流域尺度土壤厚度的模糊聚类与预测制图研究

基于土壤厚度与景观位置和特征之间的关系,运用模糊c均值聚类(FCM)方法对西苕溪流域的土壤厚度分布进行了空间预测。选取高程、坡度、平面曲率、剖面曲率、径流强度系数和地形湿度指数6个地形因子进行模糊聚类,根据相应的聚类参数将流域地形组合分为8类。利用部分调查获得的土壤剖面数据,结合样点属性和专家经验为典型区赋值,最后由加权平均得到流域土壤厚度预测图。验证结果表明,FCM方法可以对地形因子组合进行有效合理的分级,其预测精度较高,模型的稳定性较好,是一种低成本高效率的制图方法。该方法在土壤厚度预测方面具有一定的可靠性。     

应用土壤-景观定量模型预测土壤属性空间分布及制图

以土壤-景观定量模型为基础的土壤制图方法在世界范围内得到了广泛研究。本文在皖南宣城的丘陵地带内选择研究区,从该区的数字高程模型(DEM)中获取景观信息:地形因子,定量地分析了土壤属性与地形因子之间的相关关系,并建立基于该关系的线性土壤-景观定量模型,最后应用该模型来预测土壤属性在空间上的分布并制图。结果表明:土体厚度和表层有机质含量与地形因子之间有着显著相关性;建立的线性回归模型分别能解释土体厚度、表层有机质含量空间变异的32.2%和35.3%;依据该模型预测的土体厚度和表层有机质含量具有较高的准确度,并能制图表达土壤属性在空间上的自然连续性。     

基于分布式非点源有毒污染物模型的农药输移研究

以山东省临沂流域为研究区,基于分布式非点源有毒污染物模型ESSI-2对当地的农药输移过程进行研究。选取甲基异柳磷为模拟农药种类,基于合理的农药假设数据,对分布式有毒污染物模型ESSI-2进行参数率定,并基于模拟结果,对临沂流域的甲基异柳磷负荷及其输移的空间分布特征进行了分析。结果表明,分布式非点源有毒污染物模型是研究农药输移过程的首选工具。临沂流域在农药施用初期,其空间分布主要与农药的施用相关,随着时间的推移,在水流的作用下,农药逐渐向河道汇聚,从而流向下游流域,在这一阶段中,地表径流是影响农药输移的主要因素。     

新时代土壤地理学的发展现状与趋势

土壤地理学是研究土壤时空分布规律、形成过程及其资源环境效应的土壤学学科分支，其主要目标和任务是理解土壤形成演化的关键过程与影响因素并预测未来土壤-环境的共同演化特征，揭示土壤资源分布规律、利用前景和保护对策，为农业、生态环境保护等提供科学依据，支撑土壤普查、耕地保护等国家目标。21世纪特别是新时代10年以来土壤地理学取得了一些重要的进展，研究对象和内容也发生了很大的变化，逐渐向以土壤为核心的地球表层系统科学发展，高强度人为活动和全球气候变化背景下的土壤时空演变研究愈加活跃。土壤地理学主要发展趋势包括土壤信息获取方式正在发生变革，数字土壤制图向融合过程机理与数据驱动发展，土壤时空信息的应用范围更加广泛。未来土壤地理学优先发展领域包括：以关键带研究带动土壤发生和演变研究的革新，基于多传感器的土壤综合观测原理与技术，多尺度数字土壤制图与时空变化预测等。     

耦合植被物候的新疆绿洲土壤盐分信息挖掘

随着土壤环境问题涉及的尺度日趋增大，小区域斑块化盐渍化信息的提取难以了解土壤环境总体的变化趋势。本文以野外监测的南北疆典型绿洲区域——渭库绿洲和艾比湖流域为分析靶区，通过实测数据建立土壤–环境关系，并通过MODIS EVI数据反演得到植被物候特征，耦合植被物候、植被指数、盐度指数、地表温度和地形参数作为随机森林(random forest, RF)模型的输入因子，预测新疆绿洲区域土壤盐分含量信息并绘制土壤盐分空间分布图。结果表明：通过深入挖掘植被物候信息，物候参数在预测土壤盐分方面具有较高的相对重要性，代表生物积累量的LSI和SSI参数表征土壤盐渍化的能力较强，优于其他几个物候参数。耦合物候参数后土壤盐分信息预测精度明显提高，决定系数R~2从0.53提升到0.61。经模型反复迭代进一步筛选出适合研究区的23个环境参数，大幅提升了预测精度(R~2=0.73, RMSE=5.19, MAE=3.59)。从得到的盐渍化空间分布特征来看，新疆绿洲大部分区域分布的是非盐渍化土和轻盐渍化土，且普遍分布在绿洲内部，中度及以上盐渍化土多分布在绿洲外围，总体盐渍化水平依次为：伊犁平原<北疆绿洲&l...     

基于特征集成学习的四川省土壤厚度预测

以四川省土壤厚度预测为例，为农业生产与生态环境评价中土壤厚度空间分布图的编制提供方法支持。对比分析了随机森林、分位数回归森林、支持向量机、集成学习模型对连续型土壤厚度的预测精度，并提出了一种基于特征集成学习的土壤厚度类型预测算法。研究结果表明：①四川省土壤厚度具有较高的空间异质性，控制其空间变化的主要地形因子包括谷底平坦综合指数、高程与地形湿度指数；②四川省土壤厚度预测模型的决定系数为0.32~0.47，均方根误差为0.28~0.41 m；③面向连续型土壤厚度预测的集成模型具有较高的预测精度与稳健性，能够充分集成子模型的优势。特征集成学习能够有效集成并融合了连续型土壤厚度预测与离散型土壤厚度类型预测结果，通过减少方差来提高预测结果的稳健性。     

基于人工神经网络的土壤颗粒组成制图

以浙江西苕溪流域为研究区,综合考虑地形和土壤类型等信息,采集典型土壤样本,测定土壤颗粒组成,并基于土壤颗粒组成与景观位置和特征之间的关系,利用径向基函数(RBF)神经网络建立了高程、坡度、平面曲率、剖面曲率、径流强度系数和地形湿度指数6个地形因子与土壤颗粒组成之间的非线性映射关系,预测土壤颗粒组成的空间分布。验证结果表明,RBF神经网络方法能够挖掘出地形因子信息与土壤颗粒组成之间的非线性映射关系,其预测精度较高,模型稳定性较好,是一种低成本、高效率的制图方法。     

概念性土壤侵蚀模型的建立及在紫色土小流域的应用

概念性土壤侵蚀模型在描述流域基本过程的同时对参数要求较低,现有概念性模型中计算产沙所需参数主要靠律定或借鉴经验值。该文介绍了1个无需流域出口产沙量长序列观测资料来律定且能适用于研究流域的概念性土壤侵蚀模型。模型中引入了分布式水文模型WetSpa Extension作为水文模块,结合流域内试验小区上建立的流量—产沙量经验关系计算侵蚀量,再结合泥沙输移比构建起产沙模块。通过在紫色土地区小流域的应用表明,模型能够得到较合理的流域出口产流量、产沙量以及侵蚀率的空间分布等模拟结果,在没有试验小区的邻近流域地区也具有推广性,且能作为评价水保措施效益的有力工具。该概念性模型对于流域出口泥沙资料稀少的地区具有很高的应用价值和协助流域管理的 潜力。     

流域吸附态磷时空分布模型的构建与应用

为了模拟吸附态磷负荷的时空分布,从被侵蚀土壤进入受纳水体的载体地表径流着手,综合考虑坡上和坡下的径流特性对被侵蚀土壤迁移的影响,引入时空分布的径流连通性指标,由此提出坡面泥沙输移比的计算方法。将改进的土壤流失方程作为流域土壤侵蚀量的计算方程,结合所提出的坡面泥沙输移比并考虑磷在土壤中的富集,构建流域吸附态磷负荷的时空分布模型。以三峡库区小江流域作为案例,对该流域2000-2010年的吸附态磷负荷的时空分布进行了模拟,模拟得到多年平均吸附态磷负荷为0.056 t/km2。模拟值与实测值吻合较好,其年平均吸附态负荷相对误差低于6%,表明所构建的模型以及所提出的坡面泥沙输移比的计算方法可行。该研究可为三峡库区的水环境保护和水污染防治提供参考。     

基于单一和集合土壤转换函数模型对土壤含水量的模拟性能分析

土壤转换函数(Soil pedotransfer function,PTF)是一种高效获取土壤水力参数的方法。由于土壤具有很强的空间异质性,确定最优PTF模型成为模拟土壤含水量的关键。为此,以海河流域3个实验场地(密云站、大兴站、馆陶站)为研究区,采用7种常用的单一PTF模型预测土壤水力参数作为HYDRUS-1D的模型参数,求解Richards方程获得土壤含水量,并与实测土壤含水量进行比较,评价了常用单一PTF模型预测的土壤水力参数对土壤含水量的模拟性能。此外,采用3种方法构建集合PTF模型,评价了集合PTF模型对土壤含水量的模拟性能。结果表明：基于van Genuchten方程构建的单一PTF作为模型参数模拟土壤含水量的均方根误差最小;而其中Rosetta3模型表现更优。在集合PTF模型中,基于遗传算法加权法构建的模型表现最好。集合PTF模型预测土壤水力参数可以较好的捕捉多个单一PTF预测土壤水力参数的整体趋势,弥补单一PTF在某些情况下模拟误差较大的不足。     

利用探地雷达测定东北黑土层厚度在坡面的空间变化

准确掌握黑土层厚度分布信息对于黑土资源评价和保护具有重要意义。然而,传统土层厚度测定方法包括土壤剖面法、插钎法和钻孔法等对于大范围的土壤厚度测定效率较低且连续性较差。本研究利用探地雷达探测了东北黑土区直型、凸型和凹型3种坡型坡面的黑土层厚度。室内模拟试验对黑土及黄土母质土壤分别设置不同的容重和含水量,探究土壤含水量和容重对土壤介电常数的影响以及探地雷达测定黑土厚度的可行性。野外试验通过开挖剖面和预埋标识物,验证了探地雷达测量黑土厚度的准确性。结果表明：土壤介电常数随容重的增大而增大,随土壤含水量的增加而减小;黑土和黄土母质层土壤含水量、容重和介电常数之间的关系可以用两个对数方程来描述,其精确度为95.26%~99.66%。探地雷达测量黑土厚度与剖面实测厚度相比,精确度为87.05%~95.58%。3个坡面的黑土厚度空间分布不同,且坡脚发生沉积处的黑土厚度较大,坡肩和坡背土壤侵蚀较严重处的黑土厚度较薄。本研究可为进一步探明和保护黑土资源提供一种高效、准确的土壤厚度调查方法。     

Influence of smoke exposure on soil enzyme activities and nitrification

Summary Soil was exposed to red phosphorous/butyl rubber (RP/BR) aerosols at various relative humidities in a recirculating environmental wind tunnel. Soil microbial and enzymatic activities were measured immediately after exposure and periodically thereafter for 56 days. The nitrification potential was significantly reduced in soil amended with ammonium sulfate and exposed to RP/BR smoke, and could be related to a decline in soil pH. The rate of nitrate formation in unamended soil with time was also reduced, but by 57 days postexposure, concentrations were similat to those of unexposed controls in all but the thinnest soil lense. Soil dehydrogenase and phosphatase enzyme activities were sensitive to RP/BR smoke and in some treatments no activity was detected. The measured activities did not recover within the 56-day postexposure period and in some cases declined. Soil lense thickness was the greatest factor controlling the degree of RP/BR effects, indicating that injury to soil microbial and enzymatic activities may be surficial. Deposition of smoke particles increased with increasing relative humidity, which had a significant impact on the activities measured.     

基于探地雷达的典型喀斯特坡地土层厚度估测

土层厚度是坡地水文过程的一个重要控制因素。本研究使用MALA公司的探地雷达,分别采用100和500MHZ频率的天线对土层厚度进行探测,然后通过开挖探槽实测土层厚度,同时调查了影响探地雷达结果的因素—土石交界面的基岩风化度,并建立了不同输入下的线性回归模型和GEP模型,对探地雷达在喀斯特坡地土层厚度估测的适用性进行了探讨。结果表明,喀斯特坡面土层浅薄且含有较多碎石,使用频率较高的天线可以提高探测精度;同时将不同频率天线探测的结果以及基岩风化度作为输入,均能提高对土层厚度的模拟精度;相同输入条件下,总体来看,基于GEP算法建立的土层厚度模型模拟精度较经典统计的线性回归和多元回归模型高,R2最大能提高7.6%     

青藏高原永冻土活动层厚度预测指标集的建立及制图

以青藏高原为研究区,采用数字土壤制图方法,进行了少量调查样本支持下的永冻土活动层厚度预测指标集的建立及制图研究。利用土壤和景观环境之间关系,筛选建立了活动层厚度预测指标集:地表昼夜温差、海拔、坡度、坡向、归一化植被指数(NDVI)、母岩。利用样点个体代表性方法实现了该区永冻土活动层厚度分布制图,取得了较高的精度和分辨率,克服了永冻土活动层厚度模拟过程中数学物理模型难以进行空间扩展制图以及半经验模型制图分辨率粗的局限。针对调查样点全局代表性较差以及数量有限的局限,本研究没有采用常规的一次性全样本最优建模方式,而采取多次抽样分别建模方式,获得预测指标集和制图结果。     

铜矿区水土流失治理及提高土壤肥力途径

通过对中条山铜矿区尾矿坝的复田试验结果表明，３０ｃｍ，６０ｃｍ，１００ｃｍ，３各复土厚度，其土壤保肥、抗旱能力不同。在种植绿肥和施化肥后，新复田土壤熟化度在１年内达到与老复田地（１５年）熟化程度同等肥力不同，作物产量也随复土厚并增加相应增加。     

城镇搬迁地土壤厚度划分与案例研究

为确定城镇搬迁地绿化有效土壤厚度,本研究通过对比城镇搬迁地原地土壤和传统农业土壤的差异,基于土壤、杂填土、建筑垃圾和土体等基本概念,对城镇搬迁地土壤厚度进行了定义；基于建筑垃圾层位置和园林绿化种植土相关标准定义了城镇搬迁地绿化有效土厚土壤厚度的内涵；并以上海市世博文化园和三林楔形绿地建成前城镇搬迁地为例对进行了土壤厚度划分方法的应用。结果表明：城镇搬迁地土壤厚度是城镇搬迁地内土壤剖面所有的土壤物质层厚度之和；城镇搬迁地绿化有效厚度为在城镇搬迁地中位于地下水之上,自身理化性质符合或者经过改良后符合地方规定的园林绿化种植土标准的土壤物质层厚度。上海市世博文化园建成前城镇搬迁地土壤厚度为2.4~4.5m,但由于土壤理化性质不符合园林绿化用土标准,绿化有效土厚为零,绿化种植土均需采用客土。三林楔形绿地建成前城镇搬迁地土壤厚度大于1m,土壤经过改良均可作为园林绿化种植土。但由于地下水层的存在,城镇搬迁地绿化有效土厚为1m。 因此,城镇搬迁地绿化有效土壤厚度划分方法可为城镇搬迁地原地土壤和客土用量的快速估算提供科学依据。     

红壤旱地和水田土壤用量对线虫分离效果的影响

植物群落研究中样方面积的大小直接影响群落组成和多样性调查的结果,而对于地下部生态系统可能存在同样的问题。土壤动物的分离效率是研究土壤动物群落组成的基础。至今在土壤线虫分离研究方面仍缺乏关于土壤样品最佳用量范围的优化。本研究选择江西红壤地区旱地和水田两种典型农业利用方式下的土壤,基于改进的贝尔曼漏斗法,即浅盘分离法,选择10、30、50、100、150、200、300、500 g(对应0.70~3.51 cm的土壤厚度)的土壤用量梯度,旨在探讨土壤线虫分离中土壤用量对于线虫群落特征分析结果的影响。结果表明,在10~200 g(0.70~1.51 cm)土壤用量之间单位土壤线虫数量无显著差异,而大于200 g时显著下降(P0.05)。线虫属数随着土壤用量的增加而增加。土壤线虫营养类群比例在10~200 g(0.70~1.51 cm)之间几乎没有显著性差异。线虫群落的丰富度指数、成熟度指数、富集指数和结构指数等生态指数在30~500 g(0.72~3.51 cm)之间基本无显著差异。土壤厚度在10~150 g之间无差异,大于150 g各处理间均形成显著差异。总之,基于土壤线虫群落特征的不同参数与样品用量关系的权衡,建议在分离线虫时选择土壤样品量在50~150 g范围内或保证土壤厚度低于1.00 cm条件下增加土壤用量,以获得对供试土壤线虫群落的全面了解。     

单一电解质体系下恒电荷土壤胶体扩散双电层中滑动层厚度的计算

土壤胶体颗粒表面滑动层厚度是一个重要的物理参数。利用Gouy-Chapman理论推导得到单一电解质体系中滑动层厚度计算公式,测得三种紫色土胶体颗粒表面电位值和ζ电位值,通过计算得到滑动层厚度值。结果表明:(1)在2∶1型电解质体系中三种紫色土胶体表面电位和zeta电位绝对值均远低于1∶1型电解质体系,两种单一电解质体系下三种紫色土表面电位值随电解质浓度变化差异要远大于zeta电位值;(2)两种单一电解质体系下三种紫色土胶体滑动层均离双电层中Stern层较远,而与Gouy层靠近,并且在2∶1电解质体系中的滑动层厚度要远低于1∶1电解质体系;(3)三种紫色土胶体颗粒随着电解质浓度升高,其滑动厚度均变薄。不同表面电位土壤胶体颗粒,在电解质浓度较低时,它们的滑动层厚度差异显著;当电解质浓度较高时,它们的滑动层厚度之间差异不明显。     

蚯蚓粪覆盖对土壤水分蒸发过程的影响

通过模拟试验研究蚯蚓粪覆盖对土壤水分蒸发过程的影响,以蚯蚓粪覆盖厚度和覆盖度为试验变量,试验处理设置如下:覆盖度90%时,4个处理分别为覆盖1 cm、2.5 cm、4 cm和裸土;覆盖厚度2 cm时,4个处理分别为覆盖度30%、60%、90%及裸土,均连续测定15 d的土壤日蒸发量和12 h的日变化量,以及蒸发前后蚯蚓粪和土壤的有机质含量。结果表明:在覆盖度一定的条件下,土壤蒸发量随蚯蚓粪覆盖厚度的增大而减少;当覆盖厚度一定时,覆盖度越大,对土壤蒸发的抑制作用越强,但覆盖度对土壤蒸发过程的影响小于覆盖厚度。因此,蚯蚓粪覆盖对土壤蒸发有一定的抑制作用,土壤蒸发量随着蚯蚓粪覆盖度和厚度的增加而减小。由于蚯蚓粪具有良好的保水性能,且能够有效增加土壤有机质含量,因而对提高土壤持水能力有促进作用。