荒漠绿洲过渡带土壤饱和导水率的空间变异特征

土壤饱和导水率(saturated hydraulic conductivity,Ks)是影响土壤水文过程的重要参数,反映了土壤的入渗性能与持水能力。为探究荒漠绿洲过渡带土壤Ks的空间分布特征及影响因素,基于网格法(2 km×2 km)在黑河中游荒漠绿洲过渡带不同景观类型布设27个样点,获取0—30 cm土层基本物理性质,并利用Hood-IL 2700入渗仪测定土壤Ks。采用经典统计学和地统计结合的方法分析土壤Ks空间分布特征及其影响因素,建立Ks的土壤传递函数。结果表明:(1)土壤Ks变异系数为1.21,属强变异,Ks和土壤水分(SW)、有机质、黏粒(clay)、粉粒含量呈极显著负相关(P0.01),与容重(ρ_b)、砂粒含量呈极显著正相关(P0.01)。(2)土壤水分半变异函数最佳拟合模型为指数模型,容重、黏粒含量均为球状模型,容重、土壤水分和黏粒的最佳采样距离分别为0.38～0.77,1.86～3.72,1.41～2.83 km。(3)建立的传递函数为log Ks=-2.914+2.772ρ_b-0.09SW+0.068clay,容重、土壤水分和黏粒含量可作为模拟区域饱和导水率空间分布状况的预测变量。研究结果为荒漠绿洲过渡带土壤水分运移及模拟提供重要的数据支撑。     

露天煤矿排土场边坡表层土壤水分物理性质空间变异特征

为加快海州露天煤矿排土场边坡的水土流失治理进程,同时为同类矿山排土场边坡的有效治理提供理论依据与技术支持,基于GIS原理,采用地统计学与经典统计学相结合的方法开展对排土场边坡表层土壤水分物理性质的空间变异性及其分布特征的研究。结果表明:排土场边坡表层土壤容重表现为弱变异性,饱和导水率表现为强变异性,毛管孔隙度与砾石含量表现为中等变异;毛管孔隙度的相关距离大于容重、砾石含量和饱和导水率,其在坡面分布上的均一性高于其他土壤水分物理性质;土壤水分物理性质具有强烈的空间相关性,其Co/(Co+C)值介于4.88%~15.95%;在排土场边坡不同研究尺度下,同一土壤水分物理性质相关距离范围变化规律较为一致;容重和砾石含量沿坡长方向从上到下表现为先增大后减小的趋势,毛管孔隙度和饱和导水率则为先减小后增大的趋势,土壤水分物理性质在各个坡位的变异程度不一且差异显著。     

亚热带红壤丘陵区坡地土壤性质空间变异特征

土壤性质是影响坡地降雨入渗、产流及土壤水再分布的重要因素。研究坡地土壤性质的空间变异特征,有助于进一步研究坡地降雨入渗产流规律。通过对20m×24m径流小区土壤性质的空间变异特征分析,结果表明:(1)沿坡面,从坡上向坡下砂粒含量逐渐减少,土壤质地总体变细;有机质含量变化不大;土壤容重和饱和导水率均呈弱变异性。(2)在剖面内,从表层(0~10cm)向深层(120~130cm),土壤质地逐渐变粗,为弱变异性;有机质含量变化趋势明显,从地表向深层依次减小,坡上和坡下表层有机质含量分别高出深层约8.6和7.6倍,为中等变异性;土壤容重呈波状增大的变化,变化范围为1.08~1.63g/cm3,整体为弱变异性;土壤饱和导水率最大值出现在表层,向深层有呈波状减小的变化趋势,且波动强度依次减小,变异强度大,属强变异性,其大小属“高级”水平。     

坡面尺度土壤特性的空间变异性

通过对20m长坡面土壤特性空间变异性的经典统计学分析,结果表明:(1)在同一土壤剖面内,各级粒径含量呈弱变异性,而有机质含量随土层深度的增大而逐渐降低,呈中等变异性;(2)土壤干容重的空间变异性较小,呈弱变异性,但土壤饱和导水率的空间变异性较大,呈中等变异性;(3)水分特征曲线具有一定的空间变异性,比水容量空间变异性较大,呈中等变异性。坡面土壤饱和导水率和干容重的等值线图表明,土壤饱和导水率的变化趋势并不仅仅取决于土壤干容重的相对大小,可能与有机质含量、黏粒含量以及根系分布情况等也有一定的关系。     

碱化盐土饱和导水率特征与影响因素研究

选择碱蓬地和碱斑地2组典型碱化盐土剖面,对原状土和扰动土的饱和导水率(K10)进行了测定,并分析了盐度、碱度、结构、有机质、质地、容重等土壤基本性质对土壤饱和导水率的影响。结果表明:碱化盐土的K10极低,原状土仅为0.05~0.22mm d-1,其与土壤碱度、盐度、结构系数、团聚度的相关性均无显著统计学意义,与土壤有机质含量极显著(p0.01)负相关,与砂粒和粉粒含量分别呈极显著(p0.01)正相关和负相关,与砂粒/(粉粒+黏粒)呈极显著(p0.001)直线递增关系,底层(20~100 cm)原状土和表层(0~10 cm、10~20 cm)扰动土K10均与土壤容重呈极显著(p0.001)幂函数递减关系;土壤质地和容重对K10的影响存在交互作用。     

烟田土壤质地的空间变异性研究

为了解烟田土壤质地的空间变异情况进而为烟草精准施肥提供依据,本研究在地统计学和GIS的支持下,以半方差函数为基本工具,分析了平顶山地区典型烟区耕层土壤质地的空间变异特征,并运用普通克里格(Kriging)进行最优无偏线性插值,制作了黏粒、砂粒和粉粒的空间分布图。结果表明,研究区域内不同土壤颗粒在较大范围内存在空间自相关性,黏粒、砂粒和粉粒的空间自相关距离分别为609m、657m和429m;黏粒和砂粒由结构性因素引起的空间变异达80%。各向异性分析都表明,黏粒和砂粒存在较强烈的各向异性,粉粒各向异性则较小。对试验土壤来说,土壤质地具有较强的空间自相关性和变异性,这可能是影响土壤养分空间变异性的主要原因,因此在设计施肥方案时应考虑土壤质地空间变异性的影响。     

冀西山前冲积扇区土壤机械组成模型制图对比研究

探索适合地形平缓的山前冲积扇地区土壤机械组成的空间预测方法。以河北省灵寿、行唐、曲阳县400 m高程以下区域为研究区,结合地形因子、土壤类型、归一化植被指数、地表温度等环境变量,选择基于对称对数比(SLR)转换的普通克里格法(SLR-OK)、回归克里格法(SLR-RK)、随机森林法(SLR-RF)3种方法,对训练集114个样点表层土壤机械组成的空间分布进行预测,并通过验证集50个样点比较了3种方法的预测精度。(1)从空间预测图来看,砂粒呈现出西北低、东南高的空间分布趋势;粉粒和黏粒与砂粒相反。与SLR-OK法相比,SLR-RK法和SLR-RF法能够更好地反映局部变异并减小平滑效应。(2)对于砂粒和粉粒,SLR-RF法对验证集含量预测的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)均低于其他两种方法,且决定系数最高,表明SLR-RF的预测精度最高;对于黏粒,SLR-OK法对验证集含量预测的MAE和RMSE均低于其他两种方法,且决定系数最高,表明SLR-OK法的预测精度最高。(3)线性回归预测模型的辅助变量包括高程、土壤类型和风力作用指数;随机森林法模型的辅助变量包括高程、土壤类型、归一化植被指数、地表温度、风力作用指数和流量累积,对于砂粒和粉粒,土壤类型和高程是重要的辅助变量,归一化植被指数、地表温度、风力作用指数和流量累积重要性相对较低。研究区砂粒和粉粒空间预测的最优方法为SLR-RF法,在山前冲积扇地区地形较平缓,砂粒和粉粒对地形变量敏感;黏粒空间预测的最优方法为SLR-OK法。     

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。     

黄土高原坡地表层土壤饱和导水率和水分含量空间变异特征

表层土壤水分含量和饱和导水率对深层土壤水分的动态的变化具有重要的决定作用。在黄土高原坡地（50m×360 m）范围内进行网格（10 m×10 m）取样,用地统计学方法研究表层（0～30 cm）土壤饱和导水率和水分含量的空间变异特征。结果表明：1）坡地表层土壤密度变化规律为坡下位大于坡上位,土壤饱和导水率变异系数为0.37,属于中等变异强度;2）饱和导水率和自然对数化的饱和导水率在360 m尺度内均不具备空间结构特征,是纯随机变量,线性有基台模型适用于描述表层土壤水分的分布特征,水分分布存在明显的块金效应,并且随滞后距离的增加半方差变大;3）饱和导水率和水分含量从坡上位到坡下位均呈现波浪式变化,饱和导水率大的采样点土壤水分含量低,反之则高。     

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。     

砂壤质褐土饱和导水率与物理性质的多尺度关系——小波分析法

正确估算土壤水力特性是准确了解土壤水分运动和溶质运移过程的前提。土壤水力特性具有明显的空间变异特征,由于其空间异质性是各种物理、化学和生物过程(如生物活动、耕作、地形、土壤侵蚀)在不同尺度下综合作用的产物,导致其变异     

基于三维Copula函数的滴灌硝态氮淋失风险评估方法

硝态氮淋失是滴灌系统设计和运行管理需要考虑的重要因素。该研究构建了滴灌条件下的水氮运移模型,利用HYDRUS-2D软件进行了求解,模拟分析了田间尺度砂壤土饱和导水率和初始含水率空间变异对NO₃^--N淋失率的影响,并利用三维Gumbel-Hougaard Copula函数构建了土壤饱和导水率、初始含水率和NO₃^--N淋失率的联合分布函数,分析了给定土壤饱和导水率和初始含水率条件下NO₃^--N淋失率超过某一阈值的条件概率。结果表明,NO₃^--N淋失率概率密度函数可用指数函数表示;土壤饱和导水率和初始含水率的空间变异会明显增加NO₃^--N淋失风险;NO₃^--N淋失率超过给定阈值（6.4%,均质土壤条件下的NO₃^--N淋失率）的条件概率基本随土壤饱和导水率和初始含水率的增大而增大。构建田间尺度土壤特性参数（如饱和导水率、初始含水率等）与NO₃^--N淋失率的联合分布函数为研究多变量空间变异条件下NO₃^--N淋失风险评估提供了参考。     

六盘山华北落叶松坡面土壤饱和导水率空间异质性及其影响因素

为深入理解森林坡面土壤饱和导水率的空间变异,利用经典统计学和地统计学的方法研究六盘山华北落叶松人工林坡面不同土层土壤饱和导水率的空间异质性,并基于相关性分析揭示其空间变异的主要因素。结果表明:(1)随土层的加深,土壤饱和导水率逐渐增加,不同土层土壤饱和导水率的空间变异程度存在差异,表现为40—60 cm土层土壤饱和导水率为强变异,其他土层均为中等变异。(2)不同土层土壤饱和导水率的空间结构也存在差异,20—40,40—60,60—80 cm土层土壤饱和导水率表现为强烈的空间自相关性,0—20,80—100 cm土层土壤饱和导水率表现为中等空间自相关性。(3)坡面土壤饱和导水率与石砾含量、非毛管孔隙度、毛管持水量、田间持水量和毛管孔隙度显著相关。综上,研究坡面土壤饱和导水率具有较强的空间变异,石砾含量和土壤物理性质是影响研究坡面土壤饱和导水率空间分布的主要因素。     

基于地形属性使用回归, 克里格和人工神经网络方法估算饱和导水率空间分布

Several methods,including stepwise regression,ordinary kriging,cokriging,kriging with external drift,kriging with varying local means,regression-kriging,ordinary artificial neural networks,and kriging combined with artificial neural networks,were compared to predict spatial variation of saturated hydraulic conductivity from environmental covariates.All methods except ordinary kriging allow for inclusion of secondary variables.The secondary spatial information used was terrain attributes including elevation,slope gradient,slope aspect,profile curvature and contour curvature.A multiple jackknifing procedure was used as a validation method.Root mean square error (RMSE) and mean absolute error (MAE) were used as the validation indices,with the mean RMSE and mean MAE used to judge the prediction quality.Prediction performance by ordinary kriging was poor,indicating that prediction of saturated hydraulic conductivity can be improved by incorporating ancillary data such as terrain variables.Kriging combined with artificial neural networks performed best.These prediction models made better use of ancillary information in predicting saturated hydraulic conductivity compared with the competing models.The combination of geostatistical predictors with neural computing techniques offers more capability for incorporating ancillary information in predictive soil mapping.There is great potential for further research and development of hybrid methods for digital soil mapping.     

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)。     

Influence of water content and soil properties on unsaturated hydraulic conductivity of some red and black soils

The unsaturated hydraulic conductivity was determined in the laboratory for some red and black soils, following water movement into a horizontal column of homogenous soil of uniform packing. A highly significant positive relationship was found between moisture content and hydraulic conductivity values in all the soils studied. Correlation coefficients calculated for the relationships between soil constituents/properties and the change in hydraulic conductivity per unit change in moisture content (regression coefficient between hydraulic conductivity and moisture content) have shown positive relationship to sand and negative relationships to silt, silt + clay, clay, carbonates, aggregates > 0.25 mm and saturated hydraulic conductivity. It is concluded that the unsaturated hydraulic conductivity decreases rapidly with decrease in moisture content and this decrease depends on the soil constituents/properties and differences between soil types are clear.     

土壤渗透参数空间变异性及其影响因子研究

土壤渗透参数的空间变异性是地形因子以及土壤理化性质综合作用的结果,是影响水以及溶质迁移转化的关键因素。在坡地随机布设24个点位,测定30cm土壤的渗透参数、地形指数、容重、颗粒组成、有机质、交换性钠、CEC(阳离子交换量)和ESP。在经典统计学以及Kolmogorov—Smiromov(K—S)正态分布检验概率(Pk—s)检验基础上对数据进行了空间结构分析。结果表明,Kfs、容重、砂粒、黏粒、有机质、CEC等符合正态分布,交换性钠和ESP等属于对数正态分布;粉粒属于均匀分布;Kfs、容重、砂粒、黏粒、有机质、交换性钠和ESP等空间结构明显,CEC空间变异性较大;并以相关分析和主成分分析相结合的方法,分析了土壤渗透参数空间变异的主要影响因子。     

黄土区采煤塌陷对土壤水力特性的影响*

通过对山西省平朔矿区塌陷区、原地貌和复垦区进行调查采样和实验室分析,研究采煤塌陷对土壤容重、含水量、田间持水量、饱和导水率和土壤崩解速率等指标的影响。结果表明:塌陷区土壤容重、含水量和田间持水量处于弱变异到中等变异区间,饱和导水率和崩解速率均为强变异;塌陷虽使土壤容重增加,但影响幅度不大;土壤含水量受塌陷影响规律不明显;田间持水量受塌陷影响明显(p0.05),较未受损地区降低6.2%~15.5%;在采煤塌陷的影响下,土壤饱和导水率和崩解速率显著增加(p0.05);复垦区土壤水力特性与原地貌没有显著差异(p0.05),且各层次之间差异性也不显著(p0.1)。