土壤养分的空间变异性及确定样本容量的研究

从澄城、杨陵两地田块均匀多点采取的土样测定结果表明,土壤有机质、硝态氮、铵态氮和水分具有很大的变异性,这种变异性不仅表现在水平方向,也表现在垂直方向,但不同养分在垂直方向上的变异规律不尽相同,因此,在一定精度要求和误差范围内,相同养分在不同土层中的样品容量也不完全相同。只有根据误差理论确定出每层所需的样品容量,才能保证不同土层间的测定结果具有相互可行性。这一研究结果,对指导合理取样和决定样品容量。     

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。     

黄土高原小流域土壤水分及全氮的垂直变异

为了研究黄土高原土壤中水分及全氮垂直分布及变异情况,对陕北神木县六道沟小流域中苜蓿地、荒草地、农地、柠条地以及油松地5种不同植被类型下0～800 cm土层中土壤含水率和土壤全氮进行了测定和分析。土壤含水率在垂直方向上呈现出干湿交替的层状分布。植被类型影响土壤水分含量的垂直剖面分布;各植被类型下相对高湿层和低湿层出现的深度不同;不同深度土层平均土壤含水率不同。农地及退耕荒草地土壤水分涵养较好,垂直方向上含水率变化较大;人工植被苜蓿、柠条消耗土壤水分较多,土壤含水率变化相对平缓;油松地平均土壤含水率及变化幅度居中。研究区域中,土壤全氮含量水平较低,表层发生陡降后,在20 cm以下土层中仍以很小的变幅降低,变化平缓。柠条地土壤全氮含量高于其他植被类型。     

典型黑土坡面速效钾空间分布特征研究

分层采集31个典型黑土剖面(0~60 cm),155个土壤样品,结合经典统计学和地统计学分析方法,研究速效钾(AK)立体空间分布规律。0~20 cm土层AK变程最大(280 m),20~40 cm土层变程最小(32 m),主要受结构因子影响(如:气候、地形、母质等),属于强度空间自相关。受光照、地形、侵蚀、入渗、含K矿物、作物生长等因子影响,水平方向西南朝向坡面AK大于东北,南朝向大于北朝向;垂直方向AK先降低后升高,多数20~30 cm土层AK显著低于50~60 cm土层。土壤AK水平空间分异主要受地形、侵蚀、辐射等因子影响,垂直空间分异主要受施肥、渗透、作物生长等因子影响。尽管研究区土壤侵蚀比较严重,但是0~60 cm土层AK含量在相当长的时间内不会成为影响作物生长的限制因子。     

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。     

TDR探针两种埋设方式下土壤水分的测定及其比较

本项试验将时域反射仪（ＴＤＲ）探针分别竖埋和横埋于冬小麦农田，测定了农田各土层土壤含水量和土体贮水量，分析了这两种埋设方式下实测值之间的绝对偏差和相对偏差。结果表明，ＴＤＲ探针在竖埋和横埋方式下测定值之间的偏差主要在土壤表层，其原因是土壤特性在土表层垂直方向上的变异较大，以及不同埋设方式下探针测定的土壤体积范围不一。文章指出，当ＴＤＲ应用于农田土壤贮水量测定时，为了提高测定精度，建议ＴＤＲ探针在土表层采用竖埋方式，在其它土层范围内用横埋方式。     

棉花膜下滴灌土壤盐分运移规律分析

为探讨棉花滴灌方式下土壤水盐运移规律,在棉花不同生育期运用烘干法和电导法,从水平方向和垂直方向测定距离滴灌带不同距离的土壤含水量和土壤盐分,结果表明:膜下滴灌条件下棉花整个生育期土壤盐分含量的运移规律为:一水前土壤中的含盐量以垂直方向0-10 cm土层内最大,随生育期的推后各土层含盐量都有不同程度的增加,土壤产生积盐现象.滴头处各土层含盐量相对较低,主要因为滴头下水分不断下滴下渗,使该处各层土壤中的盐分亦随水移动而被淋洗到浸润体外缘,从而使主要根系层的土壤形成了一个低盐区.     

莫索湾垦区不同滴灌年限及不同水质灌溉棉田盐分运移规律研究

为分析莫索湾垦区不同滴灌年限及不同水质灌溉棉田膜下滴灌盐分的运移规律,从不同土壤质地、不同生育时期、水平方向不同土层、垂直方向不同土层、总盐含量与产量间关系等5个方面对膜下滴灌盐分的运移进行了分析比对,初步得出:黏土中的盐分积累最重,壤土中次之,砂土积累最少;随着生育时期的推后,各土层含盐量都有不同程度的加大;水平方向露地行中央土层盐分积累最多,滴头处盐分积累最少;垂直方向盐分的积累在0-60cm土层逐渐增加,60-100 cm土层盐分积累受膜下滴灌影响较小;总盐含量越高产量下降越严重;总体来说,井水灌处理要比河水灌各处理积盐多.分析认为,井水与河水轮灌,定期大水漫灌洗盐,恢复排碱渠功能以及合理的轮作是土壤脱盐的必要手段.     

石羊河尾闾(青土湖)水面形成后土壤养分的空间特征

通过测定青土湖不同土层、不同水面距离的土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷和电解质,对比不同土层和水面距离的土壤养分差异,分析其空间变异性以及相关关系。结果表明：１）青土湖的土壤各养分含量均较低,水面形成的干扰改变了原状土壤的理化性质,水面的形成对土壤养分垂直分布的影响范围在0~40cm。;2）0-60cm土层深度的有机质、全氮、速效氮、全磷、全钾和土壤溶液电导率分别在距水面100-150m和300 m处达到最大值,在距水面200 m处为最小,呈波浪式变化,这种波浪式变化与其原湖泊沉积和区域气候环境相符合。;32）土壤养分含量存在显著空间变异性,各养分指标含量随土层深度变化规律明显,不同水面距离0～40cm土层土壤有机质、全氮等含量均比40~80cm高,土壤各养分含量除了土壤全钾含量在0~80cm、土壤全磷在60~80cm为弱变异外,其他均属于中等变异。;43）在0~40cm土层深度,有机质与全氮、全钾,速效氮、电导率呈正相关;电导率和速效磷、全磷呈正相关。青土湖的土壤各养分含量均较低,水面形成的干扰改变了原土壤的理化性质,水面的形成对土壤养分垂直分布的影响范围在0~40cm。     

在不同水土保持耕作中磷和钾的分层研究

通过对25cm以上土层精确的定量样品分析以及在实验室对有效磷和有效钾进行必要的测定,研究了在长期水土保持耕作措施下土壤中磷和钾的分布状况。结果表明在垄作、沟种及平耕地的磷和钾均具有明显的垂直分层性。一般地,最上层5cm土层中的有效磷、钾含量是5~15cm土层中的3.5倍多。     

云冷杉林土壤酶活性与土壤养分的研究

对不同生长状况云冷杉林土壤酶活性在不同土层进行比较,并对土壤酶与土壤养分及与林下植物的关系进行分析。结果表明：不同土层的土壤酶活性对云冷杉林死亡程度响应不同,0-15 cm土壤酶活性变化最为显著,随土层深度的增加,酶活性减小,且对云冷杉的死亡响应程度减弱;5种土壤酶活性对云冷杉死亡程度响应表现不一,脲酶和过氧化氢酶活性随死亡程度的加大对云冷杉死亡率响应较最大,而转化酶、磷酸酶及多酚氧化酶活性随云冷杉死亡程度的增加下降较小;土壤有机质的含量对云冷杉林死亡程度的响应较大,对照样地有机质含量与重度及极重度死亡样地间呈极显著相关关系（P〈0.01）,5种酶活性均与有机质、速效K含量极显著正相关（P〈0.01）;云冷杉林死亡率增加,其林下植物多样性指数亦呈增加趋势,随着云冷杉林死亡程度的增加林下灌木层多样性增加,而林下草本层的多样性先增加后减少;林下植物Shannon-Wiener指数和Pielou指数与土壤多酚氧化酶活性的相关性最强,其次是过氧化氢酶。     

黄土丘陵区退耕地土壤养分变异特征

在延安、安塞和吴旗选择典型黄土丘陵不同植被类型区的不同年限退耕地为试点,通过S型方法采集土样,应用土壤养分系统研究法进行了养分分析,并应用传统统计学对土壤养分变异进行了研究。结果表明,不同植被类型区土壤养分性质均存在着空间变异。受传统农业影响的有机质、全N、有效N和速效K的变异较大;而全P和速效P的变异相对较小。不同退耕年限的土壤养分含量及其变异系数存在着明显差别。退耕初期,受耕作和施肥影响,土壤养分含量较高,植被特征指数呈显著上升趋势且变异性较大;随着耕作施肥活动的停止和植被恢复对土壤养分的消耗,使土壤养分含量有一个降低的过程,土壤养分的变异也较大;而随着植被恢复和群落演替的继续,植被枯落物逐步增多,土壤也逐步发育,植被指数与土壤养分均呈增长趋势,并在退耕地20年左右时达到稳定状态,但土壤的发育往往滞后于植被特征的变化。     

科尔沁沙地南缘樟子松人工林对土壤水盐的影响

为掌握科尔沁沙地南缘樟子松造林40多年对土壤水分、盐度的影响。以科尔沁沙地樟子松林地、草地2020年3月至2021年11月土壤、气象数据为基础，采用双累积曲线法(DCM)验证样地选取的合理性，利用空间代替时间法(STM)研究樟子松林地、草地土壤含水量、盐度的变化规律，以及与气象因子关系的差异。樟子松林地改变了土壤纵向剖面水分、盐度分布规律，二者均趋于正“S”形分布；林地有效提高土壤储水量(p<0.05),降低土壤盐度，缩减水分次活跃层范围；林地土壤水分变异性更高(p<0.05),盐度变异性更低(p>0.05);林地的气象因子与土壤水分、盐度指标各分项之间关联程度与草地不同，减弱与降雨的相关性，增加与水汽压亏缺的相关系数。樟子松林生态系统具有较强的涵养水源、抑制土壤盐渍化的功能。     

太行山山前坡地不同土地利用方式下土壤水分的时空变异特征

以济源试区坡耕地、苹果园、果农复合系统、退耕还林地、刺槐林地5个邻接农林模式为研究对象,用时域反射仪(TDR)测定坡面不同农林模式雨季前、雨季中和雨季后表层土壤(0-30 cm)含水量,分析表层土壤水分分布特征及其时空变异特征。结果表明:由于受不同坡位、不同植被类型的影响,土壤表层含水量从坡顶到坡底逐渐增加;雨季前后土壤表层含水量的半方差理论函数均呈球状模型,块金值变化并不明显,其值分别为0.25和0.30,独立间距分别为99.7 m和87.6 m,土壤水分具有强烈的空间自相关性,存在很好的分形特征,分形维数分别为1.71和1.74,变异均主要是由空间自相关部分引起。雨季中土壤表层含水量的半方差函数呈直线模型,土壤水分空间变异表现出随距离增加而增加,分形维数为1.40。     

县域土壤有机质空间变异特征及合理采样数的确定

以有机质为例,以高密度土壤养分采样数据为数据源,通过随机抽取生成不同采样密度的样点数据,分析了不同采样密度下土壤有机质的空间变异特征及县域合理采样数。研究结果表明,在一定研究尺度下采样密度对土壤养分的模型拟合、变程和空间相关性没有显著影响,即适当减少样点数可以满足插值分析的需要,充分考虑土壤养分空间变异评价的精度分析,确定县域土壤有机质合理采样数应控制在400个以上。     

澳大利亚亚热带地区二代肯宁南洋杉林早期测定土壤C、N所需采集土壤样大小研究

Investigations into forest soils face the problem of the high level of spatial variability that is an inherent property of all forest soils. In order to investigate the effect of changes in residue management practices on soil properties in hoop pine （Araucaria cunninghamii Aiton ex A. Cunn.） plantations of subtropical Australia it was important to understand the intensity of sampling effort required to overcome the spatial variability induced by those changes. Harvest residues were formed into windrows to prevent nitrogen （N） losses through volatilisation and erosion that had previously occurred as a result of pile and burn operations. We selected second rotation （2R） hoop pine sites where the windrows （10-15 m apart） had been formed 1, 2 and 3 years prior to sampling in order to examine the spatial variability in soil carbon （C） and N and in potential mineralisable N （PMN） in the areas beneath and between （inter-） the windrows. We examined the implications of soil variability on the number of samples required to detect differences in means for specific soil properties, at different ages and at specified levels of accuracy. Sample size needed to accurately reflect differences between means was not affected by the position where the samples were taken relative to the windrows but differed according to the parameter to be sampled. The relative soil sampling size required for detecting differences between means of a soil property in the inter-windrow and beneath-windrow positions was highly dependent on the soil property assessed and the acceptable relative sampling error. An alternative strategy for soil sampling should be considered, if the estimated sample size exceeds 50 replications. The possible solution to this problem is collection of composite soil samples allowing a substantial reduction in the number of samples required for chemical analysis without loss in the precision of the mean estimates for a particular soil property.     

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。     

湘赣边界山区林地土壤养分分异规律

[目的]对湘赣边界山区林地在不同海拔高度及植被类型影响下的土壤养分特征和空间分异规律进行研究,为林地土壤的合理利用及培肥提供依据。[方法]采集林地表层土壤,测得各养分指标含量,运用修正的内梅罗综合指数法和变异系数法,对该区土壤综合肥力和空间变异性进行评价。[结果](1)试验区土壤整体呈酸性,有机质和全氮养分含量较高,但普遍缺乏速效养分(磷、钾)。(2)随着从丘陵、低山到中山海拔等级的升高,土壤有机质、全氮、速效磷含量及综合肥力系数不断增加;pH值、有机质、全氮的空间变异性不断减小。(3)不同林地生态系统覆被下土壤综合肥力表现为:灌木林>针阔混交林>毛竹林>阔叶林>针叶林;空间变异性规律为:灌木林>针叶林>毛竹林>阔叶林>针阔混交林。(4)人工林的土壤有机质、全氮、速效钾、pH值及土壤综合肥力都低于天然林。[结论]中山海拔等级林地、针阔混交林、天然林对维持良好的土壤养分状况具有更大潜力。     

基于GIS的水土保持措施下坡耕地土壤养分变异特征

以水保林地、水平梯田及地埂植物带组成的水土保持措施体系和无措施坡耕地土壤养分为研究对象,利用GPS定点采样,传统统计分析和ArcGIS地统计分析相结合,并通过参数及误差值对比,选取最佳空间插值拟合模型（球状模型）,研究水土保持措施体系和无措施坡耕地土壤养分的空间变异特征。结果表明:（1）5个指标的空间变异度对比:TP > 有效P > TN > 有机质 > pH,其TN,TP,有效P,pH值的空间变异受水土保持措施影响显著,有机质不仅受非人为因素影响,也受人为因素影响。（2）运用Kriging插值制图显示,5个指标在空间上分布均不均匀。采取水土保持措施后对土壤养分有一定的富集作用,含量显著高于无措施对照区;无措施坡耕地坡上、坡中和坡下部位土壤养分呈规律性降低趋势。而土壤pH值空间变异与有机质,TN,TP和有效P相反。（3）上坡位的水保林地对TN,TP和有机质的拦蓄作用最好,中坡位的水平梯田对有效P的拦蓄作用显著;由于下坡位的无措施对照区作为土壤养分流失的必经区域,土壤养分含量较高,表现出地埂植物带对养分的拦蓄作用不显著。通过土壤pH值的空间对比发现,种植相应植物使水保林地和地埂植物带土壤pH值下降了。     

黄土高原不同年限刺槐土壤化学计量特征分析

通过对陕北黄土高原4种不同年限(10,15,25,40年)刺槐林地0—200cm土壤的采集与分析,研究不同刺槐种植时间对土壤营养元素及化学计量比的影响。在每个林龄的林地内设3个小区,每个小区采用随机采样法选取3个采样点分层采集土壤样品,进行土壤碳、氮、磷、钾测定,计算化学计量比。结果表明:(1)有机碳和全氮、全钾含量随刺槐年限增加呈基本增大的趋势,全磷随刺槐年限的增长变化不大;有机碳、全氮和全磷呈极显著的正相关关系;(2)在0—200cm土层,有机碳、全氮空间分布基本一致,随土层深度增加均呈先减少后趋于稳定的变化趋势;全磷在整个空间中的分布较为均匀,其空间变异性低于有机碳和全氮;全钾含量高于碳氮磷含量,且随土壤深度变化不大;(3)土壤C∶N比,C∶P比,N∶P比和C∶N∶P比均随刺槐年限的增长呈先降低后升高的趋势,都在15年处有最低值;(4)土壤C∶N比随土层深度在一定范围波动,C∶P和N∶P比均随土层深度的增加呈先减少后趋于稳定的变化趋势。