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.     

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.     

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。     

哈尼梯田景观水源区土壤水分时空变异性

哈尼梯田景观的稳定维持依赖于上游水源区对水资源的涵养,土壤水分的时空变异性是揭示水源区土壤水源涵养格局的重要指标。通过网格法采集水源区表层(0~20cm)土样162个(旱季81个,雨季81个),应用经典统计学和地统计学方法分析水源区旱、雨季土壤水分空间变异特征。结果表明:(1)以200 m的间距采样,旱季土壤水分变异系数(Cv)为18.50%,半变异函数结构比值为99.9%,变程为383 m;雨季土壤水分Cv为18.19%,半变异函数结构比值为99.9%,变程475 m。土壤水分均呈中度变异,表现出高度的空间自相关性。从旱季到雨季,土壤水分的空间结构参数存在差异,变程变化最明显;各向异性存在一致性但各向异性比值差异明显。(2)Kriging插值图表明,旱季土壤水分空间格局明显呈斑块分布,斑块破碎度较大,空间连续性较差。雨季呈阶梯状分布,空间连续性强,土壤水分变异的复杂程度变小。旱、雨季土壤水分格局总体变化趋势较一致,但旱季的格局更显著,基本与土地利用格局分布相一致。(3)旱、雨季土壤含水量及其变异受降雨量影响而存在相一致的变化趋势,但旱季土壤水分对降雨量的反应较敏感。(4)土地利用是导致土壤水分空间变异的主要因素,降雨会加强或减弱这种差异的趋势;土壤水分含量受海拔的影响大,受坡度的影响小。(5)土壤水分时空变异能够反映水源涵养格局,对识别水源涵养关键区,保护水源区生态安全格局,维持整个流域水源供给平衡,维持梯田景观的稳定性意义重大。     

黑河中游绿洲区不同土地利用类型表层土壤水分空间变异的尺度效应

了解表层土壤水分空间变异及其尺度效应,可获取土壤水分真实变异,并可为客观揭示土壤水分空间变异制定合理采样方案提供参考.用“再采样”方法对黑河中游张掖绿洲区林地和农地表层土壤水分空间变异的尺度性进行研究.结果表明： 研究区林地和农地表层土壤水分变异程度随土壤水分含量的增加而增加;变异系数随采样尺度的增大而更接近真实变异值.在干旱和湿润条件下,当采样幅度在一定范围内增大时,林地和农地土壤水分的变异系数、Moran I指数、块金值、基台值及林地变程均不断变大,而农地在干旱条件下的变程无固定变化规律.当采样密度在一定范围内增大时,块金值、变程不断增大,但变异系数、Moran I指数、基台值均不受影响.
     

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）.     

不同土地利用方式下沙地土壤水分空间变异规律

利用地统计学的方法 ,研究了科尔沁沙地甸子地不同土地利用方式草地和玉米地春季土壤含水量的空间变异规律。结果表明 ,草地表层、亚表层土壤含水量的变异函数均可很好地拟合成球状模型 ,具有明显的空间结构特征 ,其空间相关度分别为 0 979、0 999,变程分别为11 5 7m、19 4 1m ,分数维分别为 1 5 71、1 5 35 ,Moran’sI系数表现为在近距离内 (0 5～ 2 5m)为较强的正相关 (I=0 3～ 0 8) ,随着距离的增大 ,相关性变小 ,>5m后表现为较弱的负相关(I =0 2 )的变化趋势 ,克立格制图均表现出中央和四周高 ,西北角存在明显过渡带的空间分布格局 ,表层和亚表层具有很大的相似性。而耕地表层、亚表层土壤含水量变异函数分别拟合成线性和球状模型 ,其空间相关度分别为 0 344、0 914 ,变程分别为 7 6 7m、9 31m ,分数维分别为 1 92 8、1 6 81,Moran’sI系数分析和克立格制图表明表层、亚表层土壤含水量存在明显的差异。因此草地和耕地土壤含水量变异函数模型及参数、分数维、Moran’sI系数和克立格制图均存在明显的区别。同草地相比 ,玉米地土壤含水量空间格局特征表现为空间依赖性小 ,随机性大 ,空间自相关作用范围小 ,破碎化程度高。所以有必要采取退耕还草的措施来保护和恢复沙地生态系统的健康。     

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。     

沙坡头人工固沙植被土壤水分空间异质性

利用传统统计学和地统计学相结合的方法对沙坡头人工固沙植被区0～200 cm 之间的各层土壤水分的空间变异性进行研究.结果表明,1）土壤水分相对变异较大的层是在160～180 cm层和180～200 cm层,变异系数分别为0.72和0.73.表层0～5 cm层的相对变异也较大,变异系数为0.662）半方差函数分析结果表明,各层土壤水分均具有明显的空间变异性,各层土壤水分自相关部分的空间异质性占总空间异质性的程度很高,所占比例在87.7%～99.9%范围内.各层土壤水分的有效变程大小有较大差异,最小值出现在60～80 cm层(7.04 m),最大值出现在20～40 cm层(19.71 m),土壤水分有效变程从表层到深层没有明显的变化规律;3）土壤水分插值图反映出0～140 cm之间相邻各层土壤水分变化较大,140～200 cm各层土壤水分变化较小;4）土壤水分在0°、45°、90°、135°四个方向的半方差函数基本上是一条直线,表明在这四个方向上半方差和距离的相关性较低,土壤水分变化是独立、随机的,是同质性的.     

小流域土层厚度对土壤水分时空格局的影响

以丹江口库区五龙池小流域为研究区,通过定点观测,探讨了土层厚度对土壤水分时空格局的影响.结果表明：土壤含水量在降雨后立即升高,随后逐渐降低,空间异质性则相反.不同土层厚度剖面含水量差异显著.其中,0～20 cm厚度的土壤剖面含水量较低,与降雨有相似的变化趋势,季节变异大;中等厚度（20～40 cm）的土壤水分受降雨特征影响,剖面含水量居中,季节变异中等;较大厚度（>40 cm)的土壤的剖面含水量较高,季节变异小.土壤水分的剖面格局是降雨、蒸发蒸腾和渗漏综合作用的结果,半湿润期呈增长型,湿润期呈波动型,干旱期包括增长型和波动型.土壤剖面含水量与土层厚度呈显著正相关,相关系数在0.630～0.855.土层厚度与表层（0～15 cm）土壤水分相关不显著,但与中下层（20～55 cm）土壤水分显著相关.     

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.     

黄土丘陵区林草景观界面雨后土壤水分空间变异规律

对黄土丘陵区刺槐林 草地景观界面上雨后土壤表层(0～10 cm)和亚表层(10～20 cm)水分的空间变异规律进行了研究.经典统计学分析表明,草地两层的土壤含水量分别高于林地;林草界面两层的土壤含水量均为弱变异程度,并具有明显的生态梯度.移动窗口法分析表明,林草界面对土壤表层和亚表层的水分影响范围为边界两侧4 m、3 m,影响域分别为8 m、6 m.地统计学分析表明,草地两层土壤含水量空间分布均表现为纯块金效应,林地两层均可拟合成线性模型,而林草界面两层均可拟合成球状模型;林草界面土壤表层、亚表层水分空间依赖性和空间自相关较强,其空间结构异质性明显高于林地和草地.克立格制图描述的林草界面土壤水分的空间分布格局为从边界处向两侧的一定距离范围内,土壤含水量呈条带状分布,而在较远的距离,水分的空间分布呈现出几个明显的斑块状.     

干旱荒漠区煤矸石山覆土区土壤水分物理性质的空间异质性

基于网格取样(20 m×20 m),采用经典统计学和地统计学相结合的方法,研究了干旱荒漠区煤矸石山表层(0~5 cm)土壤水分物理性质的空间异质性和分布格局。结果表明:研究区土壤容重、毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度、饱和含水量表现为弱变异,土壤含水率表现为中等变异。除土壤容重的最佳拟合模型为高斯模型外,其余指标的最佳拟合模型均为指数模型;土壤容重和含水率的块基比[C₀/(C₀+C)]较小,空间自相关性强烈;土壤毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度和土壤饱和含水量则表现为中等的空间自相关性;土壤容重与毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度、饱和含水量呈极显著负相关,土壤含水率与其余指标没有显著的相关关系;土壤毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度及饱和含水量两两之间呈极显著正相关关系;Kringing等值线图表明,土壤毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度和饱和含水量分布类似,高值集中在坡中部及下部左侧,土壤容重则与之相反,土壤含水率的大小主要受坡位的影响,由坡上向坡下增大。建议干旱荒漠区煤矸石山覆土区在人工植被恢复时应采取整地措施,疏松根区土壤;在植被恢复初期,应适当提高坡上部的灌水量,以改善煤矸石山覆土区土壤水分状况,为植被恢复营造均一、良好的土壤水分物理条件。     

黄土丘陵沟壑区坡面尺度土壤水分空间变异及影响因子

土壤水分空间分布特征及其影响因子是土壤前期含水量模拟和小流域产流机制研究的重要内容,也是半干旱地区进行生态建设的重要参考。通过对黄土高原典型坡面雨季前后100 cm深度内土壤含水量进行观测,分析地形、植被和雨季对土壤水分空间分布的影响。基本统计分析显示,土壤水分的空间异质性在上层(<20 cm)较小,在下层(>40 cm)较大。坡面尺度上,土壤含水量的空间差异主要表现在不同植被类型之间,而不是坡位之间。各覆被类型的土壤含水量相对大小为荒草地>8年生刺槐林>20年生刺槐林>沙棘林。即使沙棘林和刺槐林位于更利于获取土壤水分的地形条件下,其土壤含水量仍然明显低于荒草地。地形对土壤水分的影响被植被类型的影响所掩盖。上述规律在雨季前后都有明显表现。因此,完全基于地形指数的土壤水分预测模型在黄土高原应该慎用,植被类型应该作为土壤水分空间预测的一个重要参数。雨季使土壤含水量整体提高,但是土壤水分空间分布格局并没有根本改变,高处仍高,低处仍低,各样点处的土壤含水量在雨季前后达到显著相关水平,说明土壤水分空间格局并不是瞬时状态,而具有明显的时间稳定性。     

三峡库区典型茶园土壤水分对不同降雨模式的响应

土壤水分是坡面产流和生物地球化学过程的关键控制因素。降水事件可以通过引起土壤剖面不同深度的土壤水分响应,从而影响流域中的径流路径、产流机制和土壤侵蚀过程等。基于三峡库区典型分布的茶园为对象,通过长期定点、高频的气象和水分数据观测,研究不同降雨模式下茶园不同土层深度(0—10、10—20、20—30、30—40cm)土壤水分的时空变化特征,分析茶园不同深度土壤在雨季的水分动态变化规律和对不同降雨模式的响应特征。结果表明：(1)研究区内的降雨和土壤水分含量均表现出明显的季节性特征。降雨在7月达到最大值,土壤水分含量则在8月达到峰值。表明降雨是影响土壤水分含量变化的重要因子,土壤水分对降雨有着明显的响应过程。(2)在相同降雨条件下,土壤含水量具有明显的垂直梯度变化。随着土层深度的增加,土壤水分对降雨的响应逐渐呈现出滞后现象。表层土壤(0—20cm)对降雨的响应较为迅速且幅度更加明显,深层土壤(30—40cm)水分含量变化相对稳定,并且对降雨的响应时间更加滞缓。随着土层深度的增加,土壤水分含量的变化幅度逐渐趋于平稳。(3)土壤水分含量对不同的降雨模式表现出显著差异。在较大雨强条件下,土壤水分变...     

宁夏东部风沙区沙化草地土壤水分和植被的空间特征

土壤水分作为土壤-植被-大气连续体的关键因子,对沙化草地的演化过程具有重要作用。为探讨宁夏东部风沙区沙化草地土壤水分、物种丰富度指数及植被盖度的空间变异及其相互关系,以哈巴湖自然保护区沙化草地为对象,采用样线法自潜在沙化草地至重度沙化草地进行植被调查和土壤取样,通过经典统计学和地统计学分析,得出以下结果：0—100 m各土层土壤水分含量、植被盖度和物种丰富度指数的分布范围分别为0.82%—28.22%、41.00%—93.00%和0.82—2.80,变异系数范围为0.20—0.48,均属于中等变异。各土层土壤水分和物种丰富度指数表现为中等的空间自相关性,植被盖度则表现为强烈的空间自相关性。Kriging插值结果表明,0—100 cm各土层土壤水分和植被盖度的空间插值图呈条带状和斑块状的梯度变化,物种丰富度呈斑块分布,自潜在沙化草地至重度沙化草地,表现为逐渐降低的趋势。相关分析表明,植被盖度与0—40 cm各土层土壤水分呈显著正相关,与40—100 cm各土层土壤水分呈极显著正相关。宁夏东部风沙区沙化草地土壤水分含量总体较低,由于结构因素和随机因素的共同作用,随草地沙化程度的加重,表现为...