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。     

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．     

桂西北喀斯特洼地土壤有机碳和速效磷的空间变异

空间变异性的研究有助于认识土壤养分的空间分布特征与生态过程之间的关系。采用网格取样(20m×20m),利用地统计学方法分析了典型喀斯特洼地土壤有机碳(SOC)和速效磷(AP)的空间变异特征。结果表明SOC和AP的半变异函数分别用球状模型和指数模型拟合的效果较好。块金效应对SOC和AP总变异的贡献分别为37.9%和49.8%,说明SOC主要受结构性因素控制,而AP受结构性因素和随机因素双重控制。SOC的分布呈明显的带状各向异性特征,在洼地的长轴方向具有较大的变程和较小的基台值,其全向半变异函数的相关距离为135.5m,与洼地不同种植类型地块的覆盖尺度基本相当。AP的分布特征与SOC存在明显差异,具有较大的漂移趋势,其相关距离为413.4m;但在分离漂移趋势后,其相关距离为167.4m,反映了不同地块间的施肥差异对AP的影响较大。喀斯特洼地SOC的空间分布主要受地形和土地利用结构控制,而AP的分布的规律性不明显,可能与施肥等因素的随机性较强有关。     

喀斯特峰丛洼地小流域表层土壤矿物的空间异质性

基于网格取样(80 m×80 m),利用经典统计学和地统计学方法分析了典型喀斯特峰丛洼地小流域163个表层(0～20 cm)土壤样点矿物质(SiO₂、Fe₂O₃、CaO、MgO、Al₂O₃、MnO、TiO₂)的空间变异特征.结果表明: 研究区土壤7种矿物含量的差异及变异系数均较大,平均含量大小顺序为SiO₂>Al₂O₃>CaO>MgO>Fe₂O₃>TiO₂>MnO,平均变异程度依次为CaO>MgO>Fe₂O₃>TiO₂>SiO₂>Al₂O₃>MnO.7种矿物占土壤总质量的69.4%,不同矿物质具有不同的空间结构和最佳拟合模型,7种矿物元素均呈强烈空间自相关,变程均较短,空间依赖性均较强.SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、TiO₂的Kriging等值线图大致相似,表现为南部高、北部低、东部高、西部低、洼地高、坡地低,CaO和MgO的Kriging等值线图则与之相反.自然条件(植被、裸岩率、坡度、坡向等)和人为干扰是土壤矿物质空间异质性的主要影响因素.     

喀斯特山区植物物种丰富度的空间变异分析

应用地统计学对地处滇黔桂连片喀斯特腹地的贵州省毕节地区植物物种丰富度的海拔空间变异进行分析。结果表明,乔木物种丰富度的半变异函数最佳理论模型为球状模型,灌木、草本为线性有基台模型。乔木物种丰富度的空间异质比为0．0052,具有强烈的海拔空间相关性,主要受随海拔梯度变化的自然性控制因素的影响;灌木、草本物种丰富度的空间异质比分别为3．15、34．55,海拔梯度的空间相关性很弱,受随机因素作用较大。乔木物种丰富度的变程为177．37m受因素影响的海拔范围较宽;灌木和草本物种丰富度的变程分别为73．02m和49．97m,受因素影响的海拔范围较窄。灌木、草本物种丰富度的Moran’s I系数随海拔梯度变化的趋势相类似,但乔木的差别较大。     

喀斯特山地石漠化的垂直变异

应用地统计学对地处滇黔桂连片喀斯特腹地,海拔垂直梯度变化范围广的贵州省毕节地区石漠化指标垂直梯度的空间变异进行分析.基岩裸露率的半变异函数最佳理论模型为线性有基台模型,植被覆盖率、砾石含量为球状模型.植被覆盖率的空间异质比为22.32%,具有强烈的垂直梯度空间相关性,主要受到随海拔梯度变化的自然性控制因素作用;基岩裸露率、砾石含量的空间异质比分别为34.38%、25.97%,均具有中等程度的垂直梯度空间相关性,受随机因素作用较大.砾石含量、植被覆盖率的变程分别为968.10m、859.48m,受因素影响的海拔范围都较宽;基岩裸露率的变程为52.28m,受因素影响的海拔范围很窄.基岩裸露率、植被覆盖率的Moran′s I系数随海拔梯度变化的趋势相类似,但砾石含量的差别较大.     

喀斯特峰丛洼地不同森林表层土壤有机质的空间变异及成因

基于动态监测样地(200 m×40 m)的网格(10 m×10 m)取样,以农作区为对照,用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地人工林、次生林和原生林3类典型森林生态系统表层土壤(0—15 cm)有机质的空间变异,通过主成分分析和相关分析,探讨了其生态学过程和机制。结果表明:喀斯特峰丛洼地土壤有机质很高,沿着农作区-人工林-次生林-原生林的恢复梯度,土壤有机质显著提高,变异系数逐步增大;农作区和3类森林土壤表层有机质均具有良好的空间自相关性;农作区试验半变异函数C0/(C0+C)值为26.5%,呈中等程度的空间相关性;3类森林的C0/(C0+C)值为9.0%—22.6%,呈强烈的空间相关性;农作区和人工林土壤有机质呈单峰分布,次生林呈凹型分布,原生林呈凸型分布;不同森林的主导因子不同,农作区的主导因子为主要土壤养分,人工林为地形和物种多样性,次生林为森林结构和物种多样性,原生林为地形和物种多样性,且同一因子在不同森林与土壤表层有机质的正负作用关系和相关程度也不同。因此,农作区和3类森林应根据其土壤表层有机质的空间变异及主要影响因子制定相应的固碳措施。     

土壤水分时空变异及其与环境因子的关系

土壤水分的时空变异是指在一定的景观内,不同时间、地点和土层的土壤水分特征存在明显的差异性和多样性。土壤水分时空变异是由多重尺度上的土地利用（植被）、气象（降雨）、地形、土壤、人为活动等诸因子综合作用的结果,但就其某一具体地区而言存在着重点尺度和主控因子,土壤水分时空变异的重点尺度与主控因子的时空关系因时间、空间和尺度而异。本文综述了土壤水分（尤其是黄土高原地区）的时空变异与其环境因子时空关系的研究进展,并提出了广眨开展多重时空尺度上土壤水分的时空变异与其诸因素的时空关系,研究土壤水分时空变异性的尺度转换规律,确定重点尺度及其相应的主控因子。     

喀斯特坡面表层土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征

表层土壤水分物理性质对深层土壤水分的动态变化具有重要的作用,研究其空间变化特征有助于深入理解坡地降雨入渗及产流规律,实现土壤水资源的合理利用.基于网格(10m×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坡地90 m×120 m(投影长)表层(0~10 cm)土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征.结果表明:研究区土壤含水量、容重和饱和导水率均具有明显的空间依赖性和空间结构.土壤水分含量半变异函数用高斯模型模拟较好,土壤容重与饱和导水率用指数模型拟合较好.土壤含水量表现为强烈的空间自相关性,土壤容重和导水率表现为中等的空间自相关性.土壤含水量与饱和导水率空间连续性的尺度范围较小,而土壤容重空间连续性的尺度范围较大.总体上土壤含水量沿坡向下呈递增趋势,土壤容重呈递减趋势,而土壤饱和导水率沿坡面没有明显变化规律,斑块小而多,表现为高异质性.土壤含水量与土壤容重、饱和导水率均呈极显著负相关,而土壤容重与饱和导水率之间没有明显的相关性.     

喀斯特峰丛洼地小流域表层土壤微量元素的空间异质性

基于网格取样(80 m×80 m),利用经典统计学和地统计方法分析了典型喀斯特峰丛洼地小流域163个表层(0～20 cm)土壤样点微量元素(Pb、Cr、Ni、Cu、Zn、B)的空间变异特征.结果表明:研究区土壤6种微量元素含量的差异及变异系数均较大,平均含量大小顺序为Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞B＞Cu,平均变异程度依次为Ni＞Cu＞Zn＞Pb＞B＞Cr.不同微量元素具有不同的空间结构和最佳拟合模型,除Cr呈中等程度自相关、变程较长、空间连续性较好外,其他5种元素均呈强烈自相关,变程较短,空间依赖性较强.6种微量元素的Kriging等值线图较为相似,表明研究区土壤微量元素含量有着相似的分布趋势,表现为东部高,南北两头低,洼地高,坡地低.人为干扰和自然条件(植被、裸岩率、坡度、坡向)是土壤微量元素空间异质性的主要影响因素.     

桂西北喀斯特地区石灰土养分空间变异特征

从区域尺度出发,将整个桂西北喀斯特地区作为研究区域,以大面积野外调查采样和室内分析数据为基础,采用经典统计学和地统计学方法,探索喀斯特区域内石灰土养分的空间异质性和分布格局。结果表明:桂西北喀斯特地区石灰土pH为弱变异,其他养分变异系数为30%—75%,变异程度中等。石灰土各养分的空间变异特征不同,土壤有机质(SOM)、速效磷(AP)和速效钾(AK)的最佳拟合模型依次为球状模型、高斯模型和线性模型,pH、碱解氮(AN)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)的最佳拟合模型均为指数模型。SOM、AP、TN和TP表现为中等空间相关性,空间差异是由随机因素和结构性因素共同作用引起的;pH、AN、AK和TK呈弱空间相关性,空间变异主要受随机因素的控制;SOM和TN的空间变异尺度较大,pH、AN和TK的空间变异尺度最小。SOM、TN、TP和AP养分含量呈自西向东逐渐减少的趋势,pH、AN、AK和TK在区域尺度上的分布没有呈现一定的规律性。相关分析结果表明,在区域大尺度下,地形因子(如海拔、坡度和岩石裸露率等)和植被类型是影响桂西北喀斯特石灰土空间变异特征的重要因素。     

黄土高原丘陵沟壑小流域土壤水分垂直分布变异特征及影响因子

以地统计学的半变异函数为分析工具,分析了黄土高原丘陵沟壑区小流域土壤水分在垂直方向的空间变异特征以及土地利用类型和地形等因子对其的影响.结果表明:1)球状模型可以很好地拟合土壤水分在垂直方向的半变异函数曲线,其存在强烈或中等程度的空间自相关,变程范围从2～5 m不等;2)果园对土壤水分含量的影响主要表现在1～2 m深度,5月份含量最高,且分布均匀,8月份由于气温和叶面蒸腾作用,水分含量最低.坡耕地和梯田的水分含量都较高,垂直变化不明显,梯田的土壤水分含量最低月份是9月,比坡耕地晚1个月,这是因为所种作物的主要生长季节为9月份,这期间消耗水分较多而造成的.林地由于根系发达,对土壤水分垂直方向的变化的影响比较大,变化为先增大、再减小、最后再增大且分布趋于平缓.灌木林的土壤水分含量整体较低,主要变化深度范围集中在0～2 m;草地的土壤水分含量较高,垂直变化的深度范围集中在1 m以内;3)坡度、坡向地形因子和土壤水分的垂直方向变异特征没有呈现明显的相关性.     

荒漠人工固沙植被区土壤水分的时空变异性

表层土壤水分具有高度的时间和空间变异性.研究的目的:(1)揭示沙坡头人工固沙植被区浅层土壤水分的时空变异性特征;(2)确定驱动土壤水分变异的主要环境因子.在人工固沙植被区内一个4500m2的网格样地上每隔10m设置取样点,在连续7个月的时间内 (2005年4～10月),每隔15d用时域反射仪测量各样点表层以下15cm和30cm深度的土壤容积含水量.结果表明,该区网格尺度上浅层土壤水分的分布具有明显的空间变异性,其变异性随着土壤水分含量的降低而减小;相对海拔是驱动土壤水分空间变异的主要环境因子,其作用在降雨后尤为显著,且其对土壤下层的影响比上层更明显;植被和土壤水分含量的相关性时间序列与相对海拔一致--降雨使其相关性增加;土壤质地(土壤粒径分布)和土壤水分含量的相关性时间序列特征与植被和相对海拔相反,且其对土壤上层的影响比下层更明显.因此,在沙坡头荒漠人工固沙植被区,降雨后的短暂湿润期,地形和植被是驱动浅层土壤水分变异的主要影响因子,而随着降雨之后土壤逐渐变干,土壤质地的影响变得更加明显.     

西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物量C、N、P空间变异特征

土壤微生物是陆地生态系统中最活跃的成分,它推动着生态系统的能量和物质循环,被公认为土壤生态系统变化的预警及敏感指标。以西南峡谷型喀斯特坡地为研究对象,基于网格法取样,结合经典统计学和地统计学方法,揭示了土壤微生物生物量的空间分布与格局及其主要影响因子。结果表明,西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)、碳氮比(MBC/MBN)、碳磷比(MBC/MBP)适宜,MBC、MBN、MBP变异均很大;空间自相关性明显,除MBP最佳拟合模型为球状模型外,其他指标均为指数模型。C0/(C0+C)均25%(4.9%—6.2%),呈强烈的空间相关,这主要由结构性变异引起。Kriging等值线图表明,MBC、MBN的高值区集中在坡中上部;MBP的格局明显不同,高值区集中在坡脚;MBC/MBN斑块较大,变化缓和;MBC/MBP的空间分布规律不明显,斑块多而破碎。西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物量空间分布的影响因子很多,其中,影响土壤微生物量碳和氮的主要因子有土层厚度、pH、碱解氮。西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物不仅存在着小尺度的空间分布格局,而且不同土壤微生物属性的空间分布不同。因此,应采取适宜措施,激活土壤微生物活性。     

Spatial variability of soil fertility factors in the Xiangcheng tobacco planting region, China

It is essential to understand the spatial variability of soil properties in tobacco planting regions, so that the right decision can be made as to how many fertilizer rates are likely to be appropriated for the highquality tobacco production. A total of 159 soil samples were taken from the surface soil (0-20 cm) in the Xiangcheng tobacco planting fields, Henan Province, in April 2002 to examine the concentration of soil organic matter, pH, available N, available P, and available K. The spatial variability was evaluated using geostatistics and geographic information system (GIS) analyses. The results show that among those five soil fertility factors, the variation coefficient of soil pH was the smallest, while that of available P was the greatest, which resulted from different cultivation methods and uneven fertilization. Analysis of the isotropic variogram indicated that the soil pH, organic matter, and available P semivariogram were well described with spherical models, with the distance of spatial dependence being 21020, 19150, and 8460 m, respectively, whereas the available N and available K semivariogram were well described with an exponential model, with the distance of spatial dependence being ranged from 7484 to 25320 m. Soil pH value was strongly spatially dependent with C0/sill being 0.1935, while the other four soil fertility factors were moderately spatially dependent with C0/sill ranging between 0.3528 to 0.5260. Through the Kriging analysis, the spatial distribution maps of soil properties were drawn using the arcview software. This study provides a scientific basis for field management, which targets soil quality improvement in the Xiangcheng tobacco planting region.     

Spatial variability of soil fertility factors in the Xiangcheng tobacco planting region, China

It is essential to understand the spatial variability of soil properties in tobacco planting regions, so that the right decision can be made as to how many fertilizer rates are likely to be appropriated for the high-quality tobacco production. A total of 159 soil samples were taken from the surface soil (0-20cm) in the Xiangcheng tobacco planting fields, Henan Province, in April 2002 to examine the concentration of soil organic matter, pH, available N, available P, and available K. The spatial variability was evaluated using geostatistics and geographic information system (GIS) analyses. The results show that among those five soil fertility factors, the variation coefficient of soil pH was the smallest, while that of available P was the greatest, which resulted from different cultivation methods and uneven fertilization. Analysis of the isotropic variogram indicated that the soil pH, organic matter, and available P semivariogram were well described with spherical models, with the distance of spatial dependence being 21020, 19150, and 8460m, respectively, whereas the available N and available K semivariogram were well described with an exponential model, with the distance of spatial dependence being ranged from 7484 to 25320 m. Soil pH value was strongly spatially dependent with C0/sill being 0.1935, while the other four soil fertility factors were moderately spatially dependent with C0/sill ranging between 0.3528 to 0.5260. Through the Kriging analysis, the spatial distribution maps of soil properties were drawn using the arcview software. This study provides a scientific basis for field management, which targets soil quality improvement in the Xiangcheng tobacco planting region.     

典型岩溶洼地土壤水分的空间分布及影响因素

在桂西北典型岩溶洼地的旱季和雨季,用地统计学结合GIS方法研究了洼地表层(0—16cm)土壤水分的空间分布特征及其影响因素。结果表明:土壤含水量受前期降雨量的影响,且旱季土壤水分对降雨量的反应较雨季敏感。土壤水分均呈中等变异且变异系数随着平均含水量的增加而减少。土壤水分的半方差参数显示土壤水分空间变异及其主导因素随旱、雨季而不同。此外,不同取样区域及取样时段内土壤含水量高低差别明显,分布格局及空间变异程度各异,这主要与当地环境和人为因素的综合影响有关。旱、雨季土壤水分均与前期降雨导致的土壤平均含水量变化呈相反趋势,且不同土地利用方式下的土壤含水量不同。土壤含水量还与土壤有机碳含量呈显著正相关,此外,地势及裸岩率也是造成洼地土壤水分变异及其分布差异的重要因素。下一步应根据旱季和雨季土壤水分分布及影响因素的差异,在岩溶洼地采取有针对性地土壤水资源利用及其水分管理策略。