土壤水分、盐分空间序列初步研究

大面积水盐监测和调查的难度在于受土壤空间变异性的影响。为揭示水盐变异规律，经地质统计学初步分析，实验取样结构性较弱而随机较强，从而采用随机理论，将传统随机理论－时间序列分析法和最大熵谱分析用于空间序列，以空间代替时间，对分层土壤作空间序列的最大熵谱分析，系统揭示出田间土壤不同尺度下，水分盐分变化规律，对大面积土壤水盐监测具有一定的指导意义。     

基于最大熵谱估计的水文周期分析

最大熵谱估计法是以AR模型为基础的一种参数谱估计方法。该方法通过频谱分析,可以计算出全局性的主要周期,从而反映出水文时间序列的整体特性。本文介绍了最大熵谱估计法的基本概念和理论,并论述了用Burg算法作为求解AR模型参数的方法。针对岷江紫坪铺水文站1937-2004年的年径流实测资料,本文将最大熵谱估计理论应用于水文时间序列周期的提取上,并采用Fisher检验方法对提取出的周期进行了检验。通过分析发现,岷江紫坪铺站年径流序列存在4年左右的变化准周期,对揭示岷江中上游水文周期的变化规律具有一定的探讨意义。在研究中同时也发现,最大熵谱估计也存在一定的缺陷,在今后的研究中还需进一步建立熵与水文过程之间的联系,从而更好的揭示出水文时间序列的变化规律。     

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。     

铣削加工刀具磨损过程双谱分析

双谱分析能够揭示时间序列的二次相耦合信息,特别适于铣刀磨损状态监测信号的特征抽取。通过提取铣削加工过程中机床主轴端振动加速度信号的双谱及其双相干系数,分析了铣刀后刀面渐进磨损过程双谱及其双相干系数的变化规律。研究结果表明:双谱分析提取的特征参数能够反映铣刀后刀面的渐进磨损过程,与实际铣刀磨损情况一致。     

基于空间插值的区域尺度土壤全盐量时空变异规律研究

为准确获取区域尺度的土壤全盐量空间分布特征以及其年际动态变化规律。以甘肃景泰川电力提灌灌区为研究区,以2015年的16个监测点测得的土壤全盐量数据为基础,采用ArcGIS软件中的空间插值模块分别运用反距离权重法、样条函数法、趋势面法以及普通克里金法对区域内土壤全盐量数据进行空间插值。分析表明,反距离权重法插值精度最高、与实际监测的结果吻合度高,能准确反映土壤全盐量时空变异规律及分布特征。运用反距离权重法对研究区1994、2001、2008和2015年的土壤全盐量观测数据进行空间插值,结果表明:研究区内的土壤全盐量最大值逐年增大,由1994年的2.2648%增大到2015年的3.2294%,土壤全盐量最小值除个别年份有所降低外,总体亦呈现增大趋势,全盐量平均值持续增高在2015年达到了1.1228%,较1994年总体增长了0.1167%;研究区土壤盐分总体呈现西南低东北高的分布状况,且西南区域土壤全盐量呈现降低趋势而东北区域则呈现增加趋势,该结果可为研究区土壤盐渍化的水盐调控及盐渍化治理提供借鉴。     

对灌区水盐平衡和控制土壤盐渍化的一些认识

对灌区的水盐平衡问题进行了研究，包括灌区总体上、灌区内不同地区、土壤剖面的不同层次上的盐分平衡问题。在此基础上，提出了控制土壤盐渍化的灌排措施，论述了控制土壤盐渍化对灌排措施的基本要求、不同地区的灌排模式、生物排水和排水再利用、排水出路和盐分去处及灌区水盐动态监测等问题。     

基于SPOT/VGT NDVI的大区域农作物空间分布

随着遥感技术在农业上的广泛应用,及时准确掌握小区域农作物长势和分布的方法相对成熟,但对于省级以上的大区域而言,进行作物遥感测量涉及数据、耗费时间和经费等问题,而中国的农业普查制度又存在时效性的问题。以江苏省为研究区,利用SPOT/VGT NDVI长时间序列数据作为农作物分布研究的底图,分别与研究区农业普查数据和野外调查样方数据进行农作物空间分布的统计回归分析和对比,结果表明：对于大区域而言,SPOT/VGT NDVI长时间序列数据对农业作物生长期特征监测有较好地反应,其逐旬的时间分辨率可以弥补空间分辨率的不足,可有效地对农作物长势进行动态监测;农业普查数据、野外调查样方与SPOT/VGT NDVI时间序列分类结果结合进行回归分析,基本可以满足空间分布情况的调查研究,相对于遥感分类法和传统抽样调查等方式,该方法可以高效率低成本地掌握大区域农作物空间分布情况。     

基于实测数据及遥感图片的土壤采样方法

如何结合土壤特性和先进手段,制定具有代表性,同时又经济的土壤采样方案一直是土壤分析的难题。该文根据陕西省卤泊滩盐碱地改良区土壤含盐量的实测资料和相应的遥感图片数据,并结合土壤属性空间分布特性,提出一种新的土壤水盐含量采集方案。结果表明,用33个已知点的实测数据可以估算出101个未测点的含量并最终构成插值343个点的空间分布图,且水分与盐分含量预测结果相关的确定系数分别为0.869和0.817。在此基础上进而对工程改良措施下的卤泊滩盐渍土表层水盐空间变异性进行研究。分析结果表明,研究区土壤水盐含量具有中等较强的空间自相关性和较弱的变异性。通过对该地区水盐空间变异性的研究可以及时了解盐渍地试验区的改良效果及水资源管理情况。     

膜下滴灌棉田土壤盐分随时间变化特征

为研究膜下滴灌棉田土壤盐分随时间变化特征,通过对北疆典型棉田土壤盐分连续一年的监测,采用时间序列分析方法分析了土壤盐分随时间变化特征。研究结果表明:在监测期内,90cm以下土层为稳定积盐层,其盐分值随时间波动幅度较大;0~90cm土层土壤盐分随时间变化幅度较小,其含盐率值基本保持在0.2%上下浮动,属于非盐化土壤,有利于棉花正常生长;每年的5、7两个月,各土层土壤盐分呈现出不同程度的增大趋势。本研究可以为后续长期连续监测奠定基础,同时为北疆绿洲区棉田防治土壤次生盐渍化提供理论参考。     

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     

不同时期农田土壤水分和盐分的空间变异性分析

以河套灌区一农田(500m×1100m=55hm2)上55个采样点的水分和盐分作为研究对象,从统计特征值、半方差函数和克立格法绘制的分布图几个方面对比分析了2个时期(即秋浇前和夏灌前)土壤水分和盐分的空间变异性。结果表明夏灌前土壤水分属弱变异性,秋浇前属中等(偏弱)变异性,土壤盐分均属中等变异性;2个时期的水分和盐分都具有空间自相关性,且秋浇前土壤水分和盐分相关性较强,夏灌前二者具有中等强度的空间自相关性,秋浇前土壤水分和盐分的变程(或最大自相关距离)都大于夏灌前。用普通克立格估值绘制的分布图表明土壤水分或盐分在2个时期的分布差别较大,说明秋浇储水、季节性土壤冻融及春季消融时的蒸发对播种前土壤水分和盐分的空间变异性的影响强烈。在北方季节性冻融地区,了解这2个时期土壤水分和盐分的空间分布,对节水灌溉、土壤改良和农田或区域水资源管理等具有指导意义。     

典型潮土区土壤耕层盐分含量的趋势效应研究

通过分析典型潮土区山东省禹城市100个土壤采样点2003年耕层土壤的盐分含量,研究得出了潮土区土壤耕层盐分含量的空间分布图,在地统计学和地理信息系统的支持下,分析了区域尺度土壤耕层含盐量的趋势效应,探讨了研究区土壤盐分含量的空间变异性特征。在对比分析研究区2003年和1980年第二次土壤普查土壤耕层盐分含量的空间变异性基础上,基于研究区近50年的气温和降水资料,分析了研究区盐分含量变化的原因,并总结了引起研究区土壤盐碱化的人为原因。     

NaCl溶液处理亚热带土壤水分特征曲线差异与模型优选

携带大量盐分的低质水长期灌溉导致土壤存在极大的物理化学特性退化风险,为了探究盐分对土壤水分特征曲线影响的差异性,采用压力膜法对亚热带地区粘性潮土、沙性潮土、红壤、紫色土、水稻土等5种土壤进行室内测定,对比分析了各土壤在0、5、10、15 g/L等4个钠盐浓度水平下土壤水分特征曲线的差异,并利用RETC软件结合数理统计方法确定了各土壤不同钠盐浓度水平下相应的最优拟合模型。结果表明:钠盐处理均可提高各土壤的持水能力,且粘粒含量较高的土壤影响显著;钠盐处理减少了粘性潮土、沙性潮土和红壤的有效含水率,分别最大减少了40.8%、30.5%、31.5%,却提高了紫色土、水稻土有效含水率,分别最大提高了45.7%、28.9%。粘粒含量少或低浓度盐溶液处理的土壤水分特征曲线以BC模型拟合最优,而粘粒含量多且高浓度盐溶液处理的以DP-M模型拟合最优。     

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。     

干旱内陆河灌区地面灌溉条件下土壤水盐运动规律研究

通过对干旱内陆河灌区田间土壤水、盐及地下水动态监测试验分析,结果表明:超大水量冬灌方式是导致灌区土壤盐渍化恶性循环的主要原因。对农田土壤盐分的定点实时监测,能够定量表征农田生态环境状况优劣;地下水位埋深变化,可警示农田盐渍化的演变,对调整灌溉定额采取预防措施有指导意义。     

膜下滴灌田间土壤水分时空变异规律研究

在新疆库尔勒市包头湖农场48 m×56 m的范围内,布置土壤水分监测点共计63个,采用经典统计和地统计方法进行了时空变异性分析。结果表明,每次灌水前,整个地块土壤含水率均符合正态分布,呈现中等变异性;沿毛管方向和沿支管方向的田间土壤含水率均呈中等程度的空间自相关性,变异性主要由随机因素引起,变程分别为30.7~37.9 m和10.5~14.2 m;随着时间的推移(灌水次数的增加),土壤水分的空间变异性逐渐减弱,分布更趋均匀。因此,根据第1次灌水前田间土壤水分空间分布情况,设计的监测点布设方案可以满足其后各次灌水的墒情监测要求。     

土壤盐分对春小麦水盐动态及光合特性的影响

为了解土壤含盐量对滴灌春小麦土壤水盐运动以及其光合生理指标的影响,并为滴灌春小麦在盐碱地种植提供理论依据和技术支撑,通过桶栽试验,研究了土壤含盐量分别为0.15%(CK),0.80%,1.10%,1.40%,1.70%,2.00%,2.30%,2.60%条件下,春小麦土壤水盐运动规律以及其光合特性变化状态.结果表明,在春小麦整个生育期内,土壤含水率总体变化呈现递减趋势;随着土层深度的增加,土壤水分和盐分质量分数均表现出增加的趋势,土壤含盐量越高其平均含水率越高;各处理0~40 cm土层盐分质量分数在小麦生育期末与播种时相比均有不同程度的下降,处于脱盐状态;土壤盐分初始质量分数为0.15%,0.80%以及1.10%的春小麦叶片水分利用效率最高,同时也具有较高的净光合速率.     

不同生育阶段土壤水分和养分空间变异与冬小麦产量关系的研究

以江苏省姜堰市沈高农场为例,分析了冬小麦生育期内土壤水分和养分产量的空间变异性,主成分-逐步回归的适当组合,能较为满意地降低土壤特性与产量关系分析中多重共线性的干扰,分析结果表明,土壤水分属弱变异性,养分属程度不同的中等变异性;所测土壤特性与产量关系的亲疏大致为:有机质和全氮量最密切,其次是速效氮,再次是速效钾,接下来是土壤水分和速效磷。