Surfer软件在土地工程中的应用

摘 要：为了解地表不同覆盖物作用下，林地土壤容重和田间持水量的时空变化特征，本文以樱花树、紫薇、柏树、梧桐树为研究对象，运用Surfer11软件对不同林地土壤容重以及田间持水量进行等值线图绘制研究，可直观反应不同林种作用下土壤容重和田间持水量的分布情况，对治理黄土高原水土流失工作有一定指导意义。

关键词：Surfer软件;土壤容重;田间持水量;黄土高原;水土流失

中图分类号：S126

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915013

收稿日期：2020-07-22

作者简介：李劲彬（1991-），硕士，中级工程师。研究方向：土地工程。

引言

等值线图是一种可以对地理要素空间分布特征进行直观、深入分析的强大工具，其可以从宏观上反应研究对象的空间变化特征，被广泛应用于测绘、气象、水文、土地资源等研究领域。等值线的绘制是根据空间若干已知离散点的属性数据（如土壤含水率、土壤氮磷钾含量、土壤容重、田间持水量等），通过反距离加权插值、克里金插值、线性插值三角网格等方法生成一系列光滑曲线，同一曲线上的属性数据处处相等。

土壤容重和田间持水量等值线图分别表示某一给定时间土壤容重值和田间持水量值相等各点的连线，其可以直观显示土壤剖面上土壤容重和田间持水量[1-3]的分布状况，是反应土壤容重和田间持水量空间分布的主要方式。鉴于传统手工绘制的低效率和低精度，本文使用Surfer11软件[4，5]进行土壤容重和田间持水量等值线图的制作。Surfer是美国Golden Software公司开发的一款等值线绘制软件，具有强大的差值和图件绘制等功能，尤其是图件绘制功能越来越被广泛应用于土壤水分、土壤肥力、土壤污染调查以及土地工程勘察等空間分析领域[6-8]。

1 Surfer软件制图方法

打开Surfer软件，进行数据建立，有2种方式，软件内部通过Worksheet建立数据。单击菜单栏File选项，选择New下拉菜单中的Worksheet项，出现Sheet1，界面与Excel相似，A、B列通常为位置信息，C列为属性数据;通过导入外部数据进行数据建立。Surfer软件容易读取Excel和纯文本等数据，通过单击File—Open选项，便可进行相应数据文件的选择。若数据为离散数据，则可以通过Excel进行数据导入。首先对数据进行网格化，点击Grid-Data，选择需要处理的Excel数据，点击打开，选择数据存放的Sheet，点击OK。在弹出的对话框，Data Columns内选择X、Y、Z值，Gridding Method下选择合适的差值方法，亦可根据需要对Grid Line Geometry内容进行修改。然后打开已网格化的数据，Map—New—Contour Map，此时会出现一幅图，图的左上侧为Object Manager，点击每项可对坐标轴或者图的相关属性进行调节，包括字体、标签、充填等内容。

网格化后生成的图为长方形，通常所研究的区域是不规则的多边形，因此不需要整图;如果是其中的一部分，这就需要对整图进行截取。通过Grid—Blank选择需要裁剪的图和边界，保存即可，通过Map—New—Contour Map打开刚保存的文件，Map—New—Base Map添加边界文件，将Object Manager中Base文件拖到Contours所在目录即可完成截图工作。最后对等值线等级、线条属性、充填颜色等进行调整，保存srf文件。

2 实例分析

以陕西省渭南市富平县[9]某一矩形地块为例，该地块大小为50m×30m，由西向东依次种植有树龄皆为5a的樱花树、紫薇树、柏树和梧桐树，行距株距均为3m。研究区地理位置为N34°41′～35°06′，E108°57′～109°26′，属渭北黄土高原沟壑区。地势由南向北逐渐升高，平均海拔900m，属干旱、半干旱大陆性暖温带季风气候，四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥少雨雪。年平均气温13.1℃，年均降水量为533mm。

2.1 资料处理

制作*.xls文件，整理处理好的数据，包括X坐标、Z坐标、土壤容重、田间持水量等。根据需要制作*.bln边界文件，第1、2列为研究区边界坐标（X、Z）;第1行数字5为边界点的个数，数字0表示截取边界内部，如果是1，则表示截取边界外部。处理情况如图1。

2.2 图形绘制与分析

将*.xls文件转化为*.grd文件，Grid—Data，选择处理好的*.xls文件，打开“Grid Data”对话框，X对应X坐标，Y对应Z坐标，Z分别对应容重和田间持水量。在“Gridding Method”选择“Kriging”，最后保存grd文件，根据实际情况对grd文件进行相关属性调整，为了呈现较佳的显示效果，本文图中横坐标单位为m，纵坐标单位为cm。

研究区0～10cm、10～20cm、20～30cm以及30～40cm土壤容重背景值分别为1.44g·cm-3、1.59g·cm-3、1.47g·cm-3、1.44g·cm-3。由图2可知，5a后不同树种0～10cm的土壤容重均有所减小，降幅最大为梧桐树0.18g·cm-3，最小为樱花树0.04g·cm-3;10～20cm处土壤容重除樱花外其余均低于背景值。20～30cm处土壤容重均高于背景值，增幅最大为梧桐树0.29g·cm-3，最小为紫薇0.02g·cm-3;30～40cm处整体来看土壤容重小于20～30cm处，但均高于背景值。图2较为直观地反映了同一剖面下，不同深度不同树种土壤容重的变化情况，从整幅图来看，土壤容重最大为1.76g·cm-3，在梧桐树20～30cm处;土壤容重最小为1.26g·cm-3，在梧桐树0～10cm处;在0～20cm内，土壤容重随着深度的增加而增加;樱花树土壤容重在10～20cm处达到最大值，柏树在20～30cm处达到最大值。

研究区0～10cm、10～20cm、20～30cm以及30～40cm土壤田间持水量背景值分别为28.14%、22.47%、26.91%、27.71%。由图3可知，0～10cm、10～20cm内田间持水量低于背景值的分别为柏树和梧桐树，其余种类树木均高于背景值。20～30cm、30～40cm内各树木田间持水量均低于背景值，每层内均是梧桐树最低，依次是16.81%和19.00%。整体来看，图3直观地反映了田间持水量随着不同深度和不同树种的变化情况。0～20cm内不同种类树木的田间持水量均随着深度的增加而减小;20～30cm内田间持水量基本接近最小值;30～40cm内田间持水量有不同程度增加。田间持水量最大、最小值均出现在梧桐树种植区域，分别是0～10cm的36.04%和20～30cm的16.81%，表明不同树木种植类型下土壤田间持水量存在一定差异性。

3 结论与讨论

通过应用Surfer11软件绘制不同林地土壤容重以及田间持水量等值线图，能够直观反映不同深度不同树木种植类型下土壤容重和田间持水量的空间分布情况。分析研究发现，不同树木种植类型对土壤容重和田间持水量均有一定程度影响。树木种植一定程度上降低了0～20cm内土壤容重，增加了20～40cm内土壤容重。通过樱花、紫薇、柏树以及梧桐树4种树木5a的对比，梧桐树土壤容重和田间持水量减小和增大趋势最为明显。

参考文献

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[3]张健乐，史东梅，刘义，任予恒，蒲超江.土壤容重和含水率对紫色土坡耕地耕层抗剪强度的影响[J].水土保持学报，2020，34（03）：162-167，174.

[4]贾志敏，刘剑峰.surfer软件在土石开挖方量可视化计算中的运用[J].山西建筑，2017，43（06）：257-258.

[5]陳政.Surfer软件在土壤和地下水调查中的应用[J].科技经济导刊，2020，28（01）：96，95.

[6]邵晓梅，严昌荣.基于Sufer7.0的黄河流域不同旱作类型区土壤水分动态变化的比较[J].自然资源学报，2005（06）：49-56.

[7]张建新，王爱云，吕昭智，王丽玲.不同节水灌溉方式下N肥在土壤中的空间变异研究[J].农业环境科学学报，2006（S2）：543-545.

[8]展漫军，赵鹏飞，杭静，李婧，章蔷，张磊.Surfer软件和AutoCAD在污染场地调查及风险评估中的应用[J].环境监测管理与技术，2014，26（06）：30-34.

[9]李劲彬.黄土高原不同种植类型下土壤容重及田间持水量影响研究[J].农业与技术，2018，38（05）：1-2，5.

（责任编辑 李媛媛）