山西缺水少雨,农业生产是典型的干旱雨养农业,发展有机旱作农业是山西农业发展的必然选择。而在有机旱作农业的发展过程中,土壤质量是影响其发展水平的一个重要因素。土壤容重作为土壤质量的一个重要指标,随着温度和水分的变化,会发生一定程度的改变,为了研究温度和水分对土壤容重的定量影响及应用,本文以山西省典型的褐土为研究对象,在室内设定不同的初始容重、温度、水分和冻融次数下,测定冻融过程对土壤容重的变化,定量分析冻融对容重的影响。本文在山西省全省范围采集各种典型耕作土壤类型的表层土壤以及在山西省晋中市太谷区进行定点采样分析,以期通过全省土壤调查,采用Arcgis中地统计模块的克里金插值法对全省范围土壤容重的分布情况进行模拟。通过对定点采样的土壤进行实验分析,从而得到冻融交替对土壤容重的影响情况,并再采用回归统计的方法建立土壤环境因素和自身属性因素决定下的土壤容重在冻融交替时的变化情况的多元线性预测模型。通过气象站的监测获取实测数据,再结合遥感反演技术,利用modis数据进行遥感预测山西省土壤含水量和地表温度,结合模型与全省容重分布,得到全省土壤容重在冻融交替条件下的变化情况。研究结果表明:1不同土壤含水量条件下,土壤容重在冻融交替影响下变化幅度随着土壤含水量的增加而增加。在固定温差和初始容重条件下,10%、15%、20%、25%这4个含水量条件下,土壤容重变化幅度相差在0.5%～2.8%之间浮动,浮动原因是不同含水量和初始容重影响着温度对土壤容重在冻融交替作用下的变化幅度;不同含水量条件下,含水量较高的土壤中水分凝结成晶体所占的体积较少。2不同土壤温差条件下,土壤容重在冻融交替影响下变化幅度随着温差的增加而增加。在固定土壤含水量和初始容重条件下,-5℃～5℃、-10℃～10℃、-20℃～10℃这4个含水量条件下,土壤容重变化幅度相差在0.1%～2.5%之间浮动,浮动原因是不同温差和初始容重影响着土壤含水量对土壤容重在冻融交替作用下的变化幅度;不同温差条件下,土壤中水分凝结程度不同。3不同初始容重条件下,土壤容重在冻融交替影响下变化幅度随着初始容重的增加而降低。在固定温度和土壤含水量条件下,1.3、1.4、1.5这4个含水量条件下,土壤容重变化幅度相差在0.8%～1.2%之间浮动,浮动原因是不同温差和初始容重影响着土壤含水量对土壤容重在冻融交替作用下的变化幅度,初始容重较高的土壤中土壤孔隙较少,水分凝结时所需的动能更大,所以更难扩大土壤孔隙。4所建立的土壤容重在冻融交替时的变化情况多元回归线性预测模型的决定系数为0.92,F值为863.1,通过F检验;所有参数均通过T检验,且建模样本的相对误差平均值为1.81%,验证样本的相对误差平均值为1.25%,两者精度相当,均为1%到2%之间。建模样本和验证样本的相对误差平均值都较低,表明模型具有一定的验证精度。预测值与实测值的决定系数为0.96,说明预测值与实测值的变化趋势基本一致。5模型显示,随着冻融次数的增加,土壤容重逐渐降低至一定范围后会趋于稳定,不再变化,其容重变化大小由土壤含水量、冻结温度以及溶解温度决定。对容重在冻融交替下变化情况造成影响的因素中,土壤含水量对其影响最大,影响因子达到0.086,冻结温度次之,为0.007,溶解温度影响最小,只有0.001。6遥感反演地表温度采用modis数据中的地表温度产品进行反演。山西省南北温差较大,冻融交替主要发生在山西中部与山西北部。山西北部冻融对土壤容重的影响最为明显。7遥感反演土壤含水量采用热惯量法,将modis影像数据进行辐射定标后,反演得出地表温差与全反射率数值,通过热惯量模型可以得到山西省土壤热惯量分布。再结合各地采样时间和采样点坐标与modis影像的关系,得到各采样点采样时土壤的热惯量法反演值,建立土壤热惯量反演值与土壤实测含水量之间的函数关系,得到一元线性回归模型,且R~2达到0.65,说明该模型可以在一定程度上说明土壤含水量与遥感反演土壤热惯量之间的关系。通过该模型对土壤热惯量进行修正,得到山西省土壤含水量的分布图。8采用克里金法模拟山西省的土壤分布时,土壤容重数据采用全省采样的42个点位进行模拟。模拟结果显示,山西省中部地区土壤容重较低,容重水平普遍在1.293～1.336之间,而山西省南北两地的土壤容重较高,山西省南部的土壤容重在1.419～1.481之间。山西省北部的土壤容重在1.419～1.481之间。9对模拟山西省容重变化进行实测验证时,趋势基本一致,实测值远低于模拟值。实测值土壤容重在经过5次冻融之后,变化幅度为10%左右,而预测值的土壤容重在冻融交替影响下的变化幅度为19%。