黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟

段良霞; 黄明斌; 张洛丹; 索立柱; 张永坤

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

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黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟

段良霞, 黄明斌, 张洛丹, 索立柱, 张永坤

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段良霞, 黄明斌, 张洛丹, 索立柱, 张永坤. 黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟[J]. 水科学进展, 2015, 26(5): 649-659. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

引用本文:

段良霞, 黄明斌, 张洛丹, 索立柱, 张永坤. 黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟[J]. 水科学进展, 2015, 26(5): 649-659. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

DUAN Liangxia, HUANG Mingbin, ZHANG Luodan, SUO Lizhu, ZHANG Yongkun. State-space prediction of soil water content on a hillslope in the gully region of the Loess Plateau, China[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(5): 649-659. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

Citation:

DUAN Liangxia, HUANG Mingbin, ZHANG Luodan, SUO Lizhu, ZHANG Yongkun. State-space prediction of soil water content on a hillslope in the gully region of the Loess Plateau, China[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(5): 649-659. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

1.
西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100;
2.
西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西杨凌 712100;
3.
中国科学院大学, 北京 100049

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41390463)

详细信息

作者简介:
段良霞(1985—),女,山东德州人,博士研究生,主要从事土壤物理方面研究.E-mail:duanliangxia2005@126.com

通讯作者:
黄明斌,E-mail:hmbd@nwsuaf.edu.cn

中图分类号: S152.7

State-space prediction of soil water content on a hillslope in the gully region of the Loess Plateau, China

1.
College of Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China;
2.
State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A&F University, Yangling 712100, China;
3.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

摘要: 为掌握黄土高原沟壑区坡地土壤水分的空间分布特征及其影响因素,采用状态空间模型和经典线性回归方法对该区不同土层深度土壤含水率的分布进行模拟.结果表明,不同土层深度的土壤含水率呈中等程度变异,并与海拔高度、黏粒、粉粒、砂粒含量和分形维数具有显著的空间自相关和交互相关关系,可用于状态空间模拟分析.不同因素组合下的状态空间模拟效果均要优于线性回归方程,其中采用海拔高度、砂粒含量和分形维数的三因素状态空间方程模拟精度最高(R²=0.992).状态空间模拟方法可用于黄土高原坡面尺度不同土层深度土壤含水率的预测.
- 坡面尺度 /
- 土壤水分 /
- 线性回归 /
- 状态空间模拟 /
- 黄土高原
Abstract: Soil water content is one of the key factors affecting plant growth and eco-environment reconstruction on the Loess Plateau of China. To assess the spatial heterogeneity of soil water content and its potential influencing factors on a hillslope in the gully region of the Loess Plateau, the state-space approach and a classical linear regression approach were applied in order to identify and quantify the significant relationships between soil water content and elevation, contents of clay, silt, and sand, median soil grain size, and fractal dimension. The results showed that the soil water contents in different soil layers exhibited moderate variation, and were significantly influenced by the elevation, the contents of clay, silt, and sand, and by the fractal dimension. Autocorrelation for the six potential influencing factors were conducted, and cross-correlation functions indicated strong spatial dependences between the soil water content and the elevation, the contents of clay, silt, and sand, and the fractal dimension. The state-space approach simulated the soil water content much better than any equivalent linear regression method. The best state-space model included the elevation, the sand content, and the fractal dimension, which could explain 99％ of the variation in the soil water contents; the model accurately predicted the soil water contents along two transects. Consequently, the state-space analysis was verified to be an effective tool for estimating soil water contents in different soil layers on a hillslope on the Loess Plateau.
- slope scale /
- soil moisture /
- linear regression /
- state-space model /
- Loess Plateau

[1]	白晓, 贾小旭, 邵明安, 赵春雷. 黄土高原北部土地利用变化对长期土壤水分平衡影响模拟 . 水科学进展, 2021, 32(1): 109-119. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.01.011
[2]	易小波, 贾小旭, 邵明安, 赵春雷. 黄土高原区域尺度土壤干燥化的空间和季节分布特征 . 水科学进展, 2017, 28(3): 373-381. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.007
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[4]	曹伟, 盛煜, 吴吉春, 李静, 王生廷. 青藏高原坡面冻土土壤水分空间变异特性 . 水科学进展, 2017, 28(1): 32-40. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.004
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[6]	张晨成, 邵明安, 王云强, 贾小旭. 黄土区切沟对不同植被下土壤水分时空变异的影响 . 水科学进展, 2016, 27(5): 679-686. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.005
[7]	贾小旭, 邵明安, 张晨成, 赵春雷. 黄土高原南北样带不同土层土壤水分变异与模拟 . 水科学进展, 2016, 27(4): 520-528. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.04.005
[8]	赵春雷, 邵明安, 贾小旭. 黄土高原北部坡面尺度土壤饱和导水率分布与模拟 . 水科学进展, 2014, 25(6): 806-815.
[9]	姚淑霞, 张铜会, 赵传成. 科尔沁沙地土壤水分动态分析及其概率密度函数模拟 . 水科学进展, 2013, 24(1): 62-72.
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黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

1. 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100;

2. 西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西杨凌 712100;

3. 中国科学院大学, 北京 100049

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41390463)

作者简介:
段良霞(1985—),女,山东德州人,博士研究生,主要从事土壤物理方面研究.E-mail:duanliangxia2005@126.com

通讯作者: 黄明斌,E-mail:hmbd@nwsuaf.edu.cn

收稿日期: 2015-02-05
刊出日期: 2015-09-25

中图分类号: S152.7

关键词:

摘要: 为掌握黄土高原沟壑区坡地土壤水分的空间分布特征及其影响因素,采用状态空间模型和经典线性回归方法对该区不同土层深度土壤含水率的分布进行模拟.结果表明,不同土层深度的土壤含水率呈中等程度变异,并与海拔高度、黏粒、粉粒、砂粒含量和分形维数具有显著的空间自相关和交互相关关系,可用于状态空间模拟分析.不同因素组合下的状态空间模拟效果均要优于线性回归方程,其中采用海拔高度、砂粒含量和分形维数的三因素状态空间方程模拟精度最高(R²=0.992).状态空间模拟方法可用于黄土高原坡面尺度不同土层深度土壤含水率的预测.

English Abstract

State-space prediction of soil water content on a hillslope in the gully region of the Loess Plateau, China

1. College of Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China;

2. State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A&F University, Yangling 712100, China;

3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received Date: 2015-02-05
Publish Date: 2015-09-25

Keywords:

Abstract: Soil water content is one of the key factors affecting plant growth and eco-environment reconstruction on the Loess Plateau of China. To assess the spatial heterogeneity of soil water content and its potential influencing factors on a hillslope in the gully region of the Loess Plateau, the state-space approach and a classical linear regression approach were applied in order to identify and quantify the significant relationships between soil water content and elevation, contents of clay, silt, and sand, median soil grain size, and fractal dimension. The results showed that the soil water contents in different soil layers exhibited moderate variation, and were significantly influenced by the elevation, the contents of clay, silt, and sand, and by the fractal dimension. Autocorrelation for the six potential influencing factors were conducted, and cross-correlation functions indicated strong spatial dependences between the soil water content and the elevation, the contents of clay, silt, and sand, and the fractal dimension. The state-space approach simulated the soil water content much better than any equivalent linear regression method. The best state-space model included the elevation, the sand content, and the fractal dimension, which could explain 99％ of the variation in the soil water contents; the model accurately predicted the soil water contents along two transects. Consequently, the state-space analysis was verified to be an effective tool for estimating soil water contents in different soil layers on a hillslope on the Loess Plateau.

段良霞, 黄明斌, 张洛丹, 索立柱, 张永坤. 黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟[J]. 水科学进展, 2015, 26(5): 649-659. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

引用本文:

段良霞, 黄明斌, 张洛丹, 索立柱, 张永坤. 黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟[J]. 水科学进展, 2015, 26(5): 649-659. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

Citation:

DUAN Liangxia, HUANG Mingbin, ZHANG Luodan, SUO Lizhu, ZHANG Yongkun. State-space prediction of soil water content on a hillslope in the gully region of the Loess Plateau, China[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(5): 649-659. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

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黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

作者简介: 段良霞(1985—),女,山东德州人,博士研究生,主要从事土壤物理方面研究.E-mail:duanliangxia2005@126.com

通讯作者: 黄明斌,E-mail:hmbd@nwsuaf.edu.cn

State-space prediction of soil water content on a hillslope in the gully region of the Loess Plateau, China

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黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.006

1. 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西 杨凌 712100; 2. 西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西 杨凌 712100; 3. 中国科学院大学, 北京 100049

作者简介: 段良霞(1985—),女,山东德州人,博士研究生,主要从事土壤物理方面研究.E-mail:duanliangxia2005@126.com

通讯作者: 黄明斌,E-mail:hmbd@nwsuaf.edu.cn

English Abstract

State-space prediction of soil water content on a hillslope in the gully region of the Loess Plateau, China

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作者简介:
段良霞(1985—),女,山东德州人,博士研究生,主要从事土壤物理方面研究.E-mail:duanliangxia2005@126.com

通讯作者:
黄明斌,E-mail:hmbd@nwsuaf.edu.cn

1. 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100;

2. 西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西杨凌 712100;

3. 中国科学院大学, 北京 100049

作者简介:
段良霞(1985—),女,山东德州人,博士研究生,主要从事土壤物理方面研究.E-mail:duanliangxia2005@126.com