太湖流域丘陵区两种土地利用类型土壤水分分布控制因素

为探究太湖流域丘陵区典型土地利用类型(如竹林地和茶园)土壤水分的控制因素,在不同深度土壤水分定期观测的基础上,根据前7d降雨量将研究时段划分为干旱状态和湿润状态,利用分类与回归树(CART)方法得出不同干湿状态下土壤水分分布的主控因子,并借助典范对应分析(CCA)定量分析不同土地利用类型、不同土壤深度土壤水分格局与环境因子关系。结果表明:(1)高程、土地利用类型和土层厚度对土壤水分分布的相对贡献率最大,但在不同干湿状态下其影响程度存在差异;(2)干旱状态时土壤水分主要受高程、坡度、地形湿度指数(TWI)和剖面曲率等地形因素的作用,而土层厚度和粘粒也分别为0—20 cm和20—40 cm深度土壤水分的主控因子;(3)在湿润状态下,茶园0—20 cm土壤水分的主控因素为地形因子,在20—40 cm则以土壤性质为主,竹林地两个深度的土壤水分受地形和土壤性质的作用都很强,其中20—40 cm深度土壤水分与环境因子的关系较0—20 cm深度更为复杂。     

山西太岳山小流域土壤水分空间异质性及其影响因子

以山西太岳山华北落叶松林地为主的小流域作为研究对象,采用地统计学方法结合地理信息系统(GIS)技术手段,研究了接石沟小流域土壤水分(0—60cm)的空间变异特征,以及植被分布和地形因子对其影响规律。结果表明:在时间稳定性的前提下,土壤水分含量和变异系数随土层加深逐渐降低。三层土壤水分半方差函数的最优拟合模型为球状模型,变程范围在1.1—1.4 km,均具有强烈的空间自相关性,其中0—20 cm和20—40 cm层土壤水分的空间异质性程度高于40—60 cm土层,以中间层的结构因素占总变异比例最大。自然结构因素(地形、母质、植被和土壤等)对不同土层土壤水分的总空间变异性起主导作用(81.4%—91.3%),而随机因素(取样误差、人为干扰等)的影响相对较小(8.7%—18.6%)。沿着集水线由西-东方向,从边缘的土壤水分高值斑块区逐渐过渡到明显的低值斑块区,梯度变化明显。研究发现,在植被覆盖异质性小的山地,土壤水分的空间异质性主要由地形因素引起,具体表现为其与坡向指数(TRASP)、坡度、海拔和土壤有机碳、全氮呈极显著相关关系(P0.01),而与植被指数(NDVI)呈弱的负相关关系。叠加分析显示,在阴坡、坡度较缓(15°)及高海拔叠合的区域土壤水分含量较高。研究结果可为山地人工林构建和植被恢复中土壤水资源的利用以及水分管理策略的制定提供理论依据。     

喀斯特林地冬季土壤水分对降雨的响应特征

在湿润喀斯特地区, 冬季土壤水分变化是水文过程的重要环节, 并影响着植被恢复和生态重建。以次生林地为研究样地, 使用 HOBO H21_USB土壤水分自动监测系统对不同土层(0—20 cm)土壤水分进行连续监测, 进而分析降雨前后不同土层土壤水分动态变化及土壤水分对降雨的响应特征。结果表明: (1)0.3 mm降雨量对土壤水分几乎没有影响, 4 mm降雨量只对0—5 cm土层土壤水分产生影响, 7 mm和10 mm的降雨对10 cm以上土层土壤水分有影响, 12 mm降雨量主要影响20 cm以上土层土壤水分, 25 mm降雨量主要影响15 cm以上土层土壤水分。(2)林地冬季各土层土壤水分对降雨的最快响应时间均为0.1 h。     

基于RBFN的桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布影响因素分析

在2010年植被碳密度空间分布结果的基础上,通过13个环境因子的1377个样点数据,建立径向基函数网络(Radial Basis Function Network,RBFN)模型,对桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布的影响因素进行了初步探讨。研究结果显示:对该区植被碳密度空间分布影响最为重要的前4位为地类、森林类型、林种和植被类型4个因子,其标准化重要性分别在50%以上;其次为石漠化程度、腐殖层厚度、面积等级、植被总覆盖度和土层厚度5个因子,其标准化的重要性分别在15%—30%;影响最小的是坡位、坡度、坡向和海拔4个地形因子,其标准化重要性仅2%—11%。研究表明地形因子对植被碳密度空间分布影响有限,更为重要的是土地类型、森林类型、林种和植被类型等可通过人为活动改变的因素,因此生态环境移民、退耕还林等石漠化治理措施对植被碳密度空间分布具有重要影响。     

晋西黄土区土壤水分动态变化与植被群落关系研究

土壤水分是晋西黄土区植被群落生长与恢复的主要限制因素,为定量探讨该区域不同植被群落土壤水分变化规律,选择山西吉县蔡家川流域3种典型植被群落（油松人工林、刺槐人工林、天然次生林）为研究对象,研究土壤水分时空变化特征,以及土壤水分与降雨、气温和土壤养分的变化关系。结果表明：（1）近10年,研究区降雨分布极不均匀,表现为降雨前期不足,集中在中后期;近10年植被群落生长季,天然次生林土壤水分最大,刺槐林最小,且两者存在显著差异,但均与油松林地差异不显著;（2）研究区3种植被群落0~60 cm土层中根系分布存在差异。其中,同种植被群落不同土层间根系分布均存在显著差异;不同植被群落中,天然次生林与油松、刺槐林的根系分布在20~60 cm土层存在显著差异;（3）研究区植被群落土壤水分具有明显分层现象,即0~40 cm土层土壤水分变化较大,而40~100 cm土层波动较小,基本维持在10%~15%;表土层（0~40 cm）土壤水分变化与植被根系分布有关,且植被根系分布与土壤水分呈显著负相关;（4）通过对土壤水分与降雨、气温、有机碳、全氮、全磷、全钾等因素进行分析,发现土壤水分与降雨呈显著正相关,油松林地相关系数最高;气温只与次生林的土壤水分呈显著正相关;土壤水分与有机碳、全氮、全磷、全钾存在正相关,其中与全磷相关度最高。     

黄土丘陵区地形、土壤水分与草地的景观格局

在黄土丘陵区,地形因素和土壤水分是决定草地景观格局的主要因素,同时草地景观格局在不同尺度上影响着景观中的流.地形因素、土壤水分和草地结构在不同尺度上有着密切的联系,研究它们之间的关系对于了解生态系统的过程十分重要.针对黄土高原异质化的草地群落结构,选取黄土丘陵区经过20多年自然封育形成的天然草地,从坡面尺度对景观格局进行了调查研究,在地形因素、土壤水分和草地结构中选取了有代表性的指标14个,用多元统计分析对选取的指标进行了主成分分析和聚类分析.聚类分析将样方分成3种植被类型,不同植被类型的海拔、坡度、20～140cm土壤含水量以及物种丰富度和生物多样性存在显著性差异.相关分析表明：海拔对0～300cm土壤含水量影响显著;海拔对草地群落盖度,坡位、坡向对草地群落的物种丰富度和生物多样性有着重要影响;而草地群落的物种丰富度和生物多样性与0～100cm土层的含水量关系密切.     

植被类型和地形对黄土区退耕地土壤有机碳垂直分布的影响

区域范围内植被类型和地形是土壤有机碳(SOC)垂直分布的主要影响因素。本文以晋西黄土区蔡家川流域4种退耕地(乔木林、灌木林、乔灌混交林、草地)为对象,通过调查采样和室内分析,研究植被类型和地形对SOC垂直分布的影响。结果表明:1)研究区0~200 cm土层SOC含量随土壤深度增加而降低,各土层SOC含量变异系数为30%~52%。2)植被类型对SOC含量影响显著的深度达到120 cm,整个剖面(0~200 cm)SOC含量表现为乔灌混交林乔木林灌木林草地。3)地形因素对SOC垂直分布影响显著:海拔、坡度、坡位、坡向对SOC垂直分布显著影响深度分别达到60、40、80、60 cm。整个剖面(0~200cm)SOC含量随坡度增大逐渐减小,随坡位上升逐渐降低,阴坡大于阳坡,在海拔1100~1200 m和1000~1100 m处较高,1200 m和1000 m处较低。4)方差成分分析表明,0~200 cm土壤剖面SOC含量主要受植被类型的影响,可解释66.10%的变异性;地形和土层可分别解释22.02%和11.88%的变异性。研究结果为黄土区退耕还林的固碳效益评价提供了科学依据。     

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.     

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。     

云雾山自然保护区环境因素对土壤水分空间分布的影响

选取黄土高原云雾山自然保护区天然草地,研究分析了地形因素、植被类型、降雨和封育措施对土壤水分的影响,研究结果表明:在0～100 cm土壤,单点季节平均土壤含水量的空间变化主要受坡向、坡位、群落类型和封育措施的影响;在深层土壤100～300cm,相对海拔、坡位、坡向、群落类型和封育措施在控制土壤水分的再分布中具有重要作用.不同的环境因素对土壤水分空间分布影响的季节变化存在明显差异,坡度、相对海拔、坡位与土壤湿度的关系依赖于前期降雨量,土壤湿度和坡度、海拔、坡位和封育措施的相关性一般随前期降雨的增加而增大.群落类型对土壤湿度的影响与群落盖度和蒸腾速率有关,在植被盖度差异较大的5月份和蒸腾速率差异较大的7月份影响显著.坡向对土壤湿度的影响依赖于太阳辐射的变化,在太阳辐射较强烈的7月份差异显著.由于长期自然封育,草地覆盖度不断增加,其蓄水保水能力增强,对土壤水分的调节能力得到提高,从而能在一定程度上改善土壤水分条件.     

喀斯特峰丛洼地生态系统服务空间权衡度及其分异特征

我国西南喀斯特峰丛洼地区脆弱的生态环境与剧烈的人类活动导致石漠化现象以及生态功能退化,制约了区域生态-福祉耦合效益的提升。首先从数值变化与空间变异综合的角度,构建了融合均方根偏差法与地理探测器的生态系统服务空间权衡度指标,进而围绕喀斯特水源涵养-土壤侵蚀关系以及植被固碳-土壤侵蚀关系,在不同环境因子梯度下和地貌形态类型区内开展生态系统服务空间权衡度计算及其分异特征研究。环境因子梯度分析表明,由于植被显著的保持水土能力,水源涵养与土壤侵蚀之间的空间权衡度随植被覆盖度的增大而逐渐减小;地形因子对地表水土过程与植被功能影响深刻,植被固碳和土壤侵蚀之间的空间权衡度随海拔和坡度的升高而逐渐增大,1000 m以上中海拔以及陡坡地区的空间权衡度是低海拔与缓坡地区的4-6倍。地貌形态类型区的统计结果显示,地貌特征对生态系统服务之间的空间权衡关系具有宏观控制作用,植被固碳-土壤侵蚀之间的空间权衡度随地形起伏度的升高而逐渐增大,具体为：中海拔平原 < 中海拔台地 < 中海拔丘陵 < 小起伏中山 < 中起伏中山,水源涵养与土壤侵蚀之间则成相反趋势。因此,今后在以生态系统服务协同提升为目标的喀斯特石漠化治理工作中,应强调环境因子作用程度的空间差异以及地貌形态特征的宏观控制作用。     

黄土高原森林枯落物储量、厚度分布规律及其影响因素

森林枯落物的储量(LM)和厚度(LD)等物理属性,能够表征森林植被的物种多样性以及水源涵养、物质循环等生态功能,然而目前对枯落物储量和厚度分布规律与影响因素的深入探讨较少。以黄土高原为研究区,通过系统取样获得该区主要森林群落枯落物的储量与厚度数据,利用Kruskal-Wallis秩和检验、线性混合效应模型(LME)、普通最小二乘回归等统计方法,分别对不同林型枯落物储量和厚度的差异、储量和厚度的影响因素以及二者之间的关系进行分析。结果表明:1)针叶林与针阔混交林的枯落物储量和厚度差异不显著,但二者都显著大于阔叶林的储量和厚度。2)在纬度方向上,除南部个别点外,枯落物储量和厚度存在单峰格局,如储量在35°—36°N之间存在峰值,而厚度峰值则出现在36°—37°N之间。3)在海拔方向上,储量分布规律并不明显,厚度除了高海拔(3000 m以上)个别点外总体呈现递减格局;LME模型显示,枯落物储量与气温年较差、非生长季降水、总干面积和立木密度呈显著正相关,与乔木层丰富度呈显著负相关,而枯落物厚度与最冷月均温、生长季降水、总干面积和立木密度呈显著正相关,与乔木层丰富度、非生长季降水和坡度呈显著负相关;枯落物储量与厚度具有显著正相关关系,特别是在阔叶林和针叶林中,而对于针阔混交林来说二者并无显著相关性。研究结果可为黄土高原乃至中国北方地区生态系统碳循环评估和水土保持实践提供参考依据。     

黄土残塬沟壑区流域次生植被物种分布的地形响应

研究流域次生植被物种对地形因子的响应规律,识别影响次生植被物种分布的主要地形因子,是流域近自然植被生态恢复和重建的基础。采用ArcGIS空间分析模块和地形分析模块TauDEM,并与统计软件SPLUS2000中的GRASP工具相结合,建立了位于黄土高原残垣沟壑区山西省吉县蔡家川流域次生植被各个物种分布基于地形因子的广义相加模型(GAM)。模型中的地形因子包括:海拔、坡向、坡度、平面曲率、坡位指数(SPI)、地形湿度指数(TWI)、单宽汇水面积(SCA)等。受试者操作特征曲线(ROC)测试中AUC值表明:大部分测试物种(约62%)拟合模型效果较好,且模型较为稳定。总体来看,研究流域次生植被物种分布体现了水分限制的空间分异特征:阴坡各物种分布概率较大,且随海拔升高而减小。影响研究流域次生植被物种空间分布的潜在重要因子为海拔和坡向,而单宽汇水面积(SCA)和地形湿度指数(TWI)虽然是多个物种响应模型的预测因子,但受高一级尺度海拔的影响,SCA与TWI对物种分布的影响作用较小;坡度影响作用最小。据此,在流域植被恢复和防护林建设目标区选择及立地条件划分时应首先以海拔和坡向为依据,单宽汇水面积(SCA)和地形湿度指数(TWI)则可以作为次一级立地分类依据,而坡度则仅能作为最后一级的分类依据。     

川西米亚罗林区冷杉林群落特征与生态因子的关系

冷杉林是川西高山峡谷地区的地带性植被。以米亚罗林区的森林小班数据为基础,分析了该地区天然冷杉林的树高、胸径和蓄积量随不同生态因子的变化趋势及分布格局,并探讨了冷杉林最适宜的分布环境。结果表明:冷杉林的树高和胸径随着海拔的升高均呈现单峰曲线变化趋势,蓄积量则随着海拔梯度的升高呈波动上升趋势,这些现象可能与小环境的变化、人为干扰有关;冷杉林的适宜生态因子范围为:海拔3500～4000m、土壤厚度50～79cm、坡度40°～49°的中、上位阴坡和半阴坡;海拔3800～3900m为冷杉林的最集中分布区域,该区域中影响冷杉林群落特征的生态因子排序为坡位、土壤厚度、坡度、坡向。     

地形对亚热带山地景观尺度植被格局影响的梯度分析

用 7个指标反映三峡大老岭地区森林群落生境的地形特征 ,采用 DCCA排序方法定量分析不同地形因子对亚热带山地森林植被格局的影响及它们各自的生态意义 ;并分析它们的作用强度沿海拔的变化。结果表明 :1)DCCA排序的前 4个轴分别与海拔、坡位和坡度、坡向和坡面显著相关 ;山地森林植被存在多重尺度和方向的分异格局 ;2 )山地森林群落样方生境的热量、水分 (养分 )和光照条件可主要由海拔、坡位和坡度、坡向等地形特征分别反映 ;3)在垂直梯度上 :海拔的影响在海拔 6 0 0～ 80 0 m和 15 0 0～ 170 0 m最大 ;坡向影响的峰值在山顶带 ;坡度、坡位与坡形的影响在山地中部影响最大 ,其中坡度在海拔 6 0 0 m以下的影响也很显著 ;坡面的影响在山地中部最显著。     

喀斯特关键带植被时空变化及其驱动因素

中国南方喀斯特地区广泛面临着生态问题,植被的保护与恢复倍受关注,对这一区域植被覆盖的进行监测和预测是非常必要的。以MODIS-NDVI为数据源,分析2000—2016年间,研究区不同地质背景,多种土地覆被类型的NDVI时空变化特征及驱动因素。结果表明:(1)从2000—2016年间,研究区植被覆盖整体呈增长趋势;其中喀斯特区域增长情况略优于非喀斯特区域。植被覆盖在空间上呈现东高西低;其中林地的NDVI值最高,耕地次之,依次草地,居民用地,水域,未利用地最低;在林地和耕地中,非喀斯特区域的NDVI值比喀斯特高,其余的土地覆被类型中都比喀斯特区域低。(2)研究区植被覆盖改善的地区占60.19%,退化地区占17.06%;草地,耕地区改善明显,退化主要在水域和建设用地; Hurst指数显示在研究区持续性改善的NDVI大于持续性退化;相比非喀斯特区域,喀斯特区域改善及持续性改善情况更佳。(3)整体而言,海拔对NDVI的空间分布影响力最大,温度次之,依次为降雨,夜间灯光指数;相比而言,非喀斯特区域NDVI空间分布更易受地形因子影响;喀斯特区域NDVI空间分布更易受气候差异及人类活动影响。(4)研究区分别有49%,45%,61%的NDVI与气温,降雨,日照的相关系数通过a=0.05的显著性检验;相比非喀斯特而言,喀斯特区域植被生长更易受气候变化的影响。     

西双版纳热带山地雨林枯落物及其土壤水文功能

研究了云南西双版纳热带不同海拔梯度山地雨林枯落物层及土壤层水文功能.结果表明: 土壤容重随着海拔的增加而降低,土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、土壤最大持水率、最大持水量、有效持水量和土壤含水量随海拔的增加而增加,局部有所波动;雨季前期含水量、饱和含水量和有效调蓄水空间随海拔的增加而增加,其中,饱和含水量和土壤有效调蓄水空间在不同海拔区差异均显著(P<0.05).土壤渗透性能与总孔隙度和非毛管孔隙度均呈极显著正相关关系(P<0.01),其中,非毛管孔隙对土壤渗透性的影响更为显著.不同海拔枯落物未分解层厚度均占总厚度的一半以上,枯落物厚度均表现为未分解层＞半分解层;枯落物总蓄积量和半分解层蓄积量占枯落物总蓄积量的比例均随海拔的增加而增加,说明低海拔枯落物分解速度较慢,高海拔枯落物分解速度较快.不同海拔枯落物半分解层和未分解层最大持水量、最大持水率、自然含水率、有效拦蓄率和有效拦蓄量均随海拔的增加而增加,并且各海拔未分解层均高于半分解层,而有效拦蓄量深度随海拔的增加而降低,局部有所波动.综合未分解层和半分解层的变化规律可知,高海拔拦蓄能力较强,低海拔较弱.不同海拔枯落物持水量随着浸泡时间增加而增加;枯落物吸水速率随着浸泡时间增加而降低,12 h后枯落物吸水速率逐渐趋于饱和.不同海拔枯落物持水量与浸水时间可用对数方程表示;吸水速率与浸泡时间可用冥函数方程表示.综合分析各项因子,低海拔热带山地雨林水源涵养能力普遍低于高海拔.     

祁连山南坡主要河谷NDVI时空变化及影响因素分析

为进一步保护祁连山生态环境及合理开发利用河流沿线的植被资源,该文基于MODIS数据的NDVI产品及DEM数据集,对祁连山南坡主要河流谷地2000—2018年植被生长季的NDVI时空分布特征进行了研究,并提取研究区的主要地形因子,分析其对河流谷地植被生长季NDVI的影响。结果表明:随着河流两侧缓冲区距离逐渐增大,各年份的NDVI值呈现先增加后平稳再减少的分布特点;2000—2018年研究区河谷NDVI的变化趋势基本一致,整体表现出2010年出现了近20年的峰值;祁连山南坡河流谷地NDVI值,从斜坡(16°~25°)至急坡(41°~45°)增加的速率最大,说明该区间为NDVI值突变区间。2000—2018年祁连山南坡主要河流谷地的NDVI时空分布,可能受地形、气温和降水等自然因素影响较大,其受人为干扰因素影响较小,其中降水并非影响研究区河谷植被NDVI分布的主导因素,而气温可能是影响研究区河谷植被NDVI分布的主导因素。在地形因子中,存在较适合植被生长的特定坡度区间,且太阳辐射能量的增加有利于植被的生长。     

中卫山羊核心产地植物群落的数量分类与排序

应用数量分类(TWINSPAN)和DCA排序方法,对我国特有裘皮用山羊(中卫山羊)核心产地——宁夏香山地区植物群落进行多元分析,根据TWINSPAN分类结果,并结合生态特征将所调查的28个样地植被分为6组,代表了该山地在海拔、地形、土壤、山坡坡度等环境作用下植被空间的分布格局。TWINSPAN分类结果与DCA排序结果较一致,DCA排序第一轴结果主要体现出海拔和山坡坡度对植被分布的作用,第二轴结果主要体现了地形(坡向)和土壤基质(沙地、石质山坡、土质山坡)对植被分布的作用。影响该干旱山地植被分布的主要环境因子有海拔和山坡的坡度,另外长期过度放牧对植被的空间分布影响较大,导致了该山地系统植被空间结构紊乱,并干扰了群落数量分析结果的准确性。     

2000—2015年秦巴山区植被净初级生产力时空变化及其趋动因子

基于2000—2015年MOD17A3数据及各驱动因素数据,辅以地统计学理论,利用趋势分析、Hurst指数及相关分析等方法,剖析秦巴山区近16年植被净初级生产力(NPP)时空变化特征,研究气候变化、土壤类型、地形因子、植被类型及人类活动等对植被NPP的影响.结果表明: 秦巴山区植被NPP空间上呈西南高、东北低的分布格局;时间上,近16年呈西北增、东北减的变化特征,在未来呈北部持续性、南部反持续性的发展态势.秦巴山区植被NPP与降雨量和气温呈正相关;暗棕壤、黄壤、紫色土和水稻土4种土壤类型的NPP均值明显高于其他土壤类型;不同植被类型的NPP存在空间分布和变化趋势的差异;NPP的高值主要分布在坡度25°～50°、海拔500～1000 m 以及大于2500 m的区域内;人类活动对NPP具有双重扰动性,表现为正向促进,反向抑制.