东北黑土区农林混合利用坡面土壤水分空间异质性及主控因素

针对黑土区坡面尺度上土壤水分在土地利用结构(从坡顶到坡脚,即沿着坡长方向,不同土地利用类型的排列方式)、土地利用类型(农地和林地)及地形要素的协同作用下的空间分异规律及影响机制尚不清楚的现状,以黑龙江省黑土区的农林混合利用典型坡面(克山县)为研究对象,应用植被数量生态学中的冗余分析方法(RDA)分析0~20、20~40、40~60 cm土壤水分剖面变异特征、不同土地利用结构下(农地-农地-农地-农地-农地,农地-农地-林地-林地-农地,农地-农地-林地-林地-林地,林地-林地-农地-林地-农地)坡面土壤水分异质性及其与环境因子的定量关系。结果表明:研究区坡面土壤含水率介于5.77%~45.57%,农地土壤含水率显著高于林地(P0.05),纵向上不同土地利用类型层间土壤含水率差异均不显著;土壤水分呈中等变异,纵向上农地各土层的变异系数(35.9%~39.6%)均高于林地(30.0%~36.5%),农林混合利用加强了土壤水分的空间变异程度;4种土地利用结构下,坡面土壤水分沿坡长方向呈不同的变化趋势,与土地利用镶嵌分布规律有关;冗余分析结果显示土地利用类型是影响黑土区坡面土壤水分异质性的主控因素,坡度次之,坡位和海拔高度对坡面土壤水分异质性也有影响。对于黑龙江黑土区坡面,需要结合土地利用结构配置等土地管理措施与不同的农业措施来防止坡面土壤侵蚀、提高东北区土壤肥力,实现经济效益、生态效益的协调统一。     

黄土高原北部草地土壤水分空间变异研究

土壤水是维系黄土高原恢复生态系统稳定性和可持续性的关键因子。为深入理解黄土高原不同类型草地恢复生态系统土壤水的分布特征,采用经典统计学与地统计学方法,分析了陕北神木六道沟小流域样地尺度长芒草和苜蓿草地0～500 cm剖面土壤水分的空间变异特征。结果表明:两种草地土壤水分随土层深度增加均呈先增大、后减小,而后趋于稳定的变化趋势,具有中等程度变异性。垂直方向上两种草地土壤含水量及空间变异系数均具有显著差异(P 0.001),苜蓿和长芒草地0～500 cm剖面土壤水分变异系数平均值分别为0.19和0.33。总体上,苜蓿导致深层土壤水过度消耗,70cm以下土层土壤含水量明显低于长芒草地,其高耗水特性削弱了垂直方向140 cm以下土层土壤水的空间变异强度。因此,苜蓿植被强化了土壤水在垂直方向上的循环,并导致深层土壤水负平衡,进而使样地尺度土壤水在水平方向的分布趋于均质化。     

鲁中山区小流域坡面土壤侵蚀强度与磁化率的空间分异特征研究

研究选取泰安市和曲阜市典型小流域，系统地研究了小流域坡面土壤磁化率与土壤侵蚀状况的空间分异特征，明确了土壤磁性与土壤侵蚀强度的关系。结果表明：自山顶往下，坡面空间尺度上的土壤磁化率均呈波状变化，总的趋势是底部高于上部。坡面中部表土磁化率为林地〉草地〉农地，坡面不同空间部位的土壤侵蚀强度为上部〉底部，农地〉草地〉林地。从不同坡向的比较来看，阳坡的土壤磁化率低且变异幅度大，其土壤侵蚀强度大于阴坡。土壤磁化率与土壤侵蚀强度呈反相关关系．不同空间部位的土壤磁化率高低可直观地反映土壤侵蚀强度的空间分异特征。     

六盘山香水河小流域典型坡面的土壤电阻率空间变异

为了解坡面土壤水文特征的空间分布,采用多电极电阻仪法(ERT),于2009年5月初在宁夏六盘山香水河小流域一个长约600 m的华北落叶松人工林典型坡面上,设置了从坡顶至坡底的1条纵向样线及处于不同坡位的水平分布的3条横向样线,多点测定了多层土壤的电阻率值并分析其空间变异特征。结果表明,土壤电阻率在纵向样线上总体有较好的空间连续性及一定的空间变异性,随着坡位下降,电阻率呈现出由坡上至坡中上逐渐减小和然后又恢复性增大的过程。由于局部特殊的土壤特征、地貌及植被分布差异,使土壤电阻率沿坡面纵向变异程度大于不同坡位的横向变异程度。在土层垂直方向上,由于石砾含量和岩石比例随深度逐渐增多,电阻率表现为随深度增加逐渐增大。电阻率与土壤总孔隙度和体积含水率相关最紧密,尤其与体积含水率相关较好,说明通过测定坡面电阻率推求土壤水分等土壤特性的坡面变化是可行的。     

砒砂岩区典型坡面土壤颗粒组成空间分布特征研究

为揭示土壤颗粒组成在垂直和水平方向上的分布规律,采集砒砂岩区典型坡面0—100 cm剖面的土壤,运用经典统计学测定其颗粒组成。结果表明：坡面0—100 cm土壤质地主要为砂壤土(59.21%)和壤砂土(36.40%)。随土层深度增加,砂粒含量增加,粉粒和黏粒含量减少,土壤逐渐呈现粗粒化的趋势;坡面尺度上,表层0—10 cm砂粒为弱变异,其余各层各粒级均为中等程度变异,且随土层深度增加变异性增强,不同粒级的变异系数表现为砂粒<粉粒<黏粒。沿坡面等高线方向,样带B粗粒化程度最弱,10 cm土层以下,样带B粗粒化程度最强。沿垂直坡面等高线方向,坡中砂粒含量(73.60%)相比于坡上和坡下分别增加6.90%(p<0.05)和11.66%(p<0.05),坡下粉粒(31.85%)和黏粒(3.10%)含量相比于坡上和坡中分别增加13.13%(p<0.05),23.59%(p<0.05)和4.36%,51.70%(p<0.05),坡中粗粒化程度最强,坡下是细颗粒堆积的主要区域。研究结果可加强对砒砂岩区坡面土壤颗粒空间分布规律的认识。     

黄土区小尺度坡面土壤含水率时空变异性研究

土壤含水率在水平和垂直方向上均具有高度的时空异质性,关于水平方向变异的研究取得了很大进展,而对垂直方向变异的研究较为缺乏。为掌握土壤含水率在剖面上的垂直变异特征,采用经典统计、地统计及分形分析相结合的方法,研究了黄土高原典型坡地剖面土壤含水率的时空变异性。结果表明:不同测定时间下的剖面土壤含水率均服从自然对数正态分布,在空间上均表现为中等变异性,沿土层深度方向的变化趋势均为增长型,且这种变化规律具有时间稳定性;剖面土壤含水率在整个研究区域尺度、微尺度上的半方差函数均可用指数模型进行很好地拟合,均表现出强烈的空间依赖性,并且这种规律几乎不随时间的变化而变化;不同测定时间下剖面土壤含水率在整个研究尺度上均表现出有限的自相似性,在小于2.00 m的间距尺度下具有稳定的自相似性,大于2.00 m间距尺度的自相似性比较微弱,分维数的大小与控制土壤含水率的主要过程有关;不同测定时间下剖面土壤含水率的空间自相关性基本一致,即当滞后距离小于3.20 m时为空间正自相关,大于3.20 m时为负自相关,等于3.20 m时为不相关,而在剖面土壤含水率之间的相关性达到了极显著水平。     

六道沟流域典型坡面不同土地利用方式下土壤水分动态变化研究

以黄土高原水蚀风蚀交错带六道沟小流域典型坡面为研究对象,分析了雨季不同土地利用方式下土壤水分的动态变化。研究结果表明:雨季不同土地利用方式下不同测定时期土壤储水量的变异程度为退耕苜蓿地>荒地>退耕林地>农田,均为弱变异;土壤含水量在垂直剖面方向均存在显著差异,随土层深度的增加都呈现出减小趋势,且变异程度为荒地>退耕林地>退耕苜蓿地>农田;沿坡长方向从坡顶到坡脚土壤含水量和生物量的变化呈波浪状,且生物量波峰基本与土壤水分波谷相对应,这说明较高的植被生产力消耗较多的土壤水分。     

黄土丘陵沟壑区小流域土壤水分空间变异性及其影响因素

为了解不同土地利用方式和地形条件下土壤含水率的数量特征及其变异规律,以黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟小流域为研究对象,利用经典统计学方法系统分析了小流域尺度土壤含水率的空间变异性。结果表明:不同土地利用方式下土壤平均含水率之间呈极显著差异,其顺序为:农田>草地>林地>灌木地;土壤含水率在土壤剖面上呈先减小后增大的趋势。地形条件显著影响土壤含水率,其中梯田>沟底>坡地>峁顶;不同坡位土壤含水率的顺序为坡下>坡上>坡中,不同坡向间为阴坡>阳坡。上述土壤含水量的变异程度均为中等。在小流域尺度,土地利用和地形对土壤水分具有显著的交互作用。相关结果可为黄土丘陵沟壑区的土壤水分管理、土地利用结构优化、不同地形条件下的植被布局提供参考。     

六盘山华北落叶松坡面土壤饱和导水率空间异质性及其影响因素

为深入理解森林坡面土壤饱和导水率的空间变异,利用经典统计学和地统计学的方法研究六盘山华北落叶松人工林坡面不同土层土壤饱和导水率的空间异质性,并基于相关性分析揭示其空间变异的主要因素。结果表明:(1)随土层的加深,土壤饱和导水率逐渐增加,不同土层土壤饱和导水率的空间变异程度存在差异,表现为40—60 cm土层土壤饱和导水率为强变异,其他土层均为中等变异。(2)不同土层土壤饱和导水率的空间结构也存在差异,20—40,40—60,60—80 cm土层土壤饱和导水率表现为强烈的空间自相关性,0—20,80—100 cm土层土壤饱和导水率表现为中等空间自相关性。(3)坡面土壤饱和导水率与石砾含量、非毛管孔隙度、毛管持水量、田间持水量和毛管孔隙度显著相关。综上,研究坡面土壤饱和导水率具有较强的空间变异,石砾含量和土壤物理性质是影响研究坡面土壤饱和导水率空间分布的主要因素。     

黄土区不同土层饱和导水率空间变异与影响因素

为掌握黄土区区域尺度不同土层饱和导水率(K_s)空间分布特征,在典型黄土高原地区网格布设243个样点,获取0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土壤K_s及相关环境因子。采用经典统计学与地统计学方法,分析了K_s的空间分布规律、变异特征及影响因素。结果表明:(1)区域尺度不同土层K_s均呈中等程度变异,K_s随土层深度增加而逐渐降低,且不同土层K_s平均值表现为林地草地农地;(2)0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层K_s半方差函数最佳拟合模型分别为球状模型、高斯模型和球状模型,且均具有强烈的空间自相关性;(3)气候、土壤、地形和土地利用方式是影响黄土区区域尺度K_s空间分布的主要因素,可作为模拟区域K_s空间分布状况的预测变量。     

喀斯特峰丛洼地坡面土壤水分空间变异研究

以线形取样方式测定了喀斯特峰丛洼地坡面表层(0～5、5～10、10～15 cm)的土壤水分，采用经典统计结合地统计学方法分析了其空间分布特征及变异结构。结果表明：在坡面特定土地利用结构下(上坡到下坡分布有自然坡地、退耕地和耕地)，表层土壤水分沿上坡向下具有不断减小的变化趋势，坡面纵向和横向土壤水分均呈中等变异，横向上由于特殊的土壤分布和地形地貌特征使得变异程度较纵向强烈，土地利用和坡度因子是造成坡面土壤水分分布和变异的重要因素；半方差分析显示，坡面表层土壤水分具有明显的块金效应和较大的基台值，呈中等或较强的空间相关性，土壤水分总体上具有较好的变异结构和空间连续性，因此可以应用地统计学方法在该地区开展土壤水分空间变异研究。     

黄丘区典型灌木和荒草地土壤含水量变化对降雨的响应

为了研究不同土地利用方式下土壤水分的变化特征及其对降雨的响应,以黄丘区辛店沟流域坡面径流小区灌木和荒草地为研究对象,利用多探头土壤水分监测仪对研究对象0—50 cm土层土壤水分进行了连续定位观测,对不同下垫面下土壤水分的变化特征进行了系统的分析和研究。结果表明:(1)不同土地利用方式土壤水分表现出明显的季节变化特征,观测期内荒草地的平均土壤含水量为0.099,大于灌木地0.091,荒草地的土壤含水量总体要高于灌木地。(2)不同土地利用方式土壤含水量垂直变化趋势相似,总体上随着土层深度的增加而减少,具有明显的垂直变异性,灌木地对深层土壤含水量的消耗比荒草地多。(3)土壤含水量在垂直方向上对降雨的响应程度随着土层深度的增加而减小,灌木地和荒草地垂直方向上0—30 cm土层与30—50 cm土层对降雨响应表现为相反的规律。研究认为相比荒草地,灌木地土壤水分消耗更严重,且深层土壤水分受降雨补给有限,易引发土壤干层。     

喀斯特地区黄壤坡面土壤水分对降雨的响应

土壤水分是喀斯特地区水文生态环境的重要因素。通过在不同土地利用设置试验点,对降雨和20,40,80,100 cm深度土壤水分进行监测分析,揭示不同土地利用条件下土壤水分在降雨过程中的变化规律。结果表明:(1)植被盖度、土壤前期贮水量等因素对土壤水分的降雨补给量和土壤水分在土壤剖面上的再分配具有明显的影响。(2)土壤水分的降雨补给量在土壤剖面上的分布具有一定的层次性,随土层深度的增加整体表现为先增加后减少再增加的趋势;表层降雨补给量最小,最大降雨补给量多出现在100 cm深度。(3)土壤水分对降雨的响应具有滞后效应,并随土层深度增加而增强,随盖度增加而减弱。(4)在降雨影响阶段,可将土壤水分变化分为滞后期、上升期和消退期3个阶段;降雨过程中,植被盖度越高,降雨强度越大,土壤水分变化越快,并随着土层深度的增加减缓。研究结果为水资源的合理利用和配置以及水土保持提供参考和理论依据。     

子午岭林区不同植被恢复阶段土壤有机碳变化研究

研究了子午岭林区植被恢复过程中土壤有机碳含量、团聚体有机碳分布以及不同粒级团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率。研究结果表明,0—100 cm剖面上有机碳含量加权平均值随植被恢复年限逐渐升高,坡耕地0—100 cm土层土壤有机碳加权平均值为3.54 g/kg,弃耕地、草地、灌木和乔木阶段分别比坡耕地提高6.8%,36.6%,41.5%和73.6%;0—20 cm土层土壤有机碳含量随植被恢复的提高幅度明显高于20 cm以下土层;0—5和5—10 cm土层土壤各粒级团聚体有机碳含量随植被恢复年限逐渐增加,并有向大粒级（〉2 mm）团聚体中富集的趋势,10—20 cm土层土壤团聚体有机碳含量随植被恢复变化不明显;弃耕地、草地、灌木和乔木阶段0—20 cm土层〉5,5～2和2～1 mm粒级团聚体有机碳贡献率高于坡耕地,说明植被恢复0—20 cm土层土壤增加的有机碳更多地固定在〉1 mm粒级团聚体中。     

退化红壤区不同模式重建森林土壤水分空间变异性

采用地统计学的方法,研究了江西泰和退化红壤区不同模式重建森林在高温干旱季节土壤水分空间变异规律及其分布格局。结果表明,在该研究尺度下,湿地松纯林、枫香纯林、湿地松与枫香混交林0~20 cm,20~40cm土层含水量分布都符合正态分布,都可较好地拟合成球状模型,表现出明显的空间相关性和空间分布格局。3种重建模式样地0~20 cm,20~40 cm层土壤含水量变异函数的基台值、变程都较无林荒地明显增大,而且基台值和变程在0~20 cm,20~40 cm两土层间的差异明显大于无林荒地,说明植被恢复以后,土壤水分的空间分布特征明显改变,空间变异性增强,空间变异的程度和尺度都明显增大,土壤水分的空间变异也具有较为明显的层次性。与纯林相比,湿地松×枫香混交林土壤水分的空间变异程度较低,水分分布趋于均匀化。     

东北黑土区垄作农田寒季表土水分垂直变化特征

土壤水分变化受地形地貌、土壤质地、土地利用方式等多种因素的影响。在冻结期内,不同地表环境下土壤水分变化有明显的不同。土壤水分含量的变化又会对冻结和融化过程中土壤物理性质产生影响,进而影响土壤的抗蚀性。为探究表土水分在冻结期内的变化过程,采用野外试验方法,对东北黑土区内四种典型旱地土壤寒季表土水分变化进行研究,结果表明:2014—2015年不同地区0—30 cm表层土壤水分在冻结初期增加幅度较大,增加量大小为棕壤（西丰） > 白浆化暗棕壤（梅河口） > 黑土（海伦） > 暗棕壤（扎兰屯）,平均增加了3.1%,2.7%,2.5%,0.7%。随着土壤冻结过程的持续,土壤水分增加量减少。垂直方向上,冻结期内四种土壤在0—10 cm土层水分含量平均值为海伦（35.3%）、西丰（27.1%）、梅河口（21.1%）、扎兰屯（24.1%）,均高于其他土层。在坡面尺度上,由于不同坡位土壤、地形、耕地应用格局空间分布不同,进而影响水分向表层的迁移量。坡向对寒季表土水分变化的影响在不同地区表现不同。     

模拟降雨下黄土区草地灌木地土壤水分空间变化规律

利用黄土区燕沟流域42场模拟降雨下土壤水分观测数据,研究2种坡度的草地、灌木地在不同经营方式（原状地、刈割地、翻耕地）下的土壤水分对模拟降雨的响应。结果表明：1）在5次降雨补充下,依据土壤水分的标准差和变异系数指标,0-100cm土壤水分受土地经营方式影响表现为,原状草灌地土壤水分可划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层,刈割地全剖面为相对稳定层,翻耕地可分为活跃层和相对稳定层。2）单次降雨事件则随降雨量增加,各经营方式下的水分活跃层逐渐变薄或消失,次活跃层变厚,而相对稳定层变薄,整个土壤剖面水分变化趋于一致。3）对于受高强度降雨补充的土壤水分变异性分层,建议采用更加灵敏的土壤水分标准差和变异系数判别标准：活跃层,标准差大于1.4,变异系数大于0.12;次活跃层,标准差1.4-0.9,变异系数0.12-0.08;相对稳定层,标准差小于0.9,变异系数小于0.08。4）坡度越小,土壤水分越高,坡度对草灌木地、刈割地的影响较翻耕地显著,且对50-100cm层水分影响远大于对表层0-50cm的影响。总之,降雨后土壤水分0-100cm层不断增加,且剖面土壤水分逐渐一致,土地经营方式、坡度因素对土壤水分变化强度和在不同深度土层中的表现有显著影响。     

长江三峡山地集水区土壤水分空间变异特征

为阐明亚热带湿润气候区山地坡面土壤水分的时空变化及影响因素,以三峡库区针叶林覆盖的中山凹坡为研究对象,采用经典统计学和地统计学的方法,对2019-2020年5 m×5 m网格点监测的117个点位0-70 cm土层深度的土壤水分数据进行分析,研究了湿润和干旱条件下典型凹坡集水区内土壤含水量的统计学特征与环境因子的相关性,以及土壤含水量的空间变异特征。结果表明:(1)水平方向上,集水区内各层土壤水分均表现为中等变异(10%相似文献   

人工林对黄土高原小流域上下游不同坡面土壤水分的影响

为对比不同生态治理小流域的土壤水分,以人工刺槐小流域杨家沟及其相邻自然恢复小流域董庄沟为研究对象,2016年8月每4天在两流域的对照坡面、样点同时采样、分层测定0~120 cm剖面土壤含水量(SWC),通过经典统计学方法分析各流域不同区段、坡向、坡位、土层的SWC变化,并采用土壤水分流域变差系数指标进行流域对比。结果表明:1)董庄沟SWC上游下游,东坡西坡,坡脚坡腰坡肩,沿剖面向下先短暂降低(0~20 cm)又持续增大(20~120 cm),不同区段、坡向间差异显著(P0.05);2)在林木耗水及蒸发调节影响下,杨家沟SWC下降(P0.05)、土壤水分格局发生变化,下游与东坡土壤较湿润,SWC坡脚显著高于坡腰与坡肩(P0.05)、剖面垂向分布先持续下降(0~100 cm)后转而上升(100~120 cm);3)SWC空间变异性董庄沟(29.19%)杨家沟(23.51%),时间变异性杨家沟(10.99%)董庄沟(8.76%);4)上游、东坡、坡腰与60~120 cm土层是杨家沟土壤水分亏缺的主要区域与层次。研究结果可以作为小流域生态建设植被配置与布局的依据。