Surfer軟件在土地工程中的應用

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空變化特征，本文以櫻花樹、紫薇、柏樹、梧桐樹為研究對象，運用Surfer11軟件對不同林地土壤容重以及田間持水量進行等值線圖繪制研究，可直觀反應不同林種作用下土壤容重和田間持水量的分布情況，對治理黃土高原水土流失工作有一定指導意義。

關鍵詞：Surfer軟件;土壤容重;田間持水量;黃土高原;水土流失

中圖分類號：S126

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915013

收稿日期：2020-07-22

作者簡介：李勁彬（1991-），碩士，中級工程師。研究方向：土地工程。

引言

等值線圖是一種可以對地理要素空間分布特征進行直觀、深入分析的強大工具，其可以從宏觀上反應研究對象的空間變化特征，被廣泛應用于測繪、氣象、水文、土地資源等研究領域。等值線的繪制是根據(jù)空間若干已知離散點的屬性數(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），通過反距離加權插值、克里金插值、線性插值三角網(wǎng)格等方法生成一系列光滑曲線，同一曲線上的屬性數(shù)據(jù)處處相等。

土壤容重和田間持水量等值線圖分別表示某一給定時間土壤容重值和田間持水量值相等各點的連線，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]進行土壤容重和田間持水量等值線圖的制作。Surfer是美國Golden Software公司開發(fā)的一款等值線繪制軟件，具有強大的差值和圖件繪制等功能，尤其是圖件繪制功能越來越被廣泛應用于土壤水分、土壤肥力、土壤污染調查以及土地工程勘察等空間分析領域[6-8]。

1?Surfer軟件制圖方法

打開Surfer軟件，進行數(shù)據(jù)建立，有2種方式，軟件內部通過Worksheet建立數(shù)據(jù)。單擊菜單欄File選項，選擇New下拉菜單中的Worksheet項，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);通過導入外部數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)建立。Surfer軟件容易讀取Excel和純文本等數(shù)據(jù)，通過單擊File—Open選項，便可進行相應數(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Excel進行數(shù)據(jù)導入。首先對數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化，點擊Grid-Data，選擇需要處理的Excel數(shù)據(jù)，點擊打開，選擇數(shù)據(jù)存放的Sheet，點擊OK。在彈出的對話框，Data Columns內選擇X、Y、Z值，Gridding Method下選擇合適的差值方法，亦可根據(jù)需要對Grid Line Geometry內容進行修改。然后打開已網(wǎng)格化的數(shù)據(jù)，Map—New—Contour Map，此時會出現(xiàn)一幅圖，圖的左上側為Object Manager，點擊每項可對坐標軸或者圖的相關屬性進行調節(jié)，包括字體、標簽、充填等內容。

網(wǎng)格化后生成的圖為長方形，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，這就需要對整圖進行截取。通過Grid—Blank選擇需要裁剪的圖和邊界，保存即可，通過Map—New—Contour Map打開剛保存的文件，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。最后對等值線等級、線條屬性、充填顏色等進行調整，保存srf文件。

2?實例分析

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齡皆為5a的櫻花樹、紫薇樹、柏樹和梧桐樹，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、Z坐標、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（X、Z）;第1行數(shù)字5為邊界點的個數(shù)，數(shù)字0表示截取邊界內部，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文件轉化為*.grd文件，Grid—Data，選擇處理好的*.xls文件，打開“Grid Data”對話框，X對應X坐標，Y對應Z坐標，Z分別對應容重和田間持水量。在“Gridding Method”選擇“Kriging”，最后保存grd文件，根據(jù)實際情況對grd文件進行相關屬性調整，為了呈現(xiàn)較佳的顯示效果，本文圖中橫坐標單位為m，縱坐標單位為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后不同樹種0～10cm的土壤容重均有所減小，降幅最大為梧桐樹0.18g·cm-3，最小為櫻花樹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0.29g·cm-3，最小為紫薇0.02g·cm-3;30～40cm處整體來看土壤容重小于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，不同深度不同樹種土壤容重的變化情況，從整幅圖來看，土壤容重最大為1.76g·cm-3，在梧桐樹20～30cm處;土壤容重最小為1.26g·cm-3，在梧桐樹0～10cm處;在0～20cm內，土壤容重隨著深度的增加而增加;櫻花樹土壤容重在10～20cm處達到最大值，柏樹在20～30cm處達到最大值。

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內田間持水量低于背景值的分別為柏樹和梧桐樹，其余種類樹木均高于背景值。20～30cm、30～40cm內各樹木田間持水量均低于背景值，每層內均是梧桐樹最低，依次是16.81%和19.00%。整體來看，圖3直觀地反映了田間持水量隨著不同深度和不同樹種的變化情況。0～20cm內不同種類樹木的田間持水量均隨著深度的增加而減小;20～30cm內田間持水量基本接近最小值;30～40cm內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)在梧桐樹種植區(qū)域，分別是0～10cm的36.04%和20～30cm的16.81%，表明不同樹木種植類型下土壤田間持水量存在一定差異性。

3?結論與討論

通過應用Surfer11軟件繪制不同林地土壤容重以及田間持水量等值線圖，能夠直觀反映不同深度不同樹木種植類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)，不同樹木種植類型對土壤容重和田間持水量均有一定程度影響。樹木種植一定程度上降低了0～20cm內土壤容重，增加了20～40cm內土壤容重。通過櫻花、紫薇、柏樹以及梧桐樹4種樹木5a的對比，梧桐樹土壤容重和田間持水量減小和增大趨勢最為明顯。

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（責任編輯?李媛媛）