长江三角洲地区滩涂土壤盐分空间分布特征研究

盐碱地盐分空间分布精准识别及形成机理解析对盐碱地科学利用具有重要意义.针对传统点状采样监测方法工作量大、代表性差和检测费用高等问题,本研究采用电磁感应仪精准调查技术对上海崇明某滩涂农场进行土壤盐分空间分布评估,全面快速获得盐分空间分布信息,解析土壤盐分形成机理,进而分类分区分级指导农业生产和科学精准改良.结果表明:土壤...     

浙江温岭海涂围垦区土壤盐分空间异质性分析

运用经典统计学和地统计学相结合的方法,研究浙江温岭海涂围垦区在3种取样尺度下(1800 m×800 m、600 m×420 m和300 m×300 m)土壤盐分的空间变异性。结果表明:3种取样尺度下土壤盐分服从对数正态分布,属中等变异强度;半方差函数模型均符合指数模型,具有强的空间自相关性。Moran′sⅠ系数表明小尺度(S)下土壤盐分的空间相关性较弱,而中(M)和大尺度(L)下则较高。Kriging插值与相关性分析能直观的表现研究区内土壤盐分含量的空间分布状况和变化情况。通过海涂围垦区3种取样尺度下的空间异质性的分析,揭示出土壤盐分的空间变化规律,为围垦区盐渍化分区管理与改良利用提供了理论基础和实践依据。     

不同尺度下土壤盐分空间变异的指示克里格评价

针对目前黄淮海平原盐渍土改良区存在的土壤盐渍障碍问题,以该区域典型县域禹城市为研究对象,综合运用GIS和非参数地质统计学的指示克立格法,对县级和镇级两个采样尺度下0～20 cm耕层土壤盐分的空间变异性进行了分析,并给出了土壤盐分满足一定条件的概率分布图.结果表明,两个采样尺度下土壤盐分均不符合正态分布且都存在特异值,但...     

黄河三角洲土壤盐分空间变异性与合理采样数研究

以黄河三角洲地区一块约520hm^2的田块为研究区，采用经典统计学和地统计学方法进行不同层次土壤盐分（0～20cm，20～60cm，60～100cm，100～140cm）的空间变异及其合理采样数量研究。结果表明：研究区土壤盐分普遍较高且表聚作用明显；各层土壤盐分均属于中等变异强度;受结构性因素和随机性因素的共同作用，各土层盐分均具有中等的空间相关性。对Kriging插值结果分析表明，土壤盐分的空间分布受微地形和气候条件的影响较大．且研究区各土层盐分分布存在着空间上的相似性。应用Cochran公式和分层采样方法对合理采样数量进行了分析，发现采用分层采样方法可以有效降低采样数量，且采用最适分配法可以获得最为理想的采样数量，该方法较比重分配法采样数降低幅度最大达35％左右。该研究为黄河三角洲地区盐渍土地的科学管理、改良以及利用提供一定的理论依据和技术参考。     

基于电磁感应的南疆典型田块土壤盐分空间异质性研究

为研究南疆典型田块土壤盐分空间异质性,基于电磁感应调查获取表观电导率并解译土壤盐分信息,分别以5m和15m间隔进行网格布点调查研究田块土壤盐分空间变异的尺度效应。研究表明,土壤表层盐分含量与表观电导率之间具有显著线性相关性(r2=0.870),基于电磁感应解译土壤盐分含量具有较高的精度;块金效应、分维数以及Moran’sI指数均表明,田块小尺度土壤盐分空间变异受随机因素影响较大,过大尺度往往忽略小尺度空间变异特征,套合结构半方差函数兼顾小尺度效应,能更好地反映空间变异详细情况,田块两侧的灌排渠使盐分分布呈现明显的趋势效应;详细准确地了解土壤盐分空间分布对于指导农业生产,促进精准农业的发展具有重要意义。     

不同采样尺度下土壤碱解氮空间变异性研究——以榆树市农田土壤为例

在精准农业的实施过程中,研究如何用较少的样本来反映田间信息的空间变异规律,再用科学的插值方法进行插值和预估是精准农业研究中的一个关键问题。以东北典型黑土区——吉林省榆树市为研究区域,在榆树市弓棚镇13号村内选择相对平整的地块进行土壤采样并测试其土壤养分。在对原始采样格网点按一定的样点间隔和布局进行抽取的基础上,利用克里格插值方法和BP神经网络方法分别进行空间插值,比较不同采样尺度(40m×40m,56m×56m,80m×80m,113m×113m,160m×160m五个尺度)对空间插值精度的影响。结果表明:(1)随着采样尺度的增大,碱解氮的空间结构系数C/(C0+C)有减小的趋势,表明采样间距以内的不可估计误差逐渐增大,其空间结构的表现能力在逐渐减弱;(2)Kriging插值精度总体优于BP神经网络,随着采样尺度的增加,两种模型的模拟精度都有所下降,BP神经网路的插值精度和Kriging模型的插值精度的差距逐渐减小;(3)两种模型在113m×113m尺度上插值精度都发生了突变,如考虑碱解氮的空间变异规律和经济因素,碱解氮的最佳采样尺度应在80～113m。     

基于SHAW模型的南疆典型灌区适宜盐分淋洗定额空间分布

明晰西北旱区休闲期土壤盐分淋洗定额的空间分布特征,对于水资源有效利用、土壤盐渍化防控具有重要意义。受制于土壤盐分、土壤质地的空间变异性,在某一点尺度获得的盐分淋洗定额难以全面反映区域的情况。该研究以南疆阿拉尔灌区为例,采用统计学和空间插值相结合的方法,确定灌区土壤盐分、土壤质地的空间分布特征,并通过划分模拟单元,建立基于SHAW(the simultaneous heat and water)模型的灌区尺度分布式模型,得到了不同灌水模式下适宜的盐分淋洗定额空间分布特征。结果表明：阿拉尔灌区土壤盐分呈现出“西多东少,南多北少”的分布特征;不同深度土壤颗粒含量均以砂粒和粉粒为主,土壤质地主要为粉壤土和砂壤土(占比约36.81%和19.44%);土壤含盐量和土壤砂粒含量是影响盐分淋洗定额的主要因素,3种灌水模式(只冬灌、只春灌、冬灌+少量春灌)中,冬灌+少量春灌(300 m³/hm²)处理综合权衡了冬灌和春灌的优势,灌区内适宜冬灌定额主要介于1 500～2 250 m³/hm²之间,最有利于节水灌溉和作物...     

喀斯特地区典型峰丛洼地旱季表层土壤水分空间变异性初探

土壤水分空间变异性研究在喀斯特地区生态环境的恢复和重建过程中具有重要意义。通过网格(5 m×5 m)取样,用地统计学方法研究了喀斯特洼地典型区域(150 m×50 m)表层土壤水分(0~5 cm和5~10 cm)的空间变异特征。结果表明:土壤水分在采样区内呈比较简单的斑块状分布,相同性质斑块与土被连续分布区和石丛集中分布区范围相当;半变异函数在不同性质斑块内呈现出截然不同的变异特征,在整个采样区内表现出各向异性;旱季洼地表层土壤水分主要受石丛和地形两个不同尺度的环境因素影响;土壤水分具有一定的尺度效应,半变异函数的变程随着最小采样间隔增大而增大;当研究区域存在多重尺度的变异结构时,需要根据研究的目的和精度确定合理的采样尺度。     

基于电磁感应仪的黄河三角洲地区土壤盐分时空变异特征

针对黄河下游三角洲土壤盐渍化的空间复杂性与发生反复性,运用磁感式大地电导率仪EM38及其移动测定系统,结合GIS与地统计学方法,对该地区典型地块两个关键季节土壤盐分的时空变异特征进行了分析.结果表明,土壤表观电导率与盐分呈极显著相关性;各时段土壤盐分都表现出多层次空间结构的复合尺度效应,且短程变异构成了土壤盐分空间异质性的最主要部分;土地利用方式差异使得秋季时段土壤盐分呈弱各向异性,地形因素导致春季时段土壤盐分各向异性比在全步长域波动,但在整个研究尺度上仍为各向同性.空间分析表明,结构性因素主导了土壤盐分空间分布格局,随机性因素是加快该分布格局形成的重要因素;春季时段研究区总体表现出积盐趋势,且盐分变动幅度主要集中在10.0g/kg范围内.电磁感应仪与GIS的结合运用为不同尺度土壤调查与质量评价提供了新的途径,并为农业水土资源的决策管理提供指导.     

基于反射光谱与Landsat 8 OLI多光谱数据的艾比湖湿地土壤盐分估算

土壤盐渍化是农业生产中最关键的生态问题之一,是一种降低土壤质量,严重影响作物产出的缓慢土壤退化过程。因此,土壤盐分的监测及评估对干旱区的土地管理与恢复至关重要。选取艾比湖湿地为研究区,基于2016年干湿两季(5月/9月)的Landsat8 OLI遥感影像,147个土壤实测样点的电导率(Electrical Conductivity, EC)数据及其对应的室内反射光谱数据,通过光谱重采样技术,建立该研究区土壤EC的偏最小二乘(partial least-squares regression, PLSR)定量估算模型,并尝试对干湿两季的土壤盐渍化状况进行对比分析。结果表明:(1)艾比湖湿地土壤盐渍化较为严重,湿季土壤EC(23.90 mS·cm~(-1))高于干季(11.62 mS·cm~(-1));(2)基于重采样处理后的光谱数据及13个光谱指数所建立的PLSR模型具有较好的精度(R2=0.91,RMSE=6.48mS·cm~(-1),RPD=2.45),说明该模型可以有效地对区域尺度的土壤EC进行定量估算。(3)从2016年5月至9月,艾比湖湿地的中度和重度盐渍土面积增加,轻度盐渍土和盐土面积减少。本研究将两种不同分辨率的数据进行联合建模,既提升了传统光学遥感影像模型的精度,又将高光谱数据扩展至像元尺度上,为土壤盐分信息的遥感提取提供了科学参考。     

东北黑土漫岗区春耕期土壤水分空间变异及地形影响

土壤水分存在强空间变异特征,在多重尺度上受地形、土壤、土地利用、植被等因素综合影响,是农业生产和耕作的关键要素。为了揭示东北黑土漫岗区春耕期农田土壤水分空间变异特征及分析地形因子对其影响,以赵光农场为研究对象,利用Sentinel-1数据反演的土壤水分和DEM数据,采用半方差函数、集成推进树算法(ABT)等方法分析了春耕期土壤水分的空间变异及地形因子(坡度、坡向、坡位、高程、地形湿度指数)对土壤水分空间异质性的相对影响,并系统分析了土壤水分在不同坡位、坡度和坡向的变化特征。结果表明:研究区2018年4月24日处于春耕时期黑土漫岗区的土壤质量含水量分布在25%～37%; 地块内部变异系数为5.81%,相邻地块间变异系数为4.16%; 针对整个农场尺度土壤水分空间变异的有效变程为3 000 m,地块尺度上有效变程为300 m。土壤水分分布与地形湿度指数呈显著正相关,与坡度、坡向、高程、坡位呈显著负相关; 坡位、坡度、坡向是影响土壤水分空间变异的主控因子,其累计相对解释率超过了70%,其中坡位占36.28%。研究结果有助于了解东北黑土漫岗区春耕期农田土壤水分空间分异规律及影响机制,对黑土漫岗区土壤水分管理、春耕春播期农机科学调度、保障粮食安全具有重要意义。     

Spatial Variability of Soil Salinity under Subsurface Drainage

In the coastal area of eastern China with monsoon climate and high water table, soil salinity exhibits strong spatial heterogeneity at the field scale. Using basic tools of geostatistics and geographic information systems (GIS), we explored the spatial characteristics of soil salinity under rain-fed conditions and subsurface drainage. The results showed that (1) spatial variability in soil salinity could be reduced significantly by leaching with rain water and subsurface drainage (LD) during the rainy season. The variability in soil salinity after LD decreased from strong to moderate. (2) After LD, soil salinity remained at more than 0.85 g/kg irrespective of values before the rainy season. In other words, it was almost impossible to remove all the salts in the plow layer. (3) Spatial heterogeneity of soil salinity showed a homogenizing tendency based on the critical point of 7 g/kg. Soil salinity less than 7 g/kg (79% of samples) homogenized to within 1.5–2 g/kg under LD and that more than 7 g/kg decreased to 1.5–4.5 g/kg. However, at this level, most salt-tolerant crops could grow. (4) The homogeneity was also reflected in the transformation of salinity grade in different areas. Before LD, the moderately and heavily saline (2–10 g/kg) soil area accounted for 88% of the pilot field in which the heavily saline area constituted 57.45% of the total salt load within the 0- to 30-cm layer; after LD, the mildly saline (1–2 g/kg) area was dominant with more than 75% ratio, contributing 65.24% of total salt load. (5) Intensive and frequent rainfall and long-term LD may reduce the spatial variability in salinity and allow for better reclamation and utilization of saline land. These results provide a scientific basis for integrated management of water and agricultural production.     

冻融期气温与土壤水盐运移特征研究

在中国西北干旱、寒冷地区，冻融作用是土壤盐碱化独特的形成机制。该文以内蒙古河套灌区为例，基于田间实测资料，对土壤冻融期间多年水分、盐分和温度的变化规律进行分析。研究结果表明：不同土层各个年度的土壤温度变化规律基本一致，土壤温度的变化滞后于气温的变化，而且滞后时间随着土层深度的增大而增大；气温的降低引起了土壤温度的降低，从而引起水分和盐分的迁移；盐分的时间变异系数(0.30～0.85)大于水分的变异系数(0.02～0.40)，说明盐分的运移机制比水分运移机制复杂。该研究结果为河套灌区冻融土壤水热盐耦合模拟的研究和秋浇制度的制定提供了基础理论依据。     

中国农业水土工程学科及其发展预测

农业水土工程是以研究农业环境中水、土运动规律及其控制管理技术为目标的学科。它是科学技术和生产发展的自然结果。学科体系正在不断完善，专业教育将逐渐扩展，预计在土壤—植物—大气连续体水分传输问题的研究方面，在深度和广度上将有新的突破。在水—土—作物—环境关系的最优调控理论与方法、农田物质（水、沙、盐、农业化学物质）的迁移规律及其数值模拟与预测、高新技术在农业水土管理中的应用等方面的研究也将取得重大进展     

基于VRML的土壤电导率三维空间变异性虚拟实现建模研究

如何表达土壤属性的三维空间变异性对传统的土壤剖面采样、空间变异分析和三维可视化表达提出了挑战。本研究以浙江省围垦海涂水稻田土壤盐分为例,采用EM38电磁感应线性模型结合二阶Tikhonov正则化方法反演剖面0~110 cm范围内10个土层深度的土壤电导率作为三维空间变异性研究的数据源;然后利用三维反距离权重方法进行土壤盐分的三维空间插值;最后分别采用虚拟现实建模语言（VRML）的球体、切片、地柱模型对土壤电导率剖面离散点、二维空间变异切片、三维变异土体模型进行三维虚拟现实可视化建模,并实现模型的网络发布。结果表明,在田间尺度上,三维反距离权重方法可较好的对土壤电导率在三维空间的分布进行预测插值;通过VRML方法进行可视化建模可较好的展示及解析土壤电导率的三维空间分布规律;水平方向上,土壤盐分从西北面向东南面逐渐增大,垂直方向上,土壤盐分随土层深度的增加而增大,且东南角土壤盐分最大;另外,用户可利用IE浏览器实现虚拟现实模型的可视化及对模型进行平移、放大、缩小、旋转等基本操作。基于VRML的虚拟建模方法可为土壤属性的三维变异性可视化及网络共享提供新途径。     

区域尺度农田水盐动态模拟模型—GSWAP

由于土壤和水文气象等因子的空间变异性,区域尺度的农田水盐动态难以应用小尺度-维模型进行模拟.该文将-维农田水文模型(soil-water-atmosphere-plant model,SWAP)与Arclnfo进行紧密结合,构建了区域尺度的农田水盐动态模拟模型-GSWAP.该模型利用GIS强大的空间数据分析与处理功能,可高效地进行模型数据的前后处理与分析.模型将研究区划分为多个均质单元进行模拟,并以RS反演的表土含水率和ETa为观测资料,运用遗传算法确定各单元等效土壤水力参数.该文以内蒙河套灌区永联试验区为背景,对GSWAP模型进行了应用分析.结果表明,应用GSWAP模型可高效地进行区域农田水盐动态模拟,实现数据输入输出、可视化显示与空间分析,且永联试验区的模拟结果具有合理性.     

农田气象条件下阿特拉津在土壤中淋溶动态的数值模拟

阿特拉津(Atrazine)是我国华北地区夏玉米田常用的除草剂,而夏玉米生育期又是该地区的主要降雨时段,对这一时段Atrazine在田间尺度的淋溶风险进行评价,对保护浅层地下水环境具有重要意义。以北京市通州区永乐店试验站一块27 m×27 m的农田为背景,通过田间采样、测试分析土壤样品并收集2001年的气象数据,基于简化土壤水三维流场的柱模型假设,在同时考虑土壤水力学参数、Atrazine运移和吸附参数空间变异性的情况下,对该农药在农田尺度下淋溶动态的空间分布进行了数值模拟。在此基础上,对夏玉米不同生育期耕层20 cm深度处的土壤水负压、水流通量和Atrazine浓度的空间变异结构进行了地质统计学分析。结果表明,在整个夏玉米生育期内这三个参量的半方差模型基本上为球状模型,它们的变程多在8~10 m。本研究案例对布设农田尺度土壤水分和Atrazine动态监控网具有一定的参考意义。     

黄河三角洲地区浅层地下水与耕层土壤积盐空间分异规律定量分析

为研究黄河三角洲地区地下水作用条件下耕层土壤的积盐规律，运用GIS和地统计学的原理与方法，结合地下水埋深的空间分布以及临界埋深的划分标准对研究区域进行分区，并从空间尺度对各分区地下水矿化度与耕层土壤积盐规律进行了定量分析。结果表明：地下水埋深、矿化度和耕层土壤盐分均属于中等变异强度，在东西方向和南北方向上均具有2阶的趋势效应；受结构性因素和随机性因素的共同作用，地下水埋深呈中等的空间自相关性，地下水矿化度与耕层土壤盐分呈弱空间自相关性；耕层土壤盐分与地下水矿化度的空间分布具有一定的相关性，与地下水埋深呈负相关性。对空间尺度上的地下水矿化度与耕层土壤盐分定量分析结果表明，耕层土壤积盐与地下水矿化度呈极显著的相关关系，而地下水埋深增加使其相关性减弱，采用分区研究法使地下水矿化度对耕层土壤积盐规律分析更加客观准确。该结果对研究黄河三角洲地区土壤盐渍化的发生机理以及预测与评估该地区土壤盐渍化的发生发展具有重要意义。     

咸水滴灌下塔克拉玛干沙漠腹地人工防护林土壤水盐动态

为揭示咸水滴灌下塔克拉玛干沙漠腹地人工防护林的土壤水盐动态规律,研究了4-7月份各灌水周期内土壤水盐的时间变化特征和二维空间分布格局。结果表明:(1)咸水滴灌下的防护林土壤水盐动态具有显著的周期性规律;一个周期内(1~15 d),水分先后经历了快速下降(1~4d)、缓慢变化(4~10 d)和基本稳定(10~15 d)三个时期,整体呈幂函数递减规律(y=8.746t-0.270,t=1,2,3…);盐分则先后经历了脱盐(1~7 d)和积盐(7~15 d)两个阶段,整体变化规律符合抛物线函数(y=0.009t2-0.138t+2.269,t=1,2,3…)。(2)水平0~60 cm空间上的土壤水分呈一元线性递减分布,而盐分呈一元线性递增分布;垂直0~120 cm空间上的土壤水分表现为较明显的单峰曲线,其峰值位于20 cm土层处,而盐分分布满足逆函数模型,并在表土层距滴头45~60 cm处有显著积盐现象,含盐量高达10~20 g kg-1。由于受灌溉、蒸发、气温、降雨、植被等环境因素及土壤自身空间变异性等的影响,具体不同时空尺度上的绿地土壤水盐动态既具有一致性规律又表现出差异性特征。本文可对区域土壤水盐动态预测、盐渍化评估以及灌水制度进一步优化等提供科学支撑。     

土壤水空间分布结构的时间稳定性

通过在野外 3 5m× 3 5m的正方形试验区域高密度布置多个电极和定时扫描测定土壤电阻的方法 ,利用反演计算和土壤电阻率与含水量之间的关系 ,计算出了不同时间的土壤含水量在三维空间上的分布。通过对由此获得的含水量资料的分析 ,探讨了土壤水在三维空间上的分布特征及其在时间上的稳定性。结果表明 ,试验区的土壤含水量在三维空间上的分布是非均质的和各向异性的 ,这种非均质性不是随机的而是具有一定的结构或模式 ,这一结构或模式在时间上是相对稳定的。