论文部分内容阅读
土壤质地分层作为一种地质现象，在自然界中的分布既有随机性，又呈现出一定的结构性。而冲积平原土壤的质地分层尤为复杂，如何准确的刻画与再现大尺度条件下土壤质地层次复杂的分布特征一直是空间变异研究的一个难点。基于马尔可夫链的条件模拟是一种能融合多源信息的地统计学模拟方法，与地统计学中其它模拟方法相比具有诸多优势，目前，基于马尔科夫链的条件模拟多应用于探矿与水文地质方面的研究，将其应用于区域尺度内的土壤质地空间变异研究，是一个较为新颖的尝试。 以河南省封丘县1200km2区域内118组土壤剖面实测数据和以往土壤调查数据，分别运用基于交叉变异函数（克里格插值方法和顺序指示模拟方法）和转移概率的模拟方法分析了土壤质地层次在水平方向与垂直方向上的变异特征。 主要完成了三方面的工作:野外采样及土壤质地的空间变异性分析;基于激光法粒径测定数据的校正与历史粒径数据的扩充;随机模拟结果的应用性研究。在研究开展过程中，共进行了多次野外采样，构建了沿黄潮土地区的多级尺度（县域、乡镇和田块尺度）土壤性质数据库，并对各级尺度土壤性质的空间变异性进行了分析。以基于转移概率的地统计学模拟为主要研究方法，结合基于变异函数的地统计学模拟，建立了土壤基本物理性质（质地）的随机模型。结论主要分三个部分介绍: 一、在质地参数获取方面: (1)采用激光法可以快速获取大批量的土壤质地信息。子样本的累积组间差(CBD)和精确度阈值(PH)两个指标适于验证激光法测定精度。另外，通过调整米氏(Mie)模型中的介质折射系数可有效降低激光法的测定误差。在用激光法测定研究区的土壤粒径时，可将土壤样本的吸收系数(SAI)与折射系数(SRI)分别设置为0.01和1.50。 (2)在使用土壤粒径分布方程对历史土壤粒径数据进行扩充时，土壤粒径分布方程整体拟合度受土壤质地影响较大，总的趋势是拟合度随土壤中粘粒和砂粒的升高而降低，随粉粒含量的升高而升高。Fredlund4（AIC:-435.4; R2:0.9989; RMSE:0.0111）模型与校正后的逻辑斯蒂生长模型MLOG3(AIC:-328.8; R2:0.9974; RMSE:0.0184)对土壤粒径分布曲线的拟合效果最好。 二、在模型实现方面: (1)基于转移概率（马尔科夫链）模拟结果中各土壤层次的分布频数（反映土壤层次的垂向上的再现性）的平均相对误差15.4％，优于基于交叉变异函数的克里格方法（平均相对误差为41.3％）和序列指示模拟方法(平均相对误差为48.49％)。 (2)以各模拟方法结果中土壤层次空间连贯性的均值和各层次的空间连贯性的相对误差均值表示该方法的连贯性以及连贯性的准确性。基于转移概率模拟结果中各土壤层次的空间连贯性为0.31，相对误差为25.8％;对应的克里格插值法与序列模拟的空间连贯性分别为0.43和0.20，相对误差分别为50.1％和44.2％。据此可以看出基于转移概率的马尔科夫链模型在一定程度上克服了传统地统计方法的高熵、低连贯性的缺点。 (3)空间不对称性，基于转移概率的马尔科夫模型与序列指示模型都能准确的再现土壤层次的相互转换关系，表明这两种模型描述土壤空间分布不对称性方面优于传统的克里格插值模型。基于转移概率的地统计学模型作为一种基于随机理论的三维空间模拟方法，可以用于质地层次交互明显的土壤的空间分布模拟，能够利用较为稀疏的采样数据抓住土壤质地空间变化的总体趋势。 三、在模型应用方面: 在区域土壤质地层次空间变异模型实现的基础上，在45km×30km(X*Y)的网格上，根据土壤的质地层次对土壤的基本理化性质进行了概化。评价了采样分布对土壤质地空间分布确定性的影响，指出了现有数据下土壤性质分布的高不确定性区域;同时，分别使用厚度5-10cm和10-20cm的粘土夹层为指标对水肥淋失的高风险区域进行了探寻。