基于样条插值方法的干旱半干旱区植被根系层土壤水分特性的研究(新2)

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1、基于样条插值方法的干旱半干旱区植被根系层土壤水分特性的研究徐艳，野金花（黑龙江八一农垦大学文理学院，大庆163319）摘要：为了合理的利用和改良干旱半干旱地区的植被种植，我们采用三次样条插值法对内蒙古自治区鄂尔多斯这样的干旱半干旱地区的植被根系层土壤水分特性进行了深入探讨，从而分析出土壤水分有其时空变化规律,一方面土壤水分随季节变化而变化，另一方面土壤水分随土壤深度和水平位置的变化发生相应变化，而降水是影响干旱半干旱区山地土壤水分的最重要因素，气温、太阳辐射等其它气象因子对土壤含水量也用一定影响。在此基础上，我们给出了针对植物种类和栽植密度调整方式的建议，为干旱半干旱地区植被

2、种植、退耕还林等方面提出了更有效的依据。关键词：干旱半干旱；土壤水分特性；三次样条插值；烘干法土壤水分是影响干旱半干旱地区植物生长和发育的重要因素，在这些地区开展植被根系层土壤水分特性研究对植被种植和生态恢复的重要性是不言而喻的。土壤水分特性描述了土壤含水量与土壤基质势之间的函数关系，是模拟水分和化学物质在非饱和土壤中运移的关键参数。目前测定土壤水分特征曲线的方法主要分为三种：第一种是直接测定法，如张力计法、离心机法、压力膜法、砂芯漏斗法、平衡水汽压法等。张力计法简单且便于操作，在室内和田间都得到了广泛应用；第二种是参数估计法，由于直接法在实际应用中存在诸多问题，特别是在区域

3、尺度上进行实际问题研究时，这类方法多数是不可行的，甚至是不可能的，因此许多土壤物理学家尝试着用数学表达（经验公式）来描述水分特征曲线，通过估计表达式中的参数来确定土壤水分特征曲线，这种方法称为参数估计法。目前比较常用的经验公式有Brooks-Corey(1964)模型、Gardner(1970)模型、vanGenuchten(1980)模Gardner-Russo(1988)模型等，近几年FerdinandJKastanek等人又提供了一种新的用经典的三次样条插值函数来描绘土壤水分特性的方法,，这种方法较目前土壤水文学中应用的其它方法有许多优点；第三种是间接推求法。间接法主要

4、是利用易于测定的土壤物理特性来推求土壤水分特征曲线，Arya．Paris(1999)利用土壤颗粒组成来估算土壤水分特征曲线，近年夏达忠等也发表了《基于土壤物理特性的土壤水分特征曲线推求法》。这是近年来发展的利用土壤物理特性确定土壤水分特征曲线的新方法。本文主要采用张力计法对所选干旱半干旱试验区进行土壤水分含量的测定，利用所得数据我们建立了基于三次样条函数插值的土壤水分特征曲线模型，并利用所得结果分析出该地区土壤水分的变化规律，从而为干旱半干旱地区植被种植、退耕还林等方面提出了更有效的依据。1试验方案与研究方法1.1取样我们通过实地考察，选取具有代表性的内蒙古自治区鄂尔多斯境内

5、的科尔沁沙地为主要研究区，该地区属于温带干旱半干旱气候类型，选择科尔沁沙地典型人工植被作为研究对象，分别以杨树林地(株行距1.5m×2.0m，年龄12年)、樟子松林地(株行距1.5m×2.0m，年龄25年)、15年生小叶锦鸡儿固定沙丘(株行距1.0m×1.0m)、天然草场为试验地。在每个实验地的10不同自然剖面层次上用环刀(体积为100cm3)取土，每个试验区分3层，每层取3个土样。取样时同时记录毛根密集分布位置、个别粗根直径及分布位置、植物根系总体分布等特征信息。1.2试验数据及研究方法以上四个试验区的土壤水分特征曲线的测定主要采用张力计法。用张力计(负压计)测定土壤负压h

6、，用烘干法测定相应的土壤含水率，土壤水分计算公式为：。为了保证装土的初始含水率均匀、密度一致，土样经过粉碎和过筛处理，然后按一定的密度装填土样，装好的土样经过充分饱和后开始脱湿试验。受实验条件的限制，只测定了低吸力条件下的土壤负压。用张力计实测的低吸力条件下各个土样的负压h和用烘干法实测的各个土样的含水率数据见表1。表1试验区土壤水分特征曲线实测数据杨树林地樟子松地小叶锦鸡儿固定沙丘天然草场hhhh0.000.5400.000.3980.000.3920.000.56826.30.47622.120.373340.37825.20.52352.040.43547.630.35

7、155.70.36245.240.50963.590.40699.380.32782.860.3561.20.50181.60.398129.200.318102.000.32976.160.48695.40.382157.760.305121.760.31394.20.475108.60.356190.400.296146.240.304112.160.466126.480.341244.810.288171.520.297136.020.452159.240.312299.200.282192.11