滨州农田土壤物理性质及水分入渗性能空间变异性研究

发布时间：2017-11-01 08:28

  本文关键词：滨州农田土壤物理性质及水分入渗性能空间变异性研究

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【摘要】：农田土壤物理性质空间变异性研究对于评价土壤松紧度、宜耕状况、农田生产力的恢复等具有重要意义,有利于农业生产的规模化、集约化,农田管理科学化,有利于因地制宜地开展农业生产。本文利用传统统计学和地统计学相结合的方法研究了滨州农田土壤特性空间变异性特征,以及剖面不同层次(0-10cm、10-20cm、20-30cm)土壤特性空间变异性;利用Phillip入渗模型和Kostiakov入渗模型对入渗(毛管水上升)实测数据进行拟合,进而选择最优拟合模型,并获得入渗(毛管水上升)参数吸渗率(A)和稳渗率(ic);利用保形曲线、样条插值和二次多项式对入渗速率(毛管水上升速率)进行模拟和预测,以验证稳渗率(ic)精度,进而研究了剖面不同层次土壤水分入渗(毛管水上升)参数吸渗率(A)和稳渗率(ic)的空间变异特征;利用相关分析法定量研究土壤入渗性能指标(1h累积入渗量、1h入渗率、稳渗率)与土壤特性(pH值、电导率、黏粒、粉粒、砂粒)之间的相关性。研究结果表明:(1)在研究区范围内,土壤粉粒、砂粒和pH值属于弱变异,含水率、容重、黏粒和土壤电导率属于中等变异。含水率、容重具有强烈的空间相关性,pH值和电导率空间相关性中等,黏粒、粉粒和砂粒在空间上完全独立。(2)不同深度土壤特性变异系数表明,自上而下含水率依次为中等变异—弱变异—中等变异,土壤容重、粉粒、砂粒、pH值各层次均为弱变异,黏粒和电导率各层次均为中等变异。0-10cm层块金值/基台值显示:土壤容重、电导率、pH值、黏粒均表现出强烈空间相关性,砂粒和粉粒为中等空间相关性,含水率在空间上完全独立;10-20cm层块金值/基台值显示:土壤容重、黏粒、pH值均为强空间变异性,而含水率、粉粒、砂粒和电导率与之相反,即在空间上不具有相关性;20-30cm层块金值/基台值显示:含水率和黏粒在空间上显现出强烈相关性,而土壤容重、粉粒、砂粒、pH值和电导率则在空间上完全独立,不具有空间相关性。(3)从土壤特性空间分布图来看,土壤含水率空间分布差异较大,主要是由研究区地势、坡度和格局所致;土壤容重区域差异不大,某些高值区是受大型机械压实作用影响;黏粒、粉粒和砂粒空间分布较为复杂,各粒级空间分布总体趋势特征比较明显;pH值空间分布差异较小;电导率呈斑块和条带状镶嵌分布,东北部电导率值差异较大且较高。(4)从剖面不同层次土壤特性空间分布图来看,20-30cm层土壤含水率西部较高,东部有两个低值区。0-10cm层土壤容重总体变化不大,10-20cm层土壤容重呈条带状和斑块状分布,在中部位置有明显的高值区。不同层次黏粒呈斑块状或带状分布,各层次黏粒高值区均出现在样线十字交叉位置。0-10cm层ph值有两个高值区和两个低值区,10-20cm层ph值在空间上分布特征明显,出现两个高值区,四个次高值区和三个低值区,而整体来看,0-10cm层土壤ph值低于10-20cm层。0-10cm层电导率值东北部位置较高,北部偏中位置和东部大部分区域较低。(5)利用matlab软件对样线上各层次土壤入渗(毛管水上升)实测数据进行拟合,选择phillip模型为最优模型。利用保形曲线、样条插值和二次多项式对不同层次土壤入渗率和毛管水上升速率进行拟合,结果表明,保形曲线模拟效果最佳,并且保形曲线预测入渗结束后的入渗率值和毛管水上升速率值与稳渗率基本一致,表明确定的稳渗率值精度较高,可以代入phillip模型来拟合吸渗率(a)。(6)不同层次土壤入渗参数空间变异性分析表明:各层吸渗率(a)为中等变异,0-10cm和10-20cm层稳渗率(ic)为弱变异,20-30cm层稳渗率(ic)属于中等变异。0-10cm和10-20cm层吸渗率(a)具有强烈的空间相关性,20-30cm层吸渗率(a)在空间上完全独立。0-10cm和10-20cm层稳渗率(ic)在空间上不具有相关性,20-30cm层稳渗率(ic)空间相关性极强。不同层次土壤毛管水上升参数空间变异性分析表明:各层次稳渗率(ic)和吸渗率(a)为中等变异。0-10cm和10-20cm层吸渗率(a)不具有空间相关性,20-30cm层吸渗率(a)具有强烈空间相关性,0-10cm层稳渗率(ic)为中等空间相关性,其余两层稳渗率(ic)空间相关性很强。(7)不同层次土壤入渗性能指标与土壤特性相关性分析表明:0-10cm层累积入渗量(1h)与土壤黏粒含量有关,黏粒含量越高,累积入渗量越低。10-20cm层土壤入渗率(1h)与电导率有关,电导率越大,入渗率越小,这也从侧面说明土壤盐分含量影响水分入渗性能。20-30cm层土壤入渗率(1h)与粉粒含量与有关,粉粒含量越高,入渗率越小。(8)不同层次土壤毛管水上升性能指标与土壤特性相关性分析表明:0-10cm层毛管水累积上升量(1h)与电导率之间存在正相关性。10-20cm层土壤毛管水累积上升量(1h)与电导率、粉粒呈正相关;稳渗率与电导率、粉粒呈正相关;毛管水累积上升量(1h)、稳渗率与砂粒之间存在负相关性。20-30cm层土壤毛管水上升速率(1h)与毛管水累积上升量(1h)、粉粒与电导率都具有正相关性。
【关键词】：土壤物理特性 入渗 毛管水上升 空间变异性 相关性分析
【学位授予单位】：鲁东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S152
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-10
• ABSTRACT10-15
• 第1章 绪论15-23
• 1.1 选题目的及意义15-16
• 1.2 土壤特性空间变异性研究现状16-19
• 1.2.1 研究内容与研究区分布16-17
• 1.2.2 研究方法的发展17-18
• 1.2.3 研究手段的发展18-19
• 1.3 土壤性质空间变异性研究评述19-20
• 1.4 土壤入渗性能空间变异性研究评述20-21
• 1.5 存在问题与不足21-23
• 第2章 研究内容与方法23-28
• 2.1 研究区概况23-24
• 2.1.1 研究区气象气候条件23
• 2.1.2 水文水资源23
• 2.1.3 土壤资源23-24
• 2.2 样品采集与制备24
• 2.3 测定项目及方法24-25
• 2.4 研究内容25-26
• 2.4.1 农田土壤物理性质空间变异性25-26
• 2.4.2 农田土壤水分入渗性能空间变异性26
• 2.5 技术路线26-28
• 第3章 农田土壤物理性质空间变异性28-43
• 3.1 土壤物理性质指标描述性统计分析28-29
• 3.2 土壤物理性质空间结构分析29-32
• 3.3 土壤物理性质指标空间分布32-34
• 3.4 土壤剖面物理性质描述性统计分析34-36
• 3.5 土壤剖面物理性质空间结构分析36-38
• 3.6 土壤剖面物理性质空间分布38-42
• 3.7 小结42-43
• 第4章 农田土壤水分入渗性能研究43-61
• 4.1 土壤水分入渗模型优选44-47
• 4.2 模型参数确定47-52
• 4.3 土壤水分运动参数空间变异52-56
• 4.3.1 土壤水分入渗参数描述性统计分析52
• 4.3.2 土壤毛管水上升参数描述性统计分析52-53
• 4.3.3 土壤水分入渗参数空间结构分析53-54
• 4.3.4 土壤毛管水上升参数空间结构分析54-56
• 4.4 入渗性能参数与土壤特性相关性分析56-59
• 4.5 小结59-61
• 第5章 结论61-64
• 5.1 主要结论与讨论61-63
• 5.2 存在不足与展望63-64
• 参考文献64-73
• 作者简历73

【参考文献】

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