемости почв по модулям коэффициентов отражения и прохождения // Естественные науки и экология. Межвуз. сб. трудов. Вып.6. -Омск: Изд-во ОмГПУ, 2001. С. 7-10.

50. Бондарев А.Г., Кузнецова И.В. Проблема деградации физических свойств почв России и пути ее решения //Почвоведение. 1999. - № 9. - С. 1126 -1131.

51. Борн M., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970. - 856 с.

52. Боярский Д.А., Тихонов В.В. Учет диэлектрических свойств связанной воды при моделировании эффективной диэлектрической проницаемости влажных почв в СВЧ-диапазоне //Радиотехника и электроника. 1998. Т.43. №4. - С. 446-454.

53. Брандт A.A. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: Изд-во физ.-мат. литературы, 1963. - 404 с.

54. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследований физических свойств почв. М.: Агропромиздат., 1986. 415 с.

55. Виноградов А.П., Старостенко С.Н. Определение частотных зависимостей диэлектрической и магнитной проницаемостей по спектру отражения оптически тонкого образца // Радиотехника и электроника. 1998. - Т.43. -№4. - С. 455-460.

56. Влияние атмосферного загрязнения на свойства почв /под ред. Гришиной Л.А. М.:Изд-во МГУ, 1990. - 205 с.

57. Воронин А.Д. Основы физики почв. М.:МГУ, 1986. - 243с.

58. Геологический словарь. М.: Недра, 1978. - 942 с.

59. Глазовская A.M. Общее почвоведение и география почв: учеб. для студентов-географов вузов. М.: Высш.школа, 1981. - 400 с.

60. Диэлектрики. Диэлектрическая проницаемость. Диэлектрические потери //Физический энциклопедический словарь. М., 1995. С. 176 -179.

61. Дручинин C.B. Исследование применимости формул смеси для описания диэлектрической проницаемости сред с большим содержанием включений //Радиотехника и электроника. 2000. - №2. - С. 230-239.

62. Емец Ю.П. Дисперсия диэлектрической проницаемости двухкомпонент-ных сред // ЖЭТФ. 2002. - Т.121. Вып.6. - С. 1339-1351.

63. Злочевская Р.И. Формы влаги в дисперсных системах. В кн. Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах. - М.: МГУ, 1988. - С. 67-73.

64. Злочевская Р.И., Королев В.А. Образование поверхностных пленок и слоев воды. В кн. Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах. - M.: МГУ, 1988. - С. 67-73.

65. Злочевская Р.И., Кривошеева З.А. Кинетика испарения поверхностных пленок и слоев воды при термической дегидратации глинистых пород. В кн. Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах. - М.: МГУ, 1988.-С. 91-100.

66. Золотарев В.М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В. Оптические постоянные природных и технических сред. Справочник. Л.: Химия, 1984. - 216 с.

67. Ильин В.А., Бахтина Е.Ю., Ешевский О.Ю., Коржавчиков M.A., Фролов A.B. Особенности фазовых переходов в пленках связанной воды на поверхности гранул дисперсных систем //Конденсированные среды и межфазные границы. 2001. - Т.З. - №2. - С. 136-142.

68. Качинский H.A. Физика почвы. 4.1. М.: Высш. шк, 1965. 323 с.

69. Квилидзе В.И. Структура поверхностных пленок и слоев воды. В кн. Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах. - М.: МГУ, 1988. - С. 32-47.

70. Квилидзе В.И., Краснушкин A.B., Злочевская Р.И. Свойства поверхностных пленок и слоев воды. В кн. Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах. - М.: МГУ, 1988. - С. 48-67.

71. Клещенко В.Н. Исследование диэлектрических свойств влажных и засоленных почвогрунтов при положительных и отрицательных температурах.: дис. .канд. физ-мат. наук. Барнаул. 2002. 198 с.

72. Ковалева С.Р. Эрозионная деформация почвенного покрова. Новосибирск.: Наука, 1992. - 158 с.

73. Комаров С.А. Радиофизические методы дистанционного зондирования почвенного покрова: Автореф. дис. . д-ра физ.-мат. наук. Барнаул. 1998. -38 с.

74. Комаров С.А., Миронов B.JI. Микроволновое зондирование почв. Новосибирск: Научно-издательский центр СО РАН, 2000. - 289 с.

75. Комаров С.А., Миронов B.JL, Романов А.Н. Аэрокосмическое зондирование гидрологического состояния почв радиофизическими методами. Барнаул: Изд-во АТУ, 1997. 104 с.

76. Космическое землеведение /под ред. Садовничего. М.: Изд-во МГУ. 1992. 269 с.

77. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: учеб. пособие. В 10 т. Т.VIII. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. - 623 с.

78. Лещанский Ю.И., Дробышев А.И., Электрические параметры песчано-глинистых грунтов в диапазоне УКВ и СВЧ в зависимости от влажности и температуры //Пробл. распростр. и дифракц. эл. магн. волн. М.: МФТИ. -1995.-С. 4-28.

79. Лещанский Ю.И., Лебедева Г.Н., Шумилин В.Д. Электрические параметры песчаного и глинистого грунтов в диапазоне сантиметровых, дециметровых и метровых волн //Изв. высш. уч. зав. Радиофизика. 1971. - Т. 14. -№4.-С. 562-569.

80. Матвеев А.Н. Электродинамика: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1980. -383 с.

81. Машкович М.Д. Электрические свойства неорганических диэлектриков в диапазоне СВЧ. М.: Изд-во "Советское радио", 1969. - 240 с.

82. Мироненко Е.В., Салимгареева O.A., Понизовский A.A., Чудинова С.М. Влияние гидрофобных жидкостей на водоудерживание и энергетическое состояние воды в почвах //Почвоведение. 2000. - №4. - С. 463-470.

83. Миронов В.Л., Комаров С.А., Евтюшкин A.B., Рычкова Н.В. Комплексный эксперимент по измерению влажности почв на территории алтайского полигона //Исслед. Земли из космоса. 1998. - №2. - С.81 - 90.

84. Миронов B.JL, Комаров С.А., Рычкова Н.В, Клещенко В.Н. Изучение диэлектрических свойств влажных почвогрунтов в СВЧ-диапазоне //Исслед. Земли из космоса. 1994. - №4. - С. 18-24.

85. Митник Л.М. Диэлектрическая проницаемость воды: необходимость точных значений для решения задач дистанционного зондирования //Исслед. Земли из космоса. 1984. - №3. - С. 66-71.

86. Оборин A.A., Калачникова И.Г., Масливец Т.А., Базенкова Е.И., Плещеева О.В., Оглоблина А.И. Самоочищение и рекультивация почв Предуралья и Западной Сибири: Сб. науч. тр. /Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, 1988. - 254 с.

87. Осокин С.И. Распознавание и анализ фрактальных моделей в диэлектрической релаксации.: дис. .канд. физ-мат. наук. Казань. 2003. 135 с.

88. Пентин В.Ю., Горюнов Ю.В., Сумм Б.Д. Вытеснение предельных углеводородов водой с гидрофильной поверхности. В кн. Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах. - М.: МГУ, 1988. - С. 100-110.

89. Подковко Н.Ф. Модель комплексной диэлектрической проницаемости почвогрунтов в диапазоне СВЧ //Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общие вопр. радиоэлектроники. 1990. Вып.1. - С. 73 - 80.

90. Почвоведение /под ред. И.С. Кауричева. М.: Колос, 1975. - 480 с.

91. Реутов Е.А., Шутко A.M. Теоретические исследования СВЧ-излучения однородно увлажненных засоленных почв //Исслед. Земли из космоса. 1990. - №3. - С. 73-81.

92. Роде A.A. Основы учения о почвенной влаге. Т.1. Л.: Гидрометеоиздат., 1965.-663 с.

93. Романов А.Н. Влияние минералогического состава на диэлектрические свойства дисперсных смесей в микроволновом диапазоне // Радиотехника и электроника. 2003. - №5. - С. 537-544.

94. Романов А.Н. Дистанционные микроволновые методы для геоэкологического мониторинга засоленных и подтопленных почвогрунтов.: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Барнаул, 2004. 32 с.

95. Сафонов А.Ф., Стратонович М.В. Практикум по земледелию с почвоведением. М.: Агропромиздат., 1990. - 208 с.

96. Сканави Г.И. Физика диэлектриков (Область слабых полей). М.: Гостех-издат, 1949. - 356 с.

97. Сологубова Т.А. Собственное радиоизлучение и диэлектрические свойства малоувлажненных почв на сверхвысоких частотах.: дис. .канд. физ-мат. наук. Москва. 1987. 180 с.

98. Сологубова Т.А., Эткин B.C. К вопросу об учете свойств связанной влаги при дистанционном определении влажности почвы //Исслед. Земли из космоса. 1985. - №4. - С. 112-115.

99. Сосновский Ю.М. Диаграммы Коула-Коула воднонефтяных эмульсий в СВЧ диапазоне волн //Естественные науки и экология. Межвуз. сб. трудов. Вып.1. Омск: Изд-во ОмГПУ, 1996. - С. 31-34.

100. Справочник по радиоизмерительным приборам. М.: Энергия, 1976.-624 с.

101. Справочник физических констант горных пород. Под редакцией С.Кларка.-М.: Мир, 1969. 544 с.

102. Старостенко С.Н. Определение диэлектрической и магнитной проницаемо-стей по коэффициенту отражения оптически тонких образцов // Радиотехника и электроника. 2001. - Т.46. - №2. - С. 241-248.

103. Фрёлих Г. Теория диэлектриков. М.: Изд-во ин. лит., 1960. - 251 с.

104. Хиппель А.Р. Диэлектрики и волны. М.: Изд-во ин. лит., 1960. - 438 с.

105. Чудинов Б.С. Вода в древесине. Новосибирск: Наука, СО, 1984. - С. 4867.

106. Шарков Е.А. Анализ и развитие релаксационных моделей диэлектрических свойств воды для задач дистанционного зондирования //Исслед. Земли из космоса. 1995. - №6. - С. 18 - 28.

107. Шутко A.M. СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. М.: Наука, 1986. - 190 с.

108. Щербаков А.П., Васильев И.П. Проблемы использования и охраны черноземов //Почвоведение. 1999. - №1. - С.83-89.

109. Юдин Ю.Н., Красницкая A.M. Определение связанной воды и ее энергии связи по диэлектрической проницаемости /Поверхностные явления в дисперсионных системах. Киев: Наукова Думка, 1971. - 94 с.