土壤孔隙网络模型的程序设计与实现

本文利用土壤孔隙序列数字图像数据,结合形态学网络模型理论和孔隙拓扑结构.经过对孔隙网络模型的程序设计.实现了土壤孔隙网络模型的构建.该设计确定了适合描述孔隙空间拓扑特征的网络模型数据结构,运用插值算法提高了序列数字图像垂直方向的分辨率.运用邻近像元聚类法.以及表面绘制法解决了孔隙三维空间的连通判断问题.所得模型再现了孔隙三维结构.是孔隙结构特征的直接映射,界面友好.能够定量获取孔隙结构的三维重要特征参数.     

广州市稻田土壤大孔隙特征研究

以广州市增城区、萝岗区稻田土壤为对象,运用数字图像制备分析技术对广州市稻田土壤进行了试验。通过构建土壤大孔隙结构相关的因素,对广州市增城区、萝岗区稻田土壤大孔隙结构在土壤纵断面上的演变情况进行分析。结果表明:由于土壤所处时期不同,大孔隙数目、大小和形状在横断面上和纵断面上的分布是不同的。土壤大孔隙在0.011~0.019 cm区间的孔隙数量占比最大,同一地区土壤不同孔隙直径沿深度变化相似,都是土层深度越深,大孔隙度越小。     

土壤孔隙结构检测技术研究现状与展望

土壤孔隙是水气运移和生物运动的通道，在调节土壤肥力和生态功能中起着至关重要的作用。土壤孔隙结构的量化研究是认识土壤结构、明晰孔隙结构与宏观功能关系的前提。然而，受土壤自身复杂性的限制，目前土壤孔隙结构检测技术普遍存在精确度低、重复性差和操作复杂等问题。针对获取和量化土壤孔隙结构中的重点和难点，归纳了现有方法的优缺点、潜在误差源及应用场景。现有方法总体可分为两大类：间接法和直接观察法，间接法是利用土壤中水、气、声、热等特性获得孔隙直径、体积或孔固体表面积等信息，主要包括水分特征曲线法、压汞法、气体吸附法、声波法、热脉冲-时域反射法、变压法、回归分析法等；直接观察法可以通过几何可视化来直接观察土壤孔隙空间，并借助图像处理技术，从图像中提取大量的定量形态学和拓扑描述符进行评估，例如切片观察法、扫描电子显微镜技术、计算机断层扫描技术、核磁共振技术等。对表征土壤孔隙结构的定量化方法进行了总结，梳理了近5年常规统计法、地统计学和分形理论在土壤孔隙结构定量化研究上的应用和成果。最后对今后田间原位土壤孔隙结构检测的发展方向进行了展望，尝试为土壤孔隙结构的现场检测装置研发提供理论参考和新思路。     

基于工业CT扫描的不同类型土壤孔隙结构研究

本研究从3个土壤类型样地中采集11个原状土柱,进行CT断层扫描,结合结构方程模型定量分析土壤大孔隙特征参数与土壤含水量间关系。结果表明:不同土壤类型的大孔隙累积弯曲度可抑制土壤含水量的增加,褐土区的大孔隙垂直连续性强,喀斯特人工恢复林地区的大孔隙水平发育度高,且破碎程度高。不同植被类型条件下的林地总孔隙体积较大,乔木群落土壤大孔隙平均直径分别是灌木和草本的1.33倍和1.87倍,灌木的弯曲度高于林地;大孔隙的弯曲度可促进土壤大孔隙表面积的增加。本研究可为后续定量化分析大孔隙三维特征及其对水分运移的贡献等内容提供基础支撑,为不同地区人工林有效恢复及管理、林地土壤营养物质运移及滞留、土壤水分运移机制等提供参考。     

作物必须施用的十二种元素简介

免深耕是由土壤微粒结构促进剂和土壤活化剂有机结合而成的高效、广谱、安全．其特殊作用机理的制品．其活性物质是一种多价阴离子活化剂．通过水分的激活．垂直作用分布于土壤．使被土壤吸引束缚的氢离子游离出来．增加了阳离子的交换量．从而使土壤形成更多的微孔隙．     

白浆土某些物理性质的研究Ⅲ.白浆土微结构及孔隙特征

为探究白浆土的某些物理性质,对自然林下的白浆土和耕地白浆土的土壤微结构进行对比分析。结果表明:自然林下荒地白浆土剖面未受到过任何人为扰动,表层土壤中有大量的植物根系和土壤动物的残留物质,土壤团粒结构发达,孔隙量大,土质疏松;表土层向白浆层呈渐进式过渡;而耕地白浆土的表层土壤,由于受机械耕作影响,土层内混有大量白浆层土壤,土壤紧实,孔隙量减少。白浆层土壤结构呈厚度为2～3mm片状结构,仅有少量水平方向发展的孔隙,无利于土壤排水的纵向孔隙,无作物根系;淀积层土壤呈小核状结构,干缩后沿结构形成裂隙。白浆土的土壤总有效储水孔隙(0.050 0～0.000 2mm)为耕层的16.9%～20.3%。白浆层仅为耕层的67.4%～83.3%,淀积层为耕层的25.6%～54.4%。直径>0.05mm的重力水孔隙耕层在17.8%～24.4%,白浆层和淀积层土壤的重力水孔隙仅1.3%～1.8%和2.4%～6.4%,表明土壤通透性差。直径<0.000 2mm的无效孔隙,淀积层明显高于耕层和白浆层,土壤持水能力强。     

冀北山地天然次生林土壤有机质空间异质性研究

【目的】以冀北山地山杨白桦天然次生林为研究对象,探讨该群落土壤垂直方向有机质的分布格局和空间变异特征。【方法】采用大面积野外调查数据,运用统计学、GIS空间结构分析技术进行分析。结果表明:土壤有机质含量最高的是0~20cm层,20~40cm有机质含量最小。变异系数随土壤深度的增加逐渐增大,3层都属于中度变异;3层有机质含量的最佳理论模型分别为指数模型、高斯模型和球型模型;各层有机质含量集中区和插值分析分级面积有所不同,但总体变化规律是一致的。0~20cm土层土壤有机质含量最大,20~40cm层是有机质消耗集中区,有机质含量最小,40~60cm层处于中等水平。【结论】研究区是属于次生山杨白桦林,土壤环境受外界破坏较少,土层垂直方向空间变异不显著,母质层有机质的形成和表层土壤有机质的消耗都处在合理的范围内,体现了该区域土壤处于健康、可持续发展的良好状态。     

Study on Physical Characteristics of Planosol III. Microstructure and Porosity Features

为探究白浆土的某些物理性质,对自然林下的白浆土和耕地白浆土的土壤微结构进行对比分析。结果表明：自然林下荒地白浆土剖面未受到过任何人为扰动,表层土壤中有大量的植物根系和土壤动物的残留物质,土壤团粒结构发达,孔隙量大,土质疏松;表土层向白浆层呈渐进式过渡;而耕地白浆土的表层土壤,由于受机械耕作影响,土层内混有大量白浆层土壤,土壤紧实,孔隙量减少。白浆层土壤结构呈厚度为2～3mm片状结构,仅有少量水平方向发展的孔隙,无利于土壤排水的纵向孔隙,无作物根系;淀积层土壤呈小核状结构,干缩后沿结构形成裂隙。白浆土的土壤总有效储水孔隙（0．0500～0．0002mm）为耕层的16．9％～20．3％。白浆层仅为耕层的67．4％～83．3％,淀积层为耕层的25．6％～54．4％。直径〉0．05mm的重力水孔隙耕层在17．8％～24．4％,白浆层和淀积层土壤的重力水孔隙仅1．3％～1．8％和2．4％～6．4％,表明土壤通透性差。直径〈0．0002mm的无效孔隙,淀积层明显高于耕层和白浆层,土壤持水能力强。     

关中东部人工花椒林土壤孔隙的分形特征

用分形几何学研究了关中东部人工花椒林地土壤孔隙的分形和分布特征.在莱卡显微镜下观察和采集土壤孔隙图像,通过SISC IAS V8.0软件提取土壤孔隙的有关参数,用计盒维数法计算了土壤孔隙分形维数.在A-Ap2-Bc-Bt构造的BMC土壤剖面中,土壤孔隙平均分维值依次为1.78277,1.6847,1.66781和1.67955,总体分布呈下降渐上升趋势,孔隙维数与孔隙率、孔隙的面积和周长呈明显的相关性,相关系数(R)依次为0.93983、0.92693和0.84545.孔隙分形维数能够较好地描述土壤孔隙结构的空间变异特征,孔隙分形与土壤孔隙的空间分布、形态变化、孔隙大小、孔隙边缘等因素密切相关;BMC剖面孔隙分形分布反映了花椒林这种特殊土地利用方式下土壤孔隙的变化规律.     

黄瓜设施栽培土壤中无机阴离子的运移和分布规律研究

在黄瓜的4个生长时期分别从水平方向和垂直方向取样并测定土壤的无机阴离子含量,研究了无机阴离子NO3-、SO42-和Cl-在土壤中的运移和分布规律.结果表明,阴离子在垂直方向的含量随时间推移不断下降,NO3-下降缓慢而持续时间长,SO42-和Cl-开始下降幅度大,后变得缓慢.土壤阴离子在垂直方向的运移变化比水平方向明显.     

多孔介质干燥过程分形孔道网络模型与模拟:Ⅰ.模型建立

目前孔道网络干燥理论中普遍以“人造多孔介质”为孔道网络模拟的研究目标,尚未涉及实际多孔体的应用问题。以农副产品中常见孔隙直径范围(10-7~10-4m)的自然多孔介质为研究对象,运用分形几何学、多孔介质渗流物理和传递过程原理,建立了描述多孔介质干燥过程热质传递的分形孔道网络模型和规则孔道网络模型。模型中考虑了多孔介质孔隙内的液相流动、汽相扩散、温度梯度以及孔道微细结构特征等诸多因素对干燥过程热质传递特性的影响。为了更准确地契合自然多孔介质的孔道网络拓扑结构,应用分形孔道网络替代了通常采用的规则孔道网络。     

基于HYDRUS-1D模型的平原河网区农田氮素迁移特征研究

为了探究平原河网区域氮素垂向迁移及流失情况,本研究基于平原河网区农业活动施用的氮素通过包气带发生纵向迁移的实际情况,利用HYDRUS-1D软件中的水分运动和溶质运移模块构建适用于平原河网区的水氮模型,结合野外监测和室内淋溶试验对模型参数率定和验证,利用校验过的模型对区域氮素垂向迁移及流失情况进行模拟。结果表明:尿素主要分布在0~5 cm土壤,并在表层土壤中大量水解;氨氮和硝态氮主要分布在0~15 cm和0~35 cm土壤,且随着土壤深度增加,浓度均呈现先增加后减少的趋势。土壤深度每增加10 cm,硝态氮浓度减小约10 mg·L^-1。相对而言,硝态氮更易流失进入深层土壤,氨氮流失则对灌溉量响应更为明显。当灌溉量高于400 mL时,氮素流失量呈指数增加趋势。在综合考虑自然降雨、外源污染输入和土壤背景值的条件下,平原河网区进入地下水的氮素将远超国家Ⅲ类水质标准。     

秸秆覆盖对广西甘蔗地土壤水分与结构变化的影响

【目的】探讨秸秆覆盖对广西甘蔗地土壤孔隙结构、孔隙数量、连通性等性质的影响,分析土壤孔隙结构特点及水分运移通道特征,为广西地区甘蔗生产中的科学合理种植提供理论依据。【方法】设秸秆覆盖（SM）与无秸秆覆盖对照（CK）2种处理,利用CT扫描成像技术和ImageJ软件获取土壤孔隙结构数据并测定土壤有机质,结合原位监测获得的5、20、40 cm深度的土壤含水量数据,对比分析不同处理的孔隙结构特点及土壤水分运移通道特征。【结果】SM处理0~10 cm土层的有机质含量显著高于CK （P<0.05,下同）;相同深度下SM处理的土壤含水量均高于CK。0~40 cm土层中,SM处理的土壤孔隙面密度显著大于CK,而CK的土壤孔隙复杂度显著高于SM处理。SM处理的孔隙数量（19190个）、直径≥1 mm孔隙数量（952个）、孔隙度（0.07%）及比表面积（1.64 mm-1）均显著大于CK对应值（9415个,690个,0.06%,1.43 mm-1）。土壤孔隙三维结构显示,CK的总孔隙数量少且多分散在0~20 cm土层,空间分布呈明显的分层现象;而SM处理的总土壤孔隙数量多且均匀分布在整个空间,无明显孔隙分布分层现象,且其连通性孔隙发育较完善。【结论】秸秆覆盖处理可有效提高广西甘蔗地的土壤含水量,增加土壤孔隙数量,从而整体提高土壤孔隙连通性,对土壤孔隙结构改善有一定积极影响,有利于促进甘蔗根系的生长发育。     

模拟冻融循环对黑土黏化层孔隙结构的影响

以东北典型黑土区耕地土壤为研究对象,采用室内模拟冻融以及CT(Computerized tomography)扫描相结合的方法,通过孔隙数目、平均面积、成圆率3个指标的量化与分析,研究了冻融循环对黏化层土壤孔隙特征的影响规律,以期为探明该区土壤侵蚀机理提供科学依据。研究结果表明,冻融循环不同程度地降低了原状土和填充土的孔隙数目和面积,均在循环3次时达到最低值,冻融循环对≥5 mm孔隙影响较为明显。相对原状土而言,前期含水量对黏化层填充土柱孔隙特征的影响较小。黏化层结构对模拟冻融循环的响应特征印证了季节性冻融循环对黑土区黏化层可蚀性的影响,进而诱发土壤侵蚀、促进沟蚀发展的可能。      

深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗数值模拟

为探讨深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗特性,采用Hydrus-2D软件,建立深层坑渗灌双灌水器条件下的土壤水分运动模型,并通过机理试验对比分析,推求模型参数.结果表明:水平、垂直向上以及垂直向下3个方向湿润锋的拟合结果和实测结果的误差分别为1.28％,3.73％和4.04％,观测点土壤含水量拟合结果与实测结果的平均误差为9.1％,说明所建模型模拟的湿润锋和土壤含水量精度较高.在此基础上,采用该模型分析了湿润体内的土壤水分运动过程,结果表明,随入渗时间的增加,土壤水分运动速度逐渐变慢.     

基于GIS的农村配电网络拓扑分析方法

本文在分析农村配电网络拓扑结构的基础上,结合GIS的数据特点,采用面向对象的方法分析了网络元件的拓扑关系,并用SQL Server 2005设计实现了农村配电网络的拓扑结构.同时,还以停电模拟的实现算法来说明拓扑分析的具体应用.经过实际应用表明.本文提出的基于GIS的农村配电网络拓扑分析方法能够正确描述系统的拓扑结构,具有很大的实用性和推广价值.     

土壤墒情预测模型对比

为实现实时准确的墒情预报,以北京市延庆区为例,利用在该地区获取的2012—2016年5年的系列土壤墒情和气象数据,对土壤墒情预测模型进行了对比研究。通过相关性分析选取时段初墒值W_0、降雨、湿度、气温、气压、地温和蒸发7种影响因子,对土壤墒情分别建立线性回归方程、基于主成分分析的径向基函数(PCA-RBF)神经网络和误差反向传导(BP)神经网络3种预测模型,并对3种模型预测结果进行了对比分析。结果显示:PCARBF神经网络模型精度最高,平均精度达到96.8%,线性回归模型和BP神经网络模型分别为94.6%和95.7%。研究认为,PCA-RBF神经网络具有稳定性好、精度高的特点,可以很好的实现土壤墒情预测。     

不同土地利用方式下土壤线虫群落的垂直分布分析

对佳木斯地区水稻地、湿地草甸与玉米地等6种土地利用方式下土壤线虫群落的垂直分布进行了研究,分析了土壤线虫群落组成及多样性在土壤深度的分布特征.结果表明,水稻地和湿地草甸的土壤线虫总数、玉米地的植物寄生线虫数量、林地的捕食杂食线虫数量随土壤深度变化显著;玉米地土壤线虫群落的多样性指数随深度变化显著;不同土地利用方式下土壤线虫群落在不同土壤深度的垂直分布存在一定差异.     

汉麻秆基生物质陶瓷用纯炭坯体的制备与分析

以汉麻秆芯炭粉为原料,采用干压成型工艺制备了生物质碳化硅陶瓷用多孔纯炭坯体,通过截面密度分析、SEM以及压汞测试等手段,对纯炭坯体的密度、显微结构和孔隙特征进行了分析。结果表明,成型压力在110MPa以下时,炭坯密度随压力升高而增加,达到110 MPa后密度不再增加;成型坯体截面密度分布及显微分布均匀;压汞测试表明,压力为35 MPa时所得炭坯的孔径主要介于1～80μm之间,具备制备高质量碳化硅陶瓷的理想条件。