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《砂壤质褐土水力特性与物理性质的空间尺度效应》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第45卷第6期土壤学报Vol45,No62008年11月ACTAPEDOLOGICASINICANov.,2008*砂壤质褐土水力特性与物理性质的空间尺度效应消除趋势波动分析法1,2,31,31,2,31,3舒乔生刘作新张自坤王振营(1中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳110016)(2中国科学院研究生院,北京100049)(3辽宁省节水农业重点实验室,沈阳110016)摘要土壤水力特性与物理性质的空间异质性及其之间的关系在不同尺度上会有不同表现。采用消除趋势波动分析法对土壤水力特性(田间持
2、水量、萎蔫系数和饱和导水率)和物理性质(机械组成、容重和有机碳含量)进行尺度分析。结果表明,只有在一定尺度范围内才能进行土壤水力特性空间变异分析和尺度转换(外推)。过小的尺度范围内不能摆脱空间相关的束缚,尺度太大时不能抓住主要控制因子,因此无法进行尺度外推。所研究砂壤质褐土田间持水量、饱和导水率、容重和有机碳含量可外推尺度范围较大,分别为55~155、50~125、50~125和50~135m;砂粒、粉粒和黏粒含量的可外推尺度范围较小,为50~85m,因此在进行空间尺度转换前应先确定其尺度外推范围。关键词土壤水力特性;空间异质性
3、;尺度分析;消除趋势波动分析中图分类号S1527文献标识码A土壤水力特性的获取在土壤水分运动、溶质运的内在尺度特征和空间范围。为评价尺度特性,需移和水文模型研究中至关重要。一般而言,土壤水要对非平稳数据和噪声进行转换(如转成无局部趋力特性可通过直接测定而得,但需要大量的人力和势或有最少的奇异值),较常用的为小波变换和消物力,而且其存在较大的空间变异性,因此在大尺除趋势波动分析法(DetrendedFluctuationAnalysis,度、多采样点条件下并不实用;较好的解决途径是DFA)。用土壤其他易测的属性如
4、机械组成、有机碳含量及DFA是Peng等物理学家和生物学家在探测容重、孔隙度等来推求,然而水力特性与物理性质DNA(脱氧核糖核酸)内部分子链相关性时提出[1][12]之间的关系会因尺度变化而发生改变。的。与小波分析不同,其不受观测数量的限制、[2~6][11,13]一些学者采用地统计学方法或分形理论研直接而灵活,是检测非平稳时间序列相关性最究水力特性的空间变异和尺度特性。地统计学可重要、可靠的工具之一。经该方法变换后的序列与用来描述水力特性的空间自相关性及其与土壤基原序列保持着相同的持久性(或反持久性),且可较[7]本特性的协相关程
5、度;在自相关距外,半方差仅好地滤除!其自身演化的趋势成分,剩下的离差序能对空间变异进行定性描述,且地统计仅为二阶统列主要是波动成分,因此可以避免对相关性的错误[8,9][13]计方法,不能对非平稳性数据序列进行分析。判断。在DFA的基础上,Kantelhardt等又进一一些研究表明许多过程(如水力特性的空间分步提出非稳定有限序列的多重分形消除趋势波动[10,11]布)的尺度特征存在噪声和非平稳性,这种尺分析法(MultifractalDetrendedFluctuationAnalysis,度特征对研究对象来说不是内在的,由于环境因
6、子MFDFA)。MFDFA实际是DFA思想的进一步广义之间的相互作用,其不能真实反映原位置波动特化,具有更强的功能,不仅可以检测长程相关性、标征,因此基于这种关系上的尺度转换可能是错误度不变性,还能判定序列是否具有多重分形属性并的,这就需要识别土壤水力特性波动在田间尺度上确定多重分形特征。*中国科学院知识创新工程项目(NoKSCX2-YW-N-004)和辽宁省节水农业重点实验室基金项目(No05KJT21002)共同资助通讯作者,Emai:lliuzuoxin@iae.ac.cn作者简介:舒乔生(1973~),男,江西余干人
7、,助理研究员,博士,主要从事土壤空间变异与节水农业研究。Emai:lcysqs@163.com收稿日期:2007-04-28;收到修改稿日期:2007-08-306期舒乔生等:砂壤质褐土水力特性与物理性质的空间尺度效应消除趋势波动分析法1041[14]近几年,DFA成功地应用于地质学、气象对每一q值,画出Fq(s,)~s双对数坐标图,[15][16]学和经济学等领域,用于检测非平稳时间序若序列Xi存在大范围的幂律相关,则Fq(s,)会随列的尺度特性,而采用DFA方法进行土壤特性的空着s呈幂律升高,即:h(q)间尺度
8、研究还极少。Fq(s,)&s(6)[14]本研究采用消除趋势波动分析方法,对砂壤质式中,h(q)为广义赫斯特标度函数(尺度指数),褐土水力特性(田间持水量、萎蔫系数和饱和导水当q=2时为标准赫斯特指数(H)。率)和土壤物理性质(机械
