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。     

小尺度农田土壤有机质的空间变异性

采用10m×10m高密度网格设计,在面积为10.24hm²农田内取耕层土壤样本1 024个,测定土壤有机质(SOM)含量。分析该取样尺度下土壤耕层(O～20 cm)有机质空间变异性,运用地统计学方法量化土壤有机质的空间变异特征。研究结果表明10.24hm²取样区内,土壤有机质空间分布呈弱变异性,CV为1.84%,但整体含量偏低,SOM≤1.04%。剔除趋势的土壤有机质变异函数具有较小的块金值0.000 05、块金基台比0.135和较大的变程145.5 m,Kriging插值的估计标准差仅为0.009 43%,表明该取样尺度下取样区土壤有机质空间分布的结构性变异比例高,土壤有机质具有高度空间相关性和较大空间相关范围。     

典型岩溶流域土壤有机质空间变异——以云南小江流域为例

以云南小江流域为例,利用地统计学与GIS相结合研究岩溶区土壤有机质的空间变异。统计分析结果表明,研究区内土壤有机质含量的总体水平较高,平均为29．0g／kg,变异系数为60．5％,属强变异;半方差函数分析结果表明,流域土壤有机质含量的空间变异具有各向异向性,长、短轴变程分别为39．8km和22．0km,同时由空间自相关部分引起的空间变异性的程度较大,C0／（C0＋C1）值为53．4％,流域土壤有机质含量具有中等的空间相关性;Kriging插值分析结果表明流域土壤有机质含量由东部向西、西南部逐渐降低,其空间分布与流域地质、地貌及土地利用表现出明显的一致性。     

广东新会地区耕地土壤肥力指标的时空变异性

运用地统计学,结合GIS技术研究了近20年广东新会地区土壤pH值、有机质、全氮和全磷等4种土壤肥力指标的时空变异规律.样本的t检验以及Kriging插值结果表明,2003年调查的土壤pH值和有机质含量比1982年显著减小,而全氮和全磷含量显著增加.4种土壤肥力指标的空间分布特征也不同程度地发生了变化.研究区域大部分地区pH值呈减小趋势;研究区域中部银洲湖两岸、南部和西北部的部分地区有机质含量呈升高趋势,其余地区呈降低趋势;研究区域的大部分地区全氮含量呈增加趋势;整个研究区域全磷含量基本上呈增加趋势.     

南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间分布特征及影响因素

基于地统计学和GIS技术相结合的方法,研究了南四湖区农田土壤有机质和微量元素的空间分布特征及其影响因素。结果表明,土壤有机质和微量元素均属中等变异程度,除硼符合正态分布外,其余土壤属性均符合对数正态分布。结构分析表明,除硼为纯块金效应外,土壤有机质和其它微量元素空间自相关性较强,其中结构性因素起主导作用。克里格插值结果表明,土壤有机质分布总体趋势为由北向南逐渐降低,锰、铜、锌分布总体趋势为中部高,南北两端低。影响因素分析表明,土壤类型、耕层质地、坡度、土地利用类型和地貌类型对土壤有机质均有显著影响。土壤类型主要是由于成土母质的差异影响土壤有机质的高低与分布,随质地由砂变粘、坡度由低变高,土壤有机质含量逐步升高,田间管理水平的差异是造成不同土地利用类型下土壤有机质含量差异的主要原因。微量元素中,除硼不受影响外,铁、锰、铜和锌与土壤类型、耕层质地、坡度、土地利用类型和地貌类型密切相关。     

不同干扰程度下土壤有机质空间最优插值法研究

选择最优空间插值方法对明确不同干扰程度下干旱区土壤有机质空间分布规律具有重要意义。通过对新疆阜康市土壤采样分析,分别运用普通克里格法(Ordinary Kriging, OK)、反距离权重法(inverse distance weight, IDW)、径向基函数法(radial basis function, RBF)、局部多项式法(local polynomial, LPI)4种插值方法,描述不同人为干扰程度下干旱区土壤有机质空间分布特征,以探讨其最优空间插值方法。结果表明:①随干扰程度增加,土壤有机质含量降低,空间变异性由弱到中等,变异系数由9.27%增加至28.7%;同时,土壤有机质空间自相关性逐渐降低,从无人为干扰区、人为干扰区到重度人为干扰区分别呈强烈、中等、弱相关关系,即干扰程度越强受随机因素作用越大。②虽然4种方法的插值精度均随干扰程度的增强而降低。但OK法在空间结构性较强的无人为干扰区插值效果最好,R~2为0.625;在人为干扰区及重度人为干扰区RBF法的插值精度均最高,R~2分别为0.562和0.434。该结果为寻找适合于不同干扰程度下干旱区土壤有机质的空间插值方法提供一定的科学参考。     

迁安市农田重金属含量空间变异性

利用地统计学和GIS相结合的方法,对河北省迁安市农田土壤耕层（0～20 cm)8种重金属含量的空间变异性进行了研究.结果表明,农田中8种重金属含量均值未超过土壤环境质量(GB15618-1995)二级标准,属于中等变异.Cu、Zn、Ni、Cr和As含量的变异函数理论模型符合指数模型,空间相关程度强;Hg和Cd含量的变异函数理论模型符合球状模型,空间相关程度中等;Pb含量具有纯块金效应,空间相关程度弱.在整个研究尺度上,Pb含量具有恒定的变异,其余7种重金属含量由空间自相关部分引起的空间变异性起主要作用,空间相关距离为11～20 km.用普通Kriging方法对Cu、Zn、Ni、Cr、Hg、As和Cd含量空间局部插值表明,北部山地重金属含量较高,而中部盆地重金属含量较低.     

基于协同克里格的橡胶园土壤速效钾空间变异性

选取有效变量的协同克里格方法能够提高县域尺度橡胶园土壤速效钾的空间预测精度,对橡胶树精准施肥管理具有重要意义。本研究以海南省白沙县橡胶园0～20 cm耕层土壤为对象,采用地统计学分析土壤速效钾的空间变异特征,运用相关分析筛选显著的特征变量,并比较不同变量的协同克里格(COK)空间插值精度。结果表明: 研究区土壤速效钾平均含量为44.65 g·kg^-1,总体处于缺乏状态;变异系数为52.6%,属中等变异强度;块金效应为12.5%,存在较强的空间自相关。有机质、高程与土壤速效钾含量关系密切,均呈极显著相关;有机质(COK₁)、高程(COK₂)、有机质+高程(COK₃)3种协变量的COK空间插值预测精度均高于普通克里格法(OK),交叉验证模型拟合精度为COK₁>COK₃> COK₂>OK;拟合精度与协变量选取的数量不呈正比,选取相关性更高的协变量更有利于反映区域土壤属性的空间异质性。研究区土壤速效钾含量具有西北部较高、中偏东部地区较低的分布特点。研究结果为今后开展橡胶园土壤钾素管理提供了理论依据。     

不同尺度下内蒙古河套灌区有机质空间变异

以内蒙古河套灌区为研究对象,利用经典统计学与地统计学相结合的方法,对1、4、8 km 3个样点间距下不同土层(0~20、20~40、40~70与70~100 cm)有机质含量的空间变异及尺度效应进行分析。经典统计结果表明,不同尺度下有机质含量均值的变异程度均随着土层深度的增加而增加,其在0~20和20~40 cm土层随着尺度的增加而变大。地统计分析结果显示,不同尺度不同土层有机质含量均具有强烈的空间自相关,且其空间分布主导影响因子为土壤类型。各尺度不同土层有机质空间分布均存在一定程度的方向性,其在小尺度(1 km)表现为东西方向上的条状变异;在中尺度(4 km)及大尺度(8 km)均在土壤表层的东-西和西北-东南方向存在强烈的空间变异性。各尺度下有机质的普通克里格插值交叉验证的均方根误差均小于1,说明样本的空间变异均被高估。研究结果对于理解土壤有机质空间分布具有重要意义,为农业技术研究中野外采样系统设计提供一定的参考。     

插值方法与样点数对县域土壤有效磷空间变异特征评价的影响

与欧美大规模农场经营不同,土地分散经营使我国县域土壤养分空间变异特征评价更加困难.本研究以安徽芜湖土壤有效磷为例,系统地评价插值方法与样点数对县域土壤养分空间变异特征评价准确性的影响.结果表明：局部多项式、普通克里格、简单克里格和析取克里格插值方法的评价效果优于反距离加权法、全局多项式、径向基插值和泛克里格等插值方法,考虑到实际操作简单,推荐用普通克里格方法进行县域土壤有效磷空间变异特征评价.随着参与空间插值样点数的增加,县域土壤有效磷空间变异特征预测的准确性增加,充分考虑评价的准确性和田间取样费用,建议县域土壤有效磷空间变异特征评价的适宜样点数应介于500～1000个.     

艾比湖湿地土壤有机碳及储量空间分布特征

土壤碳储量的研究是全球碳循环研究的热点,土壤碳库的变化对全球气候变暖、维护生态平衡都有着重要的意义。新疆的艾比湖湿地是干旱区典型的盐湖湿地,为探明该湿地有机碳特性及储量,选择艾比湖湿地1m深度的土壤作为研究对象,测试有机碳含量后,对艾比湖湿地土壤有机碳特性进行分析并分层定量测算有机碳储量,结果显示:(1)艾比湖湿地土壤有机碳整体偏低,随土层加深,含量依次递减的规律比较显著。湿地7种不同植被覆盖类型的土壤有机碳含量垂直空间变异性差异明显,其中荒漠河岸林、盐化草甸、小乔木荒漠大多属于强变异,而其它植被覆盖的土壤类型多属于中等变异。(2)艾比湖湿地7种不同植被类型土壤有机碳含量在相同土层的分布特征为:有机碳集中分布在浅表层(0—20 cm),从40 cm以下变幅缓慢,分布较为均匀。不同植被类型土壤有机碳在不同土层的分配比例差异比较明显,但表层(0—20 cm)大多占到30%以上。(3)艾比湖湿地土壤有机碳储量排序依次为小乔木荒漠盐化草甸干涸湖底灌木荒漠盐生灌丛荒漠河岸林寒湿性针叶林。湿地有机碳蓄积总量为7086862.83 kgC。上述研究结果可为新疆干旱区湿地生态系统恢复、保护与科学管理提供科技支撑。     

基于无人机低空遥感的荒漠植被覆盖度与归一化植被指数验证及其对水热梯度的响应

为了验证在荒漠地区MODIS-NDVI产品的精度以及为在气候变化背景下荒漠草地的科学管理提供依据,本文利用无人机低空遥感研究了干旱荒漠地区植被覆盖度(FVC)和归一化植被指数(NDVI)对水、热梯度的响应规律。在内蒙古阿拉善荒漠地区的100个样点采用GreenSeeker手持光谱仪获得NDVI值(NDVI_R),通过MODIS-NDVI数据产品提取每个样点的NDVI(NDVI_M),借助NDVI_R验证NDVI_M的精确度;通过无人机遥感手段获得每个采样点的FVC(FVC_U),利用像元二分模型反演每个样点的FVC(FVC_M),借助FVC_U验证FVC_M的精确度;并结合气象数据探讨基于无人机低空遥感的荒漠地区FVC和NDVI对水热梯度的响应。结果表明: MODIS-NDVI数据产品能够反映阿拉善地区的NDVI,精确度为84.2%,但比真实值高15.7%;FVC_M能够反映阿拉善地区的FVC状况,精确度为83.1%,但比真实值低14.8%;不同采集方式获得的NDVI受气象因子的影响程度不同,NDVI不仅受气温和降雨的影响,也受地温、蒸发量以及两者相互作用的影响,由于受大气影响程度不同, NDVI_M受地温、蒸发量、降水量的影响比NDVI_R大,NDVI_R受气温的影响比NDVI_M大。在阿拉善地区研究FVC随水热梯度的变化不仅要考虑降水量和气温,还应考虑蒸发量、地温以及气象因子之间相互作用的影响,其中,气温与降雨、蒸发量与地温以及气温与蒸发量之间相互作用对FVC_U的影响较大。     

黑河中游荒漠灌丛斑块地面甲虫群落分布与微生境的关系

关于西北干旱区荒漠灌丛草地地面甲虫群落分布与微生境关系的系统研究尚鲜有报道。采用多元回归分析和RDA群落排序分析等方法,定量研究了甲虫群落分布与微生境因子的关系及其季节变异特征。多元回归分析表明,甲虫群落数量分布与土壤粗砂、中细砂和粘粉粒含量存在显著关系,3个因子解释了21%的甲虫群落变异。多元回归分析还表明,甲虫群落数量分布与春季地面/地下日平均温度和土壤含水量有显著关系(3个因子解释了32%的甲虫群落变异),而与夏季和秋季地面/地下日平均温度和土壤含水量无显著关系。RDA群落排序分析表明,土壤粗砂含量、中细砂含量、地面温度和地下温度对春季甲虫种群分布有显著的影响,解释了34.3%的甲虫种群变异;土壤粗砂和中细砂含量对夏季甲虫种群分布有显著影响,解释了18.8%的甲虫种群变异;土壤粗砂含量、地下日均温和土壤含水量对秋季甲虫种群分布有一定的影响,解释了17.1%的甲虫种群变异。Pearson相关分析表明不同甲虫种群对微生境因子的响应模式不同。主要结论是:微生境的非生物环境因子是决定荒漠甲虫群落空间分布格局的重要因子之一,但是环境因子的影响作用存在明显的季节变异,并且因种类不同而异。     

柴达木盆地荒漠土壤蓝藻群落的初步研究

本文分析了柴达木盆地东部和中部具有代表性地区的丘陵、戈壁和沙丘的蓝藻种类组成、生物量及主要的土壤化学成分;采用了模糊聚类、系统聚类及多元线性回归等方法分析藻类的群落及其与环境因子的关系。共鉴定出21种蓝藻,其中6种为国内首次报道。研究表明:土壤含磷量、总盐量及与粘性和湿度有关的土壤结构是决定柴达木盆地蓝藻群落组成的重要因素。     

新疆艾比湖流域土壤有机质的空间分布特征及其影响因素

根据新疆艾比湖流域土壤有机质(SOM)数据,分析了土壤质地、植被群落类型和土壤剖面深度3个因素对SOM含量的影响,进一步研究了流域内有机质在不同土壤深度的空间分布特征及其沿土壤剖面深度垂直分布的空间异质性。结果表明:植被群落类型显著影响SOM含量,而土壤质地和深度对有机质总体分布水平影响不显著;随土壤深度变化有机质分布呈现不同的空间变异特征,流域内0—80 cm土壤有机质高含量区域与低含量区域斑块化分布呈现孔穴特征,但在80—120 cm土壤有机质含量变化较为连续,呈现流域东、西两端高而中间低的分布特征;有机质沿土壤深度垂直分布模式在流域内表现出分异特征,流域中部SOM随土壤深度增加而降低,SOM含量从0—20 cm浅层土壤的2.85 g/kg降至100—120 cm深层土壤的1.51 g/kg;但在流域东部和西部SOM随土壤深度增加呈升高趋势,流域西部SOM含量从0—20 cm土壤的1.80 g/kg大幅增加至100—120cm土壤的6.61 g/kg,流域东部SOM含量则从0—20 cm土壤的1.04 g/kg逐步增至100—120 cm土壤的2.86g/kg。艾比湖流域有机质在浅层和深层土壤不同的空间分布特征与干旱区绿洲生态景观斑块化分异特征和植被根际沉积特点密切相关,流域内土壤剖面成土演化的空间异质性对有机质沿土壤深度垂直分布的空间变异性有显著制约。     

塔克拉玛干沙漠腹地人工植被土壤肥力变化

在极端干旱的塔克拉玛干沙漠腹地,利用地下咸水（矿化度4-5g/L)灌溉建立人工植被后,不仅改善了当地的生态环境。也促进了风沙土的成土发育,使土壤内部发生了一系列的变化。通过分析测定。结果表明人工植被建立对流沙的固定和成土发育产生了深刻的影响,它使土壤内部的各个性质都发生了显著的变化。土支离破碎中物理化学性质得到改善,土壤的肥力提高,这种变化是随着植被建立时间的延长而逐渐增大的,同时由于受到不同植被类型和人为措施的影响,使得相同种植时间的不同样地,土壤性质的变化有差异。另外从土壤物理,化学和生物因子等方面出发,建立了土壤肥力综合评价指标体系,并利用多元统计方法,对塔克拉马干沙漠腹地人工植被建立过程中土壤肥力的变化特征进行综合评价。结果表明,随着人工植被建立时间的延长,土壤肥力呈增长趋势,但由于植被类型和人为措施的不同,相同种植时间的植被样地,土壤肥力的变化不同,变化最为显著的是蔬菜地,花卉地和草地,IFI值分别为0.689,0.729和0.773。     

基于CENTURY模型研究干旱区人工绿洲开发与管理模式变化对土壤碳动态的影响

近半个世纪前,中国西北干旱区人类大规模的水土开发活动使得流域下部的荒漠覆被土地转变成了人工绿洲,强烈的人类耕作活动使得人工绿洲土壤有机碳库发生了显著变化。以干旱区典型的三工河流域下部的人工绿洲为例,基于CENTURY模型,研究人工绿洲开发前后及农业管理模式变化对表层土壤有机碳库(0-20cm)的影响。CENTURY模型模拟结果表明:(1)研究区荒漠灌木林地开垦为人工绿洲后,在最初的2a土壤总有机碳(TOC)快速增加,随后呈逐渐下降的趋势;(2)研究区人工绿洲在被开发后50a的连续耕作下,平均土壤TOC呈先增后减再增的"N"型变化趋势,但最终土壤TOC超过了原始自然状态下的TOC,而且2008年土壤TOC比原始荒漠状态增加7.74%,说明研究区表层土壤有机碳总体呈"碳汇"趋势。尤其在研究区实施了免耕、秸秆粉碎还田、科学测土配方施肥等保护性耕作措施后,土壤固碳效应明显,这完全不同于热带森林、中国北部温带半干旱草原及非洲Savanna半干旱稀树草原开垦为耕地后土壤有机碳大量损失的结论。     

塔里木荒漠河岸林物种多样性沿地下水埋深梯度的分布格局

探讨荒漠河岸林土壤水分、物种多样性的空间变异性及其相互关系,可为干旱区天然林保护、可持续经营和生态恢复提供科学依据。以塔里木荒漠河岸林为研究对象,基于野外样带调查和采样测定,系统分析了地下水埋深（GWD）梯度下林地土壤水分与物种多样性的空间变异及其权衡关系。结果表明：随GWD增加和土壤水分减少,荒漠河岸林群落物种数减少、结构简化、群落发生退化,退化顺序为浅根系的中生草本植物和灌木,最后留存的是抗旱性较强的乔灌木或灌木;同时土壤水分和物种丰富度、物种多样性指数均呈显著的线性递减趋势,而物种均匀度指数降幅较小。GWD与土壤水分、物种多样性之间均呈极显著的相关（P<0.01）,土壤水分与物种多样性的相对收益随GWD增加而逐渐降低,表明GWD是控制荒漠河岸林土壤水分和物种多样性空间变异的关键因素。荒漠河岸林土壤水分与物种多样性权衡关系的转折点为GWD 4.5m左右,转折点以下（GWD<4.5m）二者沿GWD以相同速率变化,呈协同关系;转折点以上（GWD>4.5m）土壤水分与物种多样性的权衡明显增大,土壤水分相对收益剧降,即维持当前相应的物种多样性以消耗土壤水分为代价,系统通过反馈调节使物种多样性降低。综上表明,维持塔里木荒漠河岸林物种多样性和生态系统功能的合理GWD在4.5m左右,这为塔里木河流域荒漠河岸林保育与生态输水工程实施提供科学依据。     

阿拉善高原2种荒漠植物根系构型及生态适应性特征

根系构型决定了植物对资源的吸收方式,根系构型的变化是植物对环境的生态适应和有效生存策略。在阿拉善高原西南缘红砂（Reaumuria soongarica）-珍珠猪毛菜（Salsola passerina）混生群落采用传统挖掘法收集两种植物根系,基于量化的根系形态指标,利用几何拓扑学及分形理论分析了根系构型特征,探讨了该地区2种植物对干旱生境的生态适应策略。结果表明：红砂和珍珠猪毛菜根系均以水平分布占优,根系浅层化分布明显,混生的两种植物占据不同的生态位;2种荒漠植物均具有较大的比根长（SRL）和比表面积（SRA）,红砂SRL=21.3 cm/g,SRA=7.6 cm²/g,珍珠SRL=22.4 cm/g,SRA=6.5 cm²/g,有利于水分和养分的获取;红砂根系拓扑指数（TI）、修正拓扑参数（q_a和q_b）分别为0.86、0.52、0.49,珍珠猪毛菜对应参数分别为0.93、0.76、0.73,表明2种植物根系均趋向于鱼尾形分支结构;根系分形维数值（FD_红=1.488、FD_珍=1.422）较小,而分形丰度值（lgK_红=1.855、lgK_珍=1.774）较大,表明2种植物分支相对简单,但空间拓展能力强,有利于对营养空间的占有。上述特征可能是阿拉善西南缘红砂-珍珠猪毛菜群落2种荒漠植物植物对干旱贫瘠生境的重要生态适应策略。     

C:N:P Stoichiometry and Leaf Traits of Halophytes in an Arid Saline Environment,Northwest China

Salinization is an important and increasingly prevalent issue which has broad and profound effects on plant survival and distribution pattern. To understand the patterns and potential drivers of leaf traits in saline environments, we determined the soil properties, leaf morphological traits (specific leaf area, SLA, and leaf dry matter content, LDMC), leaf chemical traits (leaf carbon, C, nitrogen, N, and phosphorus, P, stoichiometry) based on 142 observations collected from 23 sites in an arid saline environment, which is a vulnerable ecosystem in northwest China. We also explored the relationships among leaf traits, the responses of leaf traits, and plant functional groups (herb, woody, and succulent woody) to various saline environments. The arid desert halophytes were characterized by lower leaf C and SLA levels, higher N, but stable P and N:P. The leaf morphological traits were correlated significantly with the C, N, and P contents across all observations, but they differed within each functional group. Succulent woody plants had the lowest leaf C and highest leaf N levels among the three functional groups. The growth of halophytes might be more limited by N rather than P in the study area. GLM analysis demonstrated that the soil available nutrients and plant functional groups, but not salinity, were potential drivers of leaf C:N:P stoichiometry in halophytes, whereas species differences accounted for the largest contributions to leaf morphological variations. Our study provides baseline information to facilitate the management and restoration of arid saline desert ecosystem.