基于GIS和随机森林算法的宁东土壤饱和导水率分布与预测

为探明宁东土壤饱和导水率(Ks)的空间分布特征,在宁东采集136个原状土,采用经典统计和地统计方法分析土壤Ks的空间结构特征,并以地形因子、土壤属性等作为辅助变量,运用随机森林法(RF)、普通克里格法(OK)和逐步回归克里格法(RK)对区域土壤Ks进行预测并对3种方法的预测结果进行精度评价。结果表明:Ks介于0.05~7.13 mm/min,平均值为1.46 mm/min,变异系数为106.86%;Ks与容重、孔隙度、高程、坡度、坡向、平面曲率和剖面曲率在不同滞后距离下具有自相关关系和交互相关关系;土壤Ks块金值为38,表明随机因素引起的土壤Ks变异性较大,空间异质比为15.32%,在空间上呈现强变异性;RF法的预测精度最高,其平均相对误差(MRE)和均方根误差(RMSE)绝对值均为最小,相比OK和RK方法预测精度分别提高了5.53%和2.49%,且对局部细节的描述更准确、模拟效果最佳。RF法可以较为准确的预测宁东土壤Ks,为了解研究区土壤水文过程及林草植被建设提供数据参考。     

宁南山区不同林龄杏树地土壤干层特征研究

【目的】分析宁南山区不同林龄杏树地土壤的干层特征,明确林龄对该地区杏树地土壤干层、干燥化程度的影响。【方法】以自然条件下农田为对照,分析比较宁南山区彭阳县王洼流域3,17,23,35年林龄杏树地土壤0～600 cm土层含水率、干层起始深度、干层厚度;采用土壤水分相对亏缺指数及干燥化指数对土壤干层程度进行定量评价,同时对土壤干层影响因素进行冗余分析。【结果】3,17,23,35年林龄杏树地土壤平均含水率分别为15.58%,12.79%,11.54%,11.24%,林龄越长的杏树地土壤含水率越低,3年林龄杏树地与其他林龄杏树地土壤含水率之间存在显著差异(P0.05)。除3年林龄杏树地外,其他林龄杏树地土壤干层起始深度随林龄的增加而向表层发展,干层厚度随林龄的增加而增加;3,17,23,35年林龄杏树地剖面土壤水分相对亏缺指数均值分别为-0.16,0.29,0.45,0.53,林龄越长土壤水分亏缺越严重,除0～100 cm土层外,其余各层土壤水分亏缺均值均随林龄的增加而呈增大趋势。3,17,23,35年林龄杏树地的平均土壤干燥化指数分别为184.36%,99.87%,74.60%,59.15%,即林龄越长其干燥化程度越强。冗余分析表明,坡度及杏树林龄、胸径、冠幅、株高等是导致研究区土壤干燥化的主要原因。【结论】林龄越长的杏树地土壤干燥化程度也越强,建议对杏树林采取科学合理的修剪措施,并通过调整种植密度、结构等缓解土壤干层现象的发生。     

宁南山区不同土地利用类型下土壤水分分布及其干燥化特征

为明确宁南山区不同土地利用类型下土壤干层垂直分布特征和影响因子，本试验运用干层起始深度（Forming depth of desiccated soil layer，DSLFD）、干层厚度（Thicknesses of desiccated soil layer，DSLT）、干燥化指数（Soil desiccation index， SDI）及土壤水分相对亏缺指数（Compared soil water deficit index，CSWDI）对0~600 cm土壤干层状况进行定量评价，同时采用典型相关性分析确定影响土壤干层的主控因素。结果表明：宁南山区林地、灌木地、草地、弃耕地和农地0~600 cm平均土壤水分（Soil moisture content， SMC）含量分别为11.46%，11.79%，14.97%，14.52%和14.66%。草地、弃耕地和农地未出现土壤干层，林地和灌木地分别呈现中等和轻度干燥化，DSLT均为440 cm，干层内土壤平均含水量（Desiccated soil layer-soil moisture content，DSL-SMC）分别为9.10%和9.93%，林地土壤强烈干燥层、严重干燥层、中等干燥层和轻度干燥层厚度分别为40，200，180和20 cm，灌木地土壤严重干燥层、中等干燥层和轻度干燥层厚度分别为80、240和120 cm。不同土地利用类型下60~600 cm土层CSWDI均值呈现出林地（0.58） > 灌木地（0.46） > 弃耕地（-0.03） > 草地（-0.08）。冗余分析（Redundancy analysis，RDA）分析表明土地利用类型、土壤、植被养分状况是影响土壤干燥化的主控因子。宁南山区不同土地利用类型下乔木和灌木存在土壤干层，应采取树体修剪、整地、控制种植密度等措施恢复土壤水分，以促进区域水土资源可持续利用和林草植被恢复。     

生物炭对黑垆土土壤水分运移特征参数影响

为了了解生物炭施加对宁南山区黑垆土土壤水分运移特征参数影响,以宁南山区典型土壤黑垆土为研究对象,按0%,1%,2%和3%的比例将土壤改良剂生物炭施加到垂直和水平土柱中,探讨不同施加比例下入渗速率、饱和体积含水量、饱和导水率、饱和扩散率等土壤水分运移特征参数的变化.研究结果表明:生物炭施加比例1%,2%和3%的土壤体积含水量较0%增加了2.98%,6.45%和7.94%,生物炭施加减缓了土壤入渗速率,提高了土壤持水性能;Philip模型比Kostiakov模型更加能反映出不同比例生物炭施加下土壤水分入渗过程;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和体积含水量分别较0%增加了5.05%,8.33%和9.85%,饱和导水率分别减少了45.71%,62.86%和74.28%,生物炭施加提高了土壤持水能力;Van Gencuhten中1%,2%,3%的参数a较0%分别减少了31.90%,29.25%,19.23%;n分别减少了0.28%,0.16%,0.66%;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和扩散率分别较0%减少了58.46%,77.96%和89.28%.生物炭施加改良了土壤结构,增加了土壤体积含水量,提高了土壤持水性能.     

宁夏不同种植年限下硒砂瓜土壤干燥化效应研究

通过对压砂地不同种植年限下土壤干燥化效应进行研究,为宁夏中部旱区压砂地可持续发展提供理论依据。在观测压砂3,8,12,16,25a的土壤含水量的基础上,分析比较不同种植年限下土壤含水量、水分过耗量、干燥化指数、干层厚度等土壤干燥化指标。结果表明:不同年限下0—600cm的土壤含水量、贮水量和有效贮水量的均值分别为11.24%,936.00mm和506.27mm;随种植年限的增加,0—600cm土层平均土壤含水量、贮水量呈递减趋势,水分过耗量逐渐增大;不同种植年限下土壤剖面含水量随土层深度的增加呈先减小后增大最后逐渐平稳的趋势;压砂地土壤干燥化系数为68.29%～162.36%,平均干层厚度为283.33cm,以中度和轻度干燥化强度为主;典型相关性分析发现,经纬度、种植年限、粉粒及砂粒含量等环境因子是影响土壤干燥化指数和土壤干层厚度的重要因素。     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤碳氮磷及其生态化学计量特征

以陕北米脂谷子、苜蓿、柠条和枣树4种不同土地利用方式土壤为研究对象，采集0~100 cm土层土壤样品，采样数共288个，分别对样品土壤的C、N、P及其生态化学计量比C/N、C/P和N/P进行了研究。结果表明：黄土丘陵区土壤C、N、P含量均值分别为2.12、0.21 g·kg^-1和0.43 g·kg^-1;C/N、C/P和N/P均值分别为10.83、5.0和0.48;土壤C、N、P及C/N、C/P和N/P的变异系数均大于10%且小于100%，属于中等变异。土地利用方式对土壤C、N、P含量及其生态化学计量特征有显著影响，其中谷子地0~20 cm土层土壤C含量显著高于柠条地和枣树林（P<0.05），谷子地20~40 cm土层的C含量显著高于苜蓿地（P<0.05）;0~20、20~40 cm和60~80 cm土层谷子地N含量显著高于柠条地（P<0.05）;苜蓿地P含量在0~20、60~80 cm和80~100 cm土层显著高于柠条地（P<0.05）。谷子地、苜蓿地和枣树林土壤C、N呈表聚性分布，而柠条地随深度增加无明显降低，表明柠条有较好的固碳能力。各土层C/N在不同土地利用方式间存在显著差异（P<0.05），其中柠条地最高，谷子地最低;80~100 cm土层土壤C/P在柠条地和苜蓿地间具有显著差异（P<0.05）。0~20 cm和20~40 cm土层深度下，土壤N/P在不同土地利用方式之间具有显著差异（P<0.05），其中谷子地最高，柠条地最低。通过典型相关分析得出，土壤C、N、C/P和N/P与环境因子中的土层深度、粘粒含量和土壤pH值的累积关系较大。     

基于GIS和地理加权回归的砂田土壤阳离子交换量空间预测

土壤阳离子交换量(CEC)反映土壤保水保肥能力,研究CEC空间分布可为土壤改良和田间施肥提供理论依据。本文以宁夏香山地区砂田淡灰钙土为研究对象,在土壤CEC和理化性质相关分析基础上以普通克里格(OK)为对照,探索回归克里格(RK)和地理加权回归克里格(GWRK)在CEC空间插值上的应用,并对三者的插值精度及制图效果进行评价。描述统计表明研究区土壤CEC含量均值为10.145cmol/kg,CEC与有机质含量呈显著正相关,与砂粒含量呈显著负相关;地统计分析表明CEC实测值、OLS残差和GWR残差块金系数分别为8.50%、6.36%和7.02%,比值均小于25%,具有强烈空间自相关;对验证点进行插值精度分析,RK和GWRK的相对模型改进值(RI)分别为40.49%、41.50%,插值精度GWRKRKOK;从成图效果看,GWRK中辅助变量参与了局部回归,成图效果更加精细,揭示了更多空间变化细节。本研究结论可为土壤CEC空间预测研究提供可靠的方法借鉴。