黄土丘陵区小流域土壤水分状态与空间模拟

论文摘要

水资源缺乏是制约黄土高原生态环境建设的主要因子。以小流域水分行为、生态效应及其优化调控为主线，深入了解流域水文生态特征，有助于持续、扎实地推进生态环境建设。本研究通过对黄土高原一个典型的小流域——贺庄沟流域的立地特征及其数量分析，准确并全面的获得了贺庄沟流域的立地环境信息。在此基础上，识别、筛选、确定土壤水分的影响因子，定性且定量的描述各影响因子对土壤水分的影响。然后运用ANUSPLIN软件的薄板光滑样条函数（Thin Plate Smoothing Spline, TPS）插值得到贺庄沟流域土壤水分的分布图，为小流域土壤水分的监测、管理和合理利用等提供科学依据。通过研究，得出以下结论：（1）贺庄沟流域同一土层土壤水分极大极小值差距较大，但离散程度较小；同一土层不同地点土壤水分相对来说变异性不大，随着土层的加深至140-200cm土层，土壤水分的变异接近一个定值；不同季节土壤水分的垂直分布不同，整体看来雨季后＞雨季前＞雨季中；（2）不同土地利用类型，土壤水分的分布有着显著性差异，但是有着基本相似的分布趋势：0-20cm土层至20-40cm土层，土壤水分变少，而40-120cm土层，随着土层深度的加深，土壤水分缓慢升高，120-200cm土层土壤水分稳定。（3）从地形因子分析，平地土壤水分含量最高，而坡向对贺庄沟流域土壤水分虽有影响但是差异不大；从土地利用类型因子分析，土壤含水量由高到低依次为：农用地、乔木林地、果园、草地、灌木林地；（4）影响贺庄沟流域土壤水分的环境因子按贡献率大小依次排序为：坡度、土地利用类型、温度、海拔、降雨、蒸发、坡向、坡位。其中坡度贡献率远远高于其他因子；（5）薄板光滑样条函数法插值得到的土壤水分分布图与采样点描述性统计结果趋势一致，其插值结果分布图随地形呈现过渡性变化，更符合土壤水分变化的实际情况；其插值结果要优于克里金插值，插值结果精度更高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外相关研究现状进展
• 1.2.1 土壤水分对环境因子的响应研究
• 1.2.2 空间分析在土壤水分研究中的应用
• 1.2.3 土壤水分曲面模拟研究
• 1.2.4 存在的主要问题
• 1.3 研究内容
• 1.3.1 小流域立地环境特征与数量分析研究
• 1.3.2 小流域土壤水分对地形和环境因子的响应研究
• 1.3.3 小流域土壤水分分布状况模拟
• 1.4 技术路线
• 第二章 研究方法与数据基础
• 2.1 研究区概况
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 研究工具与技术平台
• 2.2.2 土壤水分空间状态的研究方法
• 2.2.3 土壤水分对环境因子的响应的研究方法
• 2.2.4 土壤水分模拟的方法
• 2.3 数据采集
• 2.4 数据处理步骤
• 2.4.1 土壤水分的测定和计算
• 2.4.2 地形因子的提取与分析
• 第三章 贺庄沟流域土壤水分的时空分布特征
• 3.1 贺庄沟流域土壤水分的基本统计学特征
• 3.1.1 雨季前土壤水分的分布特征
• 3.1.2 雨季中土壤水分的分布特征
• 3.1.3 雨季后土壤水分的分布特征
• 3.2 贺庄沟流域土壤水分的时空分布特征
• 3.2.1 土壤水分的季节分布特征
• 3.2.2 土壤水分的空间分布特征
• 3.2.3 不同用地类型土壤水分的垂直分布特征
• 3.3 本章小结
• 第四章 土壤水分对环境因子的响应研究
• 4.1 土壤水分对定性因子的响应研究
• 4.2 土壤水分对定量因子的响应研究
• 4.2.1 土壤水分对坡度的响应研究
• 4.2.2 土壤水分对海拔、蒸发、降水、温度的响应研究
• 4.3 环境因子与土壤水分的量化关系
• 4.3.1 数据处理
• 4.3.2 土壤水分与环境因子的关系
• 4.4 本章小结
• 第五章 土壤水分曲面模拟与回归
• 5.1 模型参数的选择
• 5.2 薄板光滑样条函数插值与克里金插值的比较
• 5.3 不同时间土壤水分的曲面模拟
• 5.4 不同土层土壤水分的曲面模拟
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.1.1 贺庄沟流域土壤水分的时空分布特征
• 6.1.2 土壤水分对环境因子的响应研究
• 6.1.3 土壤水分曲面模拟与回归
• 6.2 主要问题与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介