喀斯特典型坡地旱季表层土壤水分时空变异性

基于网格(10 m×10 m)取样,用地统计学方法研究了桂西北喀斯特地区典型灌丛与草灌两种植被类型坡地(90 m×120 m)旱季(2011年10月至2012年3月)表层(0—16 cm)土壤水分含量的空间变异特征。结果表明:整个采样期灌丛坡地的土壤水分含量明显要高于草灌坡地,两种类型坡地的表层土壤水分含量均属于中等程度的变异(10%Cv100%),且灌丛坡地的变异系数大于草灌坡地。两种植被类型坡地的土壤水分含量与降雨量的波动变化趋势相同,而与土壤水分变异系数的变化趋势整体相反。土壤水分含量均具有明显的空间依赖性和空间结构。两种类型坡地土壤水分的变程与块基比的变化趋势都大致相反,灌丛坡地土壤水分的变程与土壤水分含量均值的变化趋势在采样前期和中期趋势相反,在采样后期趋势相同,而草灌坡地土壤水分的变程与土壤水分含量均值的变化趋势大致相同。两块样地土壤水分的变异系数、变程与块基比均随土壤水分含量的变化有一定的季节变化规律,说明平均土壤水分含量对土壤水分空间格局的主导作用是持续存在的,结合研究目标可以有效指导后续的土壤采样。虽然两块样地表层土壤水分含量整体沿坡面自上而下呈递增趋势,但土壤水分含量最大值均分布在样地下坡位右侧地段,这主要与该地段坡度较缓、土壤厚度较大且碎石含量较低有关。     

喀斯特山区洼地表层土壤水分的时空变异

研究用地统计学方法在桂西北典型喀斯特洼地研究了表层土壤水分（0～15cm）的时空变异特征及其分布格局。结果表明在取样时段内洼地表层土壤水分总体不高（15．0％～27．5％）,呈现弱至中等变异特征,并且中等变异一般与含水量较低相对应。洼地表层土壤水分的半变异函数参数及其影响因素产生一定的季节变化;块金值、基台值和变程的变化范围分别是0．01～2．74,2．04～7．52和6．0～36．8。块金值和基台值的变化大致与平均含水量呈相反变化趋势;变程在采样初期和中期与土壤水分的变化趋势相反,在后期变化趋势相同,结果说明平均含水量对表层土壤水分的时空变异具有持续主导作用,结合研究目标可以有效指导后续的土壤采样。在剔除趋势效应后,表层土壤水分呈明显的斑块或条带状分布,样块土壤水分不仅具有空间分布的差异而且具有明显季节变化,其中旱、雨季的土壤水分分布特征明显不同。在喀斯特山区特殊地貌中,土壤平均含水量、地形、微地貌（石丛）和人为管理等因素是造成洼地表层土壤水分时空变异及其分布差异的主要影响因素。     

华北农牧交错带农田-草地界面土壤水分的空间特征

利用经典统计与地统计学方法,对华北农牧交错带农田-草地界面不同采样粒度（1 m×1 m、2 m×2 m）0～50 cm土层土壤水分的空间异质性进行了分析.结果表明：研究区农田、草地、农田-草地界面土壤水分均属中等变异,草地土壤水分的变异系数较农田大;土壤水分的变异系数随土层深度的增加而逐渐增大,且1 m×1 m采样粒度下农田-草地界面土壤水分变异系数与土壤深度呈显著相关(P＜0.05);1 m×1 m采样粒度下,农田-草地界面各土层土壤水分的空间异质性明显高于邻近的农田和草地,表现为中度到强度的空间自相关性,变程在7.65～30.99 m,且具斑块分布格局;2 m×2 m采样粒度下,农田-草地界面各土层土壤水分的空间结构既有中到强度的空间自相关性,又有完全随机化的纯块金效应,变程在4.16～18.86 m;在农田-草地边界存在土壤水分的界面效应.     

喀斯特木论自然保护区旱季土壤水分的空间异质性

采用经典统计学和地统计学方法,分段研究了喀斯特木论自然保护区典型峰丛坡地和洼地旱季表层土壤水分（0～5 cm和5～10 cm）的空间异质性.结果表明：研究区旱季表层土壤水分仍然较高,总体上具有良好的半方差结构;坡地和洼地0～5 cm和5～10 cm土层土壤水分的空间分布均符合指数模型,同一立地条件下两土层土壤含水量具有相似的空间结构和分布格局,相同土层不同立地条件下的差异明显;坡地土壤水分含量的空间相关性中等且连续性好,具有明显的斑块分布格局,其Moran I值的变化相对缓慢;洼地土壤水分含量具有强烈的空间自相关,但变程很短,其Moran I值的波动较大,斑块比较破碎.地形、微地貌、降雨、人为干扰特别是植被是保护区土壤含水量空间变异的重要影响因素,保存完好的原始森林对土壤水分空间异质性具有良好的调控作用.     

湿润和干旱条件下喀斯特地区洼地表层土壤水分的空间变异性

在桂西北喀斯特洼地,用地统计学方法研究了旱季初期湿润和干旱条件下表层(0～5和5～10 cm)土壤水分的空间结构及其分布特征.结果表明,表层土壤水分存在明显的空间异质性和各向异性,呈现差异显著的斑块状分布格局.湿润条件下,土壤水分具有中等和较强的空间相关性,变程分别为33.15 m和15.75 m,其中0～5 cm层具有明显的趋势效应;干旱条件下,土壤水分则呈现出强烈的空间相关性,而且相似斑块的空间尺度有所减小,变程最小仅为8.22m;在平均含水量较低时(干旱条件)其变异程度较大,实际应用中应根据平均含水量水平采取不同的取样设计.实验区表层土壤水分空间变异及其分布格局的显著差异,主要是受地貌、平均含水量(降水)和地形等因素的影响.     

祁连山青海云杉林群落结构的空间异质性

以动态监测样地(340 m×300 m)的网格(5 m×5 m)为基本单元,选择5个群落结构属性变量,采用分形几何学和地统计学方法对祁连山大野口流域青海云杉林群落结构的空间异质性进行研究.结果表明: 青海云杉林5个结构属性的变异程度大小依次为:密度＞平均冠幅＞显著度＞盖度＞平均树高,变异系数为43.7%～79.6%.Moran I系数表明,各个结构属性均有不同程度的空间自相关性,自相关大小顺序为:密度＞平均树高＞盖度＞平均冠幅＞显著度,变化范围为-0.047～0.382.指数理论变异函数模型能很好地拟合不同结构属性的空间变异,变程为24.6～68.1 m,各属性变量的结构比除盖度表现为中等空间相关,其他指标均为强烈空间相关,各属性指标分维数接近2,空间依赖性较小.植被密度和盖度空间分布呈带状结构和斑块结构叠加的特点,其他指标呈较强的斑块状空间结构,密度和盖度对平均冠幅、显著度和平均树高有一定的空间依赖性.青海云杉林群落结构空间异质性适宜的采样间隔和采样面积分别为10 m和0.5 hm².     

基于局域统计量的黑龙江省多尺度森林碳储量空间分布变化

基于黑龙江省一类样地和生态公益林监测样地(共4163块)数据,应用局域Moran I及局域统计量(局域均值及局域标准差)检验4个尺度(25、50、100和150 km)下黑龙江省森林碳储量的空间分布模式、空间变异和空间相关性,并研究了2005和2010年森林碳储量的变化.结果表明: 黑龙江省森林碳储量空间分布存在显著空间正相关,森林碳储量均为相似的变化,而且都不是空间随机发生的;研究区森林碳储量受周围环境因子影响,空间分布存在异质性,且变异较大.2005—2010年,年均森林碳储量空间分布变化存在较大差异,呈增长趋势.局域统计量是描述森林碳储量随着空间和时间变化的有效方法,可以通过ArcGIS使结果可视化.     

土壤速效养分空间变异的尺度效应

在GIS技术支持下,运用经典统计学和地统计学的方法,从经典统计分析、变异函数和Kriging插值图等方面探讨了禹城市耕地土壤速效磷(AP)、速效钾(AK)在县级和镇级两个不同采样尺度下的空间变异特征.结果表明:在两个采样尺度下,AP、AK都服从对数正态分布,它们的变异系数范围为26.5%～36.6%,均属中等变异强度,随着采样尺度的缩小,土壤AP、AK的变异系数都增大.两个采样尺度下,土壤AP和AK均在一定范围内存在空间相关关系,县级采样尺度下土壤AP和AK的空间自相关距离较大,分别为9.0 km和26.5 km,镇级采样尺度下土壤AP和AK的空间自相关距离明显变小,分别为1.7 km和2.8 km.两个采样尺度下的土壤AP和AK受结构性因素和随机性因素的影响,表现出明显不同的分布规律.     

湿润和干旱条件下喀斯特地区洼地表层土壤水分的空间变异性

在桂西北喀斯特洼地,用地统计学方法研究了旱季初期湿润和干旱条件下表层（0—5和5～10cm）土壤水分的空间结构及其分布特征．结果表明,表层土壤水分存在明显的空间异质性和各向异性,呈现差异显著的斑块状分布格局．湿润条件下,土壤水分具有中等和较强的空间相关性,变程分别为33．15n,和15．75m,其中0～5cm层具有明显的趋势效应;干旱条件下,土壤水分则呈现出强烈的空间相关性,而且相似斑块的空间尺度有所减小,变程最小仅为8．22m;在平均含水量较低时（干旱条件）其变异程度较大,实际应用中应根据平均含水量水平采取不同的取样设计．实验区表层土壤水分空间变异及其分布格局的显著差异,主要是受地貌、平均含水量（降水）和地形等因素的影响．     

长白山阔叶红松林表层土壤水分空间异质性的地统计学分析

采用时域反射仪对长白山原始阔叶红松林3块50 m×50 m样地表层土壤（0～7.5 cm）水分进行测定,应用地统计学的理论与方法对表层土壤水分的空间异质性进行分析.结果表明：研究区3块样地表层土壤水分变异系数分别为24.32%（样地1）、24.11%（样地2）和23.60%（样地3）,均属于中等变异性;该区表层土壤水分的理论变异模型为球状模型,具有高度的空间异质性,其空间异质性以空间自相关部分为主;表层土壤水分的结构比分别为57.9%（样地1,属中等相关性）、83.3%和90.0%（样地2和3,属强烈的空间相关性）;研究区表层土壤水分的变程在5.5～13.1 m,与贝叶斯方法估计的变程相差不大;通过克立格插值估计,研究区表层土壤水分含量的平均值分别为49.3%（样地1）、52.8%（样地2）和42.6%（样地3）.     

古尔班通古特沙漠白茎绢蒿和准噶尔沙蒿种群多尺度多参数空间分布格局

以往种群空间格局的研究大多基于植株点位或株数(0维),极少针对植冠的投影盖度(2维)和生物量(3维,由植冠体积体现).目前对三者所体现的种群空间格局特征尚不清楚.本研究以古尔班通古特沙漠广布的小半灌木白茎绢蒿和准噶尔沙蒿种群为对象,测定每株的点位、投影盖度及地上生物量,通过GIS技术对坐标系进行6次尺度划分,利用聚集度分析、变异系数及其与尺度的幂函数关系,分析了3个参数的种群分布格局特征.结果表明: 在各尺度下,两种群的株数(白茎绢蒿0.5 m尺度除外)和生物量均为集群分布,聚集强度随尺度增加而增大;而投影盖度多为均匀分布(准噶尔沙蒿5 m和8 m尺度除外).随尺度增大,两种群各参数的变异系数均逐渐下降;株数的幂指数的绝对值(k值)高于投影盖度和生物量,且后两者无显著差异.白茎绢蒿各参数的k值均高于准噶尔沙蒿,可能与群落种间关系及个体大小有关.总之,株数和生物量的空间格局类型相似,而投影盖度和生物量具有近乎相同的格局复杂性和尺度变化特征.     

黑河下游胡杨种群的点格局分析

采用空间点格局分析方法中的Ripley K函数,将宏观的地理环境与微观的点格局相结合,分析了不同尺度下黑河下游胡杨种群的空间分布格局.结果表明: 胡杨种群密度随离河距离增大而减小,且东河胡杨种群密度整体上高于西河;胡杨种群分布格局随空间尺度的变化而变化,主要在中尺度5～12 m呈聚集分布,在小尺度0～2 m和大尺度38～40 m呈随机分布,极少呈均匀分布;胡杨种群在不同离河距离主要呈聚集分布,且聚集强度随离河距离的增大呈增大趋势,而胡杨种群在离河距离较远的地段有扩散趋势,转为随机分布.表明胡杨种群内部的生态联系对空间尺度具有很强的依赖性,胡杨种群空间分布主要受表层土壤含水量和地下水埋深的影响.     

小尺度农田土壤有机质的空间变异性

采用10m×10m高密度网格设计,在面积为10.24hm²农田内取耕层土壤样本1 024个,测定土壤有机质(SOM)含量。分析该取样尺度下土壤耕层(O～20 cm)有机质空间变异性,运用地统计学方法量化土壤有机质的空间变异特征。研究结果表明10.24hm²取样区内,土壤有机质空间分布呈弱变异性,CV为1.84%,但整体含量偏低,SOM≤1.04%。剔除趋势的土壤有机质变异函数具有较小的块金值0.000 05、块金基台比0.135和较大的变程145.5 m,Kriging插值的估计标准差仅为0.009 43%,表明该取样尺度下取样区土壤有机质空间分布的结构性变异比例高,土壤有机质具有高度空间相关性和较大空间相关范围。     

北川震后滑坡体表层土壤养分的空间变化

以北川擂鼓镇凤凰山震后滑坡体表层土壤为研究对象,结合网格取样和室内分析,运用地统计学和经典统计学方法对其养分空间变化进行分析.结果表明: 研究区土壤有效磷(AP)属高变异强度,其他养分均属中变异强度.AP和土壤有机碳(SOC)的块基比分别为27.9%和28.8%,表现为中等空间相关性;土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、水解性氮(AN)和速效钾(AK)的块基比分别为20.0%、24.3%、11.1%、11.2%和22.7%,均表现为强烈的空间相关性.土壤TP的变程最大,为1232.7 m;其次为AN(541.27 m)、TN(468.35 m)、TK(136.0 m)、AK(128.7 m)、AP(116.6 m)、SOC(93.5 m).各土壤养分随海拔的变化规律不明显,而从滑坡区、过渡区至未破坏区则呈明显增加趋势.其中,滑坡区表层土壤TP含量较未破坏区减少10.3%,减幅最小,而AP减幅最大,达79.7%;过渡区各养分含量占未破坏区的31.1%～87.2%,降幅最小和最大的仍为TP和AP.地震滑坡扰动是导致土壤养分空间变化的主要原因.     

华南丘陵植被恢复先锋树种木荷与马占相思的水分利用

利用Granier测定系统,对华南丘陵植被恢复先锋树种马占相思和木荷的树干液流分别进行4 a(2004—2007年)和5 a(2008—2012年)监测,比较不同龄级两树种的蒸腾量及其季节变化.结果表明: 马占相思和木荷的年蒸腾量均随树龄增加而增大,木荷蒸腾量的增加速度更快.木荷平均整树年蒸腾量为7014.76 kg,比马占相思(3704.97 kg)高;马占相思蒸腾量的季节变异(511.46～1802.17 kg)比木荷(1346.48～2349.35 kg)大.蒸腾速率(E_h)与光合有效辐射(PAR)、水汽压亏缺(VPD)的标准回归系数随土壤湿度的增加而增大,表明土壤水分的增加提高了植物对环境响应的敏感度.偏相关分析表明,土壤湿度的季节变异是导致两树种蒸腾量季节变化的最主要因素.木荷和马占相思的最适土壤湿度分别为0.22～0.40和0.29～0.30(V/V),表明与外来树种马占相思相比,乡土树种木荷对水分胁迫有更好的适应及调节能力.     

土地利用类型对千烟洲森林土壤碳矿化及其温度敏感性的影响

土壤有机质分解是陆地生态系统碳循环的重要环节,它不仅受温度和水分的影响,还对土地利用变化十分敏感.以中国科学院千烟洲生态试验站的柑橘园和湿地松人工林为对象,研究不同土地利用类型、温度(5、10、15、20和25 ℃)和水分(30%、60%和90%饱和含水量)对土壤碳矿化及其温度敏感性的影响.结果表明： 土地利用类型、温度和水分对土壤碳矿化都具有显著影响,且各因素间存在显著的交互效应.柑橘园和湿地松人工林土壤碳矿化速率均与温度呈正相关,60%饱和含水量处理下土壤碳矿化速率最高.在相同的温度和水分处理下,柑橘园土壤碳矿化量显著高于湿地松林.土地利用类型和水分对土壤碳矿化温度敏感性(Q₁₀)具有显著影响.培养7和42 d,土壤碳矿化的温度敏感性随水分升高而上升;柑橘园温度敏感性高于湿地松林,且水分越高差异越明显.包含温度和水分的双因素模型可以很好地模拟土壤碳矿化对温度和水分的响应,温度和水分共同解释土壤碳矿化变异的79.9%～91.9%.     

不同尺度下低山茶园土壤有机质含量的空间变异

南方低山丘陵区是我国茶园集中分布的区域,研究其土壤特性的空间变异性,尤其是有机质的空间分布特性,可以为实施低山丘陵茶园土壤养分精准管理提供依据。以四川蒙顶山茶园为研究对象,利用地统计学方法,在两个尺度下对其土壤有机质含量的空间变异性进行了研究。结果表明:(1)小尺度下,蒙顶山茶园土壤有机质含量具有中等空间相关性(C0与C0 C的比值为49.9%),空间相关距离达到了894m,随机性和结构性因子对有机质含量空间变异的影响各占一半;茶园土壤有机质含量在坡体垂直方向的变异性较强,在坡体水平方向上的变异较弱;普通Kriging插值分析说明有机质含量从东北至西南呈明显的带状分布,垂直方向上随海拔升高而增加。(2)微尺度下,代表性茶园土壤有机质含量具有强烈的空间相关性(C0与C0 C的比值为4.1%),空间相关距离达到了311m,结构性因子是影响其空间变异的主要因素;各向异性分析,茶园土壤有机质含量也在坡面垂直方向变异较强,且在坡面倾斜45°方向也存在一定变异;普通Kriging分析,坡面由上到下有机质含量逐渐增加。