Surfer軟件在土地工程中的應(yīng)用

摘 要：為了解地表不同覆蓋物作用下，林地土壤容重和田間持水量的時(shí)空變化特征，本文以櫻花樹(shù)、紫薇、柏樹(shù)、梧桐樹(shù)為研究對(duì)象，運(yùn)用Surfer11軟件對(duì)不同林地土壤容重以及田間持水量進(jìn)行等值線(xiàn)圖繪制研究，可直觀反應(yīng)不同林種作用下土壤容重和田間持水量的分布情況，對(duì)治理黃土高原水土流失工作有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：Surfer軟件;土壤容重;田間持水量;黃土高原;水土流失

中圖分類(lèi)號(hào)：S126

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915013

收稿日期：2020-07-22

作者簡(jiǎn)介：李勁彬（1991-），碩士，中級(jí)工程師。研究方向：土地工程。

引言

等值線(xiàn)圖是一種可以對(duì)地理要素空間分布特征進(jìn)行直觀、深入分析的強(qiáng)大工具，其可以從宏觀上反應(yīng)研究對(duì)象的空間變化特征，被廣泛應(yīng)用于測(cè)繪、氣象、水文、土地資源等研究領(lǐng)域。等值線(xiàn)的繪制是根據(jù)空間若干已知離散點(diǎn)的屬性數(shù)據(jù)（如土壤含水率、土壤氮磷鉀含量、土壤容重、田間持水量等），通過(guò)反距離加權(quán)插值、克里金插值、線(xiàn)性插值三角網(wǎng)格等方法生成一系列光滑曲線(xiàn)，同一曲線(xiàn)上的屬性數(shù)據(jù)處處相等。

土壤容重和田間持水量等值線(xiàn)圖分別表示某一給定時(shí)間土壤容重值和田間持水量值相等各點(diǎn)的連線(xiàn)，其可以直觀顯示土壤剖面上土壤容重和田間持水量[1-3]的分布狀況，是反應(yīng)土壤容重和田間持水量空間分布的主要方式。鑒于傳統(tǒng)手工繪制的低效率和低精度，本文使用Surfer11軟件[4，5]進(jìn)行土壤容重和田間持水量等值線(xiàn)圖的制作。Surfer是美國(guó)Golden Software公司開(kāi)發(fā)的一款等值線(xiàn)繪制軟件，具有強(qiáng)大的差值和圖件繪制等功能，尤其是圖件繪制功能越來(lái)越被廣泛應(yīng)用于土壤水分、土壤肥力、土壤污染調(diào)查以及土地工程勘察等空間分析領(lǐng)域[6-8]。

1?Surfer軟件制圖方法

打開(kāi)Surfer軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)建立，有2種方式，軟件內(nèi)部通過(guò)Worksheet建立數(shù)據(jù)。單擊菜單欄File選項(xiàng)，選擇New下拉菜單中的Worksheet項(xiàng)，出現(xiàn)Sheet1，界面與Excel相似，A、B列通常為位置信息，C列為屬性數(shù)據(jù);通過(guò)導(dǎo)入外部數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)建立。Surfer軟件容易讀取Excel和純文本等數(shù)據(jù)，通過(guò)單擊File—Open選項(xiàng)，便可進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)文件的選擇。若數(shù)據(jù)為離散數(shù)據(jù)，則可以通過(guò)Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入。首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化，點(diǎn)擊Grid-Data，選擇需要處理的Excel數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊打開(kāi)，選擇數(shù)據(jù)存放的Sheet，點(diǎn)擊OK。在彈出的對(duì)話(huà)框，Data Columns內(nèi)選擇X、Y、Z值，Gridding Method下選擇合適的差值方法，亦可根據(jù)需要對(duì)Grid Line Geometry內(nèi)容進(jìn)行修改。然后打開(kāi)已網(wǎng)格化的數(shù)據(jù)，Map—New—Contour Map，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一幅圖，圖的左上側(cè)為Object Manager，點(diǎn)擊每項(xiàng)可對(duì)坐標(biāo)軸或者圖的相關(guān)屬性進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括字體、標(biāo)簽、充填等內(nèi)容。

網(wǎng)格化后生成的圖為長(zhǎng)方形，通常所研究的區(qū)域是不規(guī)則的多邊形，因此不需要整圖;如果是其中的一部分，這就需要對(duì)整圖進(jìn)行截取。通過(guò)Grid—Blank選擇需要裁剪的圖和邊界，保存即可，通過(guò)Map—New—Contour Map打開(kāi)剛保存的文件，Map—New—Base Map添加邊界文件，將Object Manager中Base文件拖到Contours所在目錄即可完成截圖工作。最后對(duì)等值線(xiàn)等級(jí)、線(xiàn)條屬性、充填顏色等進(jìn)行調(diào)整，保存srf文件。

2?實(shí)例分析

以陜西省渭南市富平縣[9]某一矩形地塊為例，該地塊大小為50m×30m，由西向東依次種植有樹(shù)齡皆為5a的櫻花樹(shù)、紫薇樹(shù)、柏樹(shù)和梧桐樹(shù)，行距株距均為3m。研究區(qū)地理位置為N34°41′～35°06′，E108°57′～109°26′，屬渭北黃土高原溝壑區(qū)。地勢(shì)由南向北逐漸升高，平均海拔900m，屬干旱、半干旱大陸性暖溫帶季風(fēng)氣候，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥少雨雪。年平均氣溫13.1℃，年均降水量為533mm。

2.1?資料處理

制作*.xls文件，整理處理好的數(shù)據(jù)，包括X坐標(biāo)、Z坐標(biāo)、土壤容重、田間持水量等。根據(jù)需要制作*.bln邊界文件，第1、2列為研究區(qū)邊界坐標(biāo)（X、Z）;第1行數(shù)字5為邊界點(diǎn)的個(gè)數(shù)，數(shù)字0表示截取邊界內(nèi)部，如果是1，則表示截取邊界外部。處理情況如圖1。

2.2?圖形繪制與分析

將*.xls文件轉(zhuǎn)化為*.grd文件，Grid—Data，選擇處理好的*.xls文件，打開(kāi)“Grid Data”對(duì)話(huà)框，X對(duì)應(yīng)X坐標(biāo)，Y對(duì)應(yīng)Z坐標(biāo)，Z分別對(duì)應(yīng)容重和田間持水量。在“Gridding Method”選擇“Kriging”，最后保存grd文件，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)grd文件進(jìn)行相關(guān)屬性調(diào)整，為了呈現(xiàn)較佳的顯示效果，本文圖中橫坐標(biāo)單位為m，縱坐標(biāo)單位為cm。

研究區(qū)0～10cm、10～20cm、20～30cm以及30～40cm土壤容重背景值分別為1.44g·cm-3、1.59g·cm-3、1.47g·cm-3、1.44g·cm-3。由圖2可知，5a后不同樹(shù)種0～10cm的土壤容重均有所減小，降幅最大為梧桐樹(shù)0.18g·cm-3，最小為櫻花樹(shù)0.04g·cm-3;10～20cm處土壤容重除櫻花外其余均低于背景值。20～30cm處土壤容重均高于背景值，增幅最大為梧桐樹(shù)0.29g·cm-3，最小為紫薇0.02g·cm-3;30～40cm處整體來(lái)看土壤容重小于20～30cm處，但均高于背景值。圖2較為直觀地反映了同一剖面下，不同深度不同樹(shù)種土壤容重的變化情況，從整幅圖來(lái)看，土壤容重最大為1.76g·cm-3，在梧桐樹(shù)20～30cm處;土壤容重最小為1.26g·cm-3，在梧桐樹(shù)0～10cm處;在0～20cm內(nèi)，土壤容重隨著深度的增加而增加;櫻花樹(shù)土壤容重在10～20cm處達(dá)到最大值，柏樹(shù)在20～30cm處達(dá)到最大值。

研究區(qū)0～10cm、10～20cm、20～30cm以及30～40cm土壤田間持水量背景值分別為28.14%、22.47%、26.91%、27.71%。由圖3可知，0～10cm、10～20cm內(nèi)田間持水量低于背景值的分別為柏樹(shù)和梧桐樹(shù)，其余種類(lèi)樹(shù)木均高于背景值。20～30cm、30～40cm內(nèi)各樹(shù)木田間持水量均低于背景值，每層內(nèi)均是梧桐樹(shù)最低，依次是16.81%和19.00%。整體來(lái)看，圖3直觀地反映了田間持水量隨著不同深度和不同樹(shù)種的變化情況。0～20cm內(nèi)不同種類(lèi)樹(shù)木的田間持水量均隨著深度的增加而減小;20～30cm內(nèi)田間持水量基本接近最小值;30～40cm內(nèi)田間持水量有不同程度增加。田間持水量最大、最小值均出現(xiàn)在梧桐樹(shù)種植區(qū)域，分別是0～10cm的36.04%和20～30cm的16.81%，表明不同樹(shù)木種植類(lèi)型下土壤田間持水量存在一定差異性。

3?結(jié)論與討論

通過(guò)應(yīng)用Surfer11軟件繪制不同林地土壤容重以及田間持水量等值線(xiàn)圖，能夠直觀反映不同深度不同樹(shù)木種植類(lèi)型下土壤容重和田間持水量的空間分布情況。分析研究發(fā)現(xiàn)，不同樹(shù)木種植類(lèi)型對(duì)土壤容重和田間持水量均有一定程度影響。樹(shù)木種植一定程度上降低了0～20cm內(nèi)土壤容重，增加了20～40cm內(nèi)土壤容重。通過(guò)櫻花、紫薇、柏樹(shù)以及梧桐樹(shù)4種樹(shù)木5a的對(duì)比，梧桐樹(shù)土壤容重和田間持水量減小和增大趨勢(shì)最為明顯。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉淑英.達(dá)拉特旗合同溝小流域不同利用類(lèi)型土地土壤特征分析[J].內(nèi)蒙古水利，2020（06）：58-59.

[2]王坤.植被類(lèi)型對(duì)土壤基本物理性質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與裝備，2020（05）：129-130.

[3]張健樂(lè)，史東梅，劉義，任予恒，蒲超江.土壤容重和含水率對(duì)紫色土坡耕地耕層抗剪強(qiáng)度的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2020，34（03）：162-167，174.

[4]賈志敏，劉劍峰.surfer軟件在土石開(kāi)挖方量可視化計(jì)算中的運(yùn)用[J].山西建筑，2017，43（06）：257-258.

[5]陳政.Surfer軟件在土壤和地下水調(diào)查中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2020，28（01）：96，95.

[6]邵曉梅，嚴(yán)昌榮.基于Sufer7.0的黃河流域不同旱作類(lèi)型區(qū)土壤水分動(dòng)態(tài)變化的比較[J].自然資源學(xué)報(bào)，2005（06）：49-56.

[7]張建新，王愛(ài)云，呂昭智，王麗玲.不同節(jié)水灌溉方式下N肥在土壤中的空間變異研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006（S2）：543-545.

[8]展漫軍，趙鵬飛，杭靜，李婧，章薔，張磊.Surfer軟件和AutoCAD在污染場(chǎng)地調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2014，26（06）：30-34.

[9]李勁彬.黃土高原不同種植類(lèi)型下土壤容重及田間持水量影響研究[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2018，38（05）：1-2，5.

（責(zé)任編輯?李媛媛）