实验8、Model Builder 土壤侵蚀危险性建模分析(综合实验)
实验八、Model Builder 土壤侵蚀危险性建模分析(综合
实验)
一、实验目的
模型生成器(ModelBuilder) 为设计和实现空间处理模型提供了一个图形化的建模环境。模型是以流程图的形式表示，它通过工具将数据串起来以创建高级的功能和流程。你可以将工具和数据集拖动到一个模型中，然后按照有序的步骤把它们连接起来以实现复杂的GIS 任务。通过对本次练习，我们可以认识如何在ModelBuilder环境下通过绘制数据处理流程图的方式实现空间分析过程的自动化，加深对地理建模过程的认识，对各种GIS分析工具的用途有深入的理解。
实验八、Model Builder 土壤侵蚀危险性建模分析(综合实验) (1)
一、实验目的 (1)
二、实验准备 (1)
三、实验内容及步骤 (1)
1. 认识ModelBuilder操作界面 (1)
2. 确定目标，加载数据 (2)
3. 创建模型 (2)
4. 编辑模型 (5)
5. 执行模型，查看结果 (19)
四、实验报告要求 (20)
二、实验准备
三、实验内容及步骤
1. 认识ModelBuilder操作界面
1: 添加硬盘上的数据或工具到模型中，数据也可以从ArcMap或ArcCatalog从直接拖到模型中，工具可以直接从Arctoolbox直接拖到模型中
2: 显示全部模型要素，并充满ModelBuilder窗口
3: 自由缩放，点击此按钮后，按住鼠标不放可，向上或向下移动鼠标可以自由缩放
ModelBuilder中的流程图
4: 选择，用以选择模型中的数据图框，工具图框
5: 添加连接，将数据和工具连接起来
6: 运行选中的处理过程或整个模型
2. 确定目标，加载数据
目标：获取[土壤侵蚀危险性分布图]
因子确定：坡度、土壤类型、植被覆盖
数据：矢量数据：研究区界线(Study Area)、植被(V egetation)，栅格数据：土壤类型栅格(Soilsgrid)
(1)在ArcMap中新建一个地图文档
(2)添加矢量数据：StudyArea、V egetation、栅格数据Soilsgrid（同时选中：在点
击的同时按住Shift）
(3)打开Arctoolbox，激活Spatial Analyst空间分析扩和3D分析扩展模块（执行
菜单命令[工具]>>[扩展]，在出现的对话框中选中“空间分析模块”和“3D分析”）
(4)根据V egetaion 中的属性[V egTYPE]设置植被图层的符号为[唯一值渲染]，根
据SoilsGrid 图层中属性[S_V alue]设置土壤类型栅格的符号为[唯一值渲染]，设置图层StudyArea的边界和填充，并调整各图层的顺序得到如下下效果：
(5)保存地图文档为[Ex8.mxd]
3. 创建模型
在上一步操作的基础上进行
(1)在ArcMap中，打开Arctoolbox，执行菜单命令: [工具]>>[选项], 在[选项]设置对话框中，设置[空间处理]选项页中[我的工具箱位置]，将其指定为某个路径，比如[d:\arcgis],因为以下建立的模型将会被保存到后缀为[ .tbx] 的文件中，而这个文件是保存在以上设定的路径下的.
(2)在Arctoolbox中，右键点击根目标[Arctoolbox],在右键菜单中执行[新的工具箱]命令，将会在[d:\arcgis]创建一个工具箱，将新建工具箱改名，比如[geosptial]
(3) 右键点击新建的工具箱[geosptial], 在右键菜单中，执行命令：[新建]>>[模型]，将打开 [ModelBuilder] 应用程序窗口：
注意：对已存在的模型，右键点击模型后，选择[编辑]也可以打开[ModelBuilder]窗口，对已存在的模型进行编辑。
4. 编辑模型
在上一步基础上进行
(1)在[ModelBuilder]窗口中，执行菜单命令：[模型]>>[模型属性]
在[常规]选项页中，设置模型的名称及标注
在[环境变量]选项页中设置分析范围为研究区范围
通过在[环境设置]中，设定[常规设置]的[输出范围]为[Same As Layer “StudyArea”] (2)在[ModelBuilder]窗口中，执行菜单命令：[模型]>>[图解属性]
(3)从ArcMap中，将图层[V egetaion]、[Soilsgrid]拖放到[ModelBuilder]窗口中; 从[Arctoolbox]中将工具[DEM到栅格] 拖放到[ModelBuilder]窗口中(此工具在[Conversion Tools]>>[To Raster]下)
(4)在[ModelBuilder]窗口中，双击工具图框[DEM到栅格]，在出现的工具设置对话框中指定输入USGS DEM文件为：[elevation.dem]－通过输入框右边的[浏览打开]按钮在硬盘上找到该文件。
(5)从[Arctoolbox]中将工具[坡度] 拖放到[ModelBuilder]窗口中(此工具在[3D Analyst Tools]>>[ Raster Surface]下)，在[ModelBuilder] 窗口中，点击[添加连接]按钮（如下图红色箭头所指）将派生数据图框[DEMToRa_elev1]与工具图框[坡度]连接在一起。完成后效果如下图所示：
右键点击图框[输出栅格]将其改名为: [坡度图]
(6)从[Arctoolbox]中将工具[重分类] 拖放到[ModelBuilder]窗口中(此工具在[Spatial Analyst Tools]>>[ Reclass]下)，在[ModelBuilder] 窗口中，点击[添加连接]按钮将派生数据图框[坡度图]与工具图框[重分类]连接在一起。完成后效果如下图所示：
(7)在[ModelBuilder]窗口中，双击工具图框[重分类]，在[重分类]工具属性对话
框中将坡度重分类：
在这里我们通过INFO数据表[slopereclass]实现重分类，在上图中，点击[装载]按钮，找到数据表[slopereclass],将根据此数据表中的设定值将坡度分为10类。
[Slopereclas]中有特殊的字段[FROM]、[TO]、[OUT]、[MAPPING]，可以用于重分类，该表的内容可以通过ArcMap或ArcCatalog查看：
在[ModelBuilder]窗口中，右键点击工具图框[重分类]后面的[输出栅格]将其改名为: [重分类坡度图]
(8)从[Arctoolbox]中将工具[要素到栅格] 拖放到[ModelBuilder]窗口中(此工具在
[Conversion Tools]>>[ TO Raster]下)，在[ModelBuilder] 窗口中，点击[添加连接]按钮将数据图框[vegetaion]与工具图框[要素到栅格]连接在一起。完成后效果如下图所示：
将工具图框[要素到栅格]后的[输出栅格]改名为[植被栅格]。
双击与[V egetaion]相连的工具图框[要素到栅格]，在出现的对话框中，设置字段为[VEGTYPE],确定。
在[ModelBuilder]中右键选中图框[要素到栅格]，执行[运行]命令。[注：此步骤比较重要]
(9)从[Arctoolbox]中将工具[加权叠加] 拖放到[ModelBuilder]窗口中(此工具在
[Spatial Analyst Tools]>>[ Overlay]下)，右键点击工具图框[加权叠加]后的结果数据图框改名为[土壤侵蚀栅格]，完成后效果如下图所示：
(10)在[ModelBuilder]窗口中，双击工具图框[加权叠加]，在出现的[加权叠加]工具设置对话框中点击[Add Raster Row]按钮(下图红色箭头所指)
在[加入加权叠加层]对话框中，按下图所示指定各参数，将因子[SOILSGRID]加入加权叠加分析过程：
在[加权叠加]对话框再次点击[Add Raster Row]按钮，将下图所示设置参数，将因子[植被栅格]加入到加权叠加分析过程：
在[加权叠加]对话框再次点击[Add Raster Row]按钮，将下图所示设置参数，将因子[重分类坡度图]加入到加权叠加分析过程：
三个因子添加完成后，回到[加权叠加]工具设置对话框，分别将因子[Soilsgrid] 、[植被栅格]、[重分类坡度图]的权重设置为:[25%]、[25%]、[50％]
(11)设置因子[Soilsgrid]：根据不同土壤类型对土壤侵蚀危险性的影响力，不同的土壤类型给定不同的的数值，数值1表示改天土壤侵蚀危险度较低，9表示较高
(12)设置因子[植被栅格]：根据不同植被类型对土壤侵蚀危险性的影响力，不同的植被类型给定不同的的数值，数值1表示改天土壤侵蚀危险度较低，9表示较高
(13)设置因子[重分类坡度图]：根据不同坡度低的区域发生土壤侵蚀的危险系统较小，坡度较大的区域发生土壤侵蚀的危险系数较大，不同坡度对应不同数值，数值1
表示改天土壤侵蚀危险度较低，9表示较高
最终完成的模型图如下：
5. 执行模型，查看结果
(1)在[ModelBuilder]窗口中执行菜单命令：[模型]>>[运行整个模型]。请耐心等待计算结果：需要（3-5s）
(2)在[ModelBuilder]窗口中，右键点击图框[土壤侵蚀栅格]在出现的右键菜单中选中[添加到显示窗口]。于是土壤侵蚀危险性分级栅格数据[Hazrad] 被加入到ArcMap中，从[0..9] 表示研究区内土壤侵蚀的危险级别，1表示发生土壤侵蚀的可能性较小，9表示发生土壤侵蚀的可能性极大。
四、实验报告要求
分析并理解实验过程，将所做工作做出书面报告并打印，内容包括原理、过程、结果。
基于 USLE、GIS、RS 的流域土壤侵蚀研究进展 摘要：本文系统地介绍了 ULSE 模型中各侵蚀因子及其相应的算法，总结了国内外研究中获取各因子的新方法，并简要介绍了土壤侵蚀分析研究的新模型及其进展。当前 GIS 和 RS 作为新兴技术在土壤侵蚀分析研究中发挥了重要的作用，文章针对当前 GIS、RS 和 ULSE 在土壤侵蚀评价中的应用，指出了目前 GIS 和RS 在侵蚀研究中存在的问题，并提出了自己的观点和建议。 关键词：通用土壤流失方程( USLE)；土壤侵蚀; RS； GIS This paper systematically introduces ULSE erosion factors of each model and the corresponding algorithm, summed up the researches of a new method for each factor, and briefly describes the analytical study of soil erosion and its progress in the new model. Current GIS and RS as an emerging technology in the analysis of soil erosion has played an important role, articles for the current GIS, RS and ULSE soil erosion assessment in the application of GIS and RS are pointed out in the erosion problems, and put forward their views and suggestions. Keywords: Universal Soil Loss Equation (USLE)； soil erosion; RS；GIS 土壤是地球上生物赖以生存的基本要素之一，土地以及不同质量的土壤生产了超过90%的人类和牲畜所需要的食物。土地退化的日益严重成为制约人类发展的重要因素，土壤侵蚀是其中一个重要原因。土壤侵蚀使土壤肥力下降，理化性质变劣，土壤利用率降低，生态环境恶化。目前全球土地退化日益严重，我国是世界上土壤侵蚀最为严重的国家之一，土壤侵蚀面积占国土面积的比例高达38。2%，研究土壤侵蚀的机理，有效地对其进行监控、治理已经成为全球关注的焦点。传统的土壤侵蚀量调查方法耗时、周期长，而且很难确定中等尺度流域的土壤侵蚀量。随着侵蚀过程和机理研究的不断深入以及土壤侵蚀影响因素和侵蚀空间分布规律探讨的不断加强，土壤侵蚀的研究也逐渐走上了多途径、多学科协同研究的道路。但许多定量研究方法长期以来都在坡面和小流域尺度上进行，很难在区域尺度上推广，而美国农业部颁布的在区域土壤侵蚀调查方面富有特色的通用水土流失方程( USLE) 正好弥补了这一方面的空缺。20 世纪 80 年代 USLE 开始引入中国，而且研究人员在探讨坡面和流域土壤流失量的同时，还开始注重应用
实验一土壤剖面的野外观察（3课时） 实验内容及步骤： 一、选择土壤剖面点 选择原则： 1、要有比较稳定的土壤发育条件，即具备有利于该土壤主要特征发育的环境，通常要求小地形平坦和稳定，在一定范围内土壤剖面具有代表性。 2、不宜在路旁、住宅四周、沟附近、粪坑附近等受人为扰动很大而没有代表性的地方挖掘剖面。 二、土壤剖面的挖掘
土壤剖面一般是在野外选择典型地段挖掘，剖面大小自然土壤要求长2米、宽1米、深2米（或达到地下水层），土层薄的土壤要求挖到基岩，一般耕种土壤长1.5米，宽0.8米，深1米。 挖掘剖面时应注意下列几点： （1）剖面的观察面要垂直并向阳，便于观察。 （2）挖掘的表土和底土应分别堆在土坑的两侧，不允许混乱，以便看完土壤以后分层填回，不致打乱土层影响肥力，特别是农田更要注意。 （3）观察面的上方不应堆土或走动，以免破坏表层结构，影响剖面的研究。 （4）在垄作田要使剖面垂直垄作方向，使剖面能同时看到垄背和垄沟部位表层的变化。 （5）春耕季节在稻田挖填土坑一定要把土坑下层土踏实，以免拖拉机下陷和折断牛脚。 三、土壤剖面发生学层次划分： 土壤剖面由不同的发生学土层组成，称土体构型，土体构型的排列入其厚度是鉴别土壤类型的重要依据，划分土层时首先用剖面刀挑出自然结构面，然后根据土壤颜色、湿度、质地、结构、松紧度、新生体、侵入体、植物根系等形态特征划分层次，并用尺量出每个土层的厚度，分别连续记载各层的形态特征。一般土壤类型根据发育程度，可分为A、B、C三个基本发生学层次，有时还可见母岩层（D），当剖面挖好以后，首先根据形态特征，分出A、B、C层，然后在各层中分别进一步细分和描述。 土层细分时，要根据土层的过渡情况确定和命名过渡层： （1）根据土层过渡的明显程度，可分为明显过度和逐渐过度。 （2）过渡层的命名，A层B层的逐渐过程可根据主次划分为A B或B A层。 （3）土层颜色不匀，呈舌状过渡，看不出主次，可用AB表示。 （4）反映淀积物质，如腐殖质淀积B h，粘粒淀积B t，铁质淀积B ir等。 四、土壤剖面描述
在下面的题目中选做100分的题目，给出详略得当的答案。 一.通过举例简要说明数学建模的一般过程或步骤。(15分) 答：建立数学模型的方法大致有两种，一种是实验归纳的方法，即根据测试或计算数据，按照一定的数据，按照一定的数学方法，归纳出系统的数学模型；另一种是理论分析的方法，具体步骤有五步（以人口模型 为例）： 1、明确问题，提出合理简化的假设：首先要了解问题的实际背景，明确题目的要求，收集各种必要的信息 2、建立模型：据所做的假设以及事物之间的联系，构造各种量之间的关系。（查资料得出数学式子或算法）。 3、模型求解：利用数学方法来求解上一步所得到的数学问题，此时往往还要做出进一步的简化或假设。注意要尽量采用简单的数学公具。例如：马尔萨斯模型，洛杰斯蒂克模型 4、模型检验：根据预测与这些年来人口的调查得到的数目进行对比检验 5、模型的修正和最后应用：所建立的模型必须在实际应用中才能产生效益，根据预测模型，制定方针政策，以实现资源的合理利用和环境的保护。 二.把一张四条腿等长的正方形桌子放在稍微有些起伏的地面上，通常只有三只脚着地，然而 只需稍为转动一定角度，就可以使四只脚同时着地，即放稳了。(1) 请用数学模型来描述和证明这个实际问题; (2)讨论当桌子是长方形时，又该如何描述和证明？(15分) 答： 模型假设： 1．椅子四条腿一样长，椅脚与地面的接触部分相对椅子所占的地面面积可视为一个点。 2．地面凹突破面世连续变化的，沿任何方向都不会出现间断（没有向台阶那样的情况），即地面可看作数学上的连续曲面。 3．相对椅脚的间距和椅子腿的长度而言，地面是相对平坦的，即使椅子在任何位置至少有三条腿同时着地。4．椅子四脚连线所构成的四边形是圆内接四边形，即椅子四脚共圆。 5．挪动仅只是旋转。 我们将椅子这两对腿的交点作为坐标原点，建立坐标系，开始时AC、BD这两对腿都在坐标轴上。将AC和BD这两条腿逆时针旋转角度θ。记AC到地面的距离之和为f(θ)。记BD到 地面的距离之和为g(θ)。易得f(θ)，g(θ)至少有一个为零。
土壤侵蚀的估算方法 数 据 处 理 流 程 作者：牛健平 时间：2011年10月11日 北京天合数维科技有限公司
目录 （CONTENT） 一、所需数据与参数 (3) 1、所需数据 (3) 2、所需中间参数 (3) 2.1、水土保持因子P (3) 2.2、地标覆盖因子C (3) 2.3、地形因子LS (4) 2.4、土壤可视性因子K (4) 2.5、降水侵蚀因子R (4) 3、所需参数 (5) 3.1、潜在土壤侵蚀量Ap (5) 3.2、现实土壤侵蚀量Ar (5) 3.3、土壤保持量Ac (5) 4、指标结果参数 (5) 4.1、保护土壤肥力的经济效益Ef (6) 4.2、减少土地废弃的经济效益Es (6) 4.3、减轻泥沙淤积的经济效益En (6) 二、处理流程 (7) 1、DEM数据的处理 (8) 1.1、坡长L (8) 1.2、百分比坡度a (8) 1.3、地形因子LS (9) 2、气象数据 (9) 2.1、月降雨量Pi的计算 (9) 2.2、土壤侵蚀力指标R (10) 3、土壤类型数据 (10) 4、遥感影像数据 (10) 5、土壤理性化数据 (11) 三、所需参数的计算 (11) 四、指标结果参数计算 (11)
一、所需数据与参数 在计算的过程中，总共涉及到的数据有地形数据、遥感影像数据、气象数据、土壤类型数据、土壤理性化数据以及统计数据，涉及到的中间参数有水土保持因子P，地标覆盖因子C，地形因子LS，土壤可视性因子K，降水侵蚀因子R，所需要的参数有潜在土壤侵蚀量Ap，现实土壤侵蚀量Ar，土壤保持量Ac，指标结果参数有保护土壤肥力的经济效益Ef，减少土地废弃的经济效益Es，减轻泥沙淤积的经济效益En。 1、所需数据 在进行土壤侵蚀的估算过程中，需要以下数据： A、地形数据； B、遥感影像数据； C、气象数据，主要是降雨量数据； D、土壤类型数据； E、土壤理性化数据； F、统计数据。 2、所需中间参数 在数据处理的过程中，所涉及到的中间参数与计算公式如下。 2.1、水土保持因子P 按照游松财的方法，水田的P值取0.15，其他土地利用方式基本没有采取水土保持措施，因此取值为1.00。 2.2、地标覆盖因子C 地表覆盖因子是根据地面植被覆盖状况不同而反映植被对土壤侵蚀影响的因素，与土地利用类型、覆盖度密切相关。C值的估算采用如下公式：
数学建模实验报告
一、实验目的 1、通过具体的题目实例，使学生理解数学建模的基本思想和方法，掌握 数学建模分析和解决的基本过程。 2、培养学生主动探索、努力进取的的学风，增强学生的应用意识和创新 能力，为今后从事科研工作打下初步的基础。 二、实验题目 （一）题目一 1、题目：电梯问题有r个人在一楼进入电梯，楼上有n层。设每个 乘客在任何一层楼出电梯的概率相同，试建立一个概率模型，求直 到电梯中的乘客下完时，电梯需停次数的数学期望。 2、问题分析 （1）由于每位乘客在任何一层楼出电梯的概率相同，且各种可能的情况众多且复杂，难于推导。所以选择采用计算机模拟的 方法，求得近似结果。 （2）通过增加试验次数，使近似解越来越接近真实情况。 3、模型建立 建立一个n*r的二维随机矩阵，该矩阵每列元素中只有一个为1，其余都为0，这代表每个乘客在对应的楼层下电梯（因为每 个乘客只会在某一层下，故没列只有一个1）。而每行中1的个数 代表在该楼层下的乘客的人数。 再建立一个有n个元素的一位数组，数组中只有0和1,其中1代表该层有人下，0代表该层没人下。 例如： 给定n=8;r=6（楼8层，乘了6个人）,则建立的二维随机矩阵及与之相关的应建立的一维数组为： m = 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 c = 1 1 0 1 0 1 1 1 4、解决方法（MATLAB程序代码）：
n=10;r=10;d=1000; a=0; for l=1:d m=full(sparse(randint(1,r,[1,n]),1:r,1,n,r)); c=zeros(n,1); for i=1:n for j=1:r if m(i,j)==1 c(j)=1; break; end continue; end end s=0; for x=1:n if c(x)==1 s=s+1; end continue; end a=a+s; end a/d 5、实验结果 ans = 6.5150 那么，当楼高11层，乘坐10人时，电梯需停次数的数学期望为6.5150。 （二）题目二 1、问题：某厂生产甲乙两种口味的饮料,每百箱甲饮料需用原料6 千克,工人10名,可获利10万元;每百箱乙饮料需用原料5千 克,工人20名,可获利9万元.今工厂共有原料60千克,工人 150名,又由于其他条件所限甲饮料产量不超过8百箱.问如何 安排生产计划,即两种饮料各生产多少使获利最大.进一步讨 论: 1)若投资0.8万元可增加原料1千克,问应否作这项投资. 2)若每百箱甲饮料获利可增加1万元,问应否改变生产计划. 2、问题分析 （1）题目中共有3个约束条件，分别来自原料量、工人数与甲饮料产量的限制。 （2）目标函数是求获利最大时的生产分配，应用MATLAB时要转换
实验二土壤质地的测定/土壤机械组成的测定 一、实验时间： 二、实验地点： 三、小组成员： 四、实验目的： 土壤质地是土壤的重要特性，是影响土壤肥力高低、耕性好坏、生产性能优劣的基本因素之一。测定质地的方法有简易手测鉴定法、比重计法和吸管法。本实验介绍比重计法，要求掌握比重计法测定土壤质地的原理，技能和根据所测数据计算并确定土壤质地类别的方法。 五、试验方法：比重计速测法 1.方法原理： 将经化学物理处理而充分分散成单粒状的土粒在悬液中自由沉降，经过不同时间, 用甲种比重计<即鲍氏比重计)测定悬液的比重变化，比重计上的读数直接指示出悬浮在比重计所处深度的悬液中土粒含量（从比重计刻度上直接读出每升悬液中所含土粒的重量）。而这部分土粒的半径(或直径)可以根据司笃克斯定律计算，从已知的读数时间(即 沉降时间t)与比重计浮在悬液中所处的有效沉降深度(L)值(土粒实际沉降距离)计算出来，然后绘制颗粒分配曲线，确定土壤质地，而比重计速测法，可按不同温度下土粒沉降时间直接测出所需粒径的土粒含量，方法简便快速，对于一般地了解质地来说，结果还是可靠的。 六、试剂与仪器 试剂： l. 0.5N氧氧化钠(化学纯)溶液，0.5N草酸钠(化学纯)溶液，0.5N六偏磷酸钠(化学纯)溶液，这三种溶液因土壤pH值不同而选一种。 2．2%碳酸钠(化学纯)溶液。 3. 软水，其制备是将200毫升碳酸钠钠加入1500毫升自来水中，待静置一夜，沉清后，上部清液即为软水，2%碳酸钠的用量随自来水硬化度的加大而增加。 仪器： l.甲种比重计(即鲍氏比重计)；刻度范围0-60,最小刻度单位1.0克／升，使用前应进行校正。
空间信息应用实践（中级）实验指导书 空间建模——基于RUSLE的土壤侵蚀建模分析 一．实验背景 Soil erosion and gullying in the upper Panuco basin, Sierra Madre Oriental, eastern Mexico 土壤侵蚀是地球表面物质运动的一种自然现象，全球除永冻地区外，均发生不同程度的土壤侵蚀。人类社会出现后，土壤侵蚀成为自然和人为活动共同作用下的一种动态过程，构成了特殊的侵蚀环境背景，并伴随着人类对自然改造能力的增强，逐渐成为当今世界资源和环境可持续发展所面临的重要问题之一。 土壤侵蚀被称为“蠕动的灾难”，每年因土壤侵蚀造成的经济损失较诸如滑坡、泥石流和地震等地质灾害更大, 土壤侵蚀已成为我国乃至全球的重大环境问题之一。
土壤侵蚀及其产生的泥沙使土壤养分流失、土地生产力下降、湖泊淤积、江河堵塞，并造成诸如洪水等自然灾害，泥沙携带的大量营养物和污染物质加剧了水体富营养化，水质恶化，不断严重威胁到人类的生存。 据估计全球每年因土壤侵蚀损失300万公顷土地的生产力，造成的损失以百亿美元计。我国人口众多、农耕历史悠久，加之历史上战乱频仍，以黄土高原为代表的华夏文明发源地是世界上土壤侵蚀最严重的区域之一，1990年遥感普查结果，全国水土流失面积达367万km2，占国土总面积的38.2％，其中50%为水蚀地区，土壤侵蚀以黄土高原、四川紫色土地区和华南红壤地区尤为突出，仅黄土高原地区一处，平均每年流失泥沙就达到16.3 亿t。水土流失已成为中国重要的环境问题，土壤侵蚀研究已成为目前环境保护中的一个重要课题。 土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评价水保措施效益的手段，侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。然而传统预测方法需要在量经费、时间和人力的投入，因此，在一定精度范围内通过有限的数据输入，得到满足要求的土壤侵蚀预测结果成为趋势。80年代以来，随着地理信息系统(Geographical Information System, GIS)的成熟，它开始与土壤侵蚀模型—通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation, USLE) 相结合进行流域土壤侵蚀量的预测和估算，业已成为土壤侵蚀动态研究的有力工具。GIS与USLE 相结合的分布式方法运用GIS的栅格数据分析功能，可预测出每个栅格的土壤侵蚀量，便于管理者识别关键源区，并通过确定引起水土流失的关键因子，针对性地提出最佳管理措施(Best Management Practices，BMPs)，为流域内土地资源的质量评价、利用规划和经营管理等提供科学依据与决策手段。 二、实验目的 模型生成器(ModelBuilder) 为设计和实现空间处理模型提供了一个图形化的建模环境。模型是以流程图的形式表示，它通过工具将数据串起来以创建高级的功能和流程。你可以将工具和数据集拖动到一个模型中，然后按照有序的步骤把它们连接起来以实现复杂的GIS 任务。通过对本次练习达到以下目的： ?掌握如何在ModelBuilder环境下通过绘制数据处理流程图的方式实现空间分析过程的自动化； ?掌握土壤侵蚀理论的基本知识；
数学建模实验报告 实验一计算课本251页A矩阵的最大特征根和最大特征向量 1 实验目的 通过Wolfram Mathematica软件计算下列A矩阵的最大特征根和最大特征向量。 2 实验过程 本实验运用了Wolfram Mathematica软件计算，计算的代码如下：
3 实验结果分析 从代码的运行结果，可以得到最大特征根为5.07293，最大特征向量为 {{0.262281},{0.474395},{0.0544921},{0.0985336},{0.110298}},实验结果 与标准答案符合。
实验二求解食饵-捕食者模型方程的数值解 1实验目的 通过Wolfram Mathematica或MATLAB软件求解下列习题。 一个生物系统中有食饵和捕食者两种种群，设食饵的数量为x（t），捕食者为y（t），它们满足的方程组为x’(t)=(r-ay)x,y’(t)=-(d-bx)y,称该系统为食饵-捕食者模型。当r=1，d=0.5，a=0.1，b=0.02时，求满足初始条件x（0）=25，y（0）=2的方程的数值解。 2 实验过程 实验的代码如下 Wolfram Mathematica源代码： Clear[x,y] sol=NDSolve[{x'[t] (1-0.1y[t])x[t],y'[t] 0.02x[t]y[t]-0.5y[t],x[0 ] 25,y[0] 2},{x[t],y[t]},{t,0,100}] x[t_]=x[t]/.sol y[t_]=y[t]/.sol g1=Plot[x[t],{t,0,20},PlotStyle->RGBColor[1,0,0],PlotRange->{0,11 0}] g2=Plot[y[t],{t,0,20},PlotStyle->RGBColor[0,1,0],PlotRange->{0,40 }] g3=Plot[{x[t],y[t]},{t,0,20},PlotStyle→{RGBColor[1,0,0],RGBColor[ 0,1,0]},PlotRange->{0,110}] matlab源代码 function [ t,x ]=f ts=0:0.1:15; x0=[25,2]; [t,x]=ode45('shier',ts,x0); End function xdot=shier(t,x)
土壤样品的采集与处理 一、目的意义 土壤样品的采集与处理，是土壤分析工作的一个重要环节，直接关系到分析结果的正确性、可靠性。土壤是一个不均一体，受自然因素（包括地形高度、坡度、母质等）和人为因素（耕作、施肥等）影响，土壤养分分布不均匀。正确的采样方法是保证少量分析样品正确反映一定范围内土壤的真实情况的前提条件。 土壤样品的采集要求选择有代表性的地点和代表性的土壤，避免一切主观因素的干扰，根据采样目的及分析项目确定采样方法。土壤形成与土体发生研究，按土壤发生层次采样；土壤物理性质研究，需采原状土样品：农业土壤的理化性质、养分状况研究，则应选择代表性田块，在耕作层多点采取混合样品。 采集到的土样，应当场记好标签，带回室内后要逐袋进行登记，立即进行风干处理。处理样品的目的是：（1）使分析样品可较长期地保存，以防止微生物作用引起土壤生化性状发生变化；（2）挑去非去部分，使分析结果能代表土壤本身组成；（3）将样品适当磨细和充分混匀，使分析时所取的称样具有较高的代表性，减少称样的误差；（4）将样品磨细，增大土粒的表面积。使制备待试溶液时分解样品反应能够完全和匀致。 二、仪器设备 （1）土样采集使用工具 铁锹、小铁铲、小钢卷尺、剖面刀、样品袋(布袋、纸袋或塑料袋)、标签、铅笔。 （2）土样制备使用工具 牛皮纸、硬木板、木棒、台称、镊子、玛瑙研钵、广口瓶(或纸袋)、标签、土壤筛(孔径2mm、1mm 和0.25mm)等。 三、实验步骤 （一）土壤形成发育与土壤分类研究（土壤剖面样的采取) 1.采样点确定 在野外首先确定区域地形部位，及具体剖面位置，除在调查范围的草图上注明采集位置外，并在样
数学建模与数学实验报告 指导教师__郑克龙___ 成绩____________ 组员1：班级______________ 姓名______________ 学号_____________ 组员2：班级______________ 姓名______________ 学号______________ 实验1.(1)绘制函数cos(tan())y x π=的图像，将其程序及图形粘贴在此。 >> x=-pi:0.01:pi; >> y=cos(tan(pi*x)); >> plot(x,y) -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8 1 （2）用surf,mesh 命令绘制曲面2 2 2z x y =+，将其程序及图形粘贴在此。（注：图形注意拖放，不要太大）（20分） >> [x,y]=meshgrid([-2:0.1:2]); >> z=2*x.^2+y.^2; >> surf(x,y,z)
-2 2 >> mesh(x,y,z) -2 2 实验2. 1、某校60名学生的一次考试成绩如下:
93 75 83 93 91 85 84 82 77 76 77 95 94 89 91 88 86 83 96 81 79 97 78 75 67 69 68 84 83 81 75 66 85 70 94 84 83 82 80 78 74 73 76 70 86 76 90 89 71 66 86 73 80 94 79 78 77 63 53 55 1)计算均值、标准差、极差、偏度、峰度，画出直方图；2)检验分布的正态性；3)若检验符合正态分布，估计正态分布的参数并检验参数. （20分） 1） >> a=[93 75 83 93 91 85 84 82 77 76 77 95 94 89 91 88 86 83 96 81 79 97 78 75 67 69 68 84 83 81 75 66 85 70 94 84 83 82 80 78 74 73 76 70 86 76 90 89 71 66 86 73 80 94 79 78 77 63 53 55]; >> pjz=mean(a) pjz = 80.1000 >> bzhc=std(a) bzhc = 9.7106 >> jc=max(a)-min(a) jc = 44 >> bar(a)
实验报告 课程名称： 土壤学实验 指导老师： 谢晓梅 成绩：__________________ 实验名称： 土壤有机质的测定 同组学生姓名： 金璐 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、实验材料与方法 四、实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析 七、讨论、心得 八、参考文献 一、实验目的和要求 1、了解土壤有机质测定对于农业生产的意义； 2、 掌握土壤有机质含量的测定方法。 二、实验内容和原理 1、实验内容：用稀释热法测定土壤有机质的含量。 2、实验原理： ①土壤有机质是指存在于土壤中的所以含碳有机物质，包括各种动植物残体，微生物及其分解和合成的各种有机物质（生命体和非生命体）。它是土壤的重要组成部分。并且土壤有机质的作用巨大，它是土壤肥力高低的一个重要指标，对生态环境中有机污染及全球碳平衡方面也有重要意义。 分析测定土壤有机质含量，包括部分分解很少的动植物残体、动植物残体的半分解产物及微生物代谢物和腐殖质类物质。并且不同土壤中有机质含量差异很大，低的不足0.5%，高的可达20-30%。其中，>20%称有机质土壤，<20%称矿质土壤。一般的，耕作土壤有机质含量<5%。 ②稀释热法是利用浓重铬酸钾迅速混合所产生的热来氧化有机质，剩余重铬酸钾用硫酸亚铁滴定，从所消耗的重铬酸钾量，计算有机碳的含量。但由于热量较低，对有机质的氧化程度较低，只有77%。 氧化过程： K 2Cr 2O 7 + C + H 2SO 4→K 2SO 4 + Cr 2(SO 4)3 + CO 2 + H 2O 橙色 绿色 滴定过程： K 2Cr 2O 7 + FeSO 4 + H 2SO 4→K 2SO 4 + Cr 2(SO 4)3 + Fe 2(SO 4)3 + H 2O 橙色 浅绿色 绿色 浅黄色 实验使用邻啡啰啉试剂作为指示剂，显示氧化还原状态。邻啡啰啉试剂与不同价态的铁形成不同颜色的络合物。 [(C 2H 8N 2)3Fe]3+?[(C 2H 8N 2)3Fe]2+ 淡蓝色 红色 滴定开始时以重铬酸钾的橙色为主，滴定过程中渐现Cr 3+的绿色，快到终点时变为灰绿色，如果标准亚铁溶液过量半滴，即变成红色，说明终点已到。 三、实验材料与方法 1、实验材料
《数学建模》上机作业 信科05-3 韩亚 0511010305
实验1 线性规划模型 一、实验名称：线性规划模型—设备的最优配备问题。 二、实验目的：掌握线性规划模型的建模方法，并能用数值算法或MATLAB 库函数求解。 三、实验题目：某商店拟制定某种商品7—12月的进货、售货计划，已知商店仓库最大容量为1500件，6月底已存货300件，年底的库存以不少于300件为宜，以后每月初进货一次，假设各月份该商品买进、售出单价如下表。 四、实验要求： 1、若每件每月的库存费用为0.5元，问各月进货、售货各为多少件，才能使净收益最多？建立数学模型。 2、利用相应的数值方法求解此问题的数学模型。 3、谈一谈你对这类线性规划问题的理解。 4、举一个简单的二维线性规划问题，并针对此问题将你所了解的线性规划的求解方法作出总结。 5、用软件lindo 或lingo 求解上述问题。（选做题） 6、编写单纯形算法的MATLAB 程序。（选做题） 五、实验内容： 解：设第i 个月进货xi 件，销售yi 件，则下半年总收益为销售收入减去进货费和仓库储存费之和，所以目标函数为： 12 11109871211109711109871211109875.232427252628252528262729) 2345(5.0)2345)300(6(5.07x x x x x x y y y y y y y y y y y x x x x x x z y ------+++++++++++++++++-= 整理后得： 900 24255.28275.2831255.25295.27295.31121110987121110987-------+++++=x x x x x x y y y y y y z 由于仓库的容量为1500件，每个月的库存量大于0，小于1500，所以有如下约束条件
matlab 试验报告 姓名 学号 班级 问题：.（插值） 在某海域测得一些点(x,y)处的水深z 由下表给出，船的吃水深度为5英尺，在矩形区域（75，200）*（-50，150）里的哪些地方船要避免进入。 问题的分析和假设： 分析:本题利用插值法求出水深小于5英尺的区域，利用题中所给的数据，可以求出通过空间各点的三维曲面。随后，求出水深小于5英尺的范围。 基本假设：1表中的统计数据均真实可靠。 2矩形区域外的海域不对矩形海域造成影响。 符号规定：x ―――表示海域的横向位置 y ―――表示海域的纵向位置 z ―――表示海域的深度 建模： 1.输入插值基点数据。 2．在矩形区域（75,200）×（－50,150）作二维插值，运用三次插值法。 3．作海底曲面图。 4．作出水深小于5的海域范围，即z=5的等高线。 x y z 129 140 103.5 88 185.5 195 105 7.5 141.5 23 147 22.5 137.5 85.5 4 8 6 8 6 8 8 x y z 157.5 107.5 77 81 162 162 117.5 -6.5 -81 3 56.5 -66.5 84 -33.5 9 9 8 8 9 4 9
求解的Matlab程序代码： x=[129 140 103.5 88 185.5 195 105.5 157.5 107.5 77 81 162 162 117.5]; y=[7.5 141.5 23 147 22.5 137.5 85.5 -6.5 -81 3 56.5 -66.5 84 -33.5]; z=[-4 -8 -6 -8 -6 -8 -8 -9 -9 -8 -8 -9 -4 -9]; cx=75:0.5:200; cy=-50:0.5:150; cz=griddata(x,y,z,cx,cy','cubic'); meshz(cx,cy,cz),rotate3d xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel('Z') %pause figure(2),contour(cx,cy,cz,[-5 -5]);grid hold on plot(x,y,'+') xlabel('X'),ylabel('Y') 计算结果与问题分析讨论： 运行结果： Figure1:海底曲面图：
) 总共(土壤学实验报告 土壤学实验报告
2 1512040006 蒲家庆土壤学实验 学院：农业科学学院 专业：土地资源管理 年级：15级 班级：15级土管一班
学号：1512040006 姓名：蒲家庆 土壤学实验报告（实验一）填写日期：201604 教师评分教师签名 日期 实验课名称：土壤学实验 实验项目名称：土壤样品的采集与处理 学生班级：15级土地资源管理一班学生姓名：蒲家庆学号：1512040006 一、实验目的 通过土壤样品的采集、处理和全磷含量的分析测定，了解生态学和环境科学的研究中，实验样品的采集、处理和分析测定过程中的注意事项，掌握土壤样品的采集、处理和分析的一般流 3 1512040006 蒲家庆土壤学实验 程，领会控制测定精度的措施。 二、实验原理 土壤样品的采集是土壤分析工作中的
一个重要环节，是关系到分析结果和由此得出的结论是否正确的一个先决条件。由于土壤特别是农业土壤的差异很大，采样误差要比分析误差大若干倍，因此必须十分重视采集具有代表性的样品。此外，应根据分析目的和要求采用不同的采样方法和处理方法。 三、仪器与药品 仪器：土钻、小土铲、米尺、布袋（盐碱土需用油布袋）、标签、铅笔、土筛、广口瓶、天平、胶塞（或圆木棍）、木板（或胶板）等。小土铲：任何情况下都可应用，但比较费工，多点混合采样，往往嫌它费工而不用它。管形土钻：下部系一圆形开口钢管，上部系柄架，根据工作需要可用不同管径的管形土钻。将土钻钻入土中，在一定土层深度处，取出一均匀土柱。管形土钻取土速度快，又少混杂，特别适用于大面积多点混合样品的采取。但它不太是用于沙性大的土壤，或干硬的粘重土壤。普通土钻：普通土钻使用起来也是比较方便的，但它一般只是用于湿润土壤，不适于很干的土壤，同样也不适用于砂土。另外普通土钻容易混
中国土壤侵蚀预报模型研究进展 摘要：土壤侵蚀模型作为了解土壤侵蚀过程与强度,掌握土地资源发展动态,指导人们合理利用土地资源的重要工具，受到世界各国的普遍重视。本文总结了中国土壤侵蚀预报模型的主要研究成果，在总结和评价这些模型的基础上，提出今后我国的主要研究方向：（1）注重土壤侵蚀模型的理论研究；（2）加强对重力侵蚀、洞穴侵蚀机制的研究；（3）充分利用先进的RS、GIS技术,为侵蚀模型的研究提供大量的数据源,以利于对土壤侵蚀模型的检验。 关键词：土壤侵蚀模型、研究方向、问题 Review of Research Progress in Soil Erosion Prediction Model in China Soil erosion model which is regarded as the tool to understand the soil erosion processes and intensity, to master the dynamic of land resources development, to guide the rational use of land resources, having attracted the widespread attention of the world.This paper summarizes the main findings of Chinese Soil Erosion Prediction Model and on the basis of summarying and evaluating these models it indicates the directions of the future research : (1) focus on soil erosion model theoretical research; (2) focus on the research of gravity erosion, cave erosion mechanism,; (3) take full advantage of the advanced RS and GIS technology for the study of erosion models which provide a large number of data sources to facilitate the inspection of soil erosion model. 近年来，土壤侵蚀成为人们关注的生态环境热点之一。土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评估水保措施效益的手段,侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。土壤侵蚀预报模型的研究是世界土壤侵蚀学科的前沿领域和土壤侵蚀过程定量研究的有效手段。根据土壤侵蚀模型的建模手段和方法,一般可以将其分为经验统计模型和物理成因模型。经验统计模型是利用大量的试验观测资料,借助于统计方法,定量表述影响土壤侵蚀因子的指标,进而得出计算土壤流失量的方程式。物理成因模型以土壤侵蚀的物理过程为基础,利用水文学、水力学、土壤学、河流泥沙动力学以及其他相关学科的基本原理,根据已知降雨、径流条件来描述土壤侵蚀产沙过程,从而预报在给定时段内的土壤侵蚀量。根据土壤侵蚀模型预报对象的不同,又可将土壤侵蚀模型分为坡面土壤侵蚀模型和流域或网格(区域)土壤侵蚀模型。我国学者在土壤侵蚀模型研究的各个层面上进行了大量工作,取得了很多成果。其中,区域尺度研究的应用更为广泛。在小流域土壤侵蚀模型的研究方面,以对统计模型及引进的统计模型中各因子的本地化研究较多,对基于过程的物理模型系统研究较少,特别是适合我国国情的系统的过程模型更少。本文希望对我国土壤侵蚀模型的主要研究成果进行总结,并对其中的一些问题进行了评述,以期为今后的土壤侵蚀模型研究进展提供一定的参考意见。提出了预报模型亟待解决的关键问题,以促进我国土壤侵蚀预报模型的建立,为生态环境改善提供科学依据。 1.经验统计模型 经验模型主要从侵蚀产沙因子角度入手,建立径流、产沙与降雨、植被、土壤、土地利用、耕作方式、水保措施等之间的多元回归因子关系式。经验公式结构简单,计算方便,在制定公式使用资料范围内具有可靠的精度,但是模型被移植到其它区域使用时以及向建模条件外延时,模型精度难以控制,模型的实用性受到影响。这类侵蚀产沙模型以坡面模型和小流域侵蚀产沙模型为代表,同时也包括部分区域性的侵蚀产沙预报模型,这些通常不考虑侵蚀产沙过程,称之为“黑箱”或“灰箱”模型,在模型形式上主要是采用侵蚀产沙因子的多元回归方程式。自1953年刘善建首次提出坡面土壤侵蚀量的公式来[2],不同的学者根据当地的实际情
土壤学实验指导书（农业资源与环境专业） 华中农业大学
目录
实验一土壤质地的测定 土壤质地是土壤的重要特性，是影响土壤肥力高低、耕性好坏、生产性能优劣的基本因素之一。测定质地的方法有简易手测鉴定法、比重计法和吸管法。本实验介绍比重计法，要求掌握比重计法测定土壤质地的原理，技能和根据所测数据计算并确定土壤质地类别的方法。 一、司笃克斯定律在土壤颗粒分析中的应用 土壤颗粒分析的吸管法和比重计法是以司笃克斯定律为基础的，根据司笃克斯(Stokes,1845)定律，球体在介质中沉降的速度与球体半径的平方成正比，与介质的粘滞系数成反比，关系式为： V：半径为r的颗粒在介质中沉降的速度(厘米/秒)； g：物体自由落体时的重力加速度，为981厘米／秒2； r：沉降颗粒的半径(厘米)； dl:沉降颗粒的比重(克/厘米3)； d2:介质的比重(克／厘米3)； η:介质的粘滞系数(克／厘米.秒)。 这是由于小球在广大粘滞液体中作匀速的缓慢运动时，小球所受阻力(摩擦力)： (π为圆周率)，而球体在介质中作自由落体沉降运动时的重力(F)是由本身重量(P)与介质浮力即阿基米德力(FA)之差： Fˊ=P－FA= 333 1212 444 () 333 r gd r gd r g d d πππ -=- 当球体在介质中作匀速运动时，球体的重力(Fˊ)等于它所受到的介质粘滞阻 力(F)，即 3 12 4 () 3 r g d d π- =6r v πη 又球体作匀速沉降时S=vt(S－距离，厘米；V-速度，厘米/秒；t一时间.秒)。由上式，可求出不同温度下,不同直径的土壤颗粒在水中沉降一定距离所需的时间。 二、方法原理： 将经化学物理处理而充分分散成单粒状的土粒在悬液中自由沉降，经过不同时间,用甲种比重计<即鲍氏比重计)测定悬液的比重变化，比重计上的读数直
数学建模课程实验报告 专题实验7 班级数财系1班学号2011040123 丛文 实验题目常微分方程数值解 实验目的 1．掌握用MATLAB求微分方程初值问题数值解的方法； 2．通过实例学习微分方程模型解决简化的实际问题； 3．了解欧拉方法和龙格库塔方法的基本思想。 实验容 (包括分 析过程、 方法、和 代码，结 果) 1. 用欧拉方法和龙格库塔方法求下列微分方程初值问题的数值 解，画出解的图形，对结果进行分析比较 解；M文件 function f=f(x,y) f=y+2*x; 程序； clc;clear; a=0;b=1; %求解区间 [x1,y_r]=ode45('f',[a b],1); %调用龙格库塔求解函数求解数值 解； %% 以下利用Euler方法求解 y(1)=1;N=100;h=(b-a)/N; x=a:h:b;
for i=1:N y(i+1)=y(i)+h*f(x(i),y(i)); end figure(1) plot(x1,y_r,'r*',x,y,'b+',x,3*exp(x)-2*x-2,'k-');%数值解与真解图 title('数值解与真解图'); legend('RK4','Euler','真解'); xlabel('x');ylabel('y'); figure(2)
plot(x1,abs(y_r-(3*exp(x1)-2*x1-2)),'k-');%龙格库塔方法的误差 title('龙格库塔方法的误差') xlabel('x');ylabel('Error'); figure(3) plot(x,abs(y-(3*exp(x)-2*x-2)),'r-')%Euler方法的误差 title('Euler方法的误差') xlabel('x');ylabel('Error');
土壤学实验指导书
实验室守则 1、实验前要先预习，明确实验目的，了解实验内容、原理和操作过程。 2、实验时必须认真观察和分析实验现象，对实验的内容和安排不合理的地方可提出改进意见。对实验中出现的反常现象应进行讨论，并大胆提出自己的看法，做到主动地学习，积极地思考。 3、保持实验室整齐、清洁和安静，不得高声谈话。关闭手提电话机。 4、注意安全，实验室内严禁吸烟。易燃易爆物品要远离火源操作和放置。 5、节约用水，安全用电，不浪费药品，爱护所有仪器。凡损坏仪器者应如实向教师报告，并登记，补领。实验过程中废液、废物应倒入指定地方，不准随意乱倒。 6、实验室内的一切物品，未经本室负责教师批准，严禁携带出室外，借物必须办理登记手续。 7、实验完毕，要把仪器用具清洁，将各种仪器药品放回原处，清洁实验台面和地板。学生离开实验室前，必须请教师到座位检查，方可离开。
目录 实验一主要造岩矿物和成土岩石的观察鉴定 (3) 实验二土壤水分的测定 (9) 实验三土壤比重、容重和孔隙度的测定 (10) 实验四土壤有机质及腐殖质组成测定 (12) 实验五土壤速效养分N、P、K的测定 (14)
实验一主要造岩矿物和成土岩石的观察鉴定 土壤是由母质发育而成，母质是岩石风化的产物，岩石是矿物的集合体，而矿物本身又有它的化学组成和物理性质。学习土壤学的人，必须先学习岩石和矿物，以了解土壤母质，为学习土壤学打下基础。 本实验是使用放大镜、条痕板、小刀、硬度计、小锤、稀盐酸等物品，对主要的造岩矿物和成土岩石进行肉眼观察鉴定。 一、主要造岩矿物的认识 (一)形态 矿物形态除表面为一定几何外形的单独体外，还常常聚集成各种形状的集合体，常见的有下列形态。 柱状——由许多细长晶体，组成平行排列者，如角闪石。 板状——形状似板，如透明石膏、斜长石。 片状——可以剥离成极薄的片体，如云母。 粒状——大小略等及具有一定规律的晶粒集合在一起，如橄揽石、黄铁矿。 块状——结晶或不结晶的矿物，成不定形的块体，如结晶的块状石英，非结晶的蛋白石。 土状——细小均匀的粉末状集合体，如高岭石。 纤维状——晶体细小，纤细平行排列，如石棉。 鲕状——似鱼卵状的园形小颗粒集合体，如赤铁矿。 豆状——集合体成园形或椭圆形大小似豆者。如赤铁矿。 (二)颜色 矿物首先引人注意的是它的颜色，矿物的颜色是其重要的特征之一。一般地说，颜色是光的反射现象。如孔雀石为绿色，是因孔雀石吸收绿色以外的色光而独将绿色反射所致。矿物的颜色，根据其发生的物质基础不同，可以有自色、他色和假色。 自色——矿物本身所含的化学成分中，具有的色素表现出来的颜色，如石英的白色。 他色——矿物因为含有外来的带色素的杂质而产生的颜色，如无色透明的石英（水晶）因锰的混入而被染成紫色，即是他色。 假色——矿物内部裂缝、解理面及表面由于氧化膜的干涉效应而产生的颜色。 (三)条痕 矿物粉末的颜色。将矿物在无釉瓷板上擦划，(必须注意矿物硬度小于瓷扳)所留在瓷板上的颜色即为条痕。条痕对有色矿物有鉴定意义。 (四)光泽 矿物表面对入射光线的反射能力称光泽。按其表现可分为： 金属光泽——如黄铁矿 半金屑光泽——如赤铁矿 非金屑光泽——玻璃光泽：如石英晶面 油脂光泽：如石英断口面