土壤水分特征曲线模型评估及参数转换函数建立

作     者：张聪聪 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李敏;何海龙

授予年度：2023年

学科分类：02[经济学] 0202[经济学-应用经济学] 020208[经济学-统计学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：土壤水分特征曲线模型 UNSODA 土壤质地 转换函数 

摘      要：土壤水分特征曲线(SWRC)反映了土壤水能量和数量之间的关系,是研究土壤水分运移的必要水力性质,但其测定是一个耗时费力的过程,且不同方法测量得到的SWRC各有利弊,因此,先后提出了80多种描述土水特征曲线的模型。不同模型对不同质地土壤的适用性尚不完全清楚,且以往研究多集中于模型对于单个和几个质地土壤的研究,土壤类型包含不全面。基于此,本研究选取UNSODA数据库内700个样本的SWRC实测数据,在Matlab软件中分三种情况(不区分质地;分为粗、中、细三种质地;分为12种质地)对比较常用的24种SWRC模型分别进行拟合,评估不同模型对不同质地土壤的适用性;并建立土壤物理性质与SWRC模型参数间的转换函数。主要获得以下结论:(1)当土壤不区分质地时,24个SWRC模型中有7个(VG1980,FS-VG1995,GW1956,BW1967,KK1996,KK1996,KK1994)综合表现表现最佳(NSE0.98);当土壤分为3种或12种质地时,有11个模型(GW1956,BW1967,HR1977,MB1987,CS1992,FX1994-1,FX1994,KK1994,KK1996,KK1996,KM2006)的拟合精度随质地变细逐渐变低,有10个模型(BC1964,GW1970,CG1974,WJ1983,VG1980,HC1987,WJ1983,RD1988,RP1991,FS-BC1995)的拟合精度随质地变细逐渐变高;其余无明显规律的3个模型中,FS-VG1995模型最适合中质地土壤,TM1982和MB1984最适合粗质地土壤。(2)部分模型参数与土壤物理性质之间具有良好的相关性。其中,GW1956模型中的参数n,BC1964的ln(r),BW1967的ln(a)和ln(n),GW1970的b,CG1974的r,VG1980的ln(n),MB1984的θr,HC1987的ln(b),MB1987的θr,KK1994的σ,KK1996的θr,KK1999的θr等建立的转换函数R均大于0.4,函数预测精度较高。(3)24个模型中有13个模型均含参数土壤残余含水量θr,其值主要受土壤质地和体积密度影响,其中粘粒含量影响最大;有7个模型均含参数土壤进气值he,其值主要受土壤粘粒含量、体积密度和有机质含量影响。本研究明确了不同模型对于不同质地土壤的适用性,并建立了模型参数与土壤物理性质之间的转换函数,为以后研究中SWRC模型的选取以及模型拟合时参数初始值的设置提供参考。