土壤特性与Philip入渗公式标定因子的空间变异性关系

以在杨凌地区的土壤野外垂直入渗试验为基础,利用标定理论对Philip入渗方程进行标定,用多重分形法和联合多重分形法定量分析了标定因子和土壤物理特性多尺度下的空间变异性及空间相关性,并构建了标定因子的土壤转换函数.研究表明：算数标定因子的标定效果最优;研究区域内的标定因子和各土壤物理特性具有多重分形特征,在单一尺度上和多尺度上,标定因子和沙粒质量分数的空间变异性较强,不同尺度区间上的高值信息对其空间分布影响较大,而粗粉粒质量分数的空间变异性由不同尺度区间上的低值造成;单一尺度上,标定因子与有机质质量分数和黏粒质量分数的相关性具有统计学意义,在多尺度上,标定因子与土壤容重、黏粒质量分数和有机质质量分数的相关性具有统计学意义;基于联合多重分形建立的标定因子的土壤转换函数的预测效果比较理想,具有较强的理论基础和理论价值.     

土壤紧实度估算G-A模型参数的空间变异分析

为了分析土壤入渗空间变异特征并为灌溉系统设计和管理提供依据,基于土壤初始重量含水率、土壤紧实度、土壤黏粒含量和入渗过程数据,利用多元线性回归方法,分析选用土壤紧实度对简化的G-A入渗模型参数进行估算的合理性;通过半方差函数分析,进一步探讨了不同畦田规格下土壤入渗空间变异特征.结果表明:土壤紧实度与土壤质地、结构和含水率关系密切,在与土壤入渗参数的回归关系中达到了系统的显著性要求,采用其对简化的G-A入渗模型参数进行估算是可行的;畦田规格由0.5 hm2扩展到3.0 hm2时,简化的G-A入渗模型参数的变异系数均在0.1~1.0,空间变异程度呈中等,空间结构具有中等相关性,且都可用球状模型进行描述,畦田规格差异对G-A入渗模型参数空间变异程度和空间结构影响不具有统计学意义.     

基于EMD方法的土壤入渗空间异质性及其影响因素研究

利用经典统计学方法和经验模态分解方法(EMD),分析了杨凌区、武功县和乾县临平镇一带0~40cm土层土壤物理性质(初始含水率、体积质量、有机质、颗粒组成)和入渗性能(90min累积入渗量、初始入渗率、稳定入渗率)的空间变异性,研究了EMD分量对变异的贡献率,并进一步对多尺度下土壤入渗性能与土壤物理性质进行了相关性分析。结果表明:1土壤物理特性空间序列中,除土壤体积质量变异系数为0.08、表现为弱变异外,含水率、颗粒组成及有机质均表现为中等变异,变异系数为0.11~0.35;2对于土壤入渗特性,稳定入渗率、90min累积入渗量和初始入渗率均表现为中等变异,且三者变异程度依次减弱;3EMD分解研究发现:小尺度分量对土壤入渗性能总变异的贡献率比大尺度分量高;不同的土壤物理性质对土壤入渗性能的影响随尺度变化。     

山东禹城地区土壤入渗特性的空间变异研究

在中科院禹城综合试验站102 m×52 m面积内选择样点,采用经典统计学和地质统计学方法,对土壤稳渗率和入渗经验指数的空间变异性进行研究.结果表明,土壤稳渗率和入渗经验指数均服从对数正态分布,表现出空间变异结构,但不是完全的随机变异,在一定范围内存在着空间相关现象.利用克立格最优内插估值法,绘制了土壤稳渗率和入渗经验指数的等值线图,可准确、直观地了解该地区农田土壤垂向透水性的空间分布规律.     

区域尺度下土壤入渗特征参数的空间变异性研究

以华北平原中等区域尺度下农田土壤作为研究对象,利用双环入渗仪测定土壤入渗曲线,并利用经典入渗模型来率定入渗特征参数,同时采用经典统计学和地统计学方法来研究区内土壤入渗参数空间变异性特征。结果发现:适宜于该区域土壤入渗特征参数计算的是Horton和Kostiakov模型;各入渗特征参数具有中等的变异程度并服从正态分布。在区域尺度内各入渗特征参数空间变异程度受空间异质性影响较大,各入渗参数的空间自相关距离在2 979.12~4 079.11m。利用Kriging插值结果分析表明:区域上农田土壤入渗参数受到人为随机性影响较大,空间上并没有明显的规律性。     

区域尺度土壤入渗特征参数的变异性研究

以杨凌地区为例,进行野外双环入渗试验研究,运用2种常用模型(Kostiakov模型和Philip模型)对土壤入渗参数进行模拟。在分析土壤特征参数,寻求适合区域尺度的最优入渗模型同时,对土壤的状态变量进行标定并研究标定系数的空间变异性,研究结果表明:Philip模型可作为区域最优入渗模型,土壤入渗特征参数存在明显的空间变异性,标定系数aA比as对模型参数的标定效果好,且在较大范围内存在一定的趋势性,有较好的预测效果。因此,可根据标定系数随机模拟得到某一具体时刻的土壤入渗量的空间分布,为定量分析土壤水分运动、研究土壤水分入渗的空间分布提供理论基础。     

田间尺度土壤入渗规律和空间变异性研究

为了探究北京市大兴区内典型土壤的入渗规律及其影响因素,采用双环法测定大兴基地36个试验点的土壤水分入渗过程,并分别利用Kostiakov、Horton和Philip模型对土壤入渗特征参数进行拟合,同时运用经典统计学和地统计学方法分析入渗模型的回归系数、计算特征参数的统计值、揭示特征参数的空间变异规律。研究结果表明Philip模型可以作为研究区域最优入渗模型,其相关系数的均值达到0.934,各入渗特征参数的概率分布均服从正态分布或对数正态分布。入渗特征参数具有中等或强烈的空间相关性,说明随机性因素对土壤的空间变异影响较小。基于Kriging插值法得到特征参数的空间分布规律,特征参数由西向东呈现一定的递增趋势。     

不同地表条件下季节性冻融土壤入渗能力的预报模型研究

基于田闻入渗试验,以数理统计理论为基础,对5种不同地表条件下季节性冻融土壤入渗能力预报模型进行了探索研究.研究表明,不同地表条件下,不同影响因子对不同地表条件地块土壤入渗能力的影响显著性有所差异,0～10 cm土层土壤含水率对入渗能力的影响是最显著的;其次为5 cm土层深度处土壤温度,裸地土壤温度对入渗能力的影响不显著;冬小麦地和人工草地土壤入渗能力受气温的影响较显著,休闲裸地和玉米秸秆覆盖地次之,地膜覆盖地土壤入渗能力受气温的影响不显著.建立的0～10 cm土层土壤含水率、5 cm土层深度处土壤温度和气温三因子线性模型具有一定可行性,避免了考虑因素单一的缺点.     

省域尺度土壤水气热参数空间变异特征及主控因子分析

为了研究土壤物理基本参数、水气热参数在省域尺度上的空间分布特征,以实地调研测量的数据为基础,结合GIS技术与统计学原理对陕西省13处采样点的土壤物理基本参数进行空间变异特征分析.运用方差分析和回归分析将土壤质地、土壤类型和土地利用方式对土壤水气热参数的影响作出评价.结果表明:反距离加权插值法(IDW)构建的空间变异分布图显示陕西省自北向南土壤中砂粒含量逐渐减少,黏粒含量逐渐升高;土壤饱和导水率、导气率和热导率随砂粒含量的减少而减小;土壤质地、土壤类型和土地利用方式均与土壤水气热参数空间分布有着较强的关联性;土壤类型对土壤水气热参数空间分异的解释能力大于土地利用方式且小于土壤质地;建议在省域尺度上对土壤水气热参数进行空间分布预测时,应将土壤质地、土壤类型和土地利用方式3因子结合分析,从而提高对土壤水气热参数空间分异的预测准确性.     

冻融土壤Philip入渗模型参数的BP预报模型

为提高季节性冻土区冬、春季储水灌溉的灌水质量和效果,在季节性冻土区冻融期间进行了大田冻融土壤的系列入渗试验,获取了自然冻融条件下的大量土壤入渗试验数据,拟合得到了不同冻融条件下的Philip入渗模型参数,建立了入渗模型参数与土壤基本理化参数间的BP神经网络的预报模型,实现了基于土壤体积含水率、黏粒含量、土壤密度、土壤温度以及灌溉用水水温等基本理化参数对Philip入渗模型参数稳渗率A、吸渗率S的预报。所得到的预测值与实测值之间相对误差的平均值控制在7%以内。研究表明,利用冻融土壤条件下土壤常规理化参数对Philip入渗模型参数进行预报是可行的,可为季节性冻融土壤灌溉技术参数的确定提供有力支撑。     

耕作力学研究中的土壤结构表现与评价

南京地区农地耕作层土壤显示2种土壤结构形态:机械耕作以及生物学特征的土壤结构表现。前者表现为可分离的较大尺度土垡,且土垡影响到作物根系的生长;后者表现为生物孔洞的存在。将涵盖所有尺度的土壤粒子构成的耕层土壤空间拓扑关系定义为土壤"广义结构",从而使耕作研究超出于土壤结构的农业与化学框架。耕作影响到土壤的广义结构,进而影响到不同尺度下生物系统的繁殖、生长与活动。     

Effect of polyacrylamide and gypsum on surface runoff, sediment yield and nutrient losses from steep slopes

Hilly terrains with steep slopes and poor vegetative cover are prone to soil erosion. Crop productivity from such lands can be increased by adding correct amounts of soil conditioners such as polyacrylamide (PAM) and gypsum (G) to reduce soil erosion and to improve settling of suspended sediment. The field experiments were conducted in hilly areas with 97% land slope to evaluate the effectiveness of PAM and G when applied as single and concurrent doses of 20 and 2500 kg ha⁻¹, respectively to check surface runoff, sediment yield and major nutrient (N, P, and K) losses under natural rainfall conditions. The results indicate that concurrent application of PAM and G was most effective closely followed by G alone. However, considering the costs of PAM and gypsum and labor involved in their concurrent application on large scale, the application of gypsum alone is recommended in controlling the surface runoff, sediment yield and major nutrient losses from steeply sloped lands in Indian Himalayas.     

机器轮胎引起的土壤压实及其耕作能量消耗

用小四轮拖拉机、铁牛６５０和ＪＬ１０６５联合收割机在松软的种床上压地一遍,测定不同深度土壤体积密度的变化。结果表明：小拖碾压仅对表层土壤体积密度有一定的影响;大拖拉机和联合收割机对土壤体积密度的影响深度超过了４０ｃｍ。由于土壤体积密度的增加,导致耕作阻力及作业能量的增加,与未经碾压的种床相比,大拖拉机和联合收割机引起的压实,可使耕作阻力增加２５％,相应的能量消耗增加２００％。     

An index of soil drought intensity and degree: An application on corn and a comparison with CWSI

A variety of indices have been used to measure soil and crop drought for irrigation scheduling. However, simple indices with physiological mechanisms from soil water content are still expected. Based on the water flow and supply in a soil-plant continuum, we examined the concepts of soil drought intensity and drought degree and found an empirical correlation between soil water storage and depletion in a given layer. Accordingly, an index of soil drought intensity (I) and degree (D) was established using the soil water data obtained from a field experiment conducted in Xianning, Hubei, China. Corn plants (Zea mays L., Yedan 13) were grown at field plots under a movable rain shelter. From the V6 stage to R1 stage, the corn plants were grown under seven soil water deficit levels, by no irrigation applied for 0-36 days in 2005 and 0-32 days in 2006. At the end of the irrigation withholding period, it was found that soil water below 70 cm still remained at high level, but the soil water was not easily transported to the root zone in the upper layer. The daily values of I in different soil layers reflected the soil water depletion rates in the drying course. The values of D in different soil layers, which were calculated from I, increased with the progressive soil drying course. The D index in different soil layers not only revealed the drought severity of the layer, but it was also inversely correlated with corn yields when D was less than the threshold values. When D went beyond the thresholds, for example 0.68 in 2005 (soil dried 25 days) and 0.70 in 2006 (soil dried 17 days) in the 0-10 cm soil layer, the corn yield was reduced significantly. Based on soil water changes, index D is the comprehensive result of antecedent soil water condition, crop growth and root development, soil properties, and potential atmospheric evaporation. It is also comparable to the development of drought hazard on a crop. The results suggest that soil drought degree D, together with I, can be an index for monitoring and evaluating soil-crop drought, as well as complementing the crop water stress index (CWSI) in irrigation scheduling.     

围垦年限和土壤容重对海涂土壤水分运动参数的影响

为探讨围垦年限和土壤容重双因素对海涂土壤水分运动参数的影响,在室内试验的基础上结合理论计算,对海涂4个年限围垦区土壤2个不同容重下土壤导水率、水分特征曲线和扩散率的变化进行了研究。结果表明:围垦年限对土壤颗粒组成、结构及钠盐含量等影响显著,土壤饱和导水率随围垦年限的增长而减小;持水能力、土壤水分扩散率随围垦年限的增长而增大。土壤饱和导水率、吸渗率、土壤水分扩散率及相同土壤吸力下的含水率均随容重的增大而减小,随着围垦年限的增长,土壤容重对水分运动参数的影响更明显。     

高吸水性树脂对沙质土壤物理性质和玉米生长的影响

对4种典型的不同质量分数的高吸水树脂进行试验,用以研究其对鄂尔多斯沙质土壤的物理性质和玉米生长的影响。结果表明,高吸水树脂能够明显改善土壤水分特性,并且当高吸水性树脂质量分数在0.50%~1.00%时效果最佳;高吸水树脂有效地改善了土壤的持水能力,且在土壤水吸力小于0.8MPa的土壤中的改善作用明显优于土壤水吸力大于0.8MPa的土壤;在鄂尔多斯沙质土壤的有效水方面,聚丙烯酸酯聚合物在质量分数低于0.50%时优于聚丙烯酰胺聚合物,但当质量分数高于0.50%时结论则相反;土壤容重随着高吸水树脂质量分数的增大而降低,土壤总孔隙度随着高吸水树脂质量分数的增大而增大。高吸水树脂质量分数越大玉米存活的时间也越长。     

土壤强度分维研究

解释土壤值的传统表示方法所引起的困扰,为土壤值的表征提供一种新的方法。运用分形和分维理论,用半方差法和功率谱密度法分别计算土壤强度的分维,其值接近2。     

爆炸焊接地基特性试验研究

通过对爆炸焊接现场地基土壤参数的测定和分析表明：地基爆炸焊接冲击坑可分为压碎压密区、压密胀裂区、挤密区和振动区，各区半径与复合板装药半径存在线性关系。在爆炸焊接强冲击载荷下，土壤固体颗粒、空气和水的含量均无明显变化，表现为固定组分的3组介质。在同级爆炸载荷下，粘土地基的密度变化较大，呈高压缩性，而密致散粒结构砂土地基密度变化较小。地基的压缩变形量与复合板单位面积装药量呈正相关。     

不同灌溉模式与新型覆盖材料对农田土壤环境的影响

在介绍不同灌溉模式与农田覆盖措施重要性的基础上,根据近年来国内外关于不同灌溉模式与新型地膜覆盖对农田土壤环境影响的研究成果,概要描述了灌溉模式和新型覆盖材料对农田土壤物理环境和土壤酶活性的影响,在此基础上分析了新型覆盖材料与灌溉模式存在的些许问题及其解决措施,最后对未来农田灌溉与覆盖研究方向进行展望,旨在为农田灌溉模式与覆盖技术耦合的研究提供参考和依据。      

基于土壤物理基本参数的土壤导气率推求模型

土壤气体传输过程复杂,影响因素众多,各因素之间相互影响与制约,且存在严重的空间变异性,其空间分布特征与变异程度同众多影响因素间关系复杂,野外条件下难以准确计算大范围区域内土壤导气率平均值。通过已经获得的土壤样本实测资料,建立土壤物理基本参数与土壤气体传输参数之间的函数模型,结果表明:偏砂质土壤的导气率与饱和度的拟合度较好,决定系数R2达0.95以上,而偏黏性的土壤结构性强,R2在0.69以上;遗传算法程序拟合系数ai、bi,R2均达0.90以上;利用此函数模型,拟合导气率与实测导气率之间的相对误差绝对值小于0.1,效果较好,验证了预测模型的适用性。提出的推求方法简化了土壤气体传输动力学参数在实际应用中繁琐的测算过程,为野外环境下简单、快速获取土壤气体传输动力学参数提供了参考。