黑土区水蚀坡耕地土壤穿透阻力时空变异特征及传递函数

[目的]为探明侵蚀坡耕地黑土硬度的时空特征及关键驱动因素。[方法]基于典型水蚀坡耕地110个样点土壤穿透阻力动态监测及其相关因素的测定,在阐明土壤穿透阻力时空特征的基础上,利用多元线性回归(MLR)和随机森林(RFR)模型分析土壤穿透阻力的影响因素,并进一步构建其传递函数。[结果]土壤穿透阻力时空变异性受土层深度、水分条件及农事活动等因素的综合影响,耕作层土壤穿透阻力空间上的异质性显著低于亚表层,变异系数分别为17.4%和26.3%。随土壤由湿变干和距离翻耕的时间增加,空间异质性呈增强趋势。土壤侵蚀影响土壤穿透阻力,强烈侵蚀区土壤穿透阻力高于沉积区,特别是在湿润条件下,差异更为显著(p<0.05)。与自然林地相比,所研究坡耕地73%样点的土壤穿透阻力增加,尤其在强侵蚀区。土壤含水量、容重和有机碳(SOC)是土壤穿透阻力的主要影响因素,Pearson系数分别为-0.69,0.58,-0.54,三者共同解释土壤穿透阻力88%的变异。RFR模型在土壤穿透阻力预测中表现优于MLR模型,在生长季均值的预测中,R^(2)可达0.91,RMSE仅为91.2 kPa。[结论]研究结果加深对侵蚀背景下黑土硬度空间分异特征的理解,为黑土压实管控提供理论依据。

黄河下游冲积平原试验区土壤水分特征曲线的传递函数研究

黄河下游冲积平原区是我国重要的粮食生产基地和工业集聚地,该地区土壤水力学参数的获取,对于保障用水安全和指导农业生产具有重要意义。为建立黄河下游冲积平原区的土壤水分特征曲线传递函数(PTFs),以河南省兰考县闫楼乡作为黄河下游冲积平原试验区,基于多元非线性逐步回归和单因素扰动方法,建立了包气带土壤水分特征曲线的PTFs,并分析了影响因素敏感性。研究结果显示,实测土壤水分特征曲线以及土壤理化性质参数呈现较强变异性,所建立的PTFs精度良好,具备应用推广价值。多元回归结果表明,土壤颗粒组成是本文PTFs的主要影响因素,其中黏粒含量对PTFs最为敏感,砂粒含量次之,粉粒含量最弱。在其余5个土壤理化特性中,对PTFs的相对敏感的因素是pH值和分形维数。研究表明,土壤物理化学性质与土壤水分特征曲线模型参数的关系复杂,并非一般线性或单调关系。尽管土壤物理化学性质参数可以提高PTFs精度,但土壤颗粒组成是影响土壤水分运动的根本原因,其作为构建PTFs的关键因素不可忽略。在实际应用中,PTFs使用者可根据所掌握数据的实际情况,结合影响因素敏感性,决定影响因素的取舍。

中国主要土壤类型的土壤容重传递函数研究

由于我国大多数土壤数据库缺失或部分缺失土壤容重数据,利用土壤其他属性来预测土壤容重具有重要意义。我国土壤类型多样,已有的土壤容重传递函数在不同土壤类型中的适用性也值得进一步探讨。本文基于我国现有的土壤数据库,对已有的两种土壤容重传递函数在不同土壤类型(土纲)中的预测精度与适用性进行评估,最后通过SPSS进行回归分析建立我国主要土壤类型最适宜的容重传递函数。研究结果表明,已有的两种土壤容重传递函数应用于部分土壤类型时预测精度不高,但基于土壤系统分类的数据分组后建立的容重传递函数能够明显提高预测精度。新建的容重传递函数对有机土、铁铝土、潜育土、均腐土、富铁土、淋溶土、雏形土、新成土和变性土土壤容重的预测精度较高,但人为土、盐成土和干旱土土壤容重传递函数的预测精度整体偏低,在应用时需要慎重。在利用土壤容重传递函数时一定要注意研究区及适用范围。

封丘地区土壤传递函数的研究

以黄淮海平原封丘地区的潮土和风沙土为研究对象 ,试图寻求解决土壤水动力学特性参数问题的更加实用可行的方法。根据大量的土壤基本物理性质和土壤持水数据 ,利用多元逐步回归分析方法 ,分别建立了vanGenuchten模型的参数θr、θs、a、n的土壤传递函数模型 ,并通过统计分析和数学模拟进行模型验证。研究结果表明 ,vanGenuchten模型参数与土壤的质地、有机质含量及容重等基本物理性质有一定的线性相关性。vanGenuchten模型的参数估计模型对粘性土壤的拟合效果较好 ,而拟合砂性土壤时误差较大。

土壤传递函数在计算土壤饱和导水率中的应用

以河南省封丘县为研究区域,应用7种土壤传递函数(Campbell、Cosby、Brakensiek、Wosten1997/1999、Saxton和Li的方法)分别对该地区不同深度土壤的饱和导水率值进行了模拟预测。通过与野外采样数据的统计分析比较,获得了适用于该地区各层次土壤饱和导水率的传递函数方程,分别选用Wosten1999和Li的方法建立了分层土壤饱和导水率分布图,为该地区的土壤水分运动模拟提供了基本土壤水文资料。

科尔沁沙丘-草甸相间地区表土饱和导水率的土壤传递函数研究

以科尔沁沙地典型坨-甸相间地区为研究区,野外布设240个采样点,对流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙丘区杨树林、沙丘区耕地、低覆盖度草甸、高覆盖度草甸、草甸区耕地、撂荒地9种地貌类型下的表层土壤进行了采样,测定了其含水率、干容重、有机质、饱和导水率等理化特性,分析了不同地貌类型下表层土壤理化参数差异。选取Campbell、Cosby、Wosten等、Saxton等4种土壤饱和导水率传递函数,对该地区表土饱和导水率进行了预测。结果显示这几种土壤传递函数预测值与实测值偏差较大,相关系数均小于0.3,精度难以满足本地区应用。在此基础上,选取土壤容重、有机质含量、饱和含水率、平均粒径、粒径标准偏差5种土壤特性参数作为输入变量,采用主成分分析与非线性回归分析相结合的方法,重新建立了预测本地区表土饱和导水率的土壤传递函数,结果显示预测值与实测值相关系数为0.661,该传递函数可用于科尔沁沙地表层土壤饱和导水率的预测。

非均质土壤饱和稳定流中盐分运移的传递函数模拟

对室内人工构造的两种非均质土柱 ,以传递函数模型作为模拟手段 ,研究了稳定流场中饱和非均质土壤盐分优先运移的随机特征。首先计算了模型参数 μ和 σ2 ,获得了氯离子在非均质土壤中迁移时间的概率密度函数 ,然后应用传递函数模型对土柱中氯离子的出流浓度动态进行了随机模拟 ,并对非均质土壤中氯离子的均值和中值迁移时间及相应的运移体积与可动体积进行了分析和讨论 ,还依据质量守衡原理获得了土壤溶液中氯离子平均驻留浓度的变化。

基于交叉验证的农田土壤饱和导水率传递函数研究

基于北京大兴区农田土壤剖面采样数据,采用多元回归及多折交叉验证方法,建立并验证以不同土壤质地、有机质含量为自变量的农田土壤饱和导水率（Ks）土壤传递函数（PTF）,对比了其他3种现有的Ks土壤传递函数预测结果,并对0～80 cm农田土壤Ks进行预测。结果表明：以土壤粉粒质量分数、粘粒质量分数、有机质质量比的组合项及常数项为自变量建立的多元回归方程,对所采剖面样本0～100 cm内土壤饱和导水率预测的均方根误差为40.525 cm/d,平均相对误差为204.738%,决定系数为0.544,相关系数为0.742,均好于其他3种预测结果。大兴区域农田土壤Ks表层变化范围较大,北部及西南部永定河一带Ks较小。所建立的PTF模型对采育镇60～80 cm深度处的粘壤土夹层也有较好表征,可以用作大兴区域土壤饱和导水率的评估。

基于联合多重分形的土壤水分特征曲线土壤传递函数

利用联合多重分形方法识别在不同尺度上对土壤水分特征曲线空间变异性都具有显著影响的因素,基于得出的结论建立考虑尺度效应的小尺度和大尺度van Genuchten模型参数的土壤传递函数,探讨了将小尺度上得出的联合多重分形结论进行尺度扩展,应用到大尺度上的可行性。结果表明:小尺度和大尺度上基于0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数土壤传递函数预测的土壤含水率均方根误差分别为0.038 6、0.047 3和0.027 0、0.030 4,可将小尺度上进行联合多重分形分析得出的结论进行尺度扩展,应用到大尺度上,且建立的土壤传递函数具有较强的理论基础和较高的预测精度。

土壤传递函数法在确定田间持水量中的应用

采用土壤传递函数法,对确定土壤田间持水量的点估算模型和系数估算模型进行分析研究,并用山西省太古县水均衡实验场和河南开封朱仙镇试验基地的实测资料对模型进行验证.结果表明,在土壤田间持水量的研究中,土壤传递函数法是一种行之有效的方法.

土壤中硝态氮淋洗的传递函数模拟和预报

运用传递函数模型 (TransferFunctionModel,TFM)作为随机模拟工具 ,对灌溉入渗—重分布条件下非饱和土壤中硝态氮的运移进行了数学模拟 .获得了实验条件下土壤中硝态氮迁移时间的概率密度函数和中值与均值迁移时间及运移体积分数 ,仿真了实验期间硝态氮的出流浓度动态 。

非稳定流条件下非饱和均质土壤溶质运移的传递函数解

根据溶质运移的传递函数模型Ｔｒｏｍｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ，ＴＦＭ 理论， 研究了非稳定流条件下非饱和均质土壤中表施和原有ＮＯ－３ Ｎ 及原有Ｃｌ－ 的运移． 由极大似然法估算了模型参数μ和σ２ ， 求出了溶质运移的概率密度函数， 计算了ＮＯ－３ Ｎ 的淋失量， 并利用土壤中原有Ｃｌ－ 的动态， 对ＮＯ－３ Ｎ 的迁移过程进行了模拟， 同时还估算了溶质的中值迁移时间ｔｍ 和均值迁移时间珋ｔ 及相应的运移体积θ′ｓｔ和θ″ｓｔ．

考虑土壤中硝态氮转化作用的传递函数模型

本文运用传递函数模型 ,模拟了冬小麦从播种至返青期地中渗透计土壤 2m出流处的NO-3 N浓度动态 .假设模拟时段内冬小麦的根系吸氮与累积实际蒸散量成正比 ,计算了冬小麦的吸氮动态 (汇项 ) ;联立由田间氮素平衡法所得的净矿化项 (源汇项 )从而获得净源汇项 .在模型中将NO-3 N在土壤中的主要转化作用作为源汇项嵌入传递函数的模型中 ,建立了NO-3 N这一不稳定溶质在土壤中淋失的传递函数模型 .通过对比实测资料 ,表明作者提出的考虑NO-3

稳定流场中饱和均质土壤盐分迁移的传递函数解

通过对淹灌条件下砂质壤土的盐水入渗试验，以传递函数模型作为数学模拟的工具，探讨了对流占优运移机制下土壤盐分的迁移特征，得到了盐分在４５ｃｍ土层的迁移时间概率分布函数与迁移时间概率密度函数及土壤盐分平均孔隙流速和水动力弥散系数，进行了盐分出流过程的数学模拟，同时对描述稳定流场中土壤盐分对流迁移特征的有关参量进行了初步分析。

多数据源土壤传递函数模型在水分模拟中的不确定性

基于前馈神经网络的传递函数模型,采用4种不同的数据源预测土壤水分特征曲线,并借助误差统计指标、Hydrus-1D水动力学模型对传递函数模型的预测性能及其应用不确定性进行了分析。结果表明,预测土壤水吸力1 000、10 000、15 000 cm对应含水率θ1000、θ10000、θ15000时,相对于仅有颗粒组成变量的传递函数模型,增加容重和θ60(水吸力60 cm对应的含水率)传递函数模型的平均绝对误差降低了42.86%、23.87%、26.15%;增加θ60和θ15 000模型预测θ100、θ10000、θ15000的平均绝对误差比仅包含θ60模型降低了8.67%、16.96%、15.95%。将模型预测的van Genuchten参数应用于土壤水分模拟,增加θ60模型的平均绝对误差比以颗粒组成为输入变量模型的相应值降低了11.11%;相对于增加θ60的传递函数,额外再增加θ15000并未降低模型应用过程中的不确定性。

冬小麦生长条件下土壤硝态氮淋洗的传递函数模拟和预报

观测了地中渗透计的土壤在 3种不同施肥量下冬小麦自播种至返青期硝态氮的淋洗动态 ,由试验资料获得了硝态氮在土壤中迁移时间的概率密度函数 ,进而运用传递函数模型对土壤排水出流液中的硝态氮浓度和淋洗量动态进行了数学模拟和预报。

应用传递函数模型预报农药阿特拉津在土壤中的运移

本文首先对农药阿特拉津 (Atrazine)在稳定流场饱和均质土壤中的运移进行了室内实验研究 ,采用易混合置换的方法 ,获得了示踪溶质Br- 和Atrazine同步脉冲输入 1h后的出流浓度动态 ;其次由批技术得到Atrazine的分配系数 ,进而获得阻滞因子 ,在此基础上应用传递函数模型 ,根据示踪溶质的迁移预报了吸附作用存在时Atrazine在土壤中的运移动态 .

土壤剖面硝态氮浓度分布的随机—对流传递函数模拟

依据地中渗透计出流口处观测的硝态氮通量平均浓度动态 ,建立土壤硝态氮迁移时间的概率密度函数 ,由随机 -对流假设 ,得出某一时刻土壤剖面不同埋深处硝态氮迁移距离的驻留概率密度函数 ,以其作为响应函数构造对流对数正态传递函数模型 ,仿真拟稳定流条件下田间土壤剖面硝态氮的驻留浓度分布 .经与实测资料对比 。

土壤传递函数模型的研究进展

研究评述了线性回归、非线性回归、神经网络等方法构建土壤传递函数模型的优缺点,介绍了传递函数模型及其应用不确定性分析中常用的Bootstrap analysis、改进的Monte Carlo、最小二乘法等方法,探讨了输入数据、模型结构和参数对传递函数及其应用不确定性的影响,并指出今后可借鉴分析法里的格林函数法和耦合去耦等方法开展土壤传递函数及其预测不确定性的研究,明确传递函数模型不确定性的主要来源,提高模型的应用效率。

砂质土壤持水特性空间变异特征传递函数模型

为探讨土壤持水特性的空间变异特征,采用Vereecken和Campbell模型预测辽宁西部风沙土的田间持水量(θ60 cm)和萎蔫含水量(θ15 000 cm),并借助传统统计学和地统计学方法预测其空间变异,结果表明:两个模型预测θ60 cm的精确度均低于θ15 000 cm;Vereecken模型的精确度高于Campbell模型.Vereecken模型预测的20 cm^40 cmθ60 cm和θ1 5000 cm半方差模型参数和分形维数较Campbell模型更接近于实测数据,但无法描述0 cm^20 cm的空间结构;因此,Vereecken模型可预测砂质土壤20 cm^40 cmθ60 cm、θ15 000 cm及其空间变异特征.