科尔沁沙丘-草甸相间地区表土饱和导水率的土壤传递函数研究

以科尔沁沙地典型坨-甸相间地区为研究区,野外布设240个采样点,对流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙丘区杨树林、沙丘区耕地、低覆盖度草甸、高覆盖度草甸、草甸区耕地、撂荒地9种地貌类型下的表层土壤进行了采样,测定了其含水率、干容重、有机质、饱和导水率等理化特性,分析了不同地貌类型下表层土壤理化参数差异。选取Campbell、Cosby、Wosten等、Saxton等4种土壤饱和导水率传递函数,对该地区表土饱和导水率进行了预测。结果显示这几种土壤传递函数预测值与实测值偏差较大,相关系数均小于0.3,精度难以满足本地区应用。在此基础上,选取土壤容重、有机质含量、饱和含水率、平均粒径、粒径标准偏差5种土壤特性参数作为输入变量,采用主成分分析与非线性回归分析相结合的方法,重新建立了预测本地区表土饱和导水率的土壤传递函数,结果显示预测值与实测值相关系数为0.661,该传递函数可用于科尔沁沙地表层土壤饱和导水率的预测。     

科尔沁沙地土壤水分特征曲线传递函数的构建与评估

为了快速准确的获取某一区域的水力性质,该文以科尔沁沙地典型沙丘-草甸相间地区为研究区,在对该区49个不同地貌类型采样点土壤水分特征曲线与土壤基本物理化学特性参数测试分析的基础上,采用函数参数非线性规划法构建了土壤干容重、粒径分布、有机质、pH值、电导率值等基本参数与水分特征曲线之间的传递函数,并进行了精度评估与分析。结果表明:1)研究区土壤水分特征曲线的坡度陡峭,不同地貌类型与土地利用方式下,土壤水分特征曲线有较大差异,相同负压下,土壤持水量按照流动沙丘-半固定沙丘-固定沙丘-农田-草甸的顺序递增;土壤的供水能力按照流动沙丘-半固定沙丘-固定沙丘-草甸-农田的顺序递减;2)利用土壤基本物化特性参数通过函数参数非线性规划法建立了研究区土壤水分特征曲线的传递函数,干容重和砂粒含量是预测土壤水分特征曲线模型参数的主要变量,增加土壤的理化指标可以提高预测精度,然而有机质含量、pH值、电导率值对本区土壤水分常数的影响并不大,对水分特征曲线模型3个参数的影响略微增加;3)通过对传递函数的检验与精度评估分析,各参数的平均误差均在0附近;饱和含水率、残余含水率的均方根误差分别为0.017、0.023;土壤水分常数的相关系数在0.95附近,饱和含水率、残余含水率的误差比的几何标准偏分别为1.04、1.27。表明所建土壤水分特征曲线传递函数的精度较高,可用于该区土壤水分特性研究。该研究可为该区水分、溶质运移、水-热-盐耦合运移模拟提供技术支持和理论保证。     

半干旱草原型流域表层土壤饱和导水率传递函数及遥感反演研究

为了进一步探究遥感与表层土壤导水率的联系,以内蒙古锡林河流域为研究区,对厚栗黄土、草甸沼泽土、荒漠风沙土、石灰性草甸砂土、淡黑土5种土壤类型下的表层土壤进行采样,测定其粒径组成、容重、有机质、饱和导水率等理化特征。使用Saxton、Cosby、Wosten三种土壤饱和导水率传递函数及非线性多元经验回归模型对点尺度上0～30 cm表层土壤每10 cm土层的饱和导水率进行拟合,并利用这些点的土壤参数均值进行验证,结果显示Saxton模型效果最好,拟合及验证结果与实测值的拟合系数R~2分别为0.985、0.988。在此基础上,利用Radarsat-2四极化后向散射数据将模型中的表层土壤参数均值进行了8 m精度的面尺度扩展,并对遥感影像研究区范围内表层土壤饱和导水率进行预测。研究表明,土壤传递函数可以很好地刻画半干旱草原型流域表层土壤的饱和导水率,且土壤传递函数的结果与模型中包含的参数个数并不存在直接联系,人类活动对研究区表层土壤的饱和导水率影响极大。     

基于支持向量机的土壤水力学参数预测

为了分析支持向量机在土壤水力学参数预测方面的效果，应用支持向量机构建用于预测土壤水力学参数的土壤传递函数，以土壤粒径分布、容重、有机质含量等土壤理化性质为输入项，分别预测土壤饱和导水率、饱和含水率、残余含水率，以及van Genuchten公式参数的对数形式。结果表明预测值和实测值不存在显著性差异，用支持向量机预测土壤水力学参数是可行的。不同输入项处理的预测分析表明，输入项为粒径分布、粒径分布和容重、粒径分布和有机质含量3种情况的预测效果差异不明显，而输入项为粒径分布、容重和有机质含量时预测效果优于前3种情况。支持向量机在预测土壤水力学参数方面的效果要优于多元线性逐步回归模型，而与BP神经网络模型相比不具有明显好的预测效果。     

灰色关联及非线性规划法构建传递函数估算黑土水力参数

土壤水分特征曲线和饱和导水率是重要的水力参数,为了简便准确获取这些参数,以松嫩平原黑土区南部为研究区域,采集136个采样点土样用于测定不同土层土壤水分特征曲线、饱和导水率以及土壤理化性质,并运用灰色关联分析确定影响土壤水力参数的主要土壤理化性质,采用非线性规划构建土壤分形维数、有机质、干容重、土壤颗粒组成与土壤水分特征曲线、饱和导水率之间的土壤传递函数,并通过与现有土壤传递函数对比分析进行精度验证。结果表明:1)土壤分形维数是估算土壤水分特征曲线模型参数和饱和导水率的主要参数之一,同时,干容重和有机质含量也在不同土层土壤传递函数中起到重要的作用;2)通过验证分析,不同土层各参数平均绝对误差接近于0,均方根误差值也都较小,其中在不同土层土壤传递函数估算的土壤含水率均方根误差分别为0.022、0.017cm~3/cm~3;3)对比分析其他已存的土壤水分特征曲线和饱和导水率的土壤传递函数,该文构建的土壤传递函数均方根误差值均较小,决定系数值都在0.66以上,表明估算精度较高,均好于其他方法估算精度,具有良好的区域适应性。综上,所构建的土壤水分特征曲线和饱和导水率土壤传递函数可以用于松嫩平原黑土区土壤水力参数估算。     

应用土壤质地预测干旱区葡萄园土壤饱和导水率空间分布

田间表层土壤饱和导水率的空间变异性是影响灌溉水分入渗和土壤水分再分布的主要因素之一,研究土壤饱和导水率的空间变化规律,有助于定量估计土壤水分的空间分布和设计农田的精准灌溉管理制度。为了探究应用其他土壤性质如质地、容重、有机质预测土壤饱和导水率空间分布的可行性,试验在7.6 hm2的葡萄园内,采用均匀网格25 m×25 m与随机取样相结合的方式,测定了表层(0～10 cm)土壤饱和导水率、粘粒、粉粒、砂粒、容重和有机质含量,借助经典统计学和地统计学,分析了表层土壤饱和导水率的空间分布规律、与土壤属性的空间相关性,并对普通克里格法、回归法和回归克里格法预测土壤饱和导水率空间分布的结果进行了对比。结果表明:1)土壤饱和导水率具有较强的变异性,平均值为1.64 cm/d,变异系数为1.17;2)表层土壤饱和导水率60%的空间变化是由随机性或小于取样尺度的空间变异造成;3)土壤饱和导水率与粘粒、粉粒、砂粒和有机质含量具有一定空间相关性,而与土壤容重几乎没有空间相关性;4)在中值区以土壤属性辅助的回归克里格法对土壤饱和导水率的预测精度较好,在低值和高值区其与普通克里格法表现类似。研究结果将为更好地描述土壤饱和导水率空间变异结构及更准确地预测其空间分布提供参考。     

渝东北紫色土饱和导水率传递函数研究

为研究渝东北紫色土理化性质在垂直空间上的分布情况以及对饱和导水率的影响,进而建立饱和导水率与各理化性质间的关系函数,推求饱和导水率的传递函数,选择渝东北开州区、云阳县等7个区县内45个紫色土典型田块为研究区域,运用Excel 2013和Matlab 2015b软件统计分析后,利用多元非线性回归法推求并验证了渝东北紫色土饱和导水率传递函数模型和模型参数。研究表明:①研究区土壤饱和导水率变化范围在0.16～195.68 cm/d,变化范围广,空间变异系数大,变异性较强;同一采样点深度越大,饱和导水率越小;②土壤饱和导水率与有机质含量有显著的指数函数关系,与饱和含水量有较强的二次函数关系,与土壤容重和土壤颗粒的相关性不大;③本次试验建立的土壤饱和导水率传递函数模型及模型系数检验合格,预测值与实际测算值误差较小,精度良好,可用于渝东北紫色土饱和导水率的预测工作。     

科尔沁不同类型沙丘土壤水分时空变化特征及其环境影响因子

为了深入探究半干旱地区沙丘土壤水分时空变化特征及其与环境因子关系，以科尔沁沙地为研究区，综合运用原位观测、数值模拟和冗余分析等方法，对沙丘土壤水分的时空变化特征、变异性、水平衡及其与环境因子的定量关系进行研究。结果表明：沙丘土壤水分在垂直剖面呈现出由半流动沙丘"镜像S "形逐渐过渡为阴坡固定沙丘" S"形的趋势，在时间尺度上呈"正态分布"形；半流动、半固定和阴坡固定沙丘土壤水分变异性随深度的增加逐渐减弱，半阳坡固定沙丘呈"S"形分布，最大变异系数为75.45%，均属中等变异；半流动和半固定沙丘水分主要消耗于深层渗漏，分别占总水量的57.35%和54.56%，半阳坡固定和阴坡固定沙丘水分主要消耗于植被蒸腾，分别占总水量的77.15%和54.88%；沙丘土壤水分影响因子具有差异性，容重、砂粒含量、粉粒含量和饱和导水率是影响半流动、半固定和半阳坡固定沙丘土壤水分的主要环境因子，而有机质、砂粒含量、粉粒含量和饱和导水率是阴坡固定沙丘土壤水分的主要影响因子。研究表明，半阳坡固定沙丘小叶锦鸡儿易消耗深层土壤水，造成土壤干燥化，草本和半灌木有利于深层土壤水分保持。     

滩涂围垦农田土壤饱和导水率的影响因素及转换函数研究

确定苏北沿海滩涂围垦农田耕层土壤饱和导水率的影响因素,构建适合该区的土壤转换函数,是研究该区田间土壤水盐运动和盐渍化防控的重要前提。本文在该区典型地块实测土壤饱和导水率和相关土壤基本理化性质,探讨了该区土壤饱和导水率的剖面分布特点,对影响饱和导水率的土壤基本性质进行了主成分分析,并建立了用于该区饱和导水率间接估算的土壤转换函数。结果表明:滩涂围垦农田土壤饱和导水率随剖面深度增加呈表土层高、亚表层低、底土层又升高的趋势,20~40 cm土层饱和导水率最小,介于2.75~6.73 cm·d-1,属低透水强度;土壤容重随剖面深度增加表现出与饱和导水率相反的变化特点。除了容重、孔隙度、质地等物理因素外,土壤肥力、盐分等化学性质也是影响饱和导水率的重要因素;影响滩涂围垦农田土壤饱和导水率的因素可由持水特性、盐碱状况、养分特征和土壤质地4个主成分反映,其累计贡献率达78.17%。在Vereecken转换函数中引入土壤盐分后可提高预测精度,修正函数Vereecken_1是最适合滩涂围垦农区土壤、具有最佳预测精度的转换函数。本文构建的土壤转换函数,可通过较易获得的砂粒、黏粒、容重、盐分和有机质对耕层土壤饱和导水率进行较高精度的预测,其结果可为滩涂盐渍化农区田间尺度土壤饱和导水率间接估算以及水盐运动数值模拟提供支持。     

晋西黄土丘陵区主要人工林土壤饱和导水率研究

饱和导水率是表征土壤入渗能力的重要参数之一,研究饱和导水率对土壤入渗过程分析具有重要的意义。对晋西黄土丘陵区主要人工林土壤饱和导水率(K_s)进行了分析,并利用方差分析(ANOVA)和主成分分析方法探讨了其与土壤物理因子和有机质的相关性,得出影响饱和导水率的主导因子。结果表明,与荒地相比,各林分对饱和导水率均有显著提高;土壤饱和导水率随着土层深度加深呈现负指数递减规律;影响该地区人工林地土壤饱和导水率的主导因子为容重、毛管孔隙度、>0.25mm水稳性团聚体含量、土壤有机质及土壤质地。土壤有机质含量的提高可改善土壤容重、团聚体含量等物理性质;在植被经营过程中,建议采用适宜的混交类型,树种可选择白桦、落叶松等。     

基于BP神经网络的土壤水力学参数预测

为了获取区域土壤水分和溶质运移模拟所需的土壤水力学参数,利用黄淮海平原曲周县的试验资料建立基于BP神经网络的土壤转换函数模型。本文采用土壤粒径分布、容重、有机质含量等土壤基本理化性质,来预测土壤饱和导水率Ks、饱和含水量sθ、残余含水量θr、以及van Genuchten公式参数α、n的对数形式ln(α)和ln(n),并与多元线性逐步回归方法进行比较。t检验结果表明,BP神经网络训练和预测得到的模拟值与实测值之间吻合很好,该方法具有较高的预测精度。通过对平均相对误差的比较,得出在粒径分布的基础上增加容重、有机质含量等输入项目,可以提高部分土壤水力学参数的预测精度,而有些参数的预测精度反而降低。以误差平方和为标准的比较结果表明,BP神经网络模型的预测效果总的来看要优于多元线性回归法。     

重庆市四面山典型林分土壤饱和导水率研究

采用恒定水头法测定了重庆市四面山地区典型人工林和天然次生林剖面土壤饱和导水率(Ks),并运用多元回归和通径分析方法探讨了其与土壤物理因子和有机质的相关性。结果表明,土壤饱和导水率从表层到深层呈现出负指数形式的递减规律。各林分对饱和导水率均有显著提高,由高到低的顺序为:天然针阔混交林>天然阔叶林、楠竹林、针叶林>人工阔叶林、混交林、针叶林>荒地。土壤黏粒、容重、非毛管孔隙度和大于0.25 mm水稳性团聚体含量是影响该地区饱和导水率的主要因子。各林分对土壤有机质含量均有提高作用,有机质含量与饱和导水率符合二次曲线的关系。在植被经营过程中,建议营造针阔复层混交类型的树种配置模式。     

黄土区坡面表层土壤容重和饱和导水率空间变异特征

土壤容重和饱和导水率是影响坡地土壤入渗产流和抗侵蚀能力的两个重要因素,研究径流小区表层土壤容重和饱和导水率在坡面的空间变化规律,有助于深入理解坡地的降雨入渗产流产沙规律。借助经典统计学和地质统计学,采用1m网格布点法对神木六道沟流域41m×5m径流小区表层土壤容重和饱和导水率坡面空间变异规律进行研究,结果表明:(1)表层土壤容重沿坡面的变化没有明显的规律,经地质统计学分析土壤容重具有明显的空间结构和自相关特征,自相关特征长度为7.6m。(2)表层土壤饱和导水率在坡面的变化也不具备明显规律,Ks和lnKs在坡面的变异经地统计学分析均不具有空间结构特征,属于纯随机变量。     

热融湖塘对青藏高原土壤饱和导水率的影响及因素分析

为研究多年冻土区热融湖塘对湖岸生态水文过程的影响,该文基于湖岸不同迹地植被发育、导水性及土壤理化性质的分析,并结合土壤转换函数(pedo-transfer functions,PTFs),对土壤导水性及其影响因素进行研究。结果表明:热融湖塘的形成使土壤环境发生了重要演变,其中湖岸死根区土壤饱和导水率相比于未影响区域(110.88 cm/d)增加了70.1%之多,而其在盐渍化区域相比于未影响区域减少了33.8%,同时土壤饱和导水率随着坡度的增加而增强;通过比较ROSETTA、CAMPBELL和VAUCLIN 3种土壤转换函数的预测能力,发现VAUCLIN模型更适合于模拟青藏高原高寒草甸土壤饱和导水率。热融湖塘影响迹地对土壤饱和导水率的变化,是植被盖度、有机质含量、颗粒组成等因素耦合影响作用的结果,运用土壤转换函数对其进行预测时,须综合考虑以上因子。对热融湖塘不同迹地土壤水力参数的研究可为区域土壤侵蚀,产流模式及水文过程的研究提供理论基础。     

沿海滩涂农田耕层土壤饱和导水率间接方法的评价

为筛选和构建适合苏北沿海滩涂围垦农田耕层土壤饱和水力传导率间接估算的土壤转换函数,在典型地块实测土壤饱和导水率和相关土壤基本性质的基础上,分析了11种根据基本土壤性质预测饱和导水率的转换函数方法的适用性,同时探讨了基于人工神经网络方法的土壤转换函数的预测效果。结果表明:滩涂围垦农田耕层土壤平均饱和导水率为10.04 cm/d,属低透水强度;在现有的土壤饱和导水率转换函数中,Vereecken函数是最适合滩涂围垦农区土壤、具有最佳预测精度的转换函数,其预测均方根误差为8.154,其次是Li、Campbell和Rawls函数;以砂粒、粘粒、容重和有机质作为输入因子,基于人工神经网络的土壤转换函数较Vereecken函数其预测均方根误差降至7.920,在输入因子中增加土壤盐分指标可进一步提高饱和导水率的预测精度,其预测均方根误差降为7.634。本文的研究结果显示利用人工神经网络方法建立的转换函数可有效提高滩涂盐渍农田土壤饱和导水率的预测精度。     

容重对不同有机质含量土壤水分入渗特性的影响

通过不同有机质含量的土壤入渗试验,分析有机质含量及容重对土壤水分入渗特性的影响.结果表明:容重对质地相同而有机质含量不同的土壤表现出不同的影响程度,对高有机质含量的土壤影响显著,有机质含量高的土壤在容重递增的过程中,土壤累积入渗量、湿润深度显著下降,稳定入渗率以乘幂形式迅速下降;有机质含量较低的土壤,容重增加对土壤入渗过程影响相对较小,容重增加时,其累积入渗量、入渗率、湿润深度也有不同程度的减小,但其减小的幅度范围较小,稳定入渗率呈平缓线性降低.采用Green-Ampt模型与Philip模型模拟不同容重及有机质含量的土壤饱和导水率结果与实测值吻合较好.     

采煤塌陷对风沙区土壤理化性质影响的研究

为了研究采煤塌陷对风沙区土壤理化性质的影响,为干旱和半干旱风沙区采煤塌陷地的复垦工作提供理论依据,本文运用土壤学基本理论和方法,测定、计算了毛乌素沙地东南缘补连塔煤矿塌陷区和非塌陷区的土壤机械组成、容重、孔隙度、田间持水量、饱和导水率和养分等指标。方差分析结果表明:与非塌陷区相比,塌陷沙丘物理性粘粒含量明显减少,尤其地表10 cm处;塌陷沙丘顶部和中部土壤容重和孔隙度没有明显变化,而沙丘底部和丘间低地土壤容重明显降低,孔隙度明显增大;塌陷沙丘0~40 cm内土壤容重和孔隙度无明显变化,但40~100 cm内土壤容重明显减少,孔隙度明显增加;塌陷沙丘0~60 cm深度内田间持水量明显降低;0~60 cm内饱和导水率没有发生明显变化;0~100 cm内的全氮、全磷和全钾含量无明显变化。     

太原东山试验林场土壤理化性质及饱和导水率的坡向分异规律研究

为了探究太原东山试验林场不同坡向条件土壤性质及饱和导水率变化的规律,选取东山林场无植被覆盖裸地和油松林地的阳坡、阴坡、半阴半阳坡共6个样地进行土壤采样,测定了土壤基本性质及养分含量,并用环刀分层取土,测定土壤饱和导水率,对比分析了土壤性质、养分及饱和导水率的坡向分异规律。结果表明:坡向对土壤密度无影响;裸地土壤含水率表现为阴坡 > 半阴半阳坡 > 阳坡;油松林地土壤含水率、土壤养分元素含量、土壤饱和导水率表现为阳坡 > 半阴半阳坡 > 阴坡,阳坡表层土壤（0—30 cm）石砾含量少于其他坡向,总孔隙度高于其他坡向。坡向对土壤性质及饱和导水率的影响是通过植被产生作用。在今后对林地土壤性质及水分入渗的研究中不能忽略坡向的影响。     

横断山区森林土壤饱和导水率传递函数的评价与构建研究

利用国际上具有代表性的9种土壤饱和导水率(Ks)传递函数模型估算了横断山地区贡嘎山不同类型森林土壤的K_s，并与实测数据进行了比较，结果表明，现有模型在横断山地区的拟合结果与实测数据的偏差极大，其在研究区的适用性差。结合研究区土壤含石率偏高的特点，增加土壤石砾含量(粒径>2 mm)作为输入变量，同时选取土壤容重、有机质含量和颗粒分布3种土壤基本特性参数作为输入变量，构建了本区域K_s传递函数模型：K_s=9.48+12.32×BD+0.29×SOM–1.94×GF+2.89×silt–5.34×sand，结果显示，模型预测值与实测值相关系数为0.67，该模型可以作为横断山地区自然林地K_s传递函数使用，从而为山地森林水文过程和自然灾害预警研究提供实用的参数估算工具。     

黄土区小流域土壤容重和饱和导水率的时空动态特征

土壤水力性质是评估降水入渗、径流发生以及土体可蚀性的重要参数。研究小流域尺度土壤水力性质的时空动态特征,对于以小流域为基本单元的黄土高原综合治理具有直接意义,有助于加深对相关生态水文过程的理解。以陕西省神木县六道沟老叶满渠小流域为对象,进行50 m×50 m网格布点(共73个样点),2014年8-10月期间每月测定1次表层土壤容重和饱和导水率,结合经典统计学与地质统计学的方法研究容重和饱和导水率的时空变化规律。结果表明:1)小流域尺度容重的月际变化趋势较为一致,整体呈正态分布规律,饱和导水率的月际变化强烈,呈偏态分布;容重较饱和导水率变化范围较小,变异程度较低;2)小流域尺度容重和饱和导水率在8-10月的半方差可用指数模型进行最优拟合,两者均表现出中等程度的空间依赖性;Kriging插值图表明小流域容重总体差异性较小,而饱和导水率差异显著;8-10月,西坡局部区域、坡顶的容重呈逐月增大趋势,而饱和导水率呈减小趋势;3)Pearson相关性分析表明,8-10月单次测定的容重和饱和导水率之间的相关性不明显;在同一土壤类型下(干润砂质新成土)表现出极显著的负相关关系(P0.01)。