我國是一個水資源極度短缺的國家,加之農(nóng)業(yè)用水量大、用水效率低下,極大地影響了我國的可持續(xù)發(fā)展。灌溉是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的重要措施,而明確田間土壤含水量空間變異特征,能夠準確監(jiān)測土壤含水量變化,對提高精確灌溉尤為重要。本文以關中地區(qū)為例,利用經(jīng)典統(tǒng)計學和地統(tǒng)計學相結合的方法,研究了不同采樣間距、不同土層、不同植被覆蓋下以及不同生育階段的土壤含水量空間變異性,同時利用Spearman秩相關系數(shù)和相對偏差法對土壤含水量的時間穩(wěn)定性進行了研究與分析。初步提出了田塊尺度土壤含水量合理的采樣方法,主要研究結果如下:(1)田塊尺度土壤含水量空間分布呈弱變異或中等偏弱變異。土壤含水量在11.7%~20.1%范圍時,土壤含水量越低,其空間變異性越強。采樣間距對土壤含水量空間變異性的計算精度有較大的影響。采樣間距設置為東西方向間距27m和南北方向間距9 m時的土壤含水量變異系數(shù)比采樣間距設置為東西方向間距9 m和南北方向間距18 m的大3.3%。隨著采樣密度的增大,土壤含水量分布的等值線變化增大。表征田塊尺度土壤含水量空間變異性采樣密度約為45個·hm~(-2)。采樣間距為東西方向間距18 m和南北方向間距9 m時,田塊尺度土壤含水量具有較高的空間相關性,田塊中間位置的土壤含水量比四周高3%~5%。(2)植被覆蓋下對土壤含水量空間變異性的影響較小。玉米地土壤含水量空間變異系數(shù)為11.71%~13.29%,桃樹地為9.16%~11.74%,柿樹地為8.18%~11.75%。土層越深,土壤含水量空間變異強度越小。田塊土壤含水量具有較強的空間相關性,土壤性質等結構因子對土壤含水量空間變異性產(chǎn)生較大的影響。(3)隨深度的增加,田塊尺度土壤含水量的時間穩(wěn)定性而增強,40~60 cm土層土壤含水量空間格局變化比0~20 cm小。各土層已選定的測點的土壤含水量與區(qū)域平均土壤含水量的R~2值的均值為0.91,ME值的均值為0.08%,RMSE值的均值為1.46%,這些點可以作為代表性測點對區(qū)域土壤含水量的均值進行估計。不同采樣時間的土壤含水量大都表現(xiàn)為顯著正相關。對于雨養(yǎng)作物而言,夏季多雨期的土壤含水量相對較低,土壤含水量時間穩(wěn)定性主要受外界因素影響。(4)田塊尺度土壤含水量的最小合理采樣點數(shù)為4個,宜采用四邊形布置。當土壤含水量監(jiān)測深度≤40 cm時,采樣點宜布置在表層(0~20 cm)土壤中;當土壤含水量監(jiān)測深度40 cm時,采樣點宜布置在最大土壤含水量監(jiān)測深度的中間。在玉米地、桃樹地和柿樹地進行實地驗證:三種不同植被覆蓋下不同土壤含水量監(jiān)測深度內(nèi),水平與垂直方向上的采樣布點方法相結合所確定的平均土壤含水量與田塊區(qū)域平均土壤含水量的相對誤差在10%內(nèi),說明推薦的采樣點方法和采樣點數(shù)目基本可行,采樣精度高。
【學位單位】：中國科學院大學(中國科學院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：S152.7
【部分圖文】：

關中地區(qū)田塊尺度土壤含水量時空變異性及合理采樣方式10地面積為56m×70m，采樣間距為7m×7m。共63個測點，如圖2.3b所示。每個測點用土鉆分別取0~20、20~40、40~60、60~80和80~100cm土層的土樣。采樣區(qū)域3種植柿樹，樹齡為5年，柿樹東西株距約2m，南北株距約1.5m，試驗地長和寬為66m×20m，采樣間距為6m×4.5m，共55個測點，如圖2.3c所示。同采樣方案2，每個測點用土鉆取5個土層的土樣。三處采樣區(qū)域的采樣在同一天進行。2.3.2.3采樣方案3采樣方案3的采樣區(qū)域為采樣方案2中的采樣區(qū)域1（圖2.3a），采樣區(qū)域具體情況詳見2.3.2.2。采樣時間為2019年7月2日、7月13日、8月16日、8月28日和9月24日，分別對應玉米的三葉期、拔節(jié)期、抽雄開花期、灌漿期和成熟期，用土鉆對每個測點的0~20cm、20~40cm、40~60cm土層進行取土。目的是研究玉米不同生育階段土壤含水量的時間穩(wěn)定性。2.3.3土壤樣品采集及測定采樣方案1中，使用TRIME-TDR土壤水分測量儀測定各采樣點不同土層的土壤含水量，每個測點測三次取其均值；采樣方案2和3中，采用烘干法測定各采樣點不同土層的土壤含水量（鮑士旦，2000）。圖2.2采樣方案1的空間分布圖Figure2.2Spatialdistributionofsamplingscheme1

第2章材料與方法11圖2.3采樣方案2的空間分布圖Figure2.3Spatialdistributionofsamplingscheme2注：植被覆蓋類型：a)玉米地；b)桃樹地；c)柿樹地2.4數(shù)據(jù)分析2.4.1空間變異性分析方法2.4.1.1經(jīng)典統(tǒng)計學方法采用經(jīng)典統(tǒng)計學方法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和計算，利用最大值、最小值、均值、標準差、變異系數(shù)及標準誤差等統(tǒng)計值研究土壤含水量的空間變異性。標準誤差計算公式如下：ndSEnii==12（2-1）式中：n為測量次數(shù)；di為誤差=測量值-實際值

第3章田塊尺度冬小麥土壤含水量空間變異性1916.01%~17%；7級17.01%~18%；8級18.01%~19%；9級19.01%~20%。圖3.1不同采樣間距下0~60cm土層平均土壤含水量的空間分布Figure3.1Spatialdistributionofaveragesoilwatercontentin0-60cmlayersatdifferentsamplingintervals.注：采樣時間為：a)2018-09-20；b)2018-11-02；c)2018-11-19；d)2019-03-14；e)2019-04-02；f)2019-05-12；g)2019-05-31由圖3.2可知，采樣間距為18m×9m的各級面積與采樣間距為9m×9m的對應面積最接近，7次采樣中，6級面積變化最小，11月2日的5級面積變化最大，增加796.1m2，其變化占田塊總面積的15%。采樣間距為27m×9m時只保留了15個數(shù)據(jù)，僅占采樣間距為9m×9m的1/3，其各級面積與采樣間距為9m×9m的各級面積有較大不同。綜上，土壤含水量的采樣間距可以控制為18m×9m，采樣密度約為45個·hm-2。
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本文編號：2880787