一维马尔可夫链模拟黑河中游流域土壤质地垂向变异

黑河中游地区土壤剖面砂、黏层次相间排列的特点及部分区域剖面中出现的不透水层对土壤中的水分运动和溶质迁移具有重要影响。该研究调查了黑河中游100 km2区域内土壤剖面的质地分层情况,运用一维嵌入马尔可夫链模型模拟该地区的土壤质地剖面。研究表明,研究区土壤剖面共出现砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土、黏质壤土、粉黏壤土和粉黏土7种质地类型,层次厚度呈对数正态分布。粉黏土未在表层土壤出现,而砂土在表层出现的概率明显高于其余质地类型,剖面某一质地层之下多出现细粒含量比其高的下一质地类型。剖面上相邻两质地层之间的转移具有明显的马尔可夫链特征（简称马氏性）,且马氏链是平稳的。一维嵌入马尔可夫链模型能够较好地描述研究区土壤质地层次的垂向变化,剖面主要的质地层次组合为：砂—壤、壤—砂、壤—黏、黏—壤。对土壤质地剖面的定量模拟,可以为开展该区域土壤水循环、转化和溶质迁移等相关研究提供参考。     

应用Markov链理论定量描述区域冲积土壤质地层次的垂向变化特征

冲积土壤剖面质地层次的垂向变化是一个十分复杂的问题,长期以来都是定性描述而无法定量化,但土壤剖面的质地层次组合特点对土壤水分转化和溶质运移等具有重要影响,对其定量地描述和研究是进一步准确定量区域农田水转化和溶质运移的基础。马尔可夫链理论是用来描述随时间（空间）变化的一个离散状态序列的状态转移特性的,本文就其引入来研究冲积土壤剖面质地层次的垂向变化规律。研究结果表明,区域冲积土壤剖面质地层次的垂向变     

冲积平原上区域土壤质地层次的某些分布特征

本文根据冲积平原区上一个１５平方公里区域内格网化布点的大量土壤剖面质地层次的观测数据,采用地统计学方法研究区域粘土层一些指标值的空间变异结构,通过概率统计研究了区域内几种地质类型层次厚度的概率分布特征。研究结果表明,第一粘土层厚度,第一粘土层出现深度,１米内粘土层总厚度和２米内粘土层总厚度的最大相关距离均在１５００米－２０００米之间,各种类型质地层厚度的概率分布均具有对数正态分布的特点。     

中国西北旱作农田土壤剖面硝态氮累积

A long-term fertilizer experiment on dry land of the Loess Plateau, northwest China, has been conducted since 1984 to study the distribution and accumulation of NO3-N down to a depth of 400 cm in the profile of a coarse-textured dark loessial soil after continuous winter wheat cropping. Thirteen fertilizer treatments consisted of four levels of N and P applied alone or in combination. Annual N and P (P205) rates were 0, 45, 90, 135 and 180 kg ha^-1. After 15 successive cropping cycles, the soll samples were taken from each treatment for analysis of NO3-N concentration. The results showed that NO3-N distribution in the soil profile was quite different among the treatments. The application of fertilizer N alone resulted in higher NO3-N concentration in the soil profile than the combined application of N and P, showing that application of P could greatly reduce the NO3-N accumulation. With an annual application of 180 kg N ha^-1 alone, a peakin NO3-N accumulation occurred at 140 cm soil depth, and the maximum NO3-N concentration in the soils was 67.92 mg kg^-1. The amount of NO3-N accumulated in the soil profile decreased as the cumulative N uptake by the winter wheat increased. Application of a large amount of N resulted in lower N recoveries in winter wheat and greater NO3-N accumulation in soil profile. NO3-N did not enter underground water in the study region; therefore, there is no danger of underground water pollution. Amount of NO3-N accumulation can be predicted by an equation according to annual N and P rates based on the results of this experiment.     

区域尺度农田水盐动态模拟模型—GSWAP

由于土壤和水文气象等因子的空间变异性,区域尺度的农田水盐动态难以应用小尺度-维模型进行模拟.该文将-维农田水文模型(soil-water-atmosphere-plant model,SWAP)与Arclnfo进行紧密结合,构建了区域尺度的农田水盐动态模拟模型-GSWAP.该模型利用GIS强大的空间数据分析与处理功能,可高效地进行模型数据的前后处理与分析.模型将研究区划分为多个均质单元进行模拟,并以RS反演的表土含水率和ETa为观测资料,运用遗传算法确定各单元等效土壤水力参数.该文以内蒙河套灌区永联试验区为背景,对GSWAP模型进行了应用分析.结果表明,应用GSWAP模型可高效地进行区域农田水盐动态模拟,实现数据输入输出、可视化显示与空间分析,且永联试验区的模拟结果具有合理性.     

珠江三角洲平原农田土壤有机碳组分及剖面分布特征

采集珠江三角洲平原20个农田不同发生层的土壤样品,研究了土壤有机碳(SOC)及其组分,包括高锰酸钾氧化碳(POXC)、不同浓度硫酸氧化的有机碳组分(CF1、CF2、CF3和CF4)、胡敏酸碳(HAC)、富里酸碳(FAC)和胡敏素碳(HMC)的分布特征及其相互关系和影响因素。结果表明:SOC含量变幅为1.88~52.78 g kg~(-1)。SOC、CF1、CF2、CF3、POXC、FAC、HAC含量均在耕作层(Ap1)中最高,平均值分别为17.87、7.29、4.32、2.57、0.58、1.72、2.60 g kg~(-1),在水耕氧化还原层(Br)中最低;CF4和HMC含量在Bg层土壤中最高,平均值分别为5.32、15.03 g kg~(-1)。Ap1、Ap2、Br、Bg层中POXC占有机碳比例平均值分别为3.2%、3.3%、3.5%、3.6%,活性有机碳(CF1+CF2)是土壤有机碳的主要组分,在各发生层土壤中所占比例均60%。土壤腐殖质以HMC为主,所占比例约80%。土壤有机碳及其各组分之间均呈极显著正相关,土壤有机碳及其组分与土壤全氮、碱解氮呈极显著正相关,与pH值呈显著负相关。     

农田尺度下土体硝酸盐淋失的随机模拟及其风险性评价

以田间试验为基础,对所建立的简化土壤水氮联合运移模型进行了验证。将条件模拟方法所得到的表层土壤饱和导水率(Ks)的随机场与该联合模型相结合,随机地模拟了冬小麦地1999年3月15日至6月10日这一时段的硝酸盐淋失情况。在总来水量为353.8 mm、施N量为86.25 kg hm-2的情况下,2 m土体硝酸盐淋失量最小值为N 15.04 kg hm-2,最大值为N 26.04 kg hm-2,分别占此段施肥量的17.4%和30.2%。以传统方法(Ks平均值)所得到硝酸盐淋失量作为对照,发现硝酸盐淋失量超过该值且概率大于70%的面积约占到田块总面积的20%左右。说明由于田间空间变异的作用,造成了硝酸盐淋失的巨大差异,故不能用传统的方法来代替,因为这样做就掩盖了地下水可能造成硝酸盐污染的风险性。     

区域需水量多维随机模拟方法

需水模拟是水资源规划与管理的重要基础。采用Cholesky因子分解与Box-Cox数据变换及Monte-Carlo随机模拟等技术相结合的方法,建立了考虑月需水量相关性的区域需水量长系列多维随机模拟模型,并将模型应用于汉江中下游地区,结果表明,模拟需水序列的均值、方差等统计参数相对误差小,同时能表达各月需水量之间的相关关系。所建立的模型为需水模拟提供了新思路,具有一定的适用性。     

冬小麦灌溉随机模拟模型研究

为了考虑随机因素(气象因素等)对冬小麦灌溉的影响,用时间序列方法建立了蒸发蒸腾量的随机模型,并将其导入田间水量平衡方程,推导出冬小麦灌溉的随机模拟模型。将该模型用于商丘市李庄乡的冬小麦灌溉,其灌水量与实际情况较为符合,最大误差仅为4.7%,可用于制定冬小麦的灌溉计划。     

三种网格的农田防护林防止土壤风蚀的效应研究

在山东省夏津县黄河故道冲积沙地建立土壤风蚀试验区,采用标尺法对3种网格的农田防护林和对照地的土壤风蚀量进行观测,测定结果表明:农田防护林网可明显减少风蚀损失,其中,130m×300m林网相对于对照减少土壤风蚀量81%,260m×300m林网相对于对照减少78%,300m×400m林网相对于对照减少75%,即随着网格面积的增加对风蚀量的影响越来越小。同时,土壤风蚀程度与测定期间日平均风速>4 m/s的出现频率有密切关系,土壤风蚀量与风速之间的最佳拟合关系为幂函数关系,二者之间呈正相关关系,相关系数在0.95以上。黄河故道冲积沙地农田防护林网对5.0~5.9 m/s范围内的风速引起的土壤风蚀防治效果最好。     

华北冲积平原区土壤剖面质地层次空间分布的三维随机模拟

土壤质地层次的空间分布(或土体构型)的复杂变异性是冲积土壤的典型特点之一,定量描述土体构型对于土地利用和溶质运移研究来说极其重要。本研究根据华北冲积平原上一块面积约15km2区域内的139个土壤剖面观测数据,运用转移概率地统计学方法分析了区域内土壤质地层次空间分布的变异特性。结果表明,土壤质地层次的空间分布不是纯随机的,而是具有一定的空间毗邻转移趋势。将本文得到的土壤质地层次空间分布的三维马尔可夫链模型用于指示条件模拟后,最终模拟结果反映了不同质地层次间的交叉协相关关系,所得结果为进一步模拟水分溶质在区域土壤中的运动提供了有力的支持。     

黑土有机质含量高光谱模型研究

通过对黑龙江省典型黑土区土壤样品高光谱反射率的室内测定,研究了典型黑土可见光/近红外波段光谱反射特性;利用多元统计分析方法,以土壤光谱反射数据及其数学变换数据作为自变量,以黑土有机质含量对数变换数据作为因变量,建立黑土有机质含量高光谱预测模型,并对模型的稳定性和预测能力进行检验。结果表明:(1)620~810nm波段范围是黑土有机质的主要光谱响应区域,最大响应值在710nm附近;(2)对光谱数据进行归一化处理可以部分消除不同土样测试过程中存在的噪声;(3)模型及其检验的决定系数R2都在0.9以上,模型的总均方根差RMSE均小于2.1,模型具有很好的稳定性和预测能力,可以用于黑土有机质含量的快速测定;(4)归一化一阶微分模型为最优预测模型。     

挥发性有机物污染土壤蒸气抽排模型研究进展

土壤蒸气抽排是一种当前国外广泛应用的土壤现场修复技术,它能经济高效地去除非饱和带土壤中的挥发性有机污染物。本文详细叙述了土壤蒸气抽排中的地下抽排气体流场模型和污染物去除模型的发展过程和研究现状;描述了适合不同情况的一维、二维和三维抽排气体流场模型,以及不存在非水相液体和存在非水相液体的两类污染物去除模型的特点和适用条件;总结了运用各种模型,分析土壤气透性、污染物挥发性和抽排流速等主要因素对土壤蒸气抽排去污效果的影响及所取得的研究成果;对土壤蒸气抽排模型的研究和运用中目前需要解决的问题及发展前景进行了展望。     

河北曲周盐渍土区土壤元素特征

研究了地处华北冲积平原的曲周盐渍土区土壤元素全量 (ST)、1∶1浸出液(SE)和土壤溶液 (SS)中各元素的浓度范围和特征 ,及其与地下水中元素的联系。土壤元素全量主要与土壤质地 (反映了矿物组成 )有关 ,只有盐渍化严重的土壤 ,易溶性元素对其全量的增加有一定影响。元素在土壤溶液和 1∶1浸出液中的浓度差异受土壤水分状况的影响。各土层元素在SE中的含量占全量的百分率 ,其平均值和变异系数在一定程度上说明了该元素的可溶性和移动性。土壤—地下水系统中 1m和 2m土层的大部分元素在 1∶1浸出液中的浓度平均值与地下水矿化度和与地下水中相应元素的浓度值之间呈显著或极显著相关 ,无相关关系的元素 ,大多属迁移系数较小的元素。文中还以例说明了不同盐渍化程度土壤 1∶1浸出液中元素浓度垂直剖面特征 ,以及与地下水中相应元素浓度的联系。     

三种施肥模式对石灰性土壤培肥的影响

试验在中国科学院封丘农业生态实验站的石灰性潮土上进行 ,在氮、磷、钾固定用量和比例的基础上 ,选定全施有机肥、全施化肥、有机肥和无机肥配合施用三种处理。结果表明 ,这三种施肥模式都显著地提高了土壤全氮和速效氮、土壤全磷和有效磷、土壤全钾和速效钾含量。有机肥在提高土壤全氮和速效氮含量方面效果明显优于无机肥 ,对土壤速效磷含量的影响也高于无机肥 ,但是对土壤全磷含量的增加效应上不如无机肥大。无论是有机肥中的钾还是无机肥中的钾 ,对土壤全钾的贡献没有明显的差别 ;但是在土壤速效钾方面 ,无机肥中的钾对其影响大于有机肥中的钾。有机肥和无机肥的配合施用是提高石灰性潮土土壤肥力更好的方法。     

紫色土壤风化发育程度与“钛值”关系的研究

在重庆地区按紫色土壤习惯命名采集各主要紫色地层母岩发育的54个土壤剖面样品,并进行全钛和无定形钛含量测定。结果表明:供试紫色土全钛含量范围为TiO22.70~23.9 g kg-1,平均值7.52±3.90 g kg-1;土壤全钛含量高低主要与成土紫色母岩有关,而受土壤风化发育程度的影响不大,在剖面中分布规律不明显;用土壤"钛值"(全钛/无定形钛)比较,各紫色地层母岩初期风化发育的土壤(如石骨子土)钛值大小与母岩基本保持一致,表现为:三叠系飞仙关组(T1f)>侏罗系蓬莱镇(J3p)>侏罗系自流井组(J1—2z)>侏罗系沙溪庙组(J2s)>侏罗系遂宁组(J3s)>白垩系夹关组(K2j);但随土壤风化发育程度加深,钛值显著降低,且钛值大小顺序与土壤硅铝铁率所描述的土壤风化发育程度结果基本吻合,二者达极显著相关(r=-0.809 1**),如果将紫色土壤钛值大小划分为Ⅰ~Ⅶ级,则可将不同风化发育度的紫色土壤归入相应的级别中,据此,可按级别对紫色土壤的风化发育程度做出描述。     

基于CWSI和土壤水分修正系数的冬小麦田土壤含水量估算

2000年10月～2001年7月在西北农林科技大学灌溉实验站冬小麦田内,进行了利用作物冠层温度定量估算冬小麦田土壤含水量的试验研究。根据水分亏缺条件下作物蒸发蒸腾量计算公式及作物水分胁迫指标(CWSI)的定义,得到了基于CWSI和土壤水分修正系数Ks的不同生育阶段冬小麦田土壤含水量估算公式,其中Ks采用了康绍忠的幂函数形式(KM)及Dooreboos的线性公式(DM)。用该公式对冬小麦田土壤含水量在4个生育阶段进行了估算,并对估算值和实测值进行对比和误差分析。分析结果表明:在出苗越冬期和越冬返青期KM和DM模型对土壤水分的估算偏高,其原因是由于麦田土地裸露导致CWSI观测中出现了较大误差;在返青抽穗开花期和灌浆成熟期KM模型估算冬小麦根层土壤含水量较适宜,误差在15%以内,DM模型误差较大达到30%。