不同条件下小尺度土壤热导率空间变异分析

为探究不同采样间距条件下小尺度土壤热导率的空间变异性，选取典型农耕田块，分别以20 m、12 m、4 m为采样间距进行采样，对100 m×100 m(H),60 m×60 m(M),20 m×20 m(L)3种尺度下0～40 cm土层深度以10 cm为间隔分层测量热导率，对试验数据进行统计分析和空间分析。结果表明，土壤热导率在同一土层面上呈现出弱变异，各尺度同一取样点下热导率在垂直方向上亦呈现为弱变异，变异系数随尺度的减小而减小。在3种小尺度中结构比随着尺度的减小而增大，表明空间相关性随尺度减小而减小。H尺度呈现出较强空间正相关性，M尺度弱空间正相关性，L尺度呈现较小空间负相关性且置信度较低，说明热导率取样点间距可以进一步优化。随采样尺度增大，莫兰指数呈增大趋势，土壤热导率的空间聚集效应不断增强。     

黑土区农田土壤含水量空间变异性的尺度效应研究

为研究黑土区农田土壤含水量空间变异性的尺度效应,测定32 m×32 m、48 m×48 m、64 m×64 m、80 m×80 m和96 m×96 m 5种采样面积上的土壤含水量,运用传统统计学、地统计学和多重分形等理论,分析土壤含水量空间变异性随采样面积的变化规律。结果表明:研究区不同采样面积土壤含水量的平均值介于31.13%~33.57%,均存在由小于采样尺度和实验误差导致的变异,空间相关范围介于25.80 m~123.60 m,空间相关程度介于16.742%~29.874%,空间变异程度介于0.0292~0.1026;随采样面积的增加,土壤含水量的平均含量和变异程度都逐渐减小,由小于采样尺度和实验误差导致的变异与空间相关范围都先降低后增加,空间相关程度先增加后降低,造成不同采样面积土壤含水量空间变异性的局部信息有所差异。     

土壤含水量空间变异性的频域分析方法

基于频域法分析理论原理,给出了基于二维信号采样与重建的频域法插值公式,对土壤特性的空间变异性进行表征.对一块麦田采用20m×20m的网格进行土壤含水量采样,利用频域法对15×15个采样值进行分析,结果表明含水量分布的有效带宽为0.01,说明空间变异主要由周期大于100m的频率分量组成;通过改变采样间距的"重采样"方法,...     

南疆地区棉花整个生育期内土壤水分空间变异性分析

在新疆库尔勒包头湖农场智能化棉花膜下滴灌工程示范区,以45m×54m(一根支管控制)范围为试验区,采用网格布点的方式取样(共计64个采样点),测定了各个采样点以及三个不同深度上的土壤含水率.采用经典统计学和地统计学方法,分析了棉花整个生育期内的土壤水分空间变异特性:认为土壤含水率的提高可增强其空间变异能力;影响土壤水分空间变异能力的主要因素是结构性因素;土壤含水率的空间分布格局随着土壤含水率的增大而趋向复杂,由随机因素引起的变异有增大的趋势,这与滴灌带毛管灌水的不均匀性有关.     

水分生产率指标随空间尺度变化规律

根据漳河灌区4年田间及中等尺度的水量平衡试验，以及同步的灌溉系统及灌区尺度的水量观测，结合利用遥感信息估算的灌溉系统及灌区尺度的腾发量获得不同年份不同尺度的水量平衡要素。根据实测或统计资料获得不同尺度的水稻产量资料。计算分析了各种水分生产率指标及水量消耗比例指标随不同空间尺度及不同水文年度的变化规律。结果表明：灌溉水分生产率及毛入流量水分生产率总体上随空间尺度的增大而增大，但于某些年份在中等尺度上有降低的现象；水稻腾发量水分生产率则随时空尺度变化不大；采用节水灌溉技术不仅可以提高田间尺度的灌溉水分生产率，也促进了灌区灌溉水分生产率的整体上升，达到了真实节水；水分生产率指标受降雨及其年内分配的影响，另外，水管理措施的好坏显著影响水分生产率指标的高低。     

基于小波分析的浑河流域径流量周期分析

利用浑河流域北口前、抚顺、邢家窝棚三个水文站1954―2011年径流量资料,采用Morlet小波分析法对径流序列进行周期分析。结果表明:流域径流演变过程存在明显的多时间尺度特征,存在5―10年、15―20年、35―40年时间尺度的周期变化,且16年尺度的周期变化最明显。     

考虑入渗空间分布变异性的适宜土壤紧实度采样密度分析

土壤入渗采样密度直接影响其空间分布变异性的合理表征,进而影响畦灌性能评价与系统设计。本文基于新疆供试田块上获得的实测数据,借助地质统计学和条件模拟方法分析不同土壤紧实度采样密度下简化的Green-Ampt入渗模型参数的统计特征值、空间变异结构与状况,对比不同土壤紧实度采样密度对畦灌性能模拟效果的影响,综合确定适宜的土壤紧实度采样密度。结果表明,当土壤紧实度采样密度大于50个/hm2时,简化的Green-Ampt入渗模型参数的变程和空间分布状况在田块尺度上都趋于稳定,而畦田尺度上的畦灌性能评价指标模拟值与实测值间的相对误差均保持在10%以内,故适宜的土壤紧实度采样密度值应为不低于50个/hm2。     

基于DEM分辨率的侵蚀学坡长尺度效应研究

将DEM分辨率对流域分布式侵蚀学坡长提取的影响分为数据平滑和采样间距两种组分作用形式,选取陕西省安塞县县南沟流域为研究区,探究两种分辨率组分对侵蚀学坡长提取的影响程度以及水平分辨率对侵蚀学坡长空间格局的影响。研究发现,DEM从2.5 m至100 m这一降分辨率过程中,坡长平均值呈现对数递增的趋势。对2.5 m至100 m分辨率DEM提取坡长进行不同分辨率组分作用研究发现,用不同分辨率DEM提取侵蚀学坡长时采样间距对坡长的影响作用均大于数据平滑的。对10 m至100 m水平分辨率DEM提取的坡长通过半变异函数分析其空间格局变化情况,结果表明:坡长变异函数采用球状模型拟合效果最佳,并且随着分辨率降低,坡长的空间结构总体变异和随机变异减小,空间相关性范围增大。     

喷灌对冬小麦农田土壤水分空间变异的影响

根据喷灌条件下冬小麦不同水分处理不同土层的土壤水分观测数据，运用半变异函数进行分析及拟配相对应的模型，对土壤水分空间变异情况进行了分析。结果表明，土壤水分变异受喷灌水量和风力、风向影响较大；40～60cm土层的土壤水分等值线能够代表喷头在无风条件下的水量分布图。     

作物需水量观测站点的优化设计

作物需水量观测站点的布置主要包括合理的采样数目和合理的采样位置的确定。本文将GIS的空间管理功能和地统计的空间分析功能有机结合,在分析作物需水量空间变异的基础上,首先用经典统计学确定合理的采样数目,进而利用地统计学处理空间结构的优良特性,确定合理的采样结构。在总结作物需水量观测站点优化设计主要步骤的基础上,对山东省冬小麦需水量进行空间分布分析和观测站点的优化设计。初步研究结果表明：现有的3个重点观测试验站并不能满足观测精度要求,必须补充必要的观测站点数目,增至10个左右较为合适。     

不同尺度网格膜下滴灌土壤水盐的空间变异性分析

进行土壤水盐空间变异性的研究对于膜下滴灌取样设计和抑盐效果的评价有实际参考价值。在新疆玛纳斯县进行了0.5m,5m和50m3个尺度网格田间土壤水盐取样,分别采用经典统计、地质统计及分形理论对土壤水盐的空间变异性进行了分析。传统统计分析表明,3个尺度网格下土壤含水量均具有中等偏弱变异特征且服从正态分布,而土壤含盐量具有中等偏强变异特征且服从对数正态分布。地质统计分析表明,在不同尺度和方向上,土壤含水量和含盐量的半方差函数大多可采用球状模型模拟,其变程随尺度增加而增大,土壤含水量显示出更强的块金效应。采用套合模型可精确描述土壤水盐的总体空间结构。0.5m尺度土壤水盐等值线图沿滴灌带分布,但其它2尺度下此趋势消失。基于半方差函数的土壤含水量和含盐量分形维数(D)在3个尺度和5个方向下有所不同但差异不大,表明土壤水盐性质存在一定范围的自相似结构。分形维数D与半方差函数的参数(基底方差与基台值之比)具有较好的线性关系。     

核磁共振技术在非饱和渗透特性研究中的应用

瞬时截面法因能快速地测定岩土材料的非饱和渗透系数,而在非饱和土的渗透特性研究中得到了广泛应用,该方法需要在渗流过程中及时测定非饱和土的含水率(吸力),但目前测量方法存在含水率(吸力)探头尺寸较大、探头与试样贴合不紧密以及测量时间较长等问题。针对上述问题,将核磁共振技术应用于非饱和土渗透特性的试验研究,对白色硅酸盐水泥试样实现快速、无损的探测,获得了试样不同截面处的含水率随时间的变化情况,并用瞬时截面法计算得到白色硅酸盐水泥的非饱和渗透系数。结果表明:白色硅酸盐水泥的非饱和渗透系数随吸力的变化很大,在4.61×10^-12～7.59×10^-8 m/s之间;当吸力>1 MPa时,渗透系数随吸力的降低而缓慢提升;而当吸力降至1 MPa以下时,渗透系数呈现明显的陡升,量值提高多个数量级。与传统的水分测试技术相比,核磁共振技术在非饱和土渗透试验应用中有更大的适应性。     

鄱阳湖湿地虉草种群自然分布及影响因子研究

虉草是鄱阳湖洲滩湿地典型优势植物,对维护湿地生态及环境有重要意义。以鄱阳湖湿地优势植物种群虉草为研究对象,采用野外调查和统计分析相结合的方法,研究了虉草种群自然分布特征和影响因子(土壤水分状况、高程)的关系。结果表明:①根据高斯回归方程,虉草分布的高程范围为9.85～18.11 m,分布的最适高程在12.13～15.84 m;②虉草作为优势种在12～15 m高程范围出现的频次较多,在14～18 m平均盖度和平均高度较大;③虉草作为伴生种在13～15 m高程范围出现的频次较多,在15～16 m及18 m处平均盖度较大,在14～15 m及17m处平均高度较大;④土壤水分状况明显影响虉草种群自然分布,虉草种群出现的频次随土壤湿度的增加呈下降趋势,在湿环境下生长状况最好,各土壤湿度下虉草作为优势种出现的频次由大到小为干、稍润、润、湿、潮,作为伴生种出现的频次由大到小为干、稍润、润、潮、湿。     

浅埋式滴灌土壤水分分布规律试验研究

以探寻合理的滴头埋深与流量为目的,开展浅埋式滴灌下土壤水分分布规律的试验研究。试验土箱净尺寸为30cm×30cm×60cm(长×宽×高),供试土壤取自新疆青河县阿苇灌区试验站。试验设置5、10、15 cm 3个滴头埋深,各埋深条件下设置不同流量的处理。结果表明:不同滴头埋深的情况下均存在土体破坏的临界流量,滴头埋深越大临界流量也越大,滴头埋深为5、10和15 cm对应的临界流量分别为1.0、1.7和2.5 L/h;随着流量的增大,滴头埋深过浅时,水量向湿润体上部聚集,当埋深超过一定深度时,水量向湿润体下部聚集;在临界流量情况下,湿润锋前60 min运移速率较快,随着滴头埋深的增大,灌水结束后湿润体的垂向湿润长度越长,土壤平均含水率值越小;滴头埋深为10 cm、流量1.7 L/h时,湿润体水分分布较为合理。     

基于中分辨率成像光谱数据的塔里木河流域土壤湿度时空动态变化研究

基于2010—2019年的MODIS卫星影像数据与实地调查,在地理信息技术的支持下,从宏观角度实现了塔里木河流域土壤湿度的遥感监测.研究结果表明,MODIS第7波段的反射率与土壤湿度呈负相关,塔里木河流域上、中、下游土壤湿度在年内空间上、时间上差异较大:通过同期不同河段的对比分析可知,塔里木河流域土壤湿度上游>中游>下...     

平原区小流域土壤含水率变化规律分析

利用河北省平原区朱家河小流域下博站1992～2012年土壤含水率实际观测资料,对土层0．0—1．8m深土壤含水率年际和年内变化规律及影响因素进行了分析：阐明了土壤含水率有逐步增大的趋势。年内土壤含水率汛期6-9月份最高,小麦成熟收割期及玉米成熟收获期土壤含水率最低,其他时段土壤含水率也维持在较高水平;指出了降水和农业灌溉是保持土壤含水率稳定的基本条件。     

裸岩石砾地覆土厚度对土壤水分的影响

覆土厚度与土壤水分的关系密切,直接影响到土地的整治与利用效果。设置一试验小区,在分析土壤水分的时间动态分布特征及空间变化特征的基础上,研究了裸岩石砾地不同覆土厚度对土壤水分的影响。结果表明:覆土厚度在50 cm以内时,土壤水分的时间变异性较大,土壤水分随土层深度的增加而增加,覆土厚度对表层土壤水分含量影响较大;覆土厚度超过50 cm后,土壤水分含量相对稳定,时间变异性较小,土壤水分随土层深度的增加呈先增大后减小趋势,表层土壤水分含量变化不大。通过分析得出,为保障土壤水分含量,在裸岩石砾地整治中,覆土厚度不宜小于50 cm,研究成果为类似地区土地整治中覆土厚度的确定提供了一定的理论依据。     

盐渍土盐胀特性与水热状态变化特征试验研究

为了研究外界自然条件下的盐渍土盐胀特性与水热传递变化特征,进行了含盐量和干密度单向控制下的室内膨胀变形试验和为期一年的地基变形、地温和含水率综合监测现场试验。结果表明:盐渍土地基温度传递呈现正弦波式的周期性变化,自然环境温度对地基土体的有效影响深度为1.8 m,在0.8 m附近存在正负温度的过渡交界面;盐渍土地基水分迁移的基本动力来自于土层温度场的变化,距离地表0.6 m以上土体的含水率随温度变化的幅值最大;盐胀变形的主要分布区在地层1 m以上深度范围内,盐渍土盐胀变形主要受温度、分水、含盐量和干密度影响,盐胀变形快速发展的温度区间为10℃^-5℃,严寒期盐胀变形发展受毛细水的冻结影响而减缓,含盐量在2%以上的盐渍土对于温度变化的敏感性增强,盐胀增长趋势更为突出,盐渍土盐胀变形快速发展所需的降温幅值随干密度增大而减小。     

两种重塑土样的结构性差异试验分析

结构性是土体的固有属性,对土体的物理力学和工程性质有强烈影响。天然黏土普遍具有结构性,重塑土样因为制样方法不同也具有不同程度的结构性。在结构性的试验研究中常常需要使用具有一定结构性的重塑土样。为了探讨制样方法对重塑土样结构性的影响,在实验室内制备了2种尺寸形状、土壤材料、干密度和含水率均相同,但饱和方法不同的重塑土样,并通过单轴压缩和加卸载试验分析和比较了2种土样在均匀性和结构性方面的差异。试验发现:未经真空抽气饱和的土样,其单轴压缩平行试验的重复性较好,土样的压缩曲线具有较明显的结构性特征;真空抽气饱和会对土样产生一定限度的随机扰动,使土样的均匀性变差、结构性变弱。