【摘要】：分布于浙江中西部、江西大部和湖南中東部地區(qū)的低丘紅壤,是我國熱帶、亞熱帶經(jīng)濟林木和糧食生產(chǎn)的重要基地。由于降雨時空分布的差異性,南方紅壤存在嚴重的季節(jié)性干旱問題,制約了農(nóng)業(yè)的持續(xù)高效發(fā)展。開源節(jié)流,加強紅壤水資源的科學管理,是實現(xiàn)紅壤資源可持續(xù)利用的重要途徑。紅壤水分性質(zhì)及其運移規(guī)律則是提高水資源利用效率的關(guān)鍵。在土壤水分運移的研究中,描述土壤基質(zhì)勢與含水量之間關(guān)系的土壤水分特征曲線是必需的水力學參數(shù)。由于土壤水分特征曲線的室內(nèi)或田間測定工作量大、周期長且成本較高,大面積實地測定不切實際。本文以浙江省西部低丘紅壤為研究對象,通過紅壤持水特征數(shù)據(jù)的測定,對不同母質(zhì)發(fā)育程度、不同利用方式、不同地形位置、不同侵蝕程度下的紅壤持水性質(zhì)進行了分析,建立不同類型紅壤水分特征曲線的擬合模型。再基于紅壤基本理化性質(zhì)數(shù)據(jù)通過多元線性回歸和BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立土壤水分特征曲線模型參數(shù)的預(yù)測方法(土壤轉(zhuǎn)換函數(shù))。為低丘紅壤水分性質(zhì)的研究和應(yīng)用提供支持。主要研究結(jié)論如下:(1)采用傳統(tǒng)的趨勢線方法對紅壤水分特征曲線進行趨勢線擬合,模型的決定系數(shù)從大到小依次為多項式、線性、指數(shù)、對數(shù)。在四種常見的趨勢線形式中,多項式形式對紅壤水分特征曲線的擬合精度最高。(2)用兩種國際通用的土壤水分特征曲線模型對紅壤水分特征曲線進行擬合,結(jié)果表明兩種模型的擬合精度均高于多項式趨勢線。其中,van Genuchten模型的精度優(yōu)于Mckee and Bumb模型,擬合出的曲線形態(tài)符合紅壤的釋水特點,且模型中的四個參數(shù)均有實際物理意義。(3)不同母質(zhì)發(fā)育程度、地形位置、侵蝕程度、耕作方式的紅壤水分特征曲線形態(tài)存在差異,這與紅壤的結(jié)構(gòu)組成、容重和有機質(zhì)含量不同有關(guān)。不同發(fā)育程度對紅壤水分特征曲線的影響主要是在高吸力段,發(fā)育程度高的土壤風化徹底,細孔隙發(fā)育良好,對水的吸附力強,高吸力段土壤持水曲線走勢平緩,單位吸力變化引起的含水量變化較小。地形位置不同對紅壤持水特征造成影響,從坡頂向坡底由于粉砂粒含量遞增、土壤結(jié)構(gòu)性變差,導致土壤持水量降低。不同土層深度的紅壤水分特征曲線差異較小。侵蝕紅壤經(jīng)過復墾后,有機質(zhì)含量增加,土壤容重降低,土壤結(jié)構(gòu)恢復,土壤持水性能得到改善,改善程度與復墾時間成正比。水耕和旱作兩種耕作方式均使得紅壤持水性提高,水耕紅壤經(jīng)人工培肥后,粉粒含量增加,低吸力段持水能力較強;而旱地粘粒含量較高,細小孔隙發(fā)育較好,在高吸力段持水能力較強。(4)基于紅壤基本理化性質(zhì)數(shù)據(jù),采用線形(多元逐步回歸)和非線性(BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))的擬合方法對所建立的紅壤水分特征曲線模型中的四個參數(shù)——飽和含水量(θ_s)、殘余含水量(θ_r)、與進氣值有關(guān)的參數(shù)(lgα)、與曲線形狀有關(guān)的參數(shù)(lgn)分別建立土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)模型。驗證結(jié)果表明,BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對θ_s的建模的R~2達0.96,高于多元逐步回歸的0.76,驗證精度與多元逐步回歸相當。BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對θ_r和lgα的建模精度與多元逐步回歸相當,而驗證時的絕對平均誤差MAE和均方根RMSE均小于多元逐步回歸,驗證精度優(yōu)于多元逐步回歸。BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對lgn的建模與驗證精度均優(yōu)于多元逐步回歸。這兩種方法均可用于建立低丘紅壤水分特征曲線參數(shù)預(yù)測模型,BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在精度上略勝一籌。
【學位授予單位】：上海師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S152.7

【參考文獻】

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本文編號：2688988