农田土壤水力特性空间变异及其尺度效应

土壤水力特性的空间变异和尺度效应近年来受到广泛关注。本研究以半干旱区(辽宁省阜新县)大片农田(面积20hm2)为对象，根据土壤物理性质拟合持水特性的转换函数，应用地统计学定量化持水特性的空间变异特征，并将多重分形和小波理论相结合，从奇异性和分辨率的角度探讨水力特性的尺度效应。 采用基于3级土壤颗粒的线性回归(MLR3)、非线性回归(ENR3)和基于7级颗粒的线性回归(MLR7)等3种方法拟合土壤持水特性的转换函数，并评价它们描述空间变异特征的效率，结果表明：详细颗粒模型比简单颗粒模型精度更高，非线性回归亦能提高一定的预测精度；对半方差函数来说，线性回归的结构性方差大(结构性较好)，非线性回归结构性较差，详细颗粒不能增加结构性方差，因此精度高的转换函数不一定能更好表达水力特性的空间异质性。 采用多重分形方法分析了水力特性基于奇异性的多重尺度规律，结果表明：导水率、有机碳含量、粘粒含量、萎蔫系数、VG参数α和θr有多重分形特征，其它特性为单一分形；水力特性与物理性质之间的关系在单一尺度和多重尺度下会产生较大的变化，这是因为影响它们之间关系的因素随之发生了变化。 应用小波分析揭示出水力特性基于分辨率的尺度规律，结果表明：水力特性的波谱能量(方差)具有尺度和空间位置的依赖性；物理性质与水力特性之间的相关性随尺度变化而变化，仅在一定尺度(分辨率)上有效，且这种关系依赖于空间位置。尺度效应的研究对空间变异的取样具有一定指导作用。