甘肃敦煌西湖荒漠-湿地生态系统土壤水分空间异质性及其影响因子研究

土壤水分是内陆荒漠区湿地生态系统中重要的限制因子,为了揭示该区域土壤水分空间分布特征,采用传统统计学和地统计学相结合的方法,对甘肃敦煌西湖国家级自然保护区0~200cm内各层土壤水分的空间变异性及海拔、土壤质地和植被对其的影响进行了研究,旨在为极干旱区湿地生态系统植被修复和保育提供科学依据。结果表明:(1)本研究所得各变量的变异系数、块金方差、基台值、变程和结构比分别为36.51%~88.65%、0.007~0.098、0.112~0.549、116~453和76.6%~97.6%,各变量均为中等变异,存在高度异质性,具有较强空间自相关。(2)深层(60~200cm)土壤水分含量较浅层(0~60cm)变异大,且不同层次土壤水分含量的空间异质性差别也较大,空间变异主要发生在较小尺度上(分维数D在1.902~1.989之间)。(3)海拔是影响该区域深层土壤水分空间变异的主导因子。(4)土壤质地与浅层(0~60cm)土壤水分含量的相关性大于与深层(60~200cm)土壤含水量的相关性,它们与海拔相关性表现相反;草本植被盖度与浅层土壤水分含量呈较高的正关联关系,灌木根量与深层土壤水分含量呈较高的负关联关系。     

科尔沁沙地不同地形小叶锦鸡儿灌丛土壤水分动态

根据科尔沁沙地广泛分布的小叶锦鸡儿灌丛的植被调查和土壤水分监测数据,分析了沙地人工固沙灌丛的土壤水分时空动态和土壤储水量变化,并应用水量平衡法测定了灌丛蒸散发.结果表明:丘间地的土壤水分条件最好,丘中次之,丘上最低;灌丛区的土壤水分含量随深度增加而增加,在生长季内不会发生水分胁迫.灌丛区土壤水分与降雨过程高度相关,深层(50～180 cm)土壤水分同降雨的相关性高于表层(0～50 cm)土壤,并且深层土壤水分的变异也大于表层.整个生长期内,小叶锦鸡儿灌丛土壤储水量增加,土壤水分处于积累中,估算蒸散量占同期降雨量的64%以上.     

科尔沁沙地人工小叶锦鸡儿植被水分入渗动态研究

通过对科尔沁沙地不同年龄人工小叶锦鸡儿固沙植被降雨入渗的研究 ,阐明植被对沙地水分入渗的影响。结果表明 ,在降雨量 4 3 4mm ,降雨强度 3 9mm·h-1时 ,降雨后 12 0h内流动沙丘和 5年生人工小叶锦鸡儿植被的水分入渗深度分别为 180cm和 15 0cm ,15年生人工小叶锦鸡儿植被降雨入渗深度为 10 0cm。流动沙丘降雨后土壤水分变化剧烈 ;有植被沙地降雨后土壤水分变化平缓 ,水分下渗浅 .随着植被年龄的增加 ,浅层土壤截留降雨能力不断加强 ,最终形成不透水土层。降雨后短期内流动沙丘浅层土壤中含水量高 ,后期有植被沙丘深层土壤含水量高     

沙坡头地区吸湿凝结水对生物土壤结皮的生态作用

以沙坡头植被固沙区为研究对象,采用野外试验与室内分析相结合的方法,探讨了吸湿凝结水对生物土壤结皮的生态作用.结果表明:在沙坡头人工固沙植被区内,吸湿凝结水90％分布在表层3 cm以内,不影响土壤表层水分含量;夜间形成的吸湿凝结水在日间参与了地表水分与大气层水汽的交换过程,弥补了日间蒸发作用导致的土壤水分的散失,使表层土壤水分不会迅速降低.吸湿凝结水形成量与生物土壤结皮中的叶绿素含量呈正相关关系,能够提高该区生物土壤结皮的生长活性,有利于其生物量的积累.     

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.     

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。     

黄土高寒区坡面土壤水分的时间稳定性

为揭示黄土高寒区人工林土壤水分的时空变化特征,基于2018年植被生长期一处典型人工植被恢复坡面0-200cm剖面土壤含水率连续动态数据,运用经典统计和时间稳定性分析,研究不同深度土壤含水率的时空变异性和时间稳定性。结果表明：在测定时段内,剖面各土层深度土壤含水率无显著差别,在空间上均表现为中等变异性,呈现随土层深度的增加而增大的趋势,在时间上表层表现为中等变异性,其余各层均表现为弱变异性,深层土壤水分的时间变异性小于浅层;随着测定时间变化,试验地0-200cm土壤含水率Spearman秩相关系数均达到0.8以上,且呈极显著相关,表现出一定的时间稳定性特征;土壤含水率的时间稳定性随土层深度的增加而增强,具有深度依赖性;基于相对差分分析可以选择代表性测点监测区域平均土壤含水率（决定系数R²为0.7138-0.8605）,以期为合理布设土壤水分监测点提供理论依据,对于植被恢复与生态重建模式的选择具有指导意义。     

干旱半干旱地区人工固沙灌木林生态系统演变特征

应用实验生态学方法分析了沙坡头地区栽植于1956、1964、1981、1987年的无灌溉人工植被固沙群落浅层土壤分形特征、植被盖度、物种特征、生物量、土壤水分、土壤微生物,以及群落土壤物理和土壤养分特征,并与流动沙丘进行比较。结果表明,在干旱半干旱的草原化荒漠地区,首先利用半隐蔽式草方格沙障对流动沙丘进行固定,然后栽植灌木柠条、花棒等和半灌木油蒿,经过40多年的稳定演变,该区域逐渐形成由矮灌木与草本植物覆盖,以及隐花植物与微生物土壤结皮复合的固定沙丘景观。在人工植被固沙防护体系稳定演变过程中,浅表层土壤的细粒化和养分富集化特征,微生物土壤结皮与亚表层土壤厚度,以及浅表层土壤体积含水率均随固沙年限的延长趋于显著增加。而土壤微生物数量、植被盖度、植物种数等生物群落学属性在固沙年限达40a左右时,已趋于最大,尔后呈缓慢下降趋势。随着固沙年限的增加,灌木树种不断衰退减少,当固沙年限逾17a之后,群落生物量增至峰值后略有下降。土壤分形维数与土壤粘粒含量呈显著正相关关系,流动沙丘被人工植被固定年代越久远,浅表层(0~3cm)土壤粘粒含量(4.50%)越高,其分形维数越大(D=2.4083),表明人工植被固沙防护体系浅表层土壤结构变得越紧实,流动沙丘(D=2.0484)在人工植被的固定作用下,发生逆转的趋势越显著,沙丘日趋固定。     

黄土丘陵区小流域土壤水分时空变异

采用定位监测法,对2002—2005年黄土丘陵区小流域土壤水分的时空动态规律及其主要影响因素进行了分析.结果表明,研究区年均土壤水分剖面呈倒“L”型,水分最低点出现在1.0 m深处.表层（0～0.2 m）和下层（2.4 m以下）土壤水分年际间的差异达显著水平,而季节间的显著差异则表现在土壤表层和中层（1.0～2.4 m）;干旱年的降水不足显著提高了中、下层土壤水分的空间变异性,而丰水年的降水补充作用则显著降低了上层土壤水分的空间变异性,对中、下层土壤水分变异的影响不大.坡向对土壤水分变异的影响最大,其次是土地利用类型,坡位的影响最小.在干旱年或每年雨季开始时,坡向对土壤水分的影响随土层的加深而减弱,土地利用类型的影响则随之增强;在丰水年或每年雨季结束时,土地利用类型只对上层土壤水分状况具有显著影响,且其影响程度小于坡向的影响.     

浅层地下水对华北地区河岸杨树林树干液流的影响

华北地区河岸杨树林生长季的用水特征对杨树人工林经营管理具有重要意义.本文以北京市潮白河畔的杨树人工林为研究对象,采用热扩散式探针(TDP)测定树干液流、管式TDR土壤含水量法测定土壤体积含水量、开路涡度相关系统测定环境因子数据,对2014年6—7月的杨树树干液流及其影响因素进行系统研究,以探究浅层地下水对树干液流的可能影响.结果表明: 杨树树干液流日变化随太阳辐射呈现单峰或双峰变化,在土壤水分相对亏缺时,杨树树干液流密度明显减小,达到峰值的时间从14:00提前到12:30,但树干液流对太阳辐射的时滞效应没有明显变化.在表层土壤水分相对充足时,太阳辐射和空气饱和水汽压差是杨树树干液流变化的主导因子,但在表层土壤水分亏缺时,土壤水会成为杨树树干液流的限制因子;当表层土壤水分相对亏缺时,杨树单株耗水与100 cm土层土壤体积含水量呈显著负相关,与其余各土层体积含水量呈显著正相关.浅层地下水(相对稳定的150 cm及更深处)在土壤表层土壤水分含量相对亏缺时,可在毛管力作用下对上层土壤水进行补充,供给杨树生长需要.     

短命植物分布与沙垄表层土壤水分的关系——以古尔班通古特沙漠为例

于2002年3月至2002年8月,对古尔班通古特沙漠南部短命植物分布和沙垄表层30cm厚土壤水分间的关系进行了系统监测和研究．结果表明,早春表层土壤水分在个体沙丘表面的分异直接影响到短命植物的分布．4月下旬,垄间、两坡和垄顶土壤含水率依次为4．62％、3．98％和2．01％,相应的短命植物平均盖度于5月中上旬依次为51．8％、38．2％和4．4％．5月中旬后,短命植物的分布又改变了表层土壤水分分布,上述各地貌部位的土壤含水率依次为1．0096、1．9096和2．45％,形成垄顶最高、两坡次之、垄间最差的新的空间分布格局。     

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.     

祁连山北坡青海云杉林下苔藓层对土壤水分空间差异的影响

苔藓层是青海云杉林(Picea crassifolia forest)下的一个重要层片,它通过截持降水和减少土壤蒸发,对土壤水分产生影响。以祁连山北坡排露沟小流域的一个阴坡(海拔2700 m,植被为青海云杉林)作为样坡,于2010—2012年生长季对青海云杉林下有、无苔藓层覆盖地点的土壤水分进行对比观测。结果表明在祁连山青海云杉林下,苔藓层覆盖能减少土壤水分的空间差异。主要表现为:(1)无苔藓覆盖各观测点土壤含水量极差达62.2 mm,空间变异系数(CV)为17.3%;有苔藓层覆盖观测点土壤含水量空间变异系数为2.3%,仅为无苔藓覆盖地点的1/7.5,空间差异极显著(sig.0.001)。(2)在持续无雨、小雨后和连阴雨天气下,有苔藓覆盖地点土壤含水量空间差异均显著小于无苔藓覆盖地点(sig.0.05)。在持续无雨的情况下,无苔藓层覆盖各观测点土壤含水量空间变异系数平均值为19.8%,有苔藓覆盖地点土壤含水量空间变异系数平均值为6.6%,仅为无苔藓覆盖地点的1/3。小雨后,无苔藓覆盖各观测点土壤含水量空间变异系数平均值为15.2%,有苔藓覆盖地点土壤水分空间变异系数平均为5.1%,为无苔藓覆盖地点的1/3。连阴雨后,无苔藓覆盖各观测点土壤含水量空间变异系数平均为15.4%,有苔藓覆盖地点土壤水分空间变异系数平均为4.6%,为无苔藓覆盖地点的1/3.3。(3)持续无雨的情况下,苔藓层减小土壤水分空间差异的作用主要反映在土壤表层0—15 cm,对深层的作用不显著。而小雨和连阴雨后,苔藓层对15—80 cm深层土壤影响显著,而表层0—15 cm没有明显规律。     

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．     

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.     

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...     

毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被空间格局

应用地统计学和经典统计学方法,对毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被特征的空间分布格局及其相互关系进行研究,结果表明: 0-5 cm和5-10 cm土壤水分符合指数模型,10-15 cm土壤水分和植物群落物种数、植被盖度、植被密度都符合球状模型;0-5 cm土壤水分、植物群落物种数和植被盖度都具有强空间自相关性,5-10 cm、10-15 cm土壤水分和植被密度都具有中等程度的空间自相关性;从牛枝子群落到黑沙蒿群落,各层土壤水分与植物群落物种数之间具有相似的空间格局,都呈先升高后降低的变化趋势,而植被盖度和植被密度呈逐渐减小的变化趋势;0-5 cm土壤水分与植物群落物种数之间具有显著的正相关,是制约植被物种空间分布的关键因素。