MATLAB和SPSS在对坡耕地土壤水分空间变异性研究中的应用

利用强大的数据计算分析软件MATLAB和统计学软件SPSS相结合的方法对土壤水分的空间变异性进行分析,通过对样地数据插值和趋势面分析可知二次趋势面方程拟合较好,表明样地的土壤水分空间分布变异十分显著,土壤水分顺着坡度方向呈逐渐增加趋势,反映了坡地土壤水分的一般规律。计算结果对水土保持和农田灌溉有重要的指导意义。     

不同覆盖方式对自燃煤矸石山坡面土壤水分动态的影响

采用TDR便携式土壤水分测定仪对不同覆盖方式的煤矸石样地进行长期监测,研究不同覆盖方式对自燃煤矸石山坡面土壤水分动态的影响.结果表明:在同一时期内,随着矸石覆盖率的增加,煤矸石样地的土壤含水率也随之增加,且矸石与黄土混合覆盖的煤矸石样地的土壤水分状况明显好于纯黄土覆盖的煤矸石山.矸石覆盖间隔0.15～0.25 m,覆盖...     

基于数值方法的农田土壤零通量面的模拟

零通量面能够反映土壤水分运动情况,定量计算土壤水分的入渗和蒸散量。采用Richards方程描述了降雨和蒸发边界条件下的一维土壤水分运移,通过土壤传递函数估算得到Van-Genuchten水分特征曲线参数,借助参数化Hydrus-1D模型计算得到一维土壤空间不同层的土壤含水量和基质势的数值解,并采用田间实测数据对数值解进行了验证,根据不同层的水势梯度和水流通量的值判断零通量面出现位置以及零通量面类型,最后分别设置5个不同的降雨和蒸发强度,模拟分析了土壤零通量面的空间位置和类型。研究结果表明:(1)采用Hydrus-1D可以准确模拟降雨和蒸发条件下的一维土壤水分运移;(2)在降雨和入渗条件下,零通量面位置随之降低;(3)蒸发强度增加时,零通量面上部土水势降低,土壤吸力增大,使其位置上升。结果证明该方法可行,能够模拟零通量面的动态变化。     

典型草原植被盖度计算与试验插值对比分析

典型草原退化是草原演变的一个基本过程,但是由于其面积比较大,利用传统的研究方法已经变得不现实。本研究根据地形、地貌特征,选择具有波状高平原、坡地、低山丘陵区3种地形地貌的试验样地,通过GPS定位,对其每个样方进行连续3年测量,测出其植被盖度,借助Arc GIS空间分析模块对植被盖度进行克里格插值分析,得到植被盖度空间分布图,通过同期影像数据进行归一化指数的计算,确定其植被盖度,将计算结果与插值结果进行空间叠加分析,得到的2011—2013年3类不同样地分析结果,相似率都为90%以上。基本上验证了通过遥感数据计算植被盖度来推演草原退化规律的正确性,提出了基于遥感数据监测典型草原植被盖度演变趋势的方法。     

土壤水分特征曲线VG模型参数求解对比分析

采用负压计对砂壤土试样进行了土壤水吸力和对应含水量的测量,并分别运用RETC软件和Matlab软件对不同水分处理土壤水分特征曲线VG模型进行了拟合计算,然后将拟合值与实测数据进行对比分析。结果表明,Matlab和RETC软件均可用于土壤水分特征曲线VG模型的参数求解,Matlab软件比RETC软件拟合的误差小,拟合效果明显优于RETC软件,RETC软件对极端干旱区砂石占绝对比重的砂壤土拟合效果不佳。     

土壤水分空间分布快速测试仪器的开发

针对土壤墒情监测和指导田间变量灌溉的要求,研制开发了能同时测量采样点经纬度位置和土壤含水率(体积分数)的土壤水分空间分布快速测试仪.该测试仪由80C552微控制器、GPS接收机、水分传感器等几部分组成.测量得到的数据经串口传到上位机经过处理和分析后,采用GIS软件对采样点试验数据进行分析,生成土壤水分空间分布图.对地表下10cm深度土壤含水率的采样试验结果表明,2组测量数据在小范围内空间变异系数＜10%,说明仪器性能稳定可靠.该测试仪能为变量灌溉和墒情监测提供科学依据.     

梭梭林下土壤结皮对土壤水分空间分布格局的影响

为了解土壤结皮对土壤水分空间分布格局的影响过程,以梭梭林下不同类型结皮下样地土壤水分为研究对象,采用分层取样的方法,分别对无结皮(NSC)、物理结皮(PSC)和生物结皮(BSC)样地0~0.5、0.5~10、10~20、20~40、40~60cm土层的土壤进行采集,并对各层土壤含水量进行测定,分析对比2种结皮发育对土壤水分分布格局的影响作用。结果表明:1)物理结皮与无结皮样地各层土壤含水量变化趋势基本一致,0~20cm土层的土壤含水量季节性变化幅度都较大,但略低于无结皮样地。而20~60cm土层的变化幅度较小,无结皮样地长期保持在1.0%~1.3%,物理结皮样地长期保持在0.6%~1.1%之间,显著<无结皮样地(P<0.05),深层土壤渐趋干化。2)生物结皮样地只有0~10cm土层的变化幅度较大,而10~60cm土层的变化幅度都较小,长期维持在0.4%~0.8%,土壤严重趋于干化。3)由于生物结皮对入渗水分的截留和阻碍作用,0~0.5cm土层的土壤含水量显著高于无结皮和物理结皮样地(P<0.05);而0.5~20cm土层显著低于无结皮和物理结皮样地(P<0.05);同时,20~60cm土层略<物理结皮样地,且显著<无结皮样地(P<0.05)。由此可见,相对于无结皮样地,物理结皮和生物结皮的覆盖不同程度地影响着土壤水分的空间分布格局,二者的存在不利于水分入渗,并使深层土壤渐趋干化。     

基于DEM与太阳辐射的北京市山地坡向提取方法研究

目的坡向是描述地形的重要因子,基于DEM提取坡向对于自然生境分析与地理生态过程模拟具有重要意义。同时,由于山地地形复杂,坡面太阳辐射受地形遮挡影响很大。本文基于DEM与太阳辐射研究山地坡向提取方法,既保持了DEM计算山地坡向的客观性,又能和坡面阴阳属性保持良好的一致性,为山地气象、土壤分布、立地条件、适宜性分析等有关研究奠定基础。方法以DEM数字地形分析技术为基础,应用基于DEM的太阳辐射分析模型,探究太阳辐射量与坡向、坡度和海拔之间的关系,建立北京地区太阳辐射参考模型,并计算样地点标准太阳辐射;依据样地点DEM计算太阳辐射与标准太阳辐射推导出太阳辐射等效坡向。结果以北京市一类清查数据山区的2 000个样地点为测试数据,将30、60、90、120、150、200 m空间分辨率的DEM计算坡向作为评判标准,建立太阳辐射参考模型,其中1 398个样地点的DEM计算太阳辐射与标准太阳辐射差异小于5%,太阳辐射等效坡向与30 m空间分辨率DEM计算坡向保持一致,占全部样地点69.9%;602个样地点受地形遮挡较大,依据太阳辐射参考模型计算进行调整,调整后其中583个样地点的太阳辐射等效坡向与评判标准一致。结论与一类清查人工测量坡向的比较表明:测试数据中样地点的太阳辐射等效坡向与评判标准一致性达到99.05%,而测试数据中样地点的人工测量坡向与评判标准一致性为72.05%。因此,依据本文方法推导出的太阳辐射等效坡向能反映出实际太阳辐射的信息,推导的坡向科学实用,为森林资源调查、立地分析等研究与生产提供了坡向获取的新方法。      

荒漠绿洲过渡带土壤水分空间分布特征及对植被的影响

研究荒漠绿洲过渡带土壤水分空间特征,有利于提高干旱区水资源利用率和植被恢复。连续对黑河中游荒漠绿洲过渡带6个典型群落类型样地的地表0～120 cm深度剖面的土壤水分分布进行调查,采用烘干法分析并结合18个调查样方进行土壤含水量的空间分布特征研究,揭示荒漠植被土壤水分分布特征。结果表明,1)土壤水分的变异性随着深度的增加而减小,表层土层含水量空间变异性表现为强变异,说明土壤水分不稳定,深层土壤空间变异性变现为弱变异性,说明土壤水分较稳定。2)垂直分布上,每个样地各土层的土壤含水量均随土壤深度增加呈上升—降低—上升的总体趋势,各样地土壤含水量均是表层低,深层高。3)水平空间上,土壤含水量变化范围在0.09%～22.34%,土壤含水量的均值依次为深层(60～120 cm)>上层(0～40 cm)>中层(40～60 cm),总体来看,黑河中游荒漠绿洲过渡带各层土壤含水量均处于较低水平。4)干沙层土壤含水量最低,上覆沙土土壤含水量很少且随着深度的增加而增加,下浮沙土受地下水毛管作用和蒸腾作用影响水分含量较高且随土壤深度的增加而增加。研究结果为深入理解荒漠绿洲过渡带固沙植被的天然分布提...     

采煤塌陷对土壤水分损失影响及其机理研究

摸清采煤塌陷对土壤水分作用是塌陷区退化生态系统恢复、重建的前提。根据相似可比原则,应用空间对比法研究毛乌素沙地东南缘井工矿——补连塔0～100 cm层土壤含水量对采煤塌陷的响应,探索半干旱风沙区采煤塌陷地土壤水分的空间变化,为困难立地土地复垦提供理论指导。试验结果如下：煤矿井工开采形成的裂缝（隙）加剧了土壤水分损失,造成塌陷区含水量明显降低,3个试验样地的土壤水分损失量顺序：2005年塌陷区〉2004年塌陷区〉未塌陷区。试验样地土壤含水量垂直变化表现为塌陷后0～60 cm层含水量明显下降（P〈0.01）;空间变化表现为塌陷后坡底和丘间低地含水量明显下降（P〈0.01）。开采塌陷加剧土壤水分损失主要是由于塌陷造成土壤非毛管孔隙增多,促进了土壤水分垂直蒸发;塌陷裂缝（隙）的发育增大了土壤水分侧向蒸发;同时塌陷错落面的形成也增大了土壤水分蒸发量。     

基于GIS和地统计学的干旱绿洲地区土壤水分时空变化

探明干旱绿洲地区土壤水分变化特征,为其生态保护和植被恢复提供参考,以甘肃省张掖市甘州区80个0~20cm土层土样为研究对象,利用GIS和地统计学相结合方法研究其土壤水分的时空变化特征。结果表明:9月在甘州地区0~20cm土层土壤的水分含量以10cm土层最高,为18.6%;20cm土层其次,为16.5%;表土层(0cm土层)最小,为11.7%;该月土壤的水分含量随土层深度增加呈先升高后降低趋势,且以10cm土层土壤的收墒蓄水作用较明显。4月以20cm土层土壤的水分含量最高,为16.74%;10cm土层其次,为13.44%;表土层最小,为12.26%;该月土壤水分含量随土层深度增加呈逐渐升高趋势。土层土壤水分含量的空间分布,在4月和9月均表现为由南向北、由东向西呈逐渐降低趋势。     

东北地区土壤湿度的诊断分析

分析了中国东北地区22年间（1981～2002年）平均土壤湿度（10～100cm层）的垂直分布特征及时空变化。结果表明,1981～2002年,东北地区表层（10～60cm）土壤湿度呈现下降趋势,而深层（60cm）以下呈现上升趋势,东北地区各年土壤湿度的垂直结构各有不同,降水是造成这一现象的可能因素之一。东北地区各个站点土壤湿度的垂直结构和变化特征也有很大区别,除了降水,积雪、地温等因素也会影响土壤湿度的变化。     

东北地区土壤湿度的诊断分析(英文)

采用EOF法分析了中国东北地区22年间(1981～2002年)平均土壤湿度(10～100cm层)的垂直分布特征及时空变化。结果表明我国东北地区土壤湿度的变化在小兴安岭至牡丹江这块区域以及松嫩平原的南侧这2块区域最为突出,深层土壤湿度受外界影响比表层弱,两者表现出反位相。1981～2002年这段时间内,东北地区表层(10～60cm)土壤湿度呈现下降趋势,而深层(60cm)以下呈现上升趋势,东北地区各年土壤湿度的垂直结构各有不同,降水是造成这一现象的可能因素之一。东北地区各个站点土壤湿度的垂直结构和变化特征也有很大区别,除了降水,积雪、地温等因素也会影响土壤湿度的变化。     

不同种植年限苜蓿地土壤环境效应的研究

随着苜蓿种植年限的延长,土壤质量发生一系列变化。为了揭示不同种植年限苜蓿地土壤质量的变化,以毗邻种植的1～5年生苜蓿为研究对象,对土壤水分、养分及微生物的变化进行研究,分析比较不同种植年限苜蓿地土壤质量的变化。结果表明：在苜蓿生长季节内,不同种植年限苜蓿的土壤含水量的时空变化均呈先增加后降低的变化趋势;随种植年限的延长,土壤有机质、全氮、碱解氮含量呈递增趋势,速效钾的含量呈先增加后降低的趋势;各种植年限苜蓿草地土壤微生物群落以细菌占优势,且细菌和放线菌的数量随种植年限的延长呈递增趋势,真菌变化规律不明显,此外4年生苜蓿地微生物总数最大,是其它各种植年限的1.04～2.60倍。说明种植年限对苜蓿草地土壤质量有一定程度的影响,且因种植年限的长短,影响程度也各异。     

土壤湿度同化数据综合分析处理系统的研制与开发

陆面数据同化系统的输入和输出数据以其格式多样性、海量性为主要特征。以GIS二次开发组件ArcGIS Engine, ArcSDE空间数据库引擎和SQL Server 2005数据库管理工具,利用C#、IDL编程语言,构建土壤湿度同化数据空间数据库,并将气象数据具有时间域、空间域和属性域等多维属性与GIS数据模型相结合,研制开发综合分析处理系统,实现土壤湿度同化输入参数与输出数据的空间分析与管理。系统能够满足陆面同化系统对数据的处理与分析需求,为土壤湿度同化产品的业务应用提供强大的支撑。     

基于温度植被干旱指数的华东地区AMSR-E土壤水分数据的空间降尺度研究

土壤水分一直是土壤学领域中较为活跃的研究内容,是陆面过程与水循环的重要影响因素。以AMSR-E为代表的被动微波遥感技术的发展为土壤水分的研究提供了方便,但是其粗糙的空间分辨率限制了其在中小尺度内的应用。因此,本研究利用MODIS温度产品MOD11A2和归一化植被指数产品MOD13A3构建了月时间尺度下的温度植被干旱指数(TVDI);其次,利用温度植被干旱指数TVDI和土壤水分之间的线性负相关关系,对AMSR-E三级土壤水分反演产品进行空间降尺度研究,获取2003年连续月时间尺度下空间分辨率为1 km的土壤水分反演结果,并利用地面实测土壤水分数据对反演结果进行验证。地面实测土壤水分值与降尺度反演结果显著相关,每月的线性相关决定系数均在0.8以上,表明降尺度后的土壤水分反演结果具有较高的精度,能够用来表示土壤水分的分布特征。     

干湿两季等高绿篱红壤浅沟坡面土壤水分空间变化

以红壤丘岗区等高绿篱浅沟坡面为研究对象,比较干湿两季有无绿篱浅沟坡面土壤水分的空间分布,并对试验小区的径流量以及土壤侵蚀量进行对比.结果表明:在旱季,小区土壤含水率变化随着土层加深均呈现增长的趋势;在雨季,无绿篱小区土壤含水率随着土层加深呈现增长的趋势,而绿篱小区土壤含水率表现为30 cm土层＞45 cm土层＞15 cm土层;绿篱小区的土壤水分变异系数随着土层加深呈降低趋势,相同土层干湿两季绿篱小区土壤水分变异系数均大于无绿篱小区土壤水分变异系数.在干湿两季,坡中位置绿篱小区土壤含水率始终大于无绿篱小区土壤含水率,坡上和坡下位置上绿篱小区土壤含水率小于无绿篱小区土壤含水率,种植等高绿篱的坡面保水保土效果明显,使植物在干湿两季能充分利用浅沟坡面水分,对缓解季节性干旱、保持水土起到显著作用.     

棉田土壤养分分析与土壤墒情监测系统应用

【目的】研究土壤养分的空间变异程度及分布规律,为该区域科学施肥提供依据。【方法】以新疆生产建设兵团第八师石河子总场六分场数字农业示范田为研究区域,应用土壤墒情监测系统、GIS与地统计学的方法,对棉田土壤含水量与温度进行实时采集、分析并存储在服务器里面,分析石河子总场土壤含水量和温度变化规律、棉田土壤养分空间分布特点及变异规律。【结果】(1)根据监测数据分析,随着灌水量增加和棉花生育期推进,上层0~30 cm比下层40~60 cm的土壤含水量变化趋势明显。0~20 cm土层土壤补偿水比较充分,各个监测点土壤含水量基本维持在比较适宜的范围内。土壤各层温度受大气温度影响并随着土层深度的加深而减弱,随着土层深度的逐渐加深滞后时间相对延长;受棉株逐渐长高变大以后遮阴等造成的影响,7月以后各土层温度逐渐持平,波动不大。(2)土壤全氮、速效磷和速效钾均呈现出中等程度变异;(3)土壤速效钾的块金值在25%~75%(块金值为0.497)表现为中等空间自相关性外,土壤全氮、速效磷指标的块金系数小于25%表现为强烈的空间自相关性。【结论】应用土壤墒情实时监测系统指导棉田灌溉,较往年没有任何减产减质的情况下,棉花灌溉在全生育期内比以往灌溉次数下降了1~3次,节约水资源约20%左右。研究区域内土壤全氮、速效磷和速效钾变异呈现中等程度变异特征,全氮、速效磷表现为极强空间自相关性,速效钾表现为中等强度的空间相关性。     

武夷山国家级自然保护区森林土壤涵水量估测及空间分析

以福建省武夷山国家级自然保护区为研究对象,以2003年24块固定样地数据、2003年生态定位站气候观测数据、2003年10月5日LandsatTM遥感数据为主要信息源,采用INVEST模型,对区域内的森林土壤涵水量进行估测和空间分析。结果表明：2003年研究区森林土壤平均涵养水源深度为204．135mm,土壤涵养水源总量为10518．72万m3;2003年森林土壤涵水深度呈空间聚集型分布,随着海拔的降低、人为干扰活动的增强,核心区、缓冲区、实验区森林土壤涵水深度的空间聚集性减弱、破碎化趋势增强;森林土壤涵水深度较高的林分位于海拔较高、坡度较陡、土壤湿度较大、植被生长状况较差的立地;森林土壤涵水深度在空间分布上呈现出从东北向西南倾斜的带状分布趋势;森林土壤涵水深度与海拔、坡度、土壤湿度指数的平均相关系数分别为0．2065、0．6295、0．3570,表明森林土壤涵水深度与3个因变量呈正相关关系。     

基于土壤墒情的云南干旱分析

根据2008—2012年云南省23个土壤墒情站点土壤含水量和日降水数据,研究土壤墒情与降水、温度的关系,并基于土壤相对含水量分析云南省干旱的时空分布特征。结果表明,不同深度土壤平均相对含水量的最大值与降水关系显著,均出现在6—8月,且基本滞后降水最多月份1个月,其出现时间呈现出由东南向西北推迟的变化趋势;而不同深度土壤平均相对含水量的最小值与气温关系显著,均出现在3或4月,其出现的时间大致与旱季(11月—次年4月)最高气温出现的时间一致。云南省干旱主要发生在1、3、11和12月,其中11和12月旱情最为严重;在空间分布上,1和3月干旱主要分布在云南西部,尤其是滇西南、滇西北和滇中,11和12月干旱主要分布在云南东部,尤其是滇中和滇东南。