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。     

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.     

华北农牧交错带农田-草地景观镶嵌体土壤水分空间异质性

为揭示草地景观破碎化过程中产生的农田-草地镶嵌体内部土壤水分空间异质性、分布格局以及生态界面特征,本研究利用经典统计与地统计学方法对华北农牧交错带农田-草地镶嵌体不同采样粒度(0.5 m×0.5 m,1 m×1 m,2 m×2 m)土壤水分空间异质性进行分析。结果表明:农田-草地镶嵌体内部土壤水分含量差异显著表现为农田>农田-草地边界>草地 (P < 0.05);土壤水分变异系数(CV Coefficent of variation)差异显著表现为农田-草地边界>草地>农田(P < 0.05),均属中等程度变异。在农田-草地镶嵌体尺度下,农田-草地边界土壤水分在3个采样粒度下均拟合为球状模型,空间异质性大小(MSH Magnitude of spatial heterogeneity)分别为0.814、0.763和0.883,变程为15.44、27.24和19.09 m,属强空间自相关;草地土壤水分空间异质性在3个采样粒度下拟合呈指数和球状模型,空间异质性大小分别为0.537、0.837和0.650,变程分别为6.009、12.74和30.99 m,属中到强空间自相关;农田土壤水分在采样粒度2 m×2 m下拟合成球状模型,空间异质性大小为0.706,变程27.28m,属中等空间自相关,而在较小采样粒度下均为纯金块效应(Nugget)呈完全随机分布,即不同采样粒度(0.5 m×0.5 m,1 m×1 m,2 m×2 m)的农田、农田-草地边界、草地的土壤水分空间异质性大小存在显著差异且表现为农田-草地边界>草地>农田(P < 0.05),同时每种类型不同采样粒度间的空间异质性大小存在差异但无线性关系(P > 0.05);农田-草地镶嵌体内部的农田-草地边界土壤水分分布格局异质程度高,呈明显斑块状,而农田内部土壤水分较草地更加破碎匀质化,同时土壤水分在农田-草地边界处表现为伴有突然升高随即降低剧烈变化的界面效应。     

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。     

基于地统计学的黄土高寒区典型林地土壤水分盈亏状况研究

土壤水分是黄土高寒区水循环、地下水补给和植被恢复的关键因素,基于地统计学研究土壤水分空间分布及其盈亏状况,揭示林地土壤水分的空间分布规律、变异特征及空间结构,对于区域植被恢复具有重要价值。以大通县安门滩小流域人工林地作为研究对象,运用地统计学方法对其5月、7月和9月的土壤储水量、林地耗水量和土壤水分盈亏量进行综合分析。研究结果表明:(1)土壤储水量总体表现为9月5月7月,而林地耗水量为7月9月5月,5—7月绝大多数林地的土壤水分呈亏损状态,而7—9月所有林地土壤水分都得到了补充,总体来看,5—9月研究区多数林地的土壤水分有所盈余,土壤储水量、林地耗水量和土壤水分盈亏量均采用指数模型作为最优理论变异函数模型;(2)5月、7月和9月土壤储水量呈南高北低、西高东低的空间分异规律,且西南-东北方向变异较东南-西北方向剧烈;各月林地耗水量在西南-东北方向变异较东南-西北方向剧烈,总体表现为西南部区域低于东北部区域;在5—7月、7—9月和5—9月这三个时期内,土壤水分盈亏量的取值均呈现出东北部区域小于西南部区域的特点。综上,当地土壤水分状况与林地耗水量分布格局并不完全匹配,虽然绝大部分林分能够维持土壤水分收支平衡,但部分山脚处的青杨林地和中部区域的华北落叶松林地出现了土壤水分亏损的现象。为防止林地水分环境恶化,在之后黄土高寒区的植被建设过程中,应适当调整林分配置。     

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。     

北方农牧交错带沽源农田-草地界面土壤水热空间特征

农田-草地景观界面是我国北方农牧交错带景观组成部分,研究该界面生态特征的格局和过程是完善北方农牧交错带研究的热点领域.首次采用地统计学方法中的半变异函数、克里格插值估计、空间分布图等方法研究北方农牧交错带河北沽源地区的农田-草地界面(CGB)土壤水热的空间异质性和界面空间效应.结果表明:根据不同尺度下的土壤水热空间异质性各参数的变化趋势确定较为合理的采样粒度为 0.5m×0.5m;农田-草地界面0～20cm土层土壤含水量为中等变异,土壤温度为弱变异,不同采样粒度空间结构特征定量研究得到土壤水分变程范围(A_0)为2.93～15.4m,且为中到强度的异质性程度(MSH),土壤温度变程为3.75～20.99m,表现为强空间异质性;验证在农田-草地边界向两侧的一定范围内土壤水热存在过渡型界面效应,且具不同的生态梯度.该研究结果是认识农田-草地界面和进一步开展该界面功能研究的基础,对深入研究北方农牧交错带农田-草地界面非生物水热界面具有重要意义.     

华北农牧交错带农田-草地界面土壤水分的空间特征

利用经典统计与地统计学方法,对华北农牧交错带农田-草地界面不同采样粒度（1 m×1 m、2 m×2 m）0～50 cm土层土壤水分的空间异质性进行了分析.结果表明：研究区农田、草地、农田-草地界面土壤水分均属中等变异,草地土壤水分的变异系数较农田大;土壤水分的变异系数随土层深度的增加而逐渐增大,且1 m×1 m采样粒度下农田-草地界面土壤水分变异系数与土壤深度呈显著相关(P＜0.05);1 m×1 m采样粒度下,农田-草地界面各土层土壤水分的空间异质性明显高于邻近的农田和草地,表现为中度到强度的空间自相关性,变程在7.65～30.99 m,且具斑块分布格局;2 m×2 m采样粒度下,农田-草地界面各土层土壤水分的空间结构既有中到强度的空间自相关性,又有完全随机化的纯块金效应,变程在4.16～18.86 m;在农田-草地边界存在土壤水分的界面效应.     

祁连山地甘肃臭草斑块土壤水分与植被盖度空间格局

土壤水分是植被格局形成和演变的主要因素,土壤水分的空间异质性对于认识干旱区草原植物对环境的响应机制具有重要意义,而在较小尺度上,植被状况是土壤水分空间异质性的主要驱动因子.利用地统计学方法,研究了祁连山北坡甘肃臭草单优种群斑块浅层剖面(0 ～30 cm)土壤水分与植被盖度的空间异质性及其关系.结果表明:甘肃臭草斑块浅层剖面土壤水分和植被盖度均符合正态分布,各层土壤水分均存在高度的空间异质性,其中,80.93％～87.34％的空间异质性是由空间自相关引起的,植被盖度主要体现在4.09～6.91 m的尺度上,而由1 m以下尺度随机因素引起的空间异质性占12.66％ ～19.07％;甘肃臭草在斑块尺度上各层土壤水分的空间结构表现出明显的圈层结构和斑块状分布的特点,土壤水分高低值斑块呈镶嵌分布且具有较强的空间异质性;甘肃臭草通过生理整合影响并在一定程度上改变了小尺度上土壤水分的分布格局,从而实现了对土壤水分资源最大限度的利用,提高了种群在干旱生境中的适应能力和竞争力.     

黄土丘陵区生物结皮空间分布的代表性景观指数

景观指数可量化表征生物结皮的分布特征,但景观指数存在数量众多、冗余度较高的问题。本研究以位于典型黄土丘陵区的陕西省吴起县合沟小流域不同分布格局的58个样方的生物结皮为对象,计算其15个常用景观格局指数,基于相关分析、因子分析和敏感性分析,筛选出可描述生物结皮景观格局、具有特定生态学意义的代表性景观指数,并以陕西省定边县杨井镇鹰窝山涧小流域退耕地不同盖度的生物结皮为例,检验所选景观格局指数的可靠性和合理性。结果表明: 15个景观指数中,10个指数之间具有显著相关关系,而边缘长度(TE)和边缘密度(ED)分别与斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、丛生度(CLUMPY)和散布与并列指数(IJI)无显著相关性。斑块占景观比例(PLAND)、ED、斑块连结度(COHESION)和分离度(SPLIT),分别从盖度、长度、连通度和破碎度方面描述了生物结皮空间分布特征,其代表的3个公因子在刻画生物结皮空间分布格局时累计贡献率达91.6%。本研究确定了可量化生物结皮空间分布复杂性的代表性景观指数,为研究生物结皮格局变化及其与生态过程的关系提供了理论依据。     

黄土丘陵区坡面林-草边界土壤水分特征

研究了黄土高原丘陵区林-草边界上旱季和雨季土壤水分的空间分布变化特征.结果表明,旱季林地土壤水分的变异系数都小于草地,林地内各个层次土壤含水量差异不大,草地内各个层次土壤含水量差别较大;雨季林地土壤水分的变异系数都大于草地,林地内各个层次土壤含水量差别较大,而草地内各个层次土壤含水量差异不显著;林-草边界各个层次土壤水分的变异程度为弱变异或中等变异.林-草边界在旱季和雨季具有不同的影响域,旱季边界影响域为从林外0.4倍树高距离到林内0.4倍树高距离;雨季边界影响域为从林外0.4倍树高距离到林内0.8倍树高距离.因此,可将林-草景观划分为3个区：草地区,即由距林缘0.4倍树高距离处向草地方向延伸;林缘区,即由林外0.4倍树高距离到林内0.4倍树高距离(旱季)或0.8倍树高距离(雨季);林地区,即由林内0.4倍树高距离(旱季)或0.8倍树高距离(雨季)处向林内方向延伸.林-草边界水平方向上3个分区的土壤水分垂直分布呈现出不同的变化规律,而且旱季的规律特征与雨季相反.     

黄土高原土壤水分变化的时空特征分析

对晋西北砖窑沟流域荒地7年土壤水分定位观测表明,生长期土壤水分动态主要受降水量及其分配的影响．一般年份生长期土壤水分动态可分为3个时段：1)春末夏初土壤水分消耗期;2)夏末秋初土壤水分蓄积期和3)秋末冬初土壤水分消耗期．0-300cm土层水分含量的季节变化与测定序号的关系方程为：1)直线型(1988,1990),2)指数型(1992,1995)和3)抛物线型(1993)．以150cm为界,下部土壤水分与上部的比大于1．不同降水年土壤湿度与土层深度的关系方程均为三次抛物线型．土壤水分的变异系数随深度的增加而减小．0-300cm内的土壤水分剖面可分为活跃层(200cm以上)、过渡层(200-250cm)和稳定层(250cm以下)．各层深度随降水量及其分配的不同而变化．不同降水年荒地土壤水分的方差分析总体差异显著,但各组间的均值配对比较结果不同．特涝年的荒地土壤水分与其它年份差异均显著．荒地与柠条林地的土壤水分差异显著,但与河北杨林地和小叶杨林地的土壤水分差异不显著．本文采用的定量研究方法有助于黄土高原不同地区和不同植被条件下土壤水分的定量比较．     

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.     

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．     

黄土丘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入手，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。     

华北太行山前平原农田土壤养分的空间变异性研究

采用地统计方法,分别对栾城县(面积约30490hm^2)和中国科学院栾城生态农业试验站示范区(15hm^2)农田耕层土壤养分的空间变异特征进行了研究．结果表明,在2个不同采样间距下,各土壤养分含量均具有空间相关性,县域范围近似以1km网格采样,最大相关距离为4．2～15．6km,在示范区以20m网格采样,则为112～223m;在同一采样间距下,土壤有机质、全氮、全磷、速效养分(N、P、K)含量的空间变异结构也各不相同,具有块金方差效应,半方差图分别遵从高斯和球函数模型．认识本区土壤的这种空间变异结构有助于实现对农田土壤养分的分区和合理管理．     

黄土丘陵沟壑区小流域土壤水分空间变异

采用经典统计学和地统计学相结合的方法探讨了黄土丘陵沟壑区小流域土壤水分(0~300 cm)水平和垂直方向的空间变异特征,以及土地利用和地形因子对其影响规律。结果表明:(1)土壤水分的垂直变化表现为先降低后增加;变异系数为11.22%~21.05%,具有中等程度变异,土壤水分平均值与变异系数之间呈显著负相关。(2)梯田的层状分布和微地形的存在削弱了土壤水分在水平方向上的空间相关性;水平方向变程范围在19~102m,增加采样密度能增加土壤水分的空间结构信息;(3)土壤水分在垂直方向上存在强烈或中等程度的空间自相关;垂直方向的变程的范围为0.67~2.64 m;(4)不同环境因子基台值的变化格局与平均土壤含水量相反,水分的增加对基台值有一定的平滑效应;不同土地利用类型对土壤水分垂直变异影响程度依次为荒草地林地退耕地耕地,而坡位则表现为梁沟谷。     

黄土丘陵区土壤质量评价指标研究

针对黄土丘陵区侵蚀土壤最主要的功能--生产力和抗侵蚀能力,运用敏感性分析、主成分分析和判别分析法,对10种土地利用类型、208个样点的32项土壤属性指标进行了筛选.结果表明,在黄土丘陵区,土壤速效磷含量、抗冲性、渗透系数、活性有机碳、有机质、脲酶作为土壤质量评价的高度敏感指标,是土壤质量恢复与调控的主要目标.土壤生物指标属于高度敏感和中度敏感指标.黄土丘陵区侵蚀土壤的29项理化及生物属性指标可以被归纳为5个土壤质量因子:有机质因子、质地因子、磷因子、孔隙因子和微结构因子.5个因子中,孔隙因子在不同土地利用方式之间差异不显著,其余4个质量因子在不同土地利用方式之间差异极显著.黄土丘陵区侵蚀土壤质量评价指标为有机质、渗透系数、抗冲性、CEC、蔗糖酶、团聚体平均重量直径、速效磷、微团聚体平均重量直径.其中,有机质、渗透系数、抗冲性是表征黄土丘陵区侵蚀土壤质量的关键指标.