网格尺度上宁夏平原区土壤水分入渗空间变异性分析

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1、灌溉排水学报２０１５年９月第３４卷第９期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１５）０９－００４９－０６网格尺度上宁夏平原区土壤水分入渗空间变异性分析李丽梅，胡华（宁夏大学，银川７５００２１）摘要：以宁夏平原区从北到南３个典型试验区进行的入渗试验为基础，采用经典统计学方法、Ｐｅａｒｓｏｎ相关系数法以及多重分形方法研究宁夏平原区土壤水入渗水力特性的空间变异性及其与土壤物理特性的相关关系。结果表明，①土壤水力特性中，稳定入渗率、累积入渗量、饱和含水率均

2、具有多重分形特征，且分别在３个试验区都具有较强的空间变异性。②从北到南稳定入渗率和累积入渗量空间变异性呈走强趋势，相反饱和含水率空间变异性从北到南呈走弱趋势。③土壤水力特性均受长距离变异影响，且由高值造成，但是通过分析土壤基本物理特性与土壤水力特性的相关关系及多重分形谱宽度、多重分形谱图、广义维数等，发现３个试验区土壤物理特性的空间变异性各有不同，且造成３个试验区的土壤水力特性及其土壤物理特性的因素也不尽相同。关键词：经典统计学方法；Ｐｅａｒｓｏｎ相关系数法；多重分形方法；空间变异性中图分类号：Ｓ１５２

3、．７；Ｓ１１文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１５．０９．０１０李丽梅，胡华．网格尺度上宁夏平原区土壤水分入渗空间变异性分析［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１５，３４（８）：４９－５４．０引言土壤受自然因素和人为因素的共同影响，即使在同一农田的不同位置，试验表明土壤特性（水力特性、物［１］理特性）也会具有明显差异，这种属性称为土壤特性的空间变异性。土壤水力特性是用来表征土壤水分入［２］渗的参数，它可以刻画土壤水分的入渗情况。地统计学是研究土壤空间变异性比较成熟的方法之一，但地

4、统计学的土壤水分特性空间变异的研究，大多只是对土壤水力特性单一因素的空间变异性分析，很少综合考虑到与样点水分有关的土壤物理特性和环境的影响。只有对土壤水变异与各影响因素变异进行比较分析，才能较好地找出研究区内影响土壤水空间变异的主要影响因素。随着分形理论的引入，许多学者开始从多［３－１１］尺度的角度对土壤空间变异特性进行研究。但多重分形方法只能对多变量在多尺度上的相关性进行系［１２］［１３］统分析，不能对分析结果定量描述，为此，余淼等采用地统计学与多重分形相结合的方法，对土壤空间变异性进行研究。宁夏平原

5、区土壤水入渗特性空间变异性的研究少之又少，且同一省份不同地区的土壤物理特性有其自身的特殊性，使得同一省份的不同地区的土壤水入渗空间变异性也不尽相同。在实际中，不能仅凭研究区一个试验点的土壤水入渗特性扩充到整个研究区，因为存在的空间变异性对土壤水分入渗特性的影响给农业灌溉、水文学等研究应用带来了诸多不便，因此研究宁夏平原区土壤水分入渗的空间变异性是农业、土壤和水学科等迫切需要解决的问题之一。研究宁夏平原不同地区的土壤水分入渗空间变异性，探讨土壤水分运动变化规律，对于水土流失防治、节水灌溉、土壤环境治理等方

6、面具有重要意义，可为提高土壤水分利用效率提供理论基础和科学依据。１研究方法１．１经典统计学方法［１４］变异系数的大小反映了随机变量的离散程度，即表示研究随机变量空间变异性的强弱。其中变异收稿日期：２０１５－０３－２９基金项目：国家自然科学基金项目（５１２６９０２５）；宁夏自然科学基金重点项目（ＮＺ１３００８）作者简介：李丽梅（１９９０－），女，宁夏人。硕士研究生，主要从事土壤物理学与农业数学的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｓｆｌｌｍ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：胡华（１９６２－），男，宁夏人。教授，主要从事土壤物理

7、学与农业数学的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｈｕａｎｕｍ＠１６３．ｃｏｍ４９系数的计算公式为：Ｃｖ＝σ，（１）μ式中：Ｃｖ为变异系数；σ为标准差；μ为均值。Ｃｖ＜０．１表示研究变量具有弱变异；０．１＜Ｃｖ＜１表示研究变量具有中等变异；Ｃｖ≥１表示研究变量具有强变异。然而经典统计学方法假设研究的空间变量为随机变量，而且是相互独立的，土壤特性在空间上不能看做是完全独立的，在一定范围具有一定相关性，故引入Ｐｅａｒ－［１５］ｓｏｎ相关性分析。１．２Ｐｅａｒｓｏｎ相关性分析相关性分析是考察２个变量之间线性关系的一种统计

8、分析方法：（ｘｘ珚）（ｙｙ珔）ｉ－ｉ－ｒ＝，（２）（ｘｘ珚）２（ｙｙ珔）２槡ｉ－ｉ－式中：ｘｉ，ｙｉ为２个变量的值；ｘ珚、ｙ珔为２个变量的平均值；ｒ为相关系数。０＜ｒ＜１，表示２变量间为正相关；－１＜ｒ＜０，表示２变量为负相关；∣ｒ∣越大，２变量的相关程度越密切，ｒ＝０，２变量完全无关。１．３多重分形理论［１，３－５］利用分形理论研究分形体的特征时，分形体特征用分形维数表征，分形维数不同，物体的复杂程度不同，研究对象的空间变异时，多重分