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。     

南亚热带次生林土壤pH 值与含水量的空间异质性

在广西青秀山南坡和北坡的次生林内各建立1 块50 m×50 m 样地, 进行表层土壤(0-10 cm)网格取样, 并利用经典统计学与地统计学方法对土壤pH 值和含水量的空间异质性进行了分析。结果表明, 北坡和南坡的土壤pH 值均属弱变异性, 而土壤含水量均表现为中等程度变异。除北坡土壤水分含量的理论变异模型为指数模型外, 其余土壤指标均为球状模型。两块样地的土壤pH 值和含水量表现为中等程度的空间自相关, 这是由结构性和随机性因素共同作用的结果。Kriging 等值线图显示, 北坡土壤pH 值的空间变异格局呈现由左向右逐渐递增的趋势, 而南坡呈现从左到右逐渐递减的趋势; 北坡表土水分含量的最高值出现在样地的左上角和右下角区域, 而南坡土壤水分为从左到右逐渐递增。微地貌、群落盖度以及物种分布差异等是影响青秀山南亚热带次生林土壤pH 值和含水量空间变异和分布格局的主要因素。     

喀斯特森林土壤养分的空间异质性及其对树种分布的影响

以贵州省茂兰国家级自然保护区喀斯特峰丛坡面中原生性常绿落叶阔叶混交林为研究对象, 以建立的100 m × 100 m样地的群落学调查数据和基于网格取样的土壤养分数据为基础, 采用半方差函数、Kriging空间插值和典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA)等方法分析了喀斯特森林土壤养分的空间异质性特征及其对树种分布的影响。结果表明: 喀斯特峰丛坡面土壤养分的变异系数为10%-80%, 变异程度中等。各土壤养分指标均具有良好的空间自相关性, 其中全磷(TP)、全钾(TK)、全镁(TMg)和pH值呈强烈的空间自相关, 而有机质(OM)、全钙(TCa)、速效磷(AP)和速效钾(AK)为中等程度的空间自相关; TCa的空间变异尺度最小, OM、TP和AK的空间变异尺度较大。土壤TK、TP、TCa、TMg、AP和pH值等随着海拔高度的增加和岩石裸露率的降低而逐渐减少, OM则随着海拔高度的增加而趋于增加, 这表明喀斯特地形因子是造成土壤养分空间变异的重要因素。CCA分析表明, 土壤养分的空间变异性显著影响到群落中树种的组成与空间分布, 其中TK、TMg、pH值、TCa和OM的影响最为明显, 体现了不同植物在土壤资源利用上的生态位分化, 这有助于喀斯特森林群落物种多样性与稳定性的维持。     

太行山南麓坡面土壤碳氮空间变异性及其影响因素

太行山南麓是我国华北平原的重要生态屏障,研究该区域土壤养分的空间变异性对土石山区林业生态建设具有重要意义。本研究以太行山南麓典型坡面(人工林坡地和自然荒坡地)为对象,采用网格法布设采样点,运用经典统计学、地统计学和约束性排序相结合的方法对土壤养分的空间变异性进行分析。结果表明: 1)太行山南麓的土壤全碳(TC)含量为6.80～57.05 g·kg^-1,全氮(TN)含量为0.74～3.93 g·kg^-1;土壤TC、TN变异系数为25.0%～52.8%,均属于中等程度变异,该变异由随机性因素和结构性因素共同引起;养分的空间聚集性均随着滞后距的增加而下降。2)土壤养分含量从坡上到坡下均有增加的趋势,养分的高值区出现在坡下部分。3)土壤总容重、砾石含量、植被覆盖度、土壤含水量是影响太行山南麓土壤TC、TN空间变异的主要因素。4)土壤含水量是影响自然荒坡地土壤养分的主控因素,但不是影响人工林坡地的主控因素。     

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GIS和地统计学的黄泛区土壤磷空间变异——以周口为例

土壤中的磷是衡量土壤肥力的重要指标,其含量的高低对土壤理化性质、植物生长以及微生物的活动等都有重要影响.本文以周口黄泛区土壤为例,通过土样采集和室内试验分析,运用地统计分析及GIS空间模拟等方法,分析土壤全磷和速效磷的空间分布特征.结果表明: 研究区土壤全磷和速效磷含量比较高,且表层(0～20 cm)含量均高于第二层含量(20～40 cm).两层土壤全磷和速效磷均属于中等程度变异,并且速效磷的变异程度高于全磷;两层土壤全磷为中等程度的各向异性,最适模型为高斯模型,表层具有较强的空间相关性,第二层则具有中等的空间相关性. 两层土壤速效磷的各向异性均较弱,最适模型为线性模型,两层均呈现较弱的空间相关性. 两层全磷含量从西南到东北方向呈现缓慢上升的变异趋势,而从西北到东南方向呈逐渐下降的变异趋势. 表层速效磷含量在西南到东北方向先升后降,在东南到西北方向呈先降后升的变异趋势;第二层速效磷含量在西南到东北方向上呈现先降后升的趋势,而在西北到东南方向则呈上升趋势.表层土壤全磷含量较高,第二层含量属于中等水平;表层速效磷含量较高,而第二层含量较低.土地利用方式、耕作制度和施肥等人为因素是影响该区土壤磷分布趋势和空间变异的主要因素.     

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。     

喀斯特坡面表层土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征

表层土壤水分物理性质对深层土壤水分的动态变化具有重要的作用,研究其空间变化特征有助于深入理解坡地降雨入渗及产流规律,实现土壤水资源的合理利用.基于网格(10m×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坡地90 m×120 m(投影长)表层(0~10 cm)土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征.结果表明:研究区土壤含水量、容重和饱和导水率均具有明显的空间依赖性和空间结构.土壤水分含量半变异函数用高斯模型模拟较好,土壤容重与饱和导水率用指数模型拟合较好.土壤含水量表现为强烈的空间自相关性,土壤容重和导水率表现为中等的空间自相关性.土壤含水量与饱和导水率空间连续性的尺度范围较小,而土壤容重空间连续性的尺度范围较大.总体上土壤含水量沿坡向下呈递增趋势,土壤容重呈递减趋势,而土壤饱和导水率沿坡面没有明显变化规律,斑块小而多,表现为高异质性.土壤含水量与土壤容重、饱和导水率均呈极显著负相关,而土壤容重与饱和导水率之间没有明显的相关性.     

西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间变异特征

基于网格(20 m×20 m)取样,采用经典统计学和地统计学方法,研究了西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间异质性和分布格局.结果表明:峡谷型喀斯特坡地土壤养分含量为中等和强变异,变异性大小顺序为:速效磷全钾有机质碱解氮全氮全磷速效钾,pH值表现为弱变异,有机质表现为中等程度的变异;不同土壤养分具有良好的空间自相关性,其自相关函数均表现出由正相关向负相关方向发展,拐点为80~100 m,其中全钾和速效磷的Moran I较小,其他指标较大;不同土壤养分的空间变异特征不同,全钾和速效磷最佳拟合模型为指数模型,块金值与基台值的比值[C0/(C0+C)]和变程(A)很小,分形维数(D)较高,空间相关性强烈;其他土壤养分指标的最佳拟合模型均为球状模型,C0/(C0+C)、A和D均呈中等程度的空间相关;Kriging分析表明,pH值、有机质、全氮、全磷和碱解氮呈凹型分布,速效磷和速效钾呈斑块状分布.植被、地形、人为干扰和高异质性的微生境是造成峡谷型喀斯特坡地土壤养分格局差异的主要因素.     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林土壤磷钾养分空间异质性

在木论国家级自然保护区内喀斯特常绿落叶阔叶混交林内建立500 m×500 m长期监测样地,采用经典统计学和地统计学方法研究喀斯特森林土壤磷钾养分含量及其空间变异特征。结果表明:研究区土壤全磷(TP)、全钾(TK)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量分别为(1.60±0.76)g/kg、(5.42±2.74)g/kg、(5.74±3.63)mg/kg、(5.20±2.96)mg/kg;磷钾养分含量均为中等变异,变异强度为APAKTKTP。研究区土壤TP、TK、AP、AK变异函数值的最佳拟合模型均为指数模型,决定系数均很高(0.671-0.995),TP、AP呈中等强度空间自相关,TK、AK呈弱空间自相关。TP、AP的变程较长,分别为336.00 m和373.50 m,空间连续性较好,TK、AK变程较短(33.30 m、64.50 m),空间依赖性较强。土壤TP表现为坡下(含洼地)含量高,坡上含量较低;AK表现为坡中含量高于洼地含量;AP、TK呈斑块破碎化分布。海拔、坡度和地面凹凸度是土壤磷钾养分空间异质性的主要影响因素。喀斯特常绿落叶阔叶混交林土壤磷钾养分存在不同空间异质性和空间关联性,这为小流域尺度上土壤养分管理、可持续利用策略、喀斯特退化生态系统生态恢复提供理论依据。     

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.     

科尔沁沙地植物群落圆环状分布成因地统计学分析

调查发现,在科尔沁沙地中部部分梁窝状沙丘的丘顶、丘坡和丘间地,植物群落依生境梯度而分布,呈典型圆环状分布格局．沙层水分状况分析表明,同一沙丘不同部位的沙层含水量为丘顶低于丘坡地,且二者均低于丘间地．地统计学分析表明,无论是流动沙丘还是固定沙丘,从丘顶、丘坡到丘间地,沙层含水量的空间异质性呈规律性的变化,块金值与基台值之比逐渐减小,变程逐渐减小,分维数逐渐增大,表明随机部分引起的空间异质性逐渐降低,而由空间自相关部分引起的空间异质性逐渐增高．因此,沙丘不同部位沙层含水量及其空间异质性的有规律变化是科尔沁沙地中部部分梁窝状沙丘植物群落呈圆环状分布格局的一个重要原因．     

黄土高原关中地区植草沟径流水力学特性

植草沟被广泛应用于海绵城市建设中,可有效改善城市生态环境。为探究植草沟径流调控作用的机理,通过放水模拟试验,研究了5个坡度(1%、2%、3%、4%、5%)、5个放水流量(20、30、40、50、60 L·min^-1)组合条件下植草沟径流的水力学特性与断面流速分布变化规律。结果表明: 植草沟径流水力学特性主要表现为,随流量和坡度的增加,流速、雷诺数和佛汝德数均逐渐增加,曼宁糙率系数与Darcy-Weisbach阻力系数逐渐减小。流速(V)可以用流量(Q)与坡度(S)的幂函数V=0.3387Q^0.555S^0.6601来表示。雷诺数和佛汝德数变化范围分别为1160.95~6596.82和0.17~1.21,径流流态均为紊流,流型受坡度影响较大。流量和坡度较小时,两者对阻力系数的影响较大,试验条件下水流阻力系数与雷诺数呈负相关关系。植草沟径流断面流速分布表现出关于中心两侧对称分布,最大流速点位于中心水面处,断面流速等值线随流量和坡度的增加而逐渐变密,流速变化梯度增大。本研究可为黄土区海绵城市建设中植草沟的设计应用与水力计算提供理论基础,也可以通过分析植草沟径流水力学特性以探索其径流调控机理。     

微地形对优势种群点格局和关联性的影响

不同的空间格局类型和关联性可以反映出不同生境下植物种群的资源环境适应策略.老鹳草与米口袋是甘南亚高寒草甸的主要物种,通过野外群落调查和室内试验,运用点格局分析法中的Ripley K函数,对不同坡向的米口袋和老鹳草种群的空间分布格局及种间关联性进行分析.结果表明:从阳坡-西坡-阴坡,土壤含水量和养分含量逐渐增加,土壤温度和光照度逐渐降低.米口袋和老鹳草在3个坡向(阴坡、西坡、阳坡)上的分布呈现出明显差异,随着坡向由阴坡向阳坡的转变,米口袋种群数量呈递增趋势,老鹳草种群数量则表现出递减趋势.在阴坡,米口袋种群在0~1.8 m尺度上呈聚集分布,在1.8~5.0 m尺度上聚集强度减弱并趋向于随机分布,老鹳草种群在0~5.0 m尺度上均以聚集分布为主;在西坡,米口袋种群在0~1.2 m尺度上呈聚集分布,在1.2~5.0 m研究尺度上趋向于随机分布,老鹳草种群在0~2.2 m尺度上呈聚集分布,在2.2~5.0 m研究尺度上趋向于随机分布;在阳坡,米口袋与老鹳草种群在0~5.0 m尺度内均表现出随机分布.阴坡上这两种物种在0~1.0 m尺度上表现为正相关,在1.0~5.0 m尺度不相关;西坡上两物种在0~2.1 m尺度上呈负关联,在2.1~5.0 m尺度上两个物种间关联度均趋向于不相关;阳坡上这两个物种在0~5.0 m尺度上表现出不相关.     

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(20m×20m),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...     

脱甲河氢氧同位素组分时空分布特征及其影响因素

河水氢氧稳定同位素特征是研究水体转化和示踪水循环过程的重要内容.为研究河水氢氧稳定同位素特征,揭示河水补给来源,于2017年4—8月对亚热带农业小流域脱甲河4级河段(S_1、S_2、S_3和S_4)水体氢(D)、氧(¹⁸O)稳定同位素进行了监测,分析其时空动态特征和过量氘(d-excess)的变化规律,并探讨了它们与降水、高程和水质等影响因子的相关关系.结果表明:δD、δ¹⁸O和d-excess的变化范围分别在-43.17‰^-26.43‰(-35.50‰±5.44‰)、-7.94‰^-5.70‰(-6.86‰±0.74‰)和16.77‰~23.49‰(19.39‰±1.95‰).受季风环流的影响,δD和δ¹⁸O具有明显的季节变化特征,即春季(δD和δ¹⁸O为-29.88‰±3.31‰和-6.18‰±0.57‰)>夏季(δD和δ¹⁸O为-39.25‰±2.65‰和-7.32‰±0.42‰);空间上,δD和δ¹⁸O表现出明显的沿程变化,随着采样点的位置到河流源头的距离波动增加,δD为S_118O为S_118O与水温呈显著负相关(δD:r=-0.92;δ¹⁸O:r=-0.88);δ¹⁸O与海拔呈显著负相关(r=-0.96);在空间上,δ¹⁸O与水温呈显著正相关(r=0.98);δD和δ¹⁸O与降水量呈不显著负相关.     

黔中喀斯特次生林优势物种空间分布格局及关联性

以黔中天龙山2 hm²喀斯特次生林为对象,采用成对相关函数g(r)结合完全随机模型(CSR)研究重要值前4位优势树种的空间分布格局及其关联性。结果表明: 样地树种的径级结构呈倒“J”型分布,在优势树种窄叶石栎和圆果化香的影响下,第Ⅴ径级(≥10 cm)的数量较多。窄叶石栎呈现倒“J”型分布,种群更新良好,处于生长发育初级阶段;而圆果化香和云南鼠刺随着径级的增大数量逐渐递增,成年树、大树数量远多于幼树、小树,表明该种群更新不足,处于生长发育的中后期并逐渐衰退。除窄叶石栎外,其余优势树种整体呈现出在较大尺度上聚集分布,聚集程度随着尺度的增大逐渐下降并趋于随机分布,此规律在幼树径级中表现得尤为突出;而受各种因素的影响,各个树种不同径级呈现出不同的空间分布格局。在种间关联上,4个优势树种之间大多呈现负关联或者无关联关系,树种重要值越高与其他优势树种关联程度越低,呈现负关联的2个树种在小尺度上关联程度最低,随着尺度的增大负关联程度逐渐降低并趋向于无显著关联。     

不同降雨条件下坡长对喀斯特坡面土壤侵蚀的影响

基于2012-2014年对贵州省石桥小流域布设的5个坡长(5、10、15、20、25 m)径流小区的59次侵蚀性降雨条件下的产流产沙数据,分析不同降雨条件下喀斯特裸坡产流产沙与坡长的关系.结果表明:研究区坡面产流量随坡长的增加总体呈先减少后增加再减少的趋势,产沙量随坡长的增加先上升后下降.研究区59次侵蚀性降雨按降雨量...     

Scale-dependent spatial patterns of species diversity in the tropical montane rain forest in Jianfengling,Hainan Island,China

Aims Spatial distribution patterns and formation mechanisms of species diversity are fundamental issues in community ecology. The objectives of this study are to assess the species diversity patterns at the different spatial scales in Jianfengling, Hainan Island, China.
Methods Based on the dataset from the 60 hm² plot in the tropical montane rain forest in Jianfengling, Hainan Island, the spatial distribution patterns of species richness, species abundance, Shannon-Wiener, Simpson and Pielou’s evenness indices were analyzed at six spatial scales, including 5 m × 5 m, 10 m × 10 m, 20 m × 20 m, 40 m × 40 m, 100 m × 100 m, and 200 m × 200 m, respectively.Important findings
Results showed that spatial distribution patterns of species richness, species abundance and Shannon-Wiener index were much more obviously changed with the spatial scales than Simpson and Pielou’s evenness indices. Change of variance of the species richness with the increase of spatial scales was unimodal, which had the maximum value at the 20 m × 20 m scale. Variance of the species abundance showed a linear relationship with the increase of spatial scales. The positive relationship between species richness and abundance gradually decreased and even disappeared with the increase of sampling scales, which may be correlated with the increase of habitat heterogeneity. The effects of spatial scales on Shannon-Wiener, Simpson, and Pielou’s evenness indices may be also correlated with the composition of rare species in the plot.     

海南尖峰岭热带山地雨林物种多样性空间分布格局的尺度效应

物种多样性的空间分布格局和维持机制是群落生态学的基本问题。为了探讨海南尖峰岭地区物种多样性空间分布格局的尺度效应, 以海南尖峰岭热带山地雨林60 hm²样地为研究对象, 分析了物种丰富度、物种多度、Shannon-Wiener指数、Simpson指数以及Pielou均匀度指数随6个空间取样尺度(5 m × 5 m、10 m × 10 m、20 m × 20 m、40 m × 40 m、100 m ×100 m、200 m × 200 m)的变化。结果表明: 相比Simpson指数和Pielou均匀度指数, 物种丰富度、多度以及Shannon-Wiener指数具有更为明显的空间尺度效应; 物种丰富度的方差随取样尺度增加呈现单峰分布特征, 并且在20 m × 20 m尺度上达到最大值, 而物种多度的方差随取样尺度的增加而增大; 物种丰富度和多度的正相关性随着取样尺度的增加逐渐减小甚至消失, 这可能与随取样尺度增加生境异质性增加有关; 取样尺度对3个物种多样性指数空间分布的影响可能与研究区域内稀有种的组成有关。