不同土层土壤水分特征曲线的空间变异及其影响因素

利用多重分形和联合多重分形方法,对陕西杨凌地区0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数的空间变异性及其影响因素进行了研究.结果表明:0～20 cm和20～40 cm土层参数α都具有明显的多重分形特征,空间变异性较强,且分别是由低值和高值分布引起的;参数n和θs的多重分形特征不明显,空间变异性较弱.0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数与土壤物理特性的相关特征并不完全相同,在观测尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt显著相关,参数n与Sand、SOM显著相关,θs与Sand显著相关;20～40 cm土层参数α与SOM显著相关,参数n和θs都与Sand、Silt、SOM显著相关;在多尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt的相关程度最高,20～40 cm土层参数α与BD、SOM的相关程度最高.     

不同植被下黏质红壤水分特征曲线研究

为分析不同植被下黏质红壤的持水、释水及孔隙特性,用离心机法测定了鄂南一个典型红壤坡地的8种植被地块(3种树龄的杉树、茶树、红叶石楠、无患子、油菜、桂花树)4个深度(20、40、60、90 cm)的土壤水分特征曲线,进而计算了土壤不同孔隙度,用Van Genuchten模型(VG模型)拟合水分特征曲线数据,同时获得土壤比水容量曲线。结果表明:①VG模型能够较好地拟合黏质红壤的水分特征曲线,决定系数R~2在0.981 4～0.999 4之间;②土壤持水能力的变化主要出现在低于500 kPa的土壤水吸力范围内,土壤释水过程大多发生在低吸力范围内(0～500 kPa)。试验坡地的土壤总孔隙度是40.4%～47.0%,其中毛管孔隙度约为39.2%,而有效孔隙度仅为15.0%左右,因此土壤水分有效性整体较差;③持水能力最好的是茶树、大杉树和小杉树3个地块,多数地块的表层土壤较深层土壤有更好的排水能力,但深层土壤的持水能力强于表层土壤。研究坡地的土壤虽然属于同一种类型土壤,但不同植被、不同深度的土壤持水能力、释水特性及水分有效性存在一定差异,在分析红壤坡地水分动态分布规律时应考虑在内。     

振动深松耕作对不同类型土壤水分特征曲线影响研究

为了探讨振动深松耕作措施对不同类型土壤的水分特征曲线的影响,利用吸力平板仪和压力膜仪对黑龙江省5种典型土壤,即黑土、黑钙土、水稻土、苏打盐碱土、沙土进行了测定。得到振动深松区和对照区的原状土壤在脱湿过程中不同吸力下的土壤含水率,并利用van Genuchten数学模型对5种土壤的水分特征曲线的实测值进行数值拟合,对比研究了5种土壤水分特征曲线及模型拟合参数、土壤当量孔径、土壤水分有效性及比水容量的变化。结果表明,振动深松前后土壤水分特征曲线差异显著。同一吸力下,深松区土壤含水率高于对照区,振动深松显著提高了土壤的有效供水能力,其中效果最佳的是苏打盐碱土和黑土。振动深松通过改善土壤结构,调整了孔隙孔径的比例,进而提高了土体的有效供水能力。     

土壤水分动力学参数研究与评价

对国内外土壤水分动力学参数研究进行概述和分析。目前研究土壤水分动力学参数的方法 ,开始从实验测量向以基本参数为基础的数学模拟过渡 ,实验和计算手段不断更新 ,考虑的因素更加完全 ;但是各种方法都有其局限性 ,用于田间水分动力学模拟仍有一定的难度     

三峡山地土壤水分特征曲线及模型拟合

为揭示土壤涵养水源的机制,并为山区生态治理提供依据,以三峡库首大老岭和夷陵山地为研究区,采集温性阔叶林棕壤、针阔混交林黄棕壤、茶园地和暖性针叶林黄壤的原状土样,通过离心法分析并拟合了山地土壤的水分特征曲线。结果表明,三峡山地土壤随吸力增大,土壤含水率呈先迅速降低后趋于平缓的变化规律。黄壤的持水性较差,黄棕壤相对于其他林地土壤有着更强的持水性。茶园持水能力比棕壤和黄棕壤差,与黄壤差异较小。孔隙分布随土壤剖面深度的增加而减少。大孔隙以黄壤体积比最大,其次是黄棕壤和棕壤,茶园最小。用van Genuchten模型拟合山地土壤的水分特征曲线,决定系数R2均大于0.95,模型可靠性高。van Genuchten模型参数n与有机质(P0.05)和粉粒(P0.05)的相关性较高,参数α与理化性质相关性较差。     

土壤水分动力学参数研究与评价

对国内外土壤水分动力学参数研究进行概述和分析。目前研究土壤水分动力学参数的方法，开始从实验测量向以基本参数为基础的数学模拟过渡，实验和计算手段不断更新，考虑的因素更加完全；但是各种方法都有其局限性，用于田间水分动力学模拟仍有一定的难度。     

测量土壤水分特征曲线的复合传感器设

为了直接获取土壤水特征曲线,在一种商品化微型张力计的基础上,设计了一种同步测量土壤水吸力与容积含水率的复合传感器.将张力计中的一段金属保护套管作为天线,利用其辐射阻抗随着土壤含水率变化的规律来测量土壤容积含水率.在实验室环境下,利用3种不同质地土样(砂土、砂壤土、粘壤土)对复合传感器进行了试验,并与经典土壤水特征曲线测量方法(压力锅法结合砂箱法)获得的数据进行了比较.结果表明,复合传感器在3种土壤样品上获得的水分特征曲线的均方根误差均小于0.05,与标准方法所获得的结果具有较好的一致性.     

基于黏粒量的土壤水分特征曲线预测模型

[目的]建立基于黏粒量的土壤水分特征曲线预测模型.[方法]设计12种不同黏粒量的质量混合比处理,获得一系列合成土样,通过测定合成土样的土壤水分特征曲线,研究了在体积质量一致的条件下,黏粒量对土壤水分特征曲线参数和孔隙分布的影响.[结果]在体积质量为1.55 g/cm3条件下,黏粒量增加1.9倍,土壤中传导孔隙(0.03...     

沙漠水渠两侧不同坡向人工固沙区土壤水分空间变异特征

在古尔班通古特沙漠中部引水渠两侧人工固沙区的阳坡和阴坡各选择一个样地(30 m×30 m),均匀划分为36个5 m×5 m的小样方,测定了各小样方中心10、30和50 cm层的土壤体积含水量,采用半方差分析和克里格插值法对比研究了土壤含水量的空间变异特征。结果表明,2样地6层土壤含水量均呈正态或近似正态分布,均属中等变异(0.157～0.335)。无论阳坡或阴坡,下层土壤含水量均显著高于上层。除表层外,同一层次下阴坡的土壤含水量显著高于阳坡。半方差分析表明,6层土壤含水量空间变异最优模型均为指数模型;阳坡10 cm层、阴坡10和30 cm层的土壤含水量具有强烈的空间相关性,但变程较小(2.34～5.77 m);余下3个变量具有中等空间相关性,变程较大(21.90～53.02 m)。空间差值分析表明,阳坡3个土层的含水量均呈坡下低、坡上高的格局,阴坡50 cm层也具有同样趋势;而阴坡10 cm和30 cm层含水量无明显规律,呈斑块状分布。阴坡较高的土壤含水量孕育了较丰富的草本植物,但草本植物的异质性分布可能也影响了阴坡浅层(10～30 cm)土壤含水量的空间分布格局。     

黄土区农草混合利用坡面土壤水分空间变异性

通过对黄土区农草混合利用坡面的土壤水分分析,研究土地利用结构对土壤水分空间变异特性的影响。结果表明,研究区坡面土壤水分呈中等变异,且农草混合利用结构明显增加了土壤水分的空间变异强度,坡面土壤水分具有明显空间结构性。干湿条件下坡面0～60cm土层平均含水率的半方差最优理论模型分别为高斯模型和球状模型,且干旱条件较湿润条件下保持较高的基台值和变程,而块金值/基台值相对较低。Kriging插值结果显示坡面土壤水分呈现差异显著的斑块状分布格局,与坡面的混合土地利用结构一致。研究区浅层土壤水分空间变异及其分布格局主要受地形、降水和土地利用方式及其结构等因素的影响。     

大孔隙对土壤水分特征曲线的影响

土壤大孔隙是普遍存在的现象 ,并非例外 ,它对水及溶质在土壤中的运移有着深刻影响。分别从原状土区和回填土区随机取若干土样 ,采用离心机法测得了原状土和回填土的水分特征曲线 ,比较原状土和回填土土壤水分特征曲线的参数 ,分析了土壤中大孔隙的存在对土壤水分曲线中各参数的影响。指出在进行土壤中水及溶质运移研究中 ,必须考虑大孔隙的影响。     

基于分形理论的设施土壤水分特征曲线研究

采用现场调查取样与室内分析相结合的方法,研究了设施栽培条件下原状土壤和扰动土壤分形维数及其与水分特征曲线的关系,结果表明:在相同质地的情况下,分形维数随土壤容重的增大而增大;设施土壤水分特性曲线原状土分形维数与扰动土分形维数具有良好的线性关系;通过原状土与扰动土分形维数的关系来预测的原状土水分特征曲线在整个含水率范围内预测结果与实测值一致性较好,表明根据土壤扰动土分形维数来预测原状土水分特征曲线是可行的。     

降雨类型和水土保持对黄土区小流域水土流失的影响

对黄土区桥子东沟流域的143场次洪水事件水文泥沙数据进行统计分析,并利用K均值分类法划分降雨类型,比较不同降雨类型条件下流域水土流失特征,探讨水土保持治理对不同降雨类型下流域产流输沙的影响。结果表明,次降雨量和最大30 min雨强是影响流域产流输沙的主要降雨特征。降雨事件划分为4种类型:Ⅰ型(小雨量、小雨强)、Ⅱ型(大雨量、大雨强)、Ⅲ型(大雨量、小雨强)和Ⅳ型(小雨量、大雨强)。4种降雨类型下次洪水事件的产流能力和洪峰流量由大到小依次为Ⅱ型、Ⅳ型、Ⅲ型和Ⅰ型。频次最少的Ⅱ型降雨次洪水事件的输沙量最多,Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型降雨条件下次洪水事件输沙量的差异不显著,输沙量均较少。水土保持综合治理显著减少了流域径流量和输沙量,其中Ⅱ型降雨次洪水事件减水量和减沙量最多,Ⅰ型最少。     

黄土高原西部不同集雨保水措施下土壤水分变异特征

选择黄土高原西部丘陵区典型生态恢复区域,采用中子仪测定研究了不同集雨保水措施下油松林土壤水分变化,明确了不同措施下土壤水分动态特征和雨季前后土壤水分的亏缺与补偿情况。结果表明:不同集雨保水措施下土壤储水量差异明显。坡面覆膜集雨措施下各个土层土壤含水率均大于其他措施下土壤含水率。7月份各措施下土壤储水亏缺均有不同程度的缓解,坡面覆膜集雨、坡面覆膜集雨与集水槽结合2种措施下0~100 cm土层土壤储水亏缺状态得到有效缓解。坡面覆膜集雨措施对于有效利用降水有显著作用;树穴覆膜对于表层土壤水分的恢复有负面影响,但对深层土壤保水作用明显;燕尾式聚流坑对提高降水利用率和缓解土壤储水亏缺状态效果不佳。     

黄河三角洲农田土壤含水率空间变异特征研究

基于传统统计学和地统计学方法,定量分析了灌水前、后田块尺度下土壤含水率的空间变异性。结果表明,除灌水前10～20cm土层土壤含水率呈非正态分布外,其余各土层含水率均服从正态分布;随着土层深度的加深,灌水前、后各土层含水率均逐渐增加;除灌水前20～40cm土层及灌水后10～20、20～40cm土层土壤含水率呈中等变异性外,其余各土层均呈现弱变异特征;除灌水后20～40cm及40～60cm土层属于指数模型外,其余各土层含水率最优拟合模型为球状模型;灌水前、后各土层含水率均表现为强空间自相关性。     

基于联合多重分形的土壤水分特征曲线土壤传递函数

利用联合多重分形方法识别在不同尺度上对土壤水分特征曲线空间变异性都具有显著影响的因素,基于得出的结论建立考虑尺度效应的小尺度和大尺度van Genuchten模型参数的土壤传递函数,探讨了将小尺度上得出的联合多重分形结论进行尺度扩展,应用到大尺度上的可行性。结果表明:小尺度和大尺度上基于0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数土壤传递函数预测的土壤含水率均方根误差分别为0.038 6、0.047 3和0.027 0、0.030 4,可将小尺度上进行联合多重分形分析得出的结论进行尺度扩展,应用到大尺度上,且建立的土壤传递函数具有较强的理论基础和较高的预测精度。     

土壤湿度指数在黄土高原的适宜性评价

利用1992—2000年间黄土高原地区逐月降雨量、实测土壤湿度数据,结合GIS遥感技术、相关分析等方法,对基于TU-Wien变化检测算法,从ERS散射计数据反演获取的土壤湿度指数(SWI)或表层土壤湿度(SSM),从点和面2个尺度进行了验证。结果表明,在不同的土地利用、土壤质地和地形条件下,SWI或SSM与降水呈正相关(P<0.01)。时间序列方面,降雨、实测值和SWI或SSM基本上呈现出相同的变化趋势;空间分布上,降水和SWI具有相似的分布特征。在点尺度上,选取的7个站点的SWI与降水呈正相关(P<0.01),SWI和实测值的相关性随土层深度加深而下降,仅在10cm处达到显著水平(P<0.01)。对表层10cm的实测数据而言,降水和SWI的相关性要好于其与实测值的相关性。在黄土高原区域尺度上,SWI或SSM能够较为准确地揭示该地区表层土壤湿度的演变和空间分布特征。有长达20年(1992—2011年)之久的数据积累,并且可以免费及时获取的SWI或SSM,对于大范围实测土壤湿度数据匮乏的黄土高原地区而言,是一种具有较高利用价值的土壤湿度监测数据产品。     

农田土壤温度和水分空间变异研究

以静海县良种场内面积为4400m2的冬小麦田作为试验区,采用规则格网采样,按照10m×10m设置格网,共设52个采样点,通过GPS手持机确定点的位置,利用土壤温湿度检测仪测定了各个采样点0~20、20~40cm二个不同深度土壤的含水量和温度,利用ARC/INFO的地统计分析模块绘制了试验区土壤温度和水分空间分布图,并分析了其垂直和水平方向的空间变异特征,可为确定冬灌的最佳灌溉时机和灌溉量提供科学依据。