土壤大孔隙空间变异性及合理取样尺度

论文摘要

土壤特性的空间尺度问题是当今土壤科学研究的前沿,在进行土壤空间变异研究中,大孔隙的合理取样尺度分析对大孔隙流研究具有十分重要意义。本文从土壤微观结构出发,采用数字图像制备分析技术对土壤大孔隙进行定量描述,并结合经典统计学理论和地质统计学理论,探讨大孔隙的分布状况及合理的取样规模,取得了如下具体成果:(1)对大孔隙特征指标进行定量分析的结果表明,不同粒径范围大孔隙数目变化趋势大致相同,先是小幅度的波动增加,自135mm处波幅加剧,到200mm后开始平稳变化,到560mm处再次波动;土壤大孔隙度在155mm处达到第一个峰值26.4%,于280mm处达到最小值3%,并在450mm处达到第二个峰值48.2%,大孔隙的分布状态与耕作层中活动频繁的中小动物以及根系相互穿插密切相关。(2)经典统计分析表明,不同的土壤深度,土壤大孔隙度均呈中等变异强度,变异系数在46.7%～69.4%。峰度系数Pc主要集中在2.58～3.122、偏度系数C s主要在0.1～0.168之间变动,可见大孔隙度在土层中基本呈正态分布的。(3)地统计学分析表明:20mm以下间距的大孔隙度变程主要在199.1mm～206.7mm之间波动,相对比较稳定,25mm、30mm的变程变化度较大。随着最小滞后距的增大,模型检验参数I从0.0025增大到0.0051,模拟精度逐渐降低,合理取样间隔为20mm左右;通过不同取样直径大孔隙度分析可知,25mm、40mm大孔隙度的变程比较小,但变化幅度较大,而60mm以上变程主要在89.44mm～97.70mm之间,相对比较稳定,大孔隙度在变程范围内的结构性较强。I值随着取样直径而减小,由0.00243减小到0.0044,说明取样越大,变差函数计算以及模拟的精度都是越来越高的,这与事实相符。综合考虑变程、空间结构以及模型模拟的精度等方面,本文认为水平范围内80～100mm为比较经济合理的取样直径。本文对大孔隙合理取样尺度的研究,将可以为以后开展土壤大孔隙流实验研究提供科学指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 土壤大孔隙流研究现状
• 1.3 地质统计学的研究进展
• 1.4 土壤特性的空间变异性研究
• 1.4.1 土壤化学性质的空间变异性研究
• 1.4.2 土壤物理特性的空间变异性研究及发展趋势
• 1.5 研究存在的问题
• 2 论文主要研究内容和技术路线
• 2.1 主要研究内容
• 2.2 研究技术路线
• 3 材料与方法
• 3.1 土柱的制备
• 3.1.1 原状土取样
• 3.1.2 土柱处理
• 3.2 真彩色图像获取
• 3.3 图像处理
• 3.3.1 软件介绍
• 3.3.2 图像处理
• 3.3.3 数据处理
• 3.4 数字图像结果分析
• 3.4.1 数字图像
• 3.4.2 大孔隙特征指标分析
• 4 数据分析的原理与方法
• 4.1 区域化变量概念与特点
• 4.2 平稳假设与与内蕴假设
• 4.3 变差函数的概念及其计算方法
• 4.3.1 基本概念
• 4.3.2 变差函数的计算
• 4.3.3 理论变差函数的拟合
• 4.3.4 理论变差函数模型的检验
• 4.3.5 变异函数的稳健性处理
• 5 土壤大孔隙特性的空间变异性分析
• 5.1 大孔隙度的统计分析
• 5.2 大孔隙度的空间变异性分析
• 5.2.1 600mm 深度上大孔隙度分布的空间变异性分析
• 5.2.2 230mm 深度上大孔隙分布的空间变异性分析
• 6 结论与展望
• 6.1 研究成果及创新点
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参加课题研究情况