子午岭植被恢复对土壤饱和导水率的影响

通过对子午岭林区不同植被的土壤性质进行实验室测定和野外调查,对饱和土壤水分运动的重要参数之一土壤饱和导水率(Ks)及其相关因子进行了多元分析和通径分析,揭示了植被恢复提高土壤水分传输性能的机理,主要结论如下:土壤有机质是子午岭林区九种植被下土壤饱和导水率提高的主要驱动因子.不同植被下的土壤饱和导水率均随深度的增加而迅速降低,尽管草地和先锋草地在5～10cm深度有一强透水层.土壤饱和导水率在剖面上的平均值,从辽东栎、早期森林、灌丛、先锋草地、弃耕地到草地依次降低.灌丛与草地、弃耕地的差异达到显著水平,辽东栎顶级群落的饱和导水率最高,植被的恢复明显提高了土壤饱和导水率.土壤容重、毛管孔隙度、>0.25mm团聚体含量及粘粒含量直接影响土壤饱和导水率.土壤有机质含量的提高能够改善容重、毛管孔隙度、团聚体含量等物理性质.     

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。     

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.     

黄土高原六道沟流域不同土地利用方式下土壤水力特性及其对土壤水分的影响

采用地统计学中交互相关系数方法,对黄土高原六道沟流域农田、荒草地、林地、苜蓿地4种土地类型土壤剖面水力特性及其对水分分布的影响进行了分析.结果表明：研究区农田与荒草地的土壤特性相似,苜蓿地与林地相似;相同吸力条件下,土壤水分以农田最大、林地最小,而饱和导水率则相反;除土壤水分消耗期的林地和苜蓿地土壤水分随土层深度增加呈上升趋势外,其他时期各土地利用方式下土壤水分均随土层深度的增加而降低.土壤剖面饱和导水率与土壤含水量之间的影响程度依土壤水分条件而异：水分补偿期,剖面土壤饱和导水率对滞后其空间距离0～40 cm土层内的土壤含水量具有显著影响,而土壤水分含量对饱和导水率的影响范围为0～50 cm;水分稳定期,饱和导水率与土壤含水量的相互影响范围均在0～60 cm;水分补偿期和稳定期,二者之间为正相关;土壤水分消耗期,农田和荒草地饱和导水率与水分含量呈正相关,饱和导水率对土壤水分含量的影响范围在滞后其空间范围0～80 cm土层内,而土壤水分含量对饱和导水率的影响范围在0～60 cm内,林地和苜蓿地则呈负相关,相互影响范围均在0～60 cm土层内.     

黄土塬区不同地形部位和土地利用方式对土壤物理性质的影响

在黄土塬区王东沟流域采集不同地形部位和不同土地利用方式下土壤样品,测定其颗粒组成、容重和饱和导水率,借助变异系数、非参数检验等方法研究了不同地形部位和不同利用方式对土壤物理性质的影响.结果表明：土壤物理性质在水平方向和沿垂直剖面都存在变异,但在同一地形部位或同一土地利用类型内,容重和颗粒组成基本相似.水平方向,饱和导水率属强变异,粘粒和砂粒含量属中等变异,粉粒含量和容重属弱变异;沿垂直剖面,土壤的粒级分布具有连续性,但0～25 cm的土壤容重和饱和导水率与下层土壤差异显著.沿坡面从上向下,土壤趋向粘重,但饱和导水率增大;其中上坡位和中坡位的土壤性质相似,在相关研究中可以进行合并.草地与其他利用方式下的土壤性质差异显著,主要受地形部位的影响;耕地和果园的土壤性质相似且不同于其他利用类型,表明人为干扰对土壤物理性质有重要影响.     

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。     

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.     

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.     

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、6m.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.     

永定河流域官厅水库南岸典型林分土壤饱和导水率研究

为研究永定河流域官厅水库南岸生态水源保护林土壤饱和导水率(K_(fs))的特征,科学评价水源保护林功能,选取水源保护林典型林分与当地成林和非林地作对比,采用方差分析、相关分析和因子分析的方法研究土壤理化性质对饱和导水率的影响并根据因子得分排名探究土壤通透性最好的林分。结果表明:(1)土壤饱和导水率随土层深度增加而减小,水源保护林中混交林的饱和导水率大于纯林接近于成林,侧柏×山杏混交林的饱和导水率最高;(2)因子分析结果表明,影响饱和导水率最主要的因素为饱和含水量、容重和有机质含量;次重要因子为土壤砂粒、粉粒和粘粒含量,土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度对本区域饱和导水率影响不大;(3)综合因子得分排名分析,以侧柏×山杏混交林的土壤通透性最好,油松×山杏混交林次之。目前生态水源保护林对土壤通透性的改善优势明显,造林颇具成效。     

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．     

橡胶-益智复合林土壤饱和导水率空间分布格局及其影响因子

为深入解析热带地区胶农复合林土壤饱和导水率(K_s)的空间分布特征，及应对橡胶林的土地退化和季节性干旱问题，本研究在云南省勐腊县中国科学院西双版纳热带植物园橡胶-益智(Hevea brasiliensis-Alpinia oxyphylla)复合林建立试验小区(25 m×11 m),随机选取40个小样方，测定K_s、土壤容重、非毛管孔隙度和田间持水量，采用普通克里金插值法、地统计学、通径分析方法解译和分析橡胶-益智复合林土壤饱和导水率的空间分布格局、变异特征及其影响因子。结果表明：益智种植带K_s显著大于橡胶种植带(P<0.01),且K_s随距益智种植带的距离增大而降低；受结构性因素影响，K_s与田间持水量都表现出强烈的空间自相关性(块金系数C₀/(C₀+C)≤25%);K_s与土壤容重呈显著负相关(-0.613,P<0.01),与非毛管孔隙度(0.408,P<0.01)、田间持水量(0.352,P<...     

南方丘陵区不同坡地利用方式土壤水分动态

土壤水分异质性的存在对各种水文过程和土壤形成过程均有显著的影响,了解土壤水分的异质性对理解和预测土壤水分过程具有重要意义.应用时域反射仪(TDR)土壤水分定位监测方法,研究了南方丘陵区不同坡地利用方式土壤水分动态及其影响因子.结果表明:3种坡地利用方式土壤水分变化具有明显的季节特征,杜仲人工林土壤蓄水量最高,荒山草坡次之,坡耕地最低.植物非生长季节土壤含水量均值高于生长季节,生长季节土壤水分消耗大于补给,非生长季节土壤水分补给大于消耗;干季和湿季两个时段3种坡地利用方式土壤含水量垂直变化趋势具有相似性,其土壤含水量差异不显著.3种坡地利用方式土壤蓄水量与太阳辐射量和大气温度表现为负相关性,与降雨量、大气相对湿度和饱和水气压差表现为正相关性,降雨量是其最直接的影响因子,其次是温度.雨季单次降雨后土壤蓄水量与雨后干旱天数存在显著的线性负相关性(P<0.05),土壤水分损失率与干旱天数存在双曲函数关系(P<0.05), 随着干旱天数的增加,土壤水分损失率趋于平缓.雨季单次降雨后持续干旱条件下3种坡地利用方式土壤剖面含水量呈递减的变化趋势,杜仲人工林土壤水分损失率系数最高,荒山草坡次之,坡耕地最低.     

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.     

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。     

黑河上游山区土壤非饱和导水率测定及其估算——以排露沟流域为例

黑河上游山区土壤水分表现为非饱和特征,准确估算该区域表层土壤非饱和导水率(K10)可提高山区生态水文模型的可靠性.本研究野外测定了黑河上游排露沟流域的K10,并利用土壤传递函数(PTFs)以土壤机械组成、容重及土壤平均粒径作为分析因子进行模拟估算,结果表明:排露沟流域森林、草地、退耕裸地的K10均值分别为(0.21±0...     

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。     

绿洲-荒漠过渡带景观的植被与土壤特征要素的空间异质性分析

采用变异函数的理论和方法,通过空间异质性特征比较,研究了阜康绿洲-荒漠过渡带景观中的植被盖度和土壤环境因子的空间异质性、空间格局及其关系．在此基础上,应用Kriging局部块段插值法,以三维图形显示出各个要素的空间分布格局．结果表明,除土壤全盐量空间相关性较弱外,其他各要素具有中等程度以上的空间相关性,且空间变异主要发生在较小尺度上．其中,植被盖度的空间异质性程度较高,在3km的尺度内具有明显的空间格局．从空间分布格局看,植被盖度、土壤表层含水量和土壤pH值沿样带相邻点差异对比明显,高值区和低值区交错．草本盖度与土壤表层含水量、土壤pH间有相关关系,灌木平均盖度主要依靠深层次地下水维系．灌木和草本盖度的块金值具有明显差异,可能因为二者要求不同的生态条件,因而在同等尺度上具有不同的生态学过程．     

花岗岩崩岗不同部位土壤饱和导水率特征及其影响因素

崩岗是我国南方花岗岩丘陵区普遍存在的水力-重力复合土壤侵蚀现象。为探究崩岗的土壤水力学性质与侵蚀机理的内在联系及其与影响因素之间的关系,选择桂东南活动型、半稳定型和稳定型3种花岗岩崩岗为对象,研究不同部位土壤饱和导水率的空间变化及其影响因素。结果表明:1)崩岗土壤饱和导水率在不同部位呈波动分异,其中崩壁中部为最小值,崩积堆上部为最大值,其次为洪积扇顶端。2)选取Cosby、Compbell、Julià、Hypre 4种土壤饱和导水率传递函数对该区土壤饱和导水率进行拟合,结果预测值与实测值均存在偏差。3)相关性分析表明,土壤饱和导水率与毛管孔隙度、黏粒含量呈极显著负相关关系,与非毛管孔隙和砂粒含量呈极显著正相关关系。4)通径分析表明,砂粒含量为崩岗土壤饱和导水率的主要影响因素,其次为非毛管孔隙度和土壤容重,其中砂粒含量与非毛管孔隙度对土壤饱和导水率呈正效应,容重呈负效应。研究结果可为揭示崩岗侵蚀机理和防治提供理论依据。