枣树压砂地土壤盐分的时空变异规律研究

摘要

为揭示西北地区特有的枣树压砂地土壤盐分的时空变异规律，本文通过野外大田实验，以种植 5年的枣树压砂地为研究对象，结合经典统计学和地统计学方法，研究 0-50cm土层土壤盐分的空间分布特征及空间变异性，得出不同采样尺度下土壤盐分的空间变异规律；在此基础上借助 IDW，Cokriging和 ARMA方法模拟土壤盐分的时空变异性；并对土壤粒径与水分，盐分和有机质的相关性进行了分析，取得如下主要成果： （1）通过研究 32m×32m、28m×28m、24m×24m和 20m×20m采样尺度下土壤盐分的空间变异规律，得到不同采样尺度下盐分含量随土壤深度的增加而增加，其值介于 0.46g/kg-1.30g/kg，变异系数介于 5.95%-18.59%，基本表现为空间弱变异性至中等偏弱变异性。不同采样尺度条件下的块金效应值 C0/(C0+C)大部分小于 0.25，只有个别值大于 0.25，表明各土层的盐分含量具有较强的空间相关性。通过 Surfer 绘制土壤盐分的三维分布图，可直观观测出表层有明显的“隆起”和“凹陷”现象，随深度增加逐渐呈“平坦”分布，受地形影响显著。由于采集深层土壤工作量较大，文中比较了 Cokriging和 Kriging两种估值方法，得出 Cokriging估值比 Kriging 估值精度高，利用表层盐分通过 Cokriging 方法可以更精确的估测深层土壤盐分，从而有效降低采样难度。 （2）通过 IDW（反距离加权）和 Cokriging 方法对 2013 年至 2016 年土壤盐分的时空变异性进行模拟研究，0-10cm土层的盐分从1.02g/kg降低到0.7g/kg，研究得出表层砂石覆盖有效的抑制了盐分的积累。使用表层盐分含量来估算深层盐分含量时， IDW 比 Cokriging 更精确，利用 IDW 对数据进行插值并绘制盐分的空间分布图更为准确。采用时间序列预测土壤盐分时，ARMA（自回归移动平均模型）时间序列更为准确，模型更稳定。通过时间稳定性可以初步确定枣树压砂地土壤盐分的代表性测点，测点 16，21，27，31，56和 63标准偏差的平均相对偏差较小，可作为土壤盐分的代表性测点，选取盐分含量的代表性测点可有效提高采样频率、降低现场测量工作量。 （3）从 0-10cm，10-20cm，20-30cm和30-50cm 层收集的 256 个土壤样品中对枣树压砂地的土壤水分，盐分和有机质含量的空间变化进行了分析，得出土壤水分和有机质含量随土层深度增加而降低，土壤盐分随土层深度增加而增加， CV 均低于 23％，呈中等偏弱变异性。以深度为自变量，土壤粒径分布，水分，有机质含量作为因变量的函数模型中，均符合一元二次方程。以深度为自变量，盐分为因变量的函数模型符合指数方程， R2均在 0.85 以上，拟合精度较高。掌握粒径分布，盐分，水分和有机质含量之间的关系，可为土壤的综合管理提供理论价值。 （4）压砂地土壤粘粒平均含量为3.1%，粉粒平均含量为55.32%，砂粒平均含量为41.59％。0-10cm土层含有部分大颗粒，10-20cm，20-30cm和30-50cm土层粒径较为均匀，分形维数为2.54-2.82，且粘粒和砂粒含量呈显著负相关，粘粒和粉粒含量呈显著正相关。通过扫描电子显微镜可直观的观察到土壤的微观结构。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究思路

第2章 实验地区概况及研究方法

2.1 自然条件

2.2 水资源状况

2.3 实验方法及内容

2.4 砂石与土壤颗粒级配

2.5 地温测定

2.6 研究方法

第3章 不同采样尺度下压砂地土壤盐分空间变异规律研究

3.1 枣树压砂地不同采样尺度土壤盐分统计特征值分析

3.2 不同采样尺度下土壤盐分含量空间变异特征分析

3.3 运用 Kriging和Cokriging最优内插法进行估值

3.4 讨论

3.5 本章小结

第4章 基于IDW，Cokriging和ARMA模拟压砂地土壤盐分的时空变异性

4.1 不同时期土壤盐分的统计分析

4.2 IDW和 Cokriging的对比和分析

4.3 基于 ARMA模型的时间序列预测

4.4 代表性采样点

4.5 讨论

4.6 本章小结

第5章 压砂地土壤水分、盐分、有机质与粒径分布的关系

5.1 土壤粒径频率分析

5.2 SEM观测和土壤水分，盐度和有机质含量的空间分布

5.3 土壤粒径、水分、盐分、有机质含量及其与土壤深度的关系

5.4 讨论

5.5 本章小结

结论与展望

结论

不足与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录