区域土壤质地层次三维空间分布的地统计模拟方法比较

为了定量化描述冲积平原区土壤剖面质地层次的复杂变异性,本研究根据华北冲积平原一块面积约15 km2区域内的139个土壤剖面（0 ~ 2 m）观测数据,分别应用顺序指示模拟和多点地统计学模拟方法分析了区域内土壤质地层次的三维空间分布特征。前者的结果显示土壤质地层在水平方向上的分布具有很强的随机特性,而后者的结果表明土壤质地层在水平方向上的分布具有一定的规律性。将转移概率函数得到的各向同性分布比例和各向异性平均长度（厚度）用来生成三维训练图像,然后将生成的训练图像用于多点地统计学模拟,并与传统的顺序指示模拟结果进行了对比。结果表明,多点地统计学模拟在估计精度以及垂直方向上土壤质地层次连贯性的再现性上优于传统顺序指示模拟,所得结果能更好地反映土壤质地层次的空间分布特征。     

基于转移概率的区域土壤三维随机模拟及其不确定性评价

土壤质地空间变异对于区域土壤水分和溶质循环模拟研究至关重要。基于转移概率(Markov链)的随机条件模拟是一种能融合多源信息技术的地统计学模拟方法,与传统插值法和基于变异函数的条件模拟相比有诸多优势。本研究在封丘县域范围内采集了102个土壤剖面共计1 020个土壤样品,运用转移概率的地质统计学方法构建了土壤质地种类的三维空间分布模型,在500次随机模拟的基础上,分别得到了土壤质地种类空间分布图及其概率分布图。结果表明,一维垂向转移概率可以很好地描述研究区垂直方向上各类型土壤空间分布的不对称性与各向异性。采用转移概率的方式来描述土壤质地种类空间分布的不确定性,能够有效克服传统地统计学基于交叉变异函数或空间插值建模的缺点。     

农田土壤质地空间分布的三维随机模拟及其不确定性评价

定量描述土体三维构型对于土地利用及农田水肥管理研究极其重要.本研究根据华北山前冲积平原区一块农田内的109个土壤剖面观测数据,运用马尔科夫地质统计学方法构建了土壤质地种类的三维空间分布模型,在100次随机模拟的基础上,分别得到了土壤质地种类的优化分布图及其概率分布图.结果表明,一维嵌入转移概率模型能很好地描述农田水平和垂直方向上各土壤质地种类的空间连续性及毗邻转移趋势.优化分布图虽能直观反映土壤质地种类的空间分布特征,但存在明显的平滑效应,不能刻画土壤质地种类空间分布的不确定性.而采用概率分布的方式来描述土壤质地种类空间分布的不确定性,能够有效地克服该缺点.     

区域农田土壤质地剖面的随机模拟模型

冲积土壤剖面的质地层次分层是该类土壤的重要特性,对农田水分转化和溶质运移具有重要影响。本文论据已取得的研究结果,采用Ｍａｒｋｏｖ链理论提出了区域冲积土壤质地层次的随机模拟模型－ＭＣ模型和ＭＣ－ＬＮ模型,采用蒙特卡罗方法模拟了研究区的土壤质地剖面,并与实测结果进行了对比。     

一维马尔可夫链模拟黑河中游流域土壤质地垂向变异

黑河中游地区土壤剖面砂、黏层次相间排列的特点及部分区域剖面中出现的不透水层对土壤中的水分运动和溶质迁移具有重要影响。该研究调查了黑河中游100km2区域内土壤剖面的质地分层情况,运用一维嵌入马尔可夫链模型模拟该地区的土壤质地剖面。研究表明,研究区土壤剖面共出现砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土、黏质壤土、粉黏壤土和粉黏土7种质地类型,层次厚度呈对数正态分布。粉黏土未在表层土壤出现,而砂土在表层出现的概率明显高于其余质地类型,剖面某一质地层之下多出现细粒含量比其高的下一质地类型。剖面上相邻两质地层之间的转移具有明显的马尔可夫链特征(简称马氏性),且马氏链是平稳的。一维嵌入马尔可夫链模型能够较好地描述研究区土壤质地层次的垂向变化,剖面主要的质地层次组合为:砂—壤、壤—砂、壤—黏、黏—壤。对土壤质地剖面的定量模拟,可以为开展该区域土壤水循环、转化和溶质迁移等相关研究提供参考。     

土体构型对土壤水氮储运的影响研究进展

土体构型是土壤剖面中不同质地层次的排列、组合状况,其对土壤水分、溶质运移过程和作物生长等均具有显著影响,具有重要的农学和环境意义。本文对该领域的研究动态和最新进展作了综述,重点探讨了土体构型对土壤水分和氮素储存、运动过程的影响机理及其农学效应,并对今后有关土体构型的研究和改良技术的发展趋势进行了展望。     

模糊集理论在土壤剖面质地构型中的应用——以河南省封丘冲积平原区土壤为例

封丘县是典型的黄河中下游冲积平原区,不同层次土壤质地类型、厚度及其在剖面中的组合,是影响土壤水肥贮存与供给能力的重要因素。本研究通过39个土壤剖面和113个土钻样点的野外调查获取第一手资料。根据层次质地类型与其在剖面中出现位置两个基本特征定义特征质地层,在研究区最终确立了9种特征质地层。以特征质地层在已观测土壤剖面和土钻样本中出现缺失特征以及厚度参数为基础数据,应用模糊c-均值算法模型,研究区观测土壤被自动划分为9种特征质地层组合类别,亦称为土壤剖面质地构型。结合普通克里格空间预测方法,实现了9种土壤剖面质地构型在空间上分布的单一类别隶属度图和去模糊化图。剖面不同质地层次在垂直方向的组合特征以及不同土壤剖面质地构型在水平方向上的分布规律,为区域耕地质量评价、生产潜力评估以及改良、利用实践提供了更加客观、丰富的基础信息。     

潮土区农田土体构型层次的探地雷达无损探测试验

为探究探地雷达对自然土壤土体构型进行快速无损探测的可行性,该文首先利用基于时域有限差分法的Gpr Max2D软件模拟4种具有不同介电特性差异的土壤层次的土体模型,识别雷达电磁波在具有不同土壤介电特性差异的土壤层次中传播时反射波振幅和相位的客观变化规律;然后于2016年在位于黄淮海平原潮土区的河北省曲周县选择夹黏型和底漏型2种土壤层次较明显的农田土体构型进行GPR探测试验,并挖掘土壤剖面,通过雷达图像处理软件和MATLAB编程处理雷达图像并提取波形数据,根据模拟获取的规律进行土壤层次识别,对比探测层厚与实际剖面层厚。研究结果显示,雷达电磁波在不同介质分界面处发生反射,两侧介电特性差异越大,反射波振幅越大;上层介质介电常数小于下层会发生正反射,反之发生负反射;实测波形比模拟波形杂乱;通过电磁波振幅和相位变化识别层次界面清晰的夹黏型土体构型中较厚层次的厚度的相对误差(9%)要小于识别层次界面不清晰的底漏型土体构型各层厚度的相对误差(9%);可识别的层次界面反射系数均大于0.02,两侧土壤具有较大介电特性差异;通过客观判读依据可以判别农田潮土的层次结构,但层次界面的整齐清晰程度、界面两侧介电特性差异程度和相邻层次的厚度大小影响着探地雷达探测效果。该文可以为相关研究提供参考,为实现土体构型这一重要耕地质量指标的快速监测提供借鉴。     

沿海滩涂土壤盐分空间分布的三维随机模拟与不确定性评价

为揭示滨海滩涂地区土壤盐分三维空间分布特点并提供相关技术方法与思路,以苏北海涂围垦区典型地块为例,综合采用三维克里格和随机模拟方法对土体盐分含量的三维空间分布进行估值、模拟与对比分析,并对土体盐分三维分布的空间不确定性进行评价。结果显示,由克里格法得到的土壤盐分空间分布具有明显平滑效应,减小了数据间的空间差异并改变了数据的空间结构;序贯高斯模拟结果整体分布相对离散,突出了原始数据分布的波动性;研究区土壤盐分随深度增加而升高,存在一定次生盐渍化风险;围垦后研究区土壤盐渍化的发生概率已有所降低,轻度盐化土和中     

应用Markov链理论定量描述区域冲积土壤质地层次的垂向变化特征

冲积土壤剖面质地层次的垂向变化是一个十分复杂的问题,长期以来都是定性描述而无法定量化,但土壤剖面的质地层次组合特点对土壤水分转化和溶质运移等具有重要影响,对其定量地描述和研究是进一步准确定量区域农田水转化和溶质运移的基础。马尔可夫链理论是用来描述随时间（空间）变化的一个离散状态序列的状态转移特性的,本文就其引入来研究冲积土壤剖面质地层次的垂向变化规律。研究结果表明,区域冲积土壤剖面质地层次的垂向变     

冲积平原区土壤碳密度估算及其空间分布

冲积平原区通常具有复杂的剖面质地层次排列,为了准确估算冲积平原区土壤碳密度的空间分布特征,该文在华北冲积平原区的河北曲周县选取了121个土壤剖面,测定了各土层有机碳含量,构建了基于负指数函数的土壤有机碳垂向分布模型,结合地统计学方法绘制了该县土壤碳密度的空间分布图。结果表明,土壤有机碳含量随深度增加呈逐渐递减的趋势,各土层有机碳含量均属于中等变异程度。0~20和20~40 cm土壤有机碳空间连续性较好,它们的空间相关距离分别为14和3 km,而下层(40 cm)土壤有机碳均表现为纯块金效应结构。土壤有机碳垂向分布模型可以很好地描述剖面土壤有机碳含量的变化特征,且预测与实测的土壤有机碳含量的均方根误差仅为0.70 kg/m3,决定系数达到了0.95。曲周县土壤有机碳密度的空间分布总体表现为西北高东南低的趋势。其空间分布主要受土壤类型和质地的影响,其中潮土和盐化潮土的碳密度明显高于褐土化潮土,质地较细的土壤(轻壤、中壤和粘土)碳密度明显高于质地较粗的土壤(砂土和砂壤)。该研究为冲积平原区土壤碳密度的估算提供了一种新的方法。     

Regional-scale modelling of the spatial distribution of surface and subsurface textural classes in alluvial soils using Markov chain geostatistics

Soil texture is directly associated with other soil physical and chemical properties and can affect crop yield, erodibility and water and pollutant movement. Thus, maps of soil textural class are valuable for agricultural management. Conventional spatial statistical methods do not capture the complex large-scale spatial patterns of multi-class variables. Markov chain geostatistics (MCG) was recently proposed as a new approach for the conditional simulation of categorical variables. In this study, we apply an MCG algorithm to simulate the spatial distribution of textural classes of alluvial soils at five different depths in a 15-km² area on the North China Plain. Soil texture was divided into five classes – sand, sandy loam, light loam, medium loam and clay. Optimal prediction maps, simulated maps and occurrence probability maps for each depth were generated from sample data. Simulated results delineated the distribution of the five soil textural classes at the five depths and quantified related spatial uncertainties caused by limited sample size (total of 139 points). These results are not only useful for understanding the spatial distribution of soil texture in alluvial soils, but also provide valuable quantitative information for precision agriculture, soil management and studies on environmental processes affected by surface and subsurface soil textures.     

冲积平原上区域土壤质地层次的某些分布特征

本文根据冲积平原区上一个１５平方公里区域内格网化布点的大量土壤剖面质地层次的观测数据,采用地统计学方法研究区域粘土层一些指标值的空间变异结构,通过概率统计研究了区域内几种地质类型层次厚度的概率分布特征。研究结果表明,第一粘土层厚度,第一粘土层出现深度,１米内粘土层总厚度和２米内粘土层总厚度的最大相关距离均在１５００米－２０００米之间,各种类型质地层厚度的概率分布均具有对数正态分布的特点。     

土壤盐分和含水量的空间变异性及其CoKriging估值——以黄河三角洲地区典型地块为例

以黄河三角洲地区典型地块为研究区，运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了不同深度土层盐分和含水量的空间变异特征。结果表明：研究区土壤盐分和含水量普遍较高，土壤表层积盐作用明显；各层土壤盐分均属于中等变异强度，土壤含水量除表层为中等变异强度外，其余各层为弱变异强度；受结构性因素和随机性因素的共同作用，各土层盐分和含水量均具有中等的空间相关性。对Kriging插值结果分析表明，研究区各土层盐分和含水量在一定的范围内均存在着空间上的相关性和变异性，表层土壤盐分和含水量的空间分布主要受微地形和气候条件的影响，地下水性质是主导深层土壤盐分及含水量空间分布的主要因素。分别采用表层土壤盐分及相应土层含水量对深层土壤盐分进行CoKriging估值，均能提高估值精度，采用表层土壤盐分对深层土壤盐分进行CoKriging估值的精度要明显高于采用土壤含水量，其估计方差减少百分数最大达到167．36％。     

黄河三角洲地区典型地块土壤盐分空间变异特征研究

针对目前黄河三角洲地区存在的土壤盐渍化问题，以黄河三角洲地区典型地块为研究区，运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了不同深度土层盐分含量的空间变异特征，绘制了各土层盐分的随机性和结构性的半方差图以及空间分布图。结果表明：受内在因子和外在因子的共同作用，各土层含盐量均具有中等的变异强度和空间自相关性，自相关距差异不大。Kriging插值结果表明，研究区内各土层含盐量的空间分布表现为条带状和斑块状分布。微地形和气候条件是影响表层土壤盐分空间变化的主要因素，地下水性质是影响深层土壤盐分空间分布的主要因素。该研究为黄河三角洲地区盐渍化土壤的分区、改良、管理和合理利用提供了理论基础和参考依据。     

SOIL TEXTURE PATTERNS IN THE ALLUVIUM OF THE LOWER INDUS PLAINS

Soil texture was mapped in the immature alluvial soils of the Lower Indus plain. A disadvantage of soil texture as a mapping criterion in such soils is the great complexity of their textural patterns. The geomorphological background of the Lower Indus plains is examined, and a classification of texture and textural profiles is defined. The mapping unit proposed, the‘textural association', comprises a certain range of textural profiles within a given landform, related to each other by the modes of deposition which established that landform. It seems likely that the textural association could, in more detailed surveys, form the basis of a soil series classification.