黄土丘陵区浅沟表层土壤粘结力状态空间模拟

为探明黄土丘陵区土壤粘结力沿浅沟分布的空间差异性及其影响因素,运用线性回归模型和状态空间方程模拟了土壤粘结力在浅沟不同部位的分布。结果表明:沿着浅沟分水线、沟坡和沟底,土壤粘结力呈中等程度变异,主要受海拔高度、粘粒、砂粒含量和容重的影响;粘结力与海拔高度、粘粒、砂粒含量、容重均存在显著的空间自相关性和较好的交互相关关系;状态空间方程对粘结力的空间模拟效果要优于线性回归模型,其中采用单因素粘粒含量的状态空间方程结果最好,纳什效率系数NSE为0.968,可以解释粘结力空间变异的97.2%。     

不同土层土壤特性空间变异性关系的联合多重分形研究

应用联合多重分形理论研究了0～20 cm土层土壤含水率、土壤电导率、砂粒含量、粘粒含量、粗粉粒含量、土壤粒径分布体积分形维数、土壤容重、有机质含量的空间变异性与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相互关系。结果表明:相对于0～20 cm土层上述变量的空间变异性,20～40 cm土层粗粉粒含量、有机质含量空间变异性的变化率最大,土壤电导率、粘粒含量、土壤粒径分布体积分形维数空间变异性的变化率最小,砂粒含量、土壤含水率、土壤容重空间变异性的变化率介于两者之间;多尺度上,0～20 cm土层土壤含水率、土壤容重、有机质含量、粘粒含量、砂粒含量、土壤电导率、土壤粒径分布体积分形维数、粗粉粒含量与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相关性依次减弱。     

黑土区农田尺度田间持水率的空间变异性研究

【目的】探究黑土区农田田间持水率的空间变异性机制。【方法】利用传统统计学和多重分形方法量化了田间持水率的空间变异强度,分析了造成田间持水率空间变异性的局部信息;利用联合多重分形方法确定了田间持水率与土壤基本物理特性在多尺度上的相关性。【结果】研究区域田间持水率具有多重分形特征,随土层深度增加,田间持水率的空间变异程度先降后增;田间持水率的大值数据对0~5 cm和10~15 cm土层田间持水率空间变异性的贡献较大,小值数据对5~10 cm和15~20 cm土层田间持水率空间变异性的贡献较大;单一尺度上,与田间持水率相关程度最高的土壤基本物理特性在0~5 cm土层是黏粒量和土壤体积质量,在5~10 cm和10~15 cm土层是粉粒量和黏粒量,在15~20 cm土层是土壤体积质量和粉粒量;多尺度上,与田间持水率相关程度最高的土壤基本物理特性在0~5、5~10和10~15 cm土层是黏粒量和粉粒量,在15~20 cm土层是土壤体积质量和粉粒量。【结论】黑土区农田田间持水率的空间变异程度为弱变异,田间持水率与土壤基本物理特性的相关程度在单一尺度和多尺度上有所差异。     

黄河三角洲农田土壤含水率空间变异特征研究

基于传统统计学和地统计学方法,定量分析了灌水前、后田块尺度下土壤含水率的空间变异性。结果表明,除灌水前10～20cm土层土壤含水率呈非正态分布外,其余各土层含水率均服从正态分布;随着土层深度的加深,灌水前、后各土层含水率均逐渐增加;除灌水前20～40cm土层及灌水后10～20、20～40cm土层土壤含水率呈中等变异性外,其余各土层均呈现弱变异特征;除灌水后20～40cm及40～60cm土层属于指数模型外,其余各土层含水率最优拟合模型为球状模型;灌水前、后各土层含水率均表现为强空间自相关性。     

农田土壤颗粒尺寸分布分维及颗粒体积分数的空间变异性

盐渍土膜下滴灌过程中的土壤理化性质存在空间变异性,对灌溉管理有一定影响。该文根据3个不同尺度下土壤采样及颗粒尺寸分布（PSD）测定结果,探讨了土壤PSD分维和颗粒体积分数之间的定量关系,分析了各尺度和综合尺度下土壤PSD分维和颗粒体积分数的经典统计特征和地质统计特征,根据颗粒体积分数的半方差函数计算了不同尺度颗粒体积分数的分形维,并做出了等值线图。研究表明,土壤PSD分维与黏粒的体积分数呈正相关关系,黏粒体积分数增大引起PSD分维增加的原因在于细颗粒的比表面积比粗颗粒的大;各尺度土壤PSD分维及颗粒体积分数均无强变异特征;不同尺度下土壤PSD分形维的半方差函数中块金和基台值均非常低;50 m尺度土壤PSD分维和黏粒体积分数的等值线图具有类似的集中度和走势,而砂粒体积分数和粉粒体积分数则具有相反的集中度和走势。该研究说明土壤PSD分维和颗粒体积分数都有一定的尺度依赖性。     

不同土质灌区土壤盐分与物理特性空间变异规律及协同关系研究

为探究土壤盐分空间特性,以鄂尔多斯黄河南岸灌区不同土质的两个灌域为研究对象,采用经典统计学与地质统计学相结合的方法对0～20 cm土层土壤电导率与土壤物理特性参数间的关系进行分析研究。研究结果表明:两灌域0～20 cm土层土壤电导率均可以采用高斯模型进行半方差分析拟合。砂土灌域土壤电导率为中等变异程度,中等空间相关性,电导率与黏粒含量、土壤容重、含水量、导热率及热容量显著正相关,相关范围约2～6 km;与砂粒含量显著负相关,相关范围约2.5～4 km。砂壤土灌域土壤电导率为中等偏强变异程度,较强空间相关性,电导率与土壤物理特性空间相关性较低,土壤盐渍化程度高于砂土灌域。     

陕西杨凌土壤粒径分布体积分形维数特征分析及预测

基于Mastersizer2000激光粒度仪测定的土壤颗粒体积分布信息,研究了杨凌地区土壤粒径分布体积分形维数与土壤基本物理特性之间的关系,建立了该地区土壤粒径分布体积分形维数的估算函数。结果表明,杨凌地区0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数的平均值分别为2.649 1和2.626 2;0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数都与粘粒质量分数的相关性最为显著,与砂粒质量分数的相关性次之;建立的估算函数预测精度较高,其中0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数预测值的相对误差分别介于-0.298%～0.726%和-0.179%～0.772%之间。     

春玉米抽穗期主要土壤参数空间变异特征研究

以在东辽河流域进行的田间采样为基础,将经典统计学与地统计学相结合,对春玉米抽穗期3项土壤含水量指标和9项土壤参数指标进行了空间统计分析。研究结果表明,10cm深土壤含水量以及全N、粗砂粒、细砂粒、粗粉粒含量最佳半方差模型符合线状模型,20cm和30cm深土壤含水量最佳半方差模型符合球状模型,有机质、全P、细粉粒、粗黏粒和细黏粒含量最佳半方差模型符合高斯模型。20cm和30cm深土壤含水量、有机质、全P、细粉粒、粗黏粒和细黏粒含量7项指标均具有强烈的空间相关性,存在着明显的空间自相关格局,Kriging插值空间分布具有明显的片状和斑块状特点。     

膜下滴灌棉田土壤水分参数的空间变异性分析

以新疆生产建设兵团石河子国家农业科技园区的膜下滴灌棉田作为试验区,采用均匀法布点方式,测定了各个采样点0～20、20～40和40～60 cm三个不同深度土壤的含水率,利用地统计学理论分析了膜下滴灌棉田均匀布点方式下土壤含水率的空间变异规律,并利用Sufer绘制了土壤含水率的等值线图,结果表明:①膜下滴灌棉田均匀布点采样方式下,东西方向即沿膜向的半方差函数值在0～20、20～40和40～60 cm深度层的变化规律趋于一致,随着深度增加棉田的土壤含水率的空间变异强度在逐渐减小;②各方向的半方差函数值的相关性均随着深度增加棉田的土壤含水率的空间结构性更加显著;③东西方向的空间变异性随着深度的增深而减小,其他方向的空间变异性随着深度的增深而增大;东西方向即沿膜向为弱变异,其他方向20～40 cm层为强变异,0～20、40～60 cm层为中等变异。     

黄土丘陵区退耕还林土壤不同大小颗粒固碳过程与速率

为揭示黄土丘陵区退耕还林土壤固碳过程及其变化机制,采用物理分组法探讨了安塞纸坊沟退耕15~45 a刺槐与柠条林地土壤砂粒、粉粒、黏粒截存有机碳的效应与速率。结果表明,对比坡耕地,两种退耕林地土壤颗粒结合碳含量均随退耕年限延长显著增加,并且表层0~10 cm土壤增幅最高,10~60 cm各土层增幅基本接近。退耕15~45 a期间,刺槐与柠条林0~20 cm土层均以粉粒碳密度增速最高,分别达0.21、0.11 Mg/(hm2·a),砂粒碳和黏粒碳增速相近,平均分别为0.13、0.06 Mg/(hm2·a)。同样的变化发生在0~60 cm土层,但各颗粒碳密度增速为0~20 cm土层的1.6~2.5倍。按此增速到退耕45 a时柠条林地砂粒碳、粉粒碳、黏粒碳相比坡耕地分别增大了2.6、1.1、0.8倍,刺槐林地则分别增大了8.3、2.2、2.8倍,并且对总有机碳累积贡献的平均比率为:砂粒碳(23%)等于黏粒碳(26%)且均小于粉粒碳(51%)。此外碳库管理指数比碳库活度与土壤总有机碳库变化有更显著的线性相关性。综上分析,该区域退耕刺槐林比柠条林土壤有更强的固碳效应,两种林地均以粉粒碳为主要固碳组分,以砂粒碳周转速率最快。     

土壤湿度指数在黄土高原的适宜性评价

利用1992—2000年间黄土高原地区逐月降雨量、实测土壤湿度数据,结合GIS遥感技术、相关分析等方法,对基于TU-Wien变化检测算法,从ERS散射计数据反演获取的土壤湿度指数(SWI)或表层土壤湿度(SSM),从点和面2个尺度进行了验证。结果表明,在不同的土地利用、土壤质地和地形条件下,SWI或SSM与降水呈正相关(P<0.01)。时间序列方面,降雨、实测值和SWI或SSM基本上呈现出相同的变化趋势;空间分布上,降水和SWI具有相似的分布特征。在点尺度上,选取的7个站点的SWI与降水呈正相关(P<0.01),SWI和实测值的相关性随土层深度加深而下降,仅在10cm处达到显著水平(P<0.01)。对表层10cm的实测数据而言,降水和SWI的相关性要好于其与实测值的相关性。在黄土高原区域尺度上,SWI或SSM能够较为准确地揭示该地区表层土壤湿度的演变和空间分布特征。有长达20年(1992—2011年)之久的数据积累,并且可以免费及时获取的SWI或SSM,对于大范围实测土壤湿度数据匮乏的黄土高原地区而言,是一种具有较高利用价值的土壤湿度监测数据产品。     

基于联合多重分形的土壤水分特征曲线土壤传递函数

利用联合多重分形方法识别在不同尺度上对土壤水分特征曲线空间变异性都具有显著影响的因素,基于得出的结论建立考虑尺度效应的小尺度和大尺度van Genuchten模型参数的土壤传递函数,探讨了将小尺度上得出的联合多重分形结论进行尺度扩展,应用到大尺度上的可行性。结果表明:小尺度和大尺度上基于0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数土壤传递函数预测的土壤含水率均方根误差分别为0.038 6、0.047 3和0.027 0、0.030 4,可将小尺度上进行联合多重分形分析得出的结论进行尺度扩展,应用到大尺度上,且建立的土壤传递函数具有较强的理论基础和较高的预测精度。     

不同采样密度的土壤水分特征参数预测

利用不同取样精度的土壤,将土壤质地(砂土、淤泥、粘土含量)和容重作为输入值,探讨了使用基于土壤转换函数的BP神经网络模型来预测0~20 cm表层土壤水分特征曲线参数,用甘肃省称钩河流域小流域的土样进行预测并进行了误差分析。结果表明,使用线性回归能够减小预测误差与实测值差距;使用BP神经网络来预测饱和体积含水量,其准确性比使用BP神经网络预测剩余体积含水量和田间持水量要高。为了进一步提高预测精度,还应尽可能地包括土壤结构、有机质含量等信息。     

黄土高原北部草地表层土壤水分状态空间模拟

为探明黄土高原北部草地表层土壤水分空间分布特征及其与环境因素的关系，该文用自回归状态空间模型和经典统计的线性回归模型对该区草地表层土壤含水率的分布状况进行了模拟。结果表明，状态空间方程可以应用于环境因素复杂的黄土高原水蚀风蚀交错区，其拟合效果优于线性回归模型。单因素中基于饱和导水率的模拟效果最佳（R2 = 0.936）；多因素模拟中以饱和导水率+海拔+凋落物模拟效果最佳（R2 = 0.976），可以很好地解释表层土壤水分的变异状况。自回归状态空间模型可用于研究黄土高原北部水蚀风蚀交错区表层土壤水分与其他因素的空间关系。     

基于GIS的水量平衡模型在黄土高原地区土壤水分模拟中的应用

应用修正后Vrsmarty水量平衡模型对黄土高原地区2001-2010年间的土壤水分变化规律进行模拟。该模型综合考虑了土壤质地、植被类型、蒸发、降水等因素。模拟结果表明:黄土高原地区平均土壤水含量年内呈"正弦"曲线的变化规律,6月份土壤水含量最低为36.9mm,随着雨季到来,10月达到最高为74.3mm,而后逐渐降低。土壤水变化趋势可分为西北和东南两个区。西北区降雨量少,蒸散量大,全年土壤水含量很低,为1～40mm;东南区受降雨和蒸散周期性的变化的影响,土壤水变化周期性明显,秋末最高达200～240mm,夏初最低为60～100mm。全区的年平均降水为435.8mm,从东南向西北逐渐减少。全区年平均参考作物蒸散量为1 072.7mm,呈现出西北和东南偏高,东北和西南偏低的趋势。     

不同土层土壤水分特征曲线的空间变异及其影响因素

利用多重分形和联合多重分形方法,对陕西杨凌地区0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数的空间变异性及其影响因素进行了研究.结果表明:0～20 cm和20～40 cm土层参数α都具有明显的多重分形特征,空间变异性较强,且分别是由低值和高值分布引起的;参数n和θs的多重分形特征不明显,空间变异性较弱.0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数与土壤物理特性的相关特征并不完全相同,在观测尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt显著相关,参数n与Sand、SOM显著相关,θs与Sand显著相关;20～40 cm土层参数α与SOM显著相关,参数n和θs都与Sand、Silt、SOM显著相关;在多尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt的相关程度最高,20～40 cm土层参数α与BD、SOM的相关程度最高.