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。     

干旱区典型绿洲水库库周土壤盐分空间分异及盐岛效应

绿洲水库作为干旱区内陆河流域的典型水系节点,在区域农业发展中占有重要地位。为了认识农区水库对土壤盐分空间分布特征的影响,本文以三工河流域的冰湖水库和柳城子水库为例,运用经典统计分析、地统计分析和GIS相结合的方法,对比分析不同景观背景下,以水库为中心的区域土壤剖面(0~60 cm)盐分的空间变异特征。结果表明:(1)以自然景观为背景的柳城子水库各土层盐分含量(0~20 cm:20.77 g·kg-1,20~40 cm:14.96g·kg-1,40~60 cm:16.9 g·kg-1)高于灌溉景观为主导背景的冰湖水库各土层盐分含量(0~20 cm:7.81 g·kg-1,20~40 cm:5.66 g·kg-1,40~60 cm:5.24 g·kg-1)。在土壤盐分变异性上,冰湖水库各土层盐分的变异系数CV100%,均呈现强变异性,而柳城子水库呈现出中等变异性(10%CV≤100%);(2)两个水库区域各层土壤盐分,均呈现中等强度空间自相关性(0.25C0/(C0+C)0.75),冰湖水库表层土壤盐分空间变异主要受人为活动产生的随机因素影响,但随着土层深度的增加结构性因素的影响逐渐增强,而柳城子水库土壤盐分空间变异主要受结构性因素主导;(3)农业水库区域呈现出"盐岛"效应,冰湖水库各土层非盐化土面积占主导地位,随土层深度增加,非盐化土面积逐渐增大;而柳城子水库各土层盐土面积占主导地位,随土层深度增加,盐土面积也逐渐增大。     

塔里木河下游土壤水分与植被时空变化特征

运用变异系数、Pearson相关和回归的方法,分析了塔里木河下游2002-2006年土壤水分的时空变化和植被的分布,以及二者之间的相互关系。结果表明:土壤含水率水平空间分布随离水源地距离增加而降低,垂直分布随土层深度的增加而增加;0-60cm土壤含水率变异性最小,属中等变异性;60cm以下土壤含水量变异性增大,属强变异性;土壤含水率的时间变化受生态输水量和持续时间的制约。土壤含水率与植被的时空分布具有同步性;植被特征指数与80-280cm土壤含水率显著相关,且二者与地下水埋深均呈现极显著负相关,说明60cm以下的土壤含水率显著影响植被的生长和分布,而且地下水位是影响土壤水分和植被时空变异的主要因素。     

喀斯特坡地基岩起伏对土壤剖面水分格局的影响

研究了喀斯特地区典型坡地3条人工开挖样沟(投影长21 m、宽1 m)的岩土结构特征、土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量沿坡面向下的变化趋势,探讨了喀斯特坡地基岩起伏对土壤水分格局的影响.结果表明: 喀斯特坡地地表地形与基岩地形不一致,基岩深度变异系数最大为82%,基岩起伏较大.基岩起伏程度明显影响到土壤剖面水分分布格局: 基岩起伏较小时,土壤含水量呈上坡位至下坡位逐渐增加的趋势,且土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量与基岩深度相关性均不显著;基岩起伏越大,土壤含水量沿坡向下线性增加的趋势越不明显,土壤水分空间连续性越差,基岩凹陷、裂隙处土壤含水量较高,土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量与基岩深度呈极显著正相关,但后者对基岩起伏的响应更明显.     

黄土高原沟壑区小流域坡地土壤养分分布特征

坡地土壤质量退化以及生产力下降是限制坡地植被恢复的主要因素，而坡地土壤质量和生产力在很大程度上取决于土壤养分状况。通过野外调查和室内分析相结合的方法，研究了黄土高原沟壑区坡地土壤养分分布特征，结果表明坡地土壤主要养分含量均随土壤层次的加深而降低，其中以有机碳和全氮降低最多，而硝、铵态氮和全磷降低较少；坡地不同土层土壤有机碳和全氮表现出较大的变异性，土壤铵态氮和全磷的变异较小。0．005～0．05mm土壤颗粒含量随土层加深而增加，0．05～1mm颗粒含量随土层加深而降低；〈0．005mm土壤颗粒含量在0～40cm土层变异很大，而0．005～0．05mm和0．05～1mm的土壤颗粒在所有土层变异都很小。有机碳、全氮、全磷和〈0．005mm颗粒从坡顶向下呈增加的趋势，其分布与坡度和坡长有关，其变异性随坡度和坡长的增加而增大。坡面较长时，〈0．005mm颗粒易于在坡面中、下部累积，坡度较大时则易于迁移出坡面。坡面土壤有机碳、全氮和全磷均在坡底部富集，其富集程度和位置因坡长和坡度而异，长缓坡有利于养分富集，短陡坡利于养分迁出。坡度较小时坡面不同位置土壤养分剖面分布主要由坡面土壤性质变异引起，随坡度的增加，土壤侵蚀便逐渐成为坡面养分分布的主导因子。坡上部碳、氮养分流失的深度也随坡度的增加而加深，而不同坡位全磷的剖面分布与坡度的关系较差。因此，在坡地土壤养分调控中必须综合考虑坡度和坡长因素。     

岷江上游高原植被类型与景观特征对土壤性质的影响

土壤空间异质性是土壤的重要属性之一采用地统计学的理论和方法与传统统计学原理,研究了青藏高原东缘高原面土壤性质的空间异质性及其理化因子和植被类型、景观位置的相关性。变异函数分析结果表明,土壤水分与养分元素具有明显的空间异质性由于植被类型与景观性质的影响,利用传统统计学方法,对研究的样地进行了分类统计,结果表明,植被类型与土壤养分之间的相关性很大,海拔高度也是影响养分与水分分布的一个重要因子,灌丛群落类型土壤质量指数高;不同坡位对养分的影响具有相同的趋势,对于不同海拔的地貌来说,丘陵组下坡位>上坡位>中坡位,而低山组为下坡位>中坡位>上坡位;坡面尺度上土壤养分的空间变异受景观性质与生态系统类型的综合影响。     

黄土丘i陵小流域土壤水分的空间异质性及其影响因子

研究了黄土丘陵小流域土壤水分空间异质性的剖面及时间变化规律,从土壤水分与环境因子的关系分析人手,探讨了景观尺度上土壤水分空间异质性的影响因子.结果表明,黄土丘陵小流域土壤水分的平均值与空间异质性均呈现出明显的剖面变化与季节变化规律.土壤平均含水量从表土层开始,随着土层深度的增加而增高;空间异质性(变异系数)从亚表层开始增加.土壤含水量在降雨后立即升高随后逐渐降低;空间异质性却正好相反.方差分析与相关分析表明,土壤水分的空间异质性是立地尺度(坡度)、坡面尺度(坡位与相对高度)和流域尺度(土地利用与降雨)等多重尺度上的环境因子共同作用的结果.这些不同尺度的环境因子对土壤水分空间异质性的影响表现出明显的剖面变化规律与季节变化规律.     

基于流域尺度的土壤盐分空间变异特征——以渭干河-库车河流域三角洲绿洲为例

土壤中水溶性盐的分析,是发展研究盐渍土盐分动态监测与预报技术的重要基础工作。针对目前干旱半干旱区广泛存在的绿洲土壤次生盐渍化问题,基于GIS和地统计学方法,研究了渭干河—库车河流域三角洲绿洲盐渍化土壤特征(土壤含盐量)的空间变异性。研究结果表明:渭-库绿洲土壤含盐量的空间变异性为中等变异,且随土壤深度增加而减弱。各层土壤的合理采样数为在95%置信水平,20%误差下的合理采样数目。高斯模型能够较好的拟合10-30cm及30-50cm层土壤含盐量的空间结构。各层土壤盐分空间变异性受到结构性与随机性因素共同作用的影响,呈强空间相关性。套合结构模型考虑到0-10cm层土壤盐分空间变异的尺度依赖性,能够更好的拟合0-10cm层土壤含盐量的空间结构。Kriging插值以及空间等值线分布趋势图能够直观的表现研究区内土壤盐分含量的空间分布状况和变化情况。研究为土壤特征变量空间变异分析与评价提供了普适性较强的实现方法,为构建盐渍土定量动态监测模型以及盐渍土的改良利用提供一定的科学依据。     

罗浮栲天然林土壤可溶性有机碳的剖面分布及季节变化

对罗浮栲天然常绿阔叶林土壤1m剖面内可溶性有机碳(DOC)进行了研究,结果表明:林地土壤DOC的平均含量随土层深度增加呈下降趋势,表层(0～5cm)土壤DOC的平均含量为55.69 mg·kg-1,分别与其他土层间含量存在显著性差异(P<0.01);不同土层的DOC含量占土壤有机碳的比例也随土层深度增加而降低,1m剖面内DOC的平均含量占土壤有机碳含量的0.14%;各季节土壤剖面DOC含量随土层深度增加均呈下降趋势,冬季下降趋势最为显著,夏季下降趋势相对平缓.土壤剖面DOC含量的季节变化为:冬季>秋季>春季>夏季,各季节不同土层DOC含量占土壤有机碳比例的变化趋势均不明显;不同土层土壤DOC含量的季节变化差异显著(P<0.01),表层(0～5cm)土壤间差异最为明显.     

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。     

干热河谷区不同坡位土壤水分对降雨的响应特征

研究干热河谷地区土壤水分在降雨过程中的短时动态变化,有助于揭示该地区的土壤水文功能。本研究选取贵州花江干热河谷作为研究区,运用原位监测法,获取不同坡位的高频土壤水分监测数据,分析土壤水分对降雨的短时动态响应特征。结果表明: 在整个监测期间,无论是坡上还是坡中,研究区各层土壤水分均为中等变异水平(15.2%≤变异系数CV≤29.7%),坡上土壤水分的波动幅度(CV=21.1%)大于坡中(CV=19.1%),0～5 cm土层(CV=26.2%)大于20～40 cm土层(CV=16.5%)。与坡中相比,坡上土壤水分对降雨的响应速度更快,降雨对土壤水分的补给量大、补给速率快;坡上的土壤水分补给速率与消退速率之差(2.3%·h^-1)大于坡中(1.8%·h^-1)。随土层深度增加,下层土壤水分对降雨的响应早于或同步于上层,降雨对土壤水分的补给量减少、补给速率减慢,土壤水分的消退速率也减慢。与坡中相比,坡上土壤水分入渗能力更强,保水能力更优。干热河谷的微观环境和小气候影响土壤水分对降雨的响应特征,而岩-土界面优先流的快速补给则会加快下层土壤水分对降雨的响应速度,使得该地区的坡面更容易形成混合产流机制。     

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。     

青海湖流域季节性冻土区坡面土壤有机碳分布特征及其影响因素

以高寒半干旱区青海湖流域季节性冻土为研究对象,通过调查采样和室内分析,研究了坡向和坡位对不同深度土壤有机碳含量分布的影响。结果表明：阴、阳坡有机碳含量均随土壤深度增加而下降,但阳坡下降的幅度（64%）明显高于阴坡（44%）。阴坡土壤有机碳平均含量为81.99 g/kg,大于阳坡（61.84 g/kg）;不同坡位,土壤有机碳分布特征因坡向而异,其中阴坡土壤有机碳平均含量表现为坡下（89.60 g/kg）＞坡中（86.52 g/kg）＞坡上（69.87 g/kg）,而阳坡土壤有机碳平均含量表现为坡上（65.71 g/kg）＞坡下（61.42 g/kg）＞坡中（58.39 g/kg）。此外,坡位对不同深度土壤有机碳的影响程度在不同坡向也存在差异。阴坡坡位因子对深层土壤有机碳影响显著,而阳坡坡位因子对浅层土壤有机碳影响显著。一般线性模型结果表明,坡面土壤有机碳含量主要受土层和坡向的影响,可解释74.52%的变异性。     

桂西北喀斯特坡地土壤137Cs的剖面分布特征及其指示意义

分析了¹³⁷Cs及土壤有机碳（SOC）在桂西北典型峰丛坡地及岩溶裂隙中的剖面分布特征,探讨了¹³⁷Cs方法在喀斯特坡地的适用性及其指示的坡面土壤侵蚀特征.结果表明：所有剖面¹³⁷Cs与SOC均显著相关,两者可能有相同的流失途径;次生林坡地¹³⁷Cs主体分布深度在24 cm以内,中上及中坡剖面随深度呈指数递减分布,地表无侵蚀或侵蚀轻微,坡脚剖面呈较严重侵蚀形态;坡耕地剖面¹³⁷Cs在耕层内均匀分布,中上坡及中坡主体分布深度在15 cm左右,面积活度远低于背景值,土壤侵蚀剧烈,坡脚分布深度至45 cm,呈堆积形态;次生林坡脚剖面、耕地中上坡剖面及所有裂隙剖面,¹³⁷Cs在主体分布深度以下有断续极微量的分布,指示了喀斯特坡地土壤颗粒有随降雨沿地表负地形向地下流失的趋势,但流失量轻微.     

微地形对大西沟新疆野杏萌发层土壤因子的影响

野杏是新疆野果林的主要建群种和种质资源树种。野杏在种子萌发成苗期,幼苗的根系主要分布在0—15 cm土层中。为了阐明坡向、坡位、坡度和坡形等微地形因子对野杏种子萌发层土壤特征和养分分布的影响,在新疆伊犁州霍城县大西沟的封育野果林内(44°26′01.09″—44°26′17.12″N,80°46′27.49″—80°47′03.26″E)设置样地,测定0—15 cm土层的土壤砾石、酸碱值、有机质和全氮、全磷、全钾、水解性氮、有效磷和速效钾含量,分析各土壤因子和地形因子的关系。结果表明:(1)东北坡土壤养分含量较高,其土壤砾石含量、酸碱值、有机质、全磷、水解性氮和速效钾含量与东南坡、南坡皆存在显著差异(P0.05),阴坡的土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量都高于阳坡,不同坡向的土壤特征和养分分布存在显著差异(P0.05);(2)不同坡位的土壤有机质、全氮、全磷和有效磷含量均表现为中坡位下坡位上坡位,土壤砾石、全钾和速效钾含量均呈现上坡位中坡位下坡位,全钾、全磷和有效磷含量在同坡位分布较均匀,不同坡位的土壤特征和土壤养分分布无显著差异(P0.05);(3)不同坡度下的土壤水解性氮和有效磷含量是缓坡中坡缓中坡陡坡,土壤砾石、酸碱值、全氮、水解性氮、有效磷和速效钾含量有显著差异(P0.05),陡坡土壤有机质、全氮、水解性氮和有效磷含量均低于其他坡度,而土壤砾石、土壤酸碱值和全钾在陡坡土层中含量最高,缓坡与缓中坡的土壤养分含量丰富,陡坡较为贫瘠,坡度对土壤特征和土壤养分分布有显著影响(P0.05);(4)不同坡形下的土壤砾石、全钾、水解性氮、有效磷和速效钾含量是凸形坡凹形坡直线坡,不同坡形下的土壤特征和土壤养分(除全钾和速效钾)均存在显著差异性(P0.05)。野果林地形因子对野杏萌发层土壤特征和土壤养分分布有显著影响,东北坡、中坡位、缓坡和凸形坡土壤养分含量较为丰富,是适宜野杏萌发的地形。研究结果可为探究影响野杏种子萌发和生长的气候与土壤水热等因子奠定良好基础。     

云雾山草坡和泾川刺槐林坡面土壤电阻率和含水率的空间差异

采用盆栽控水的方法,研究干旱胁迫（80%FC、60%FC、40%FC和20%FC）及施氮（N0 0 g·pot-1、Nl 1.2 g·pot-1、Nm 3.6 g·pot-1和Nh 6.0 g·pot-1）对麻疯树幼苗叶、茎和根部主要渗透调节物质积累的影响.结果表明： 干旱胁迫条件下,麻疯树幼苗茎和根部的游离脯氨酸、可溶性蛋白和茎部可溶性糖大量积累,叶片中脯氨酸含量也随干旱胁迫程度的增加大幅度上升;Na+、Ca2+和Mg2+在麻疯树幼苗叶、茎和根中大量积累,而K+仅在茎中大量积累,叶片和根部K+含量略微上升.施氮对植株渗透调节物质的影响与干旱胁迫强度和施氮水平有关.在80%FC和60%FC水分条件下,增加N肥施用量能明显促进麻疯树幼苗各组分渗透调节物质的积累;在40%FC水分条件下,Nh处理对渗透调节物质积累的促进作用减弱;而在20%FC条件下,Nl处理植株的渗透调节能力较高,Nm和Nh处理对植株渗透调节的促进作用不明显甚至转为抑制.     

北京山区侧柏林坡面土壤水分时空动态及其影响因素

研究基于自然坡面土壤水分高密度观测方法,明确北京山区侧柏林自然坡面土壤水分动态变化特征、时间稳定性及其影响因素,提升对北京山区坡面土壤水分时空动态及其影响因素的认识,为华北土石山区生态恢复对水文水资源影响评估提供依据。研究以北京鹫峰国家森林公园人工侧柏林地坡面（40 m×50 m）为研究对象,用Diviner 2000测量该自然坡面中30个测点,于2014年8月至2016年3月对坡面观测砾石层以上的土壤含水量（SWC）进行了观测。结果表明：观测期间土壤蓄水量（SWS）具有明显的季节变化特征且与降水量的变化趋势基本保持一致;不同土层SWC均处于中等变异,SWC较高时,SWC的变异性较低;研究区的土壤水分在整个观测期间都具有较高的时间稳定性,位于上坡水平阶的2号测点最能代表研究区的平均土壤水分;随着离树距离的增加SWS逐渐增加,春、夏、秋季离树距离0.5 m与1.5 m处SWS差异显著（P<0.05）;水平阶SWS显著大于陡坎（P<0.05）,夏、秋季下坡位土壤SWS显著低于上坡位（P<0.05）,水土保持工程措施对坡面SWC的分布格局有重要的影响。     

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。