南方农田土壤容重空间变异性及其尺度效应

以南方典型农田作物生长地为试验区,利用经典统计与地统计学方法,分析研究了选定区域不同深度土层(0~10,10~20 cm)土壤容重的空间异质性及其尺度效应,并对试验区农田土壤容重进行空间插值估算.结果表明农田土壤容重变异系数较小,为弱变异.半方差函数分析表明土壤容重的块基比小于10%,田间土壤容重由空间自相关部分引起的异质性程度很大.在尺度效应研究中,随着采样幅度增大,变异系数呈先减小后增大趋势;通过调整采样点位置"再采样"发现,当采样间距增大时,土壤容重变异系数变化幅度很小(6.32%~7.92%),而相关距离却减小.说明当采样幅度一定时,采样间距对土壤容重变异系数的影响很小.通过空间插值估算,绘制等值线图发现两层土壤容重也具有相关联的空间分布规律,且呈显著正相关关系,相关系数为0.76.此外,土壤容重空间变异受人为活动影响程度大.     

滴灌条件下排水暗管间距对土壤盐分淋洗的影响

在滴灌淋洗条件下设计暗管排水试验,研究暗管不同埋设间距(15、20、25 m)对土壤剖面盐分分布及脱盐淋洗效果的影响。结果表明:滴灌淋洗期间,0~70 cm土层含盐量显著降低,与CK相比,试验地不同地段土壤平均含盐量减少10 g/kg以上。从暗管上方至相邻暗管中点位置处不同剖面土壤平均脱盐率逐渐减小,15、20、25 m间距小区在0~100 cm埋深土壤中点位置处最大脱盐率分别为84.01%、77.75%、73.98%,土壤整体脱盐率介于51.82%~60.43%之间。吸水管埋管间距越小,小区暗管排水阶段排水流量越大,排水矿化度、电导率也越大,但成本会略高。15 m间距相比20、25 m间距小区每公顷多投入的成本和平均脱盐率差值分别为8 430、12 570元和4.78%、8.61%;15 m间距暗管处理在水平距离暗管0、5、7.5 m处土壤脱盐率最大值分别为86.47%、85.15%、84.01%,且排水期间排水流量、矿化度、电导率最大,分别为2 m~3/h、189.15 g/L和35.9 mS/cm;土壤盐分淋洗效果优于20、25 m间距小区,淋洗相同盐分含量土壤所需灌水量也低于20、25 m间距;2次灌水后0~70 cm土层盐分整体已降至10 g/kg以下,作物生长条件大为改善,适宜作为指导新疆盐渍土改良滴管条件下暗管间距布设参数的依据。     

猕猴桃果园不同采样密度下土壤含水率空间变异性研究

为揭示小区尺度乃至微尺度土壤含水率的空间变异性,在杨凌地区猕猴桃果园选取40 m×40 m区域,并在此基础上再以8、2 m为间距进行网格划分,基于经典统计学和地统计学理论,对不同采样密度条件下0~60 cm土层土壤含水率的空间分布特征及其空间变异性进行了研究。结果表明,对于40 m×40 m(L)、8 m×8 m(M)和2 m×2 m(S)3种尺度,0~60 cm深度各土层土壤含水率在水平方向上的变异强度表现为弱变异至中等(偏弱)变异,且随尺度减小和土层深度增加而减小,且所有取样点处0~60 cm深度内土壤含水率在垂直方向上的变异强度表现为弱变异至中等(偏弱)变异。在3种尺度中,土壤含水率存在强烈的空间相关性,表征土壤含水率空间分布形态的半方差函数因尺度不同存在较大差异,L尺度可采用球状和指数模型,M尺度可采用线性模型,S尺度可采用高斯、指数、线性模型。L尺度合理取样数较实际少,而M和S尺度合理取样数较实际多,对于3种尺度,基本表现出0~30 cm土层合理取样数较实际多、30~60 cm土层合理取样数较实际少,表明取样点的合理性分布有待进一步优化。由于地形原因导致当地果园内南北侧土壤含水率空间分布存在较大差异。     

黄河三角洲盐渍土蒸发对土壤盐分变化的响应特征

为了探明黄河三角洲盐渍土蒸发对土壤盐分变化的响应特征,采用矿化度分别为5,10,30,50,70,90 g/L的咸水灌溉黄河三角洲0~40 cm土壤,获得不同盐分梯度的盐渍土处理,依次标记为处理T1—T6,并测定各处理的土壤含水率和电导率、蒸发强度和累积蒸发量等指标.结果表明,蒸发过程中表层土壤含水率和电导率均随土壤含盐量增加呈逐渐增加趋势;蒸发结束时,处理T1—T6的土壤表层平均含水率比试验初期降低了80.0%~95.8%,表层含水率的降低幅度随着含盐量增加而逐渐降低;土壤表层电导率分别增加135%~330%,且蒸发前期表层电导率增加幅度明显高于蒸发后期.土壤含盐量对土壤剖面含水率及电导率分布影响差异具有统计学意义,蒸发结束时,处理T1—T6表层0~2 cm比3~6 cm土壤含水率低了8.3%~30.5%,土壤电导率则高了82%~196%,且随着土壤含盐量增加,盐分对土壤剖面盐分分布的影响逐渐增强,表层与深层土壤含盐量差异逐渐增大.蒸发过程中,土壤平均蒸发强度和累积蒸发量随土壤含盐量增加呈降低趋势,处理T1—T6的平均蒸发强度为3.5×10^-4,3.5×10^-4,3.4×10^-4,3.2×10^-4,3.0×10^-4和2.7×10^-4 mm/d,土壤累积蒸发量分别为26.13,26.20,25.50,24.26,22.50和20.58 mm,且蒸发前期各处理的土壤平均蒸发强度及累积蒸发量均高于蒸发后期,土壤含盐量对土壤蒸发的抑制作用主要在蒸发前期.研究表明土壤含盐量可影响土壤剖面含水率与电导率分布以及土壤蒸发强度和累积蒸发量.     

基于MODIS数据的土壤水分空间变异规律

以沧州地区为例,利用MODIS数据计算得到植被供水指数,分析构建植被供水指数与实测土壤含水率之间的相关模型,进而反演得到整个沧州地区的墒情状况,以此为基础运用经典统计学和地统计学理论,研究3种尺度下土壤含水率的空间变异性,确定各尺度下土壤水分监测点的合理采样数目。结果表明,小尺度下(采样间距250m)土壤水分具有较强的空间相关性,而大尺度(采样间距4 000m)和中尺度(采样间距1 000m)的土壤水分均呈中等的空间相关性;随着研究尺度的增大,土壤含水率的空间相关性减弱,由随机因素引起的空间变异性逐渐增强;根据空间变异规律,分别得到置信度为0.10、0.05情况下不同尺度的土壤水分监测点的合理采样数目,并发现采用数目随研究尺度的增大而增加。     

黑河中游绿洲麦田土壤导气率空间变异尺度性研究

为了明确黑河中游绿洲麦田土壤导气率空间变异研究中的尺度性问题,在张掖地区面积为21 m×21 m的小麦田用3 m×3 m的网格布设来测定土壤导气率,运用改变采样间距和幅度的分析方法,得到选取相关距离、变异系数及Moran's I指数这3个参数作为判断表征土壤导气率空间变异的依据,进一步研究不同采样幅度与采样间距对土壤导气率空间变异产生的影响。研究结果表明,在一定范围内,表征土壤导气率变异特征的相关距离、变异系数及Moran's I指数会随着采样幅度尺度的增大而增大;当采样间距增大时,会出现相关距离减小,而Moran's I指数与变异系数两者却没有变化的两种截然相反的情况。     

土壤水盐空间异质性及尺度效应的多重分形

为了揭示研究区域林地内土壤含水率和电导率的空间分布特征及尺度效应，利用多重分形方法，对杨凌一林地内不同采样时间和不同采样面积下土壤含水率和电导率的空间异质性进行了研究。结果表明：3种采样面积下土壤含水率和电导率的空间异质性都分别随平均含水率和电导率的增大而减弱。随采样面积的增大，平均含水率和电导率较高时，土壤含水率的空间异质性趋于增强，土壤电导率的尺度效应不明显；平均含水率和电导率较低时，土壤含水率和电导率的空间分布都存在明显的斑块结构。不同采样时间和不同采样面积下土壤含水率和电导率的多重分形谱的形态有所差异，表明引起他们空间异质性的信息有所不同。多重分形分析能揭示出较多的采样林地内土壤含水率和电导率分布的局部信息。     

黑土区玉米穗质量与影响因素的联合多重分形研究

为揭示黑土区玉米穗质量与影响因素相互关系的尺度效应,在分析玉米穗质量与影响因素空间变异的基础上,利用联合多重分形方法研究玉米穗质量与影响因素的多尺度相关性。结果表明:研究区玉米穗质量的变异程度为中等,茎粗的变异程度随时间变化由中等变为弱变异,其他影响因素的变异程度为弱变异;玉米穗质量与影响因素的空间相关范围介于7.15~66.51 m;玉米穗质量、叶绿素含量、土壤容重、土壤粒径分布体积分形维数具有强烈空间相关性,茎粗、土壤含水率、土壤饱和含水率具有中等空间相关性;单一尺度上茎粗和叶绿素含量对玉米穗质量的空间变异性有显著影响,多尺度上叶绿素含量、土壤粒径分布体积分形维数、茎粗、土壤含水率对玉米穗质量的空间变异性有显著影响;玉米穗质量与土壤特性、不同时期作物生长指标的多尺度相关程度绝大部分都大于单一尺度上的相关程度;随取样时间变化,玉米穗质量与茎粗在单一尺度和多尺度上的相关程度均先增后降,但开始降低的时间不同。     

苏北典型滨海滩涂草滩土壤盐度、电导率与含水率的关系

为探讨苏北滨海滩涂土壤盐度(S)、电导率(EC)与含水率(θm)的分布状况及相互关系,采集典型滨海滩涂草滩表层土壤,测定其水土比5:1全盐量、电导率及含水率,并分析其分布规律和相互关系。结果表明:1滩涂草滩表层土壤盐度、电导率、含水率分别在0.57%~1.97%、1.6~5.0mS/cm、25.2%~28.7%之间,盐度和电导率均表现为芦苇滩碱蓬滩互花米草滩,而含水率则表现为芦苇滩碱蓬滩≈互花米草滩。2盐度和电导率相关性极显著(r=0.99,p0.01),关系式为:S(%)=0.408 2EC(mS/cm)-0.112 1;3各演替带土壤盐度、电导率与含水率的相关性均不显著(p0.05),但滩涂草滩总体上表现为土壤盐度、电导率与含水率呈极显著负相关关系(rS=-0.52,rEC=-0.50,p0.01);且当土壤盐度低于1%时,盐度、电导率与含水率负相关更为显著(rS=-0.71,rEC=-0.71,p0.01);而盐度高于1%时,相关性则不显著(p0.05)。滩涂草滩表层土壤盐度除受到植物、海水影响外,降水等淡水来源以及土壤本身特性可能也是重要的影响因素。     

压砂地土壤盐分演替特征研究

针对西北旱区特有的压砂地,分析了不同种植年限压砂地土壤盐分演替特征,结果表明,裸地及新、中、老压砂地土壤盐分平均相对偏差介于-15.43%~28.14%之间,标准差介于4.44%~31.02%之间,变化范围较小,Spearman秩相关系数较大且显著相关,通过时间稳定性可初步确定研究区土壤盐分均值的代表性测点。盐分均值与代表测点值相关系数的变化范围为0.762~0.952,标准误差及平均偏差均较小,代表测点的土壤盐分与区域平均值相关性较高,差异性较小。对新砂地表层土壤盐分进行时空模拟,各时段土壤盐分累计分布曲线变化规律相似,模拟值与实测值略有差异,其空间分布基本趋势与实测数据相符。各时段土壤盐分均属于中等弱变异性,盐渍化程度表现为裸地老砂地新砂地中砂地,压砂地土壤盐分时刻都在发生着演替,中砂地土壤盐渍化程度最小,但伴随着种植时间的延长和覆盖砂石土砂比的增加,老砂地土壤盐渍化呈加剧趋势。     

基于EM38-MK2的滨海土壤电导率精确解译模型

以黄河三角洲为研究对象,通过土壤样品分层采集进行室内分析获得土壤电导率(1∶5)及采用EM38-MK2在采样点测量水平和垂直模式下土壤表观电导率,应用回归及多元逐步回归模拟分析的方法,研究土壤表观电导率与不同深度土层土壤电导率的相关性,并进行精度验证,以获得基于新型电磁感应仪的不同剖面深度处土壤电导率精确解译模型,实现区域尺度土壤盐分在不同剖面深度处空间分布格局快速评定.研究结果表明:多模式下测定的土壤表观电导率与不同土层土壤电导率呈现不同程度的显著性相关;联合多模式下土壤表观电导率解译土壤电导率的精度高于单一模式;表层土壤电导率协同土壤表观电导率可以提高亚表层及底层土壤电导率的预测精度.本研究可以为快速调查土壤盐渍化及盐渍土改良与利用提供思路,以节约成本和提高效率.     

时域反射仪测定高含盐土壤盐分研究

采用室内试验的方法,通过使用时域反射仪(TDR100)测定不同含盐量及不同含水率土样的电导值,与采用电导率仪测定的土壤溶液电导值及烘干法测得的含水率值进行比较。结果表明,它们之间存在显著的线性关系。并根据测定结果得到标定公式,提出使用TDR测定高含盐量土壤含盐量的方法。试验结果可为河套灌区野外测定土壤含盐量提供参考。     

利用电容式传感器连续监测土壤硝态氮质量分数的试验研究

通过室内和田间试验,研究土壤硝态氮质量分数与电容式传感器监测的土壤电导率、含水率和温度的定量关系。在室内以NH4NO3分析纯为溶质,进行了溶液质量浓度0～10g/L的7次土柱试验;在2009年和2010年春玉米生育期内监测了不同滴灌水量条件下土壤电导率、含水率和温度动态变化。结果表明,土壤电导率能较好的反映土壤硝态氮质量分数的变化;土壤硝态氮质量分数与电导率、含水率和温度之间的关系可用二次多项式描述,且3个土壤参数对土壤硝态氮质量分数的影响均达到了极显著水平(P≤0.01);由于回归模型的拟合精度受土壤初始养分盐分质量分数及空间变异等因素的影响,为获得较高的预测精度,应进行田间标定。     

基于近红外光谱信息的土壤电导率预测模型研究

利用土壤含水率与近红外光谱土壤反射率和土壤电导率三者之间的关系,以土壤含水率为中间变量,间接表达土壤光谱反射率和土壤电导率之间的关系。土壤含水率与土壤光谱反射率存在指数关系,土壤含水率与土壤电导率存在线性关系,消除中间变量（土壤含水率）,得到土壤光谱反射率和土壤电导率之间的关系。以土壤水分敏感波段1450nm作为研究对象,研究土壤电导率的预测模型,分别建立指数预测模型和对数预测模型,并分别对两种模型进行验证。本文实验建模集样本72个,验证集样本48个,土壤电导率对数预测模型R2达0.80,土壤电导率指数预测模型R2达0.85,预测效果均可满足农田电导率估算,但对数模型在土壤电导率较低区间预测效果不理想,因此土壤电导率指数预测模型预测效果优于对数模型的预测效果。研究结果表明,土壤光谱反射率预测土壤电导率的方案可行,并为光谱信息预测土壤电导率提供了新思路。     

不同土层土壤特性空间变异性关系的联合多重分形研究

应用联合多重分形理论研究了0～20 cm土层土壤含水率、土壤电导率、砂粒含量、粘粒含量、粗粉粒含量、土壤粒径分布体积分形维数、土壤容重、有机质含量的空间变异性与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相互关系。结果表明:相对于0～20 cm土层上述变量的空间变异性,20～40 cm土层粗粉粒含量、有机质含量空间变异性的变化率最大,土壤电导率、粘粒含量、土壤粒径分布体积分形维数空间变异性的变化率最小,砂粒含量、土壤含水率、土壤容重空间变异性的变化率介于两者之间;多尺度上,0～20 cm土层土壤含水率、土壤容重、有机质含量、粘粒含量、砂粒含量、土壤电导率、土壤粒径分布体积分形维数、粗粉粒含量与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相关性依次减弱。     

滴灌施肥对盐碱土壤盐分运移及草木樨生长的影响

【目的】探究不同滴灌施肥条件对土壤盐分运移及对植物生长规律的影响。【方法】在大同盆地以草木樨为试验材料,以当地施肥习惯(N、P_2O_5、K_2O施量分别为180、90、36 kg/hm2)作为传统施肥量,设置5种不同的施肥水平,分别为传统施肥量的0%、40%、70%、100%、130%,分析了不同滴灌施肥水平下土壤电导率、pH值的变化情况及其对植物生长的影响。【结果】当施肥量为40%与70%时,滴头处溶质受淋洗作用较为明显,土壤电导率降幅较大;当施肥量为100%与130%时,表层土壤电导率较大,随土壤深度的增加而减小;土壤pH值随种植时间的延长得到一定的降低;70%处理下草木樨平均株高最高(138.6 cm),同时在此处理下0～100 cm土层土壤平均电导率为299μS/cm,平均pH值为7.73。【结论】N、P_2O_5、K_2O施量分别为126、63、25.2 kg/hm2时土壤电导率与pH值较小,同时草木樨生长最好。     

基于模糊c均值聚类法的玉米农田管理分区研究

为提高大面积农田作物管理的精确性，以甘肃黄羊河农场玉米膜下滴灌示范区为研究对象，对大面积农田进行管理分区研究。综合考虑地形属性（高程、坡度、坡向）、土壤质地（砂粒、粘粒、粉粒含量）、土壤含水率（SWC）、速效氮含量（AN）、电导率（EC1:5）以及玉米产量，根据相关性分析结果筛选产量主控因子，使用主成分分析得到3个主成分作为分区依据，进而使用模糊c均值聚类法（Fuzzy c-means algorithm, FCM）进行管理区划分，以模糊性能指数和归一化分类熵作为最佳分区数的评判依据，分析管理分区后各分区间的差异。结果表明：玉米产量的主控因子分别为土壤粉粒含量、土壤砂粒含量、SWC、AN、EC1∶5和高程，使用模糊c均值聚类法进行聚类分区得到最优分区数为3个。管理区之间各主控因子呈现极显著差异性（P<0.01），且生育期内作物株高、叶面积指数（LAI）和SWC在不同分区中也有明显差异；同时，分区内的各因子变异性均有不同程度的下降。研究结果说明，农田分区管理可以依据不同分区特点制定管理策略，为“精准农业”的实施提供理论基础。     

区域土壤水分监测点布设方式探讨

试验在面积为32 km2的封丘潘店乡进行,共布设39个测点,采用烘干法测定土壤含水率来确定合理监测点,通过19次土壤水吸力的监测数据分析得到时间稳定点,并与传统均匀布点进行比较。结果表明,采用时间稳定点作为土壤水吸力的监测点,无论对于研究区平均土壤水吸力值的表征,还是对于其它未布设监测点区域土壤水吸力状况的预测,误差均小于传统的均匀布点方式。为今后墒情监测网的布设提供了一定的参考依据。