红壤丘岗区不同利用土壤水分时空变异性

论文摘要

红壤丘岗区位于我国东南地区,是农业生产率最高的区域之一。但该地区降水分布极不均匀,存在严重的季节性干旱缺水问题,农业生产中的土与水的矛盾十分突出。土壤水资源问题己严重制约了本区农业可持续发展。所以选择在季节性干旱问题突出的南方红壤区开展土壤水分时空变异研究就有其特殊意义,它不但有助于全面系统的掌握红壤丘岗区土壤水分分布状况、变异程度以及时空变异规律,而且对合理开发和有效利用水资源有着重要的借鉴意义。因此,本文在红壤丘岗区选取一块包含林地、旱地和茶地三种土地利用的试验地,采用20m×20m的网格采样法在2006年9月～2007年7月间按每季节2次共8次测定其0～30cm(表层)和30～60cm(深层)的土壤体积含水量,在同样的土层采用40m×40m的网格法于2007年6月测定土壤容重和饱和导水率,然后使用地统计学结合经典统计学分析土壤容重和饱和导水率的空间分布规律、土壤水分时空变异特性、土壤水分尺度的季节性效应以及几种插值方法的对比。主要结论如下:1阐明了土壤容重和饱和导水率的空间分布特征,发现土壤容重的空间变异性非常弱;饱和导水率的空间变异性则相当强烈且空间连续性很好。插值图显示容重较小的区域往往是饱和导水率较大的区域。这些结果表明,红壤丘岗区土壤饱和导水率的空间变异强度远强于土壤容重,而且两者在同一区域的大小基本呈负相关性。2不同利用下林地土壤水分含量远远高于旱地和茶地,整体采样区水分变异系数远高于单一土地利用区。系统分析了土壤水分在不同季节下的空间分布特征,发现了春季和夏季土壤水分的各向异性最为明显,茶地—旱地交界区土壤水分含量不能被模拟。等值线图反映春季表层和深层土壤水分分布呈明显的斑块状;而冬季表层和深层水分主要呈条形分布。这些表明,土地利用多样性是引起红壤丘岗区土壤水分发生变异的重要原因,并认为随着土壤平均含水量升高(冬季到春季),土地利用对土壤水分变异的影响程度得到增强,而微地形对水分变异的影响力却相应减弱。3整体采样区土壤水分具有明显的空间结构和空间连续性,地统计学适合该区域土壤水分变异研究,但不适用于茶地—旱地交界区水分变异研究。因此,地统计学是红壤丘岗区土壤水分空间变异性分析的有效工具,但遇到林地—旱地交界区这类人为活动频繁或植被条件复杂的区域时,能否利用地统计学仍需进一步研究。4土壤水分尺度季节性效应表明,块金值和变程随取样间隔的增大而增大,但基台值的变化保持稳定。取样幅度变化也引起半方差参数的变化,其中块金值的变化可能反映出田间土壤水分存在不同的斑块结构,基台值和变程的变化都在某恒定值附近小幅波动。基台值具有相一致的变化趋势,即随取样幅度增加而增大。同一取样间隔和幅度下,季节性变化对块金值、基台值和变程的变化无明显的规律。这些结论表明,取样间隔和幅度的改变能够对红壤丘岗区土壤水分的空间结构特征带来一定的变化,而季节性变化对半方差参数的变化无明显的规律。5土壤水分含量和容重采用克里金法和条件模拟法插值精度更高,饱和导水率宜采用反距离加权法;条件模拟能够再现土壤水分波动规律,而克里金插值更接近实测值。几种模拟方法各有优劣,研究不同的空间变量时,需要根据具体的情况确定合适的插值方法。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 研究目的意义
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 土壤水分测定技术
• 1.2.2 土壤特性空间变异的研究历史和发展趋势
• 1.2.3 土壤水分空间变异研究进展
• 1.2.4 土壤水分空间变异研究存在的问题
• 1.2.5 土壤水分空间变异的尺度效应
• 1.3 主要研究内容
• 2 试验材料与方法
• 2.1 试验区地理位置及气候特点
• 2.2 取样和测定方法
• 2.2.1 取样方法
• 2.2.2 测定方法
• 2.3 数据处理方法
• 2.4 土壤水分的尺度研究方法
• 2.5 不同预测方法的准确性检验方法
• 3 结果与分析
• 3.1 土壤水分性质的空间变异特性
• 3.1.1 土壤容重的描述性统计特征
• 3.1.2 土壤容重的空间变异特征
• 3.1.3 土壤饱和导水率的描述性统计特征
• 3.1.4 土壤饱和导水率的空间变异特征
• 3.1.5 小结
• 3.2 土壤水分时空变异特性
• 3.2.1 土壤水分的描述性统计特征
• 3.2.2 空间自相关分析
• 3.2.3 半方差函数分析
• 3.2.4 各向异性比分析
• 3.2.5 克里金插值分析
• 3.2.6 小结
• 3.3 土壤水分尺度季节性效应
• 3.3.1 不同季节下取样间隔变化引起土壤水分的尺度效应
• 3.3.2 不同季节下取样幅度变化引起土壤水分的尺度效应
• 3.3.3 小结
• 3.4 研究土壤水分变异的几种插值方法的比较
• 3.4.1 几种插值方法的精度比较
• 3.4.2 几种插值方法与实测值的比较分析
• 3.4.3 小结
• 4 讨论
• 4.1 地统计学的适用条件
• 4.2 红壤丘岗区影响土壤水分变异的因素
• 4.3 红壤丘岗区土壤水分尺度效应
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文