半干旱黄土丘陵区土壤水分入渗速率的空间变异性

选择宁夏南部半干旱黄土丘陵区的彭阳县中庄小流域,针对其多年来水保措施的治理成效,利用小型人工模拟降雨和双环注水法入渗试验装置技术,对全流域不同生态恢复与重建地（水平沟、鱼鳞坑、水平梯田、人工牧草、天然草地）,不同地形地貌（坡向、坡位、坡度）进行了多点土壤入渗速率实测。试验结果表明,该流域土壤入渗速率具有明显的坡面垂直变异规律,随着坡度的增加,土壤稳渗率增加,阴坡土壤稳渗率高于阳坡,但其初渗率小于阳坡;坡位对稳渗率的影响表现为南坡上到坡下稳渗率逐渐提高。土地利用方式不同,入渗速率也存在较大差异。     

土壤稳定入渗速率空间插值不确定性研究

以黄土丘陵沟壑第三副区的藉河流域为研究区,根据65个实测点数据,采用普通克里格法、反距离权重法、样条函数法等插值方法,分析了测点数量变化、栅格像元尺寸变化及插值方法的差异对土壤稳定入渗速率空间插值结果的影响,剖析了空间插值中的不确定性.结果表明:(1)参与插值站点越多,所得插值结果不确定性越小;(2)像元尺寸在25～800 m间变化对土壤稳定入渗速率的插值结果影响微弱;(3)不同插值方法对插值结果的精度影响较大,说明插值方法的差异对插值结果的不确定性有较大影响.     

黄土丘陵区小流域土壤水分入渗特征研究

 为给森林对流域减流减沙效益的预测和评价提供科学依据,采用“环刀法”,在流域的横断面上设点,对黄土丘陵区森林小流域和荒坡草灌小流域土壤水分入渗特征进行了研究。结果表明:森林小流域林地土壤入渗速率显著高于荒坡草灌小流域。在2种小流域类型中,阴坡的土壤入渗速率一般高于阳坡,其中森林小流域阴、阳坡的差异较小,仅在坡上部表现明显,稳定入渗速率分别为7.8mm/min和7.0mm/min;荒坡草灌小流域阴坡的土壤入渗速率高于阳坡,这与阴坡植被发育较好有关。在坡位上,表现出从坡上部到坡下部,土壤入渗速率随坡位下移呈逐渐降低的趋势,即其空间特征为坡上部>坡中部>坡下部。据分析,这是上部产生的径流挟沙而下,在下部沉积,堵塞土壤孔隙,并在表层形成一个致密层的结果。根据黄土丘陵区的土壤特性,其土壤入渗过程以方正三方程拟合精度最高,如将其与A.Kostiakov方程结合使用 ,则可更好地说明土壤的初始入渗速率和稳定入渗速率。     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤入渗规律研究

在延安燕沟试验区建立不同下垫面(草地、刈割草地、翻耕草地、灌木地、刈割灌木地、翻耕灌木地)小区,分析了30场人工模拟降雨试验的入渗资料,结果表明,植被覆盖地平均入渗率是刈割地的1.2倍,是翻耕地的2.0倍;在地表坡度7°,草灌地土壤容重分别为1.27和0.99 g/cm3条件下,坡面平均入渗率与降雨强度具有极显著的抛物线函数关系.草地、刈割草地、灌木地、刈割灌木地雨强分别达到1.62,2.21,2.49和1.71 mm/mim时,平均入渗率具有最大值,分别为1. 17,0.97,1.67和1.51 mm/min;但翻耕草地、翻耕灌木地与此相反,雨强分别达到1.36和1.68 mm/min时,平均入渗率具有最小值,分别为0.379和0.382 mm/min;Horton入渗公式能较好地模拟不同土地利用方式下降雨的入渗过程.     

黄土丘陵区小流域土壤有效水空间变异及其季节性特征

基于213个样点土壤有效水数据,从流域、坡面和沟道三个尺度分析了黄土丘陵区典型小流域土壤有效水在春、夏、秋三个季节的空间变异特征。结果表明,土壤有效水均呈较强空间变异性,其中沟道土壤有效水均值和空间变异强度(标准差和变异系数)均显著高于坡面,坡面和沟道土壤有效水正态性明显好于流域尺度。不同尺度土壤有效水空间变异程度随均值发生变化,变异系数随均值增加呈指数递减趋势。流域和坡面尺度土壤有效水与坡向呈显著正相关关系且相关系数高于其与坡度和高程,而沟道尺度与各地形因子相关关系均较弱。土壤有效水空间变异呈现明显的季节性特征,秋季土壤有效水均值最高而空间变异性最低,夏季土壤有效水均值最低但变异系数最大。流域尺度夏季土壤有效水与高程相关系数显著高于春秋两季,而坡面尺度则相反。此外,土壤有效水抽样不确定性和估算误差随样点数量增加呈非线性递减变化趋势,当样点数超过20个时,增加样点数量的作用有限。     

黄土丘陵区小流域土壤侵蚀空间变化定量研究

以陕西北黄土丘陵区安塞县纸坊沟流域内小流域为研究实例，在分析野外小区观测资料建立土壤侵蚀模型的基础上，应用由ARC／INFO地理信息软件系统支持建立的空间信息数据库系统和土壤侵蚀模型相结合的方法，进行了小流域次降雨土壤侵蚀空间化的定量计算，进而研究了流域内侵蚀强度的空间变化规律及其与地貌和土地利用的关系，经实测资料的检验表明，建立的预报方法，具有较高的计算精度。     

黄土高原六道沟小流域坡面土壤入渗特性的空间变异研究

水蚀风蚀交错带是黄土高原水土流失最为严重的地区,研究其不同地类土壤的入渗特性及其空间变异规律,有助于揭示黄土高原土壤侵蚀过程和生态环境的脆弱性以及流域水文模型精度的提高。本研究选取在水蚀风蚀交错带的强烈侵蚀中心六道沟小流域进行,采用双环定水头入渗法,在六道沟流域内一个长375m的完整天然坡面上网格布点,应用传统统计学方法和地统计学方法对稳定入渗率和前30min累积入渗量等土壤入渗特性重要参数的空间变异结构进行了研究,结果表明:(1)土壤稳定入渗率和前30min累积入渗量的变异系数分别为0.480和0.404,在坡面上的变异程度均呈现中等变异性;(2)两个入渗特性参数的试验半方差函数与理论半方差函数均拟合较好,自相关特征距离分别为126m和226m;块金值均大于0,表明在采样间隔范围内可能存在更小尺度的空间变异,要进一步研究在采样间隔内是否具有更小尺度的空间相关特征,可以增加采样密度来分析。     

利用土壤入渗速率和土壤抗剪力确定土壤侵蚀等级

土壤入渗速率决定着地表径流，土壤抗剪力制红着土壤的可蚀性能，因此，两者对水土流失作用有着直接的影响，可以用来确定土壤侵蚀的等级。     

田块尺度土壤入渗特性空间变异研究

土壤入渗特性是田块尺度参数估值的重要基础。该文以陕西省杨凌区一级阶地砂壤土和三级阶地粘壤土所选典型田块的双环入渗试验为基础,分析了归一化因子在单一尺度和多尺度上的分形特征,并在此基础上建立了估算归一化因子的土壤转换函数。结果表明:对于修正Kostiakov公式所采用的归一化处理方法是可行的,可较好地预测典型田块各测点的土壤入渗过程;在单一尺度上,一级阶地和三级阶地所选典型田块的归一化因子最优半方差函数均为球状模型,其分形维数分别为1.796和1.840;在多尺度上,一级阶地典型田块归一化因子的空间变异受粉粒含量、砂粒含量和土壤容重的影响显著,三级阶地典型田块归一化因子的空间变异与黏粒含量、粉粒含量、砂粒含量和土壤初始含水率相关程度最高(显著性水平0.01);估算归一化因子的土壤转换函数具有较高的精度和可靠性,其一级阶地和三级阶地典型田块验证样本归一化因子的实测值与估算值相对误差绝对值均值分别为13.15%和9.95%。研究结果可较好地解决田块尺度内土壤入渗点面转换及入渗参数难以取得的问题。     

杨凌区土壤入渗特性的空间变异特征研究

为揭示杨凌区黏壤土区域土壤入渗特性的空间变异特征,通过在该研究区内进行的44组大田土壤入渗试验为基础,采用标定理论与地统计学相结合的方法,对Philip入渗公式进行了标定,并分析了标定因子和土壤累计人渗量的空间变异特征.结果表明:在研究区内基于土壤稳渗率A计算的标定因子aA标定效果最优;aA的变异系数为0.257 5,属于中等变异强度,且服从对数正态分布;aA的空间变化呈现二阶趋势,块金值与基台值的比值为0.228 0,表明其具有强烈的空间相关性.普通Kriging插值结果显示所有测点的aA和90 min累计入渗量空间分布特征具有高的一致性,并在此基础上,将aA和30 min、60 min、90 min累计入渗量预测值与实测值进行了比较,其两者的误差绝对值均值分别为12.25％、28.15％、25.56％和24.57％,结合实际情况,可认为该方法的预测结果是完全可以接受的.     

黄土丘陵区水土保持措施配置与土壤水分的关系

土壤水分与水土保持措施配置间存在密切关系,从空间结构看,地形起伏引起降水再分配,而工程措施可使降水形成有益的再分配,由此产生土壤水分的微域分异。这种分异制约影响着生物措施的空间配置;从时间过程看,为防止某些植物过度的水分消耗而致土壤干燥化,需采取循环轮作配置。在黄土丘陵区要求林草与农作物地在轮作周期内的总耗水量与有效雨量（降雨量与径流深之差）持平。     

黄土丘陵区农田水分循环特征及土壤水分生态环境

在评价土壤水分性质的基础上,本文系统地讨论了黄土丘陵区农田水分循环特征及作物土壤水分生态环境,并从理论上解释了该区域土壤有效水利用率较高,土壤低温度仍表现出较高的有效性.同时指出,该区域土壤有效水库容大,对作物供水调节能力强;但因气候干旱,土壤水分亏缺严重,土壤只在生育期内对作物供水起调节作用,这是黄土丘陵区土壤水库效应的区域特征.此外,本文将土壤蒸发分为旱季和雨季两个时段,研究表明土壤蒸发最强的时段,在雨季而不在旱季.     

黄土丘陵沟壑区水土保持林体系建设及效益分析

本文通过安塞黄土丘陵沟壑区立地条件类型的划分,研究了树种布局、林种配置、林地水保效益、林地土壤水分动态、树种热值、林分蓄积量和生物量等。提出了黄土丘陵沟壑区水土保持林体系的最佳模式。     

黄土丘陵沟壑区主要水保林类型及草地水保效益的研究

本文分析了黄土丘陵沟壑区主要水保林类型及草地水保效益动态的观测资料,结果表明:柠条成林、刺槐成林、沙棘林保水保土效益好,柠条幼林及沙棘与油松、杨树混交幼林保土效益低于荒坡;林地的侵蚀量与林地的覆盖度呈二次多项式关系,并呈负相关,且覆盖度60%～70%为有效盖度;在林冠郁闭度相近情况下,林地活地被物层盖度越大,林地土壤侵蚀量越小;降雨强度特别是暴雨对林地的径流和冲刷影响极大,而且水土流失主要由暴雨造成,其流失量为总量的20%～97%;人工牧草地水保效益均高于农地,以沙打旺草地最好。     

探索黄土丘陵区的水土保持型生态农业

根据几年来在陕北安塞县水土保持实验区的试验、示范和生产治理的结果,按照半干旱地区的特点,系统地探讨了黄土丘陵区水土保持型生态农业的问题,包括土壤水分资源的合理利用;根据人工林对土层的干燥状况,规划水土保持防护林建设;尽力发展旱作农业,提高粮食产量;坡耕地的治理和陡坡地退耕还林等。文中提出并讨论了保护农业环境和水土保持型生态农业体系的设想。     

黄土丘陵区山桃灌木林地土壤水分过耗与调控恢复

在黄土丘陵区的荒山荒坡采用工程整地措施 ,进行灌草合理布局与立体配置。研究结果表明 :山桃灌木林生长到第 4年 ,根系的分布深度达 3 2 0～ 3 60cm ,0～ 5 0 0cm土壤含水量比造林前降低了2 1～ 3 3个百分点 ,土壤干层厚度为 1 5 0cm ;生长到第 8年 ,根系的分布深度达 480cm以上 ,土壤干层由第4年 1 5 0cm扩大到 3 0 0cm ,含水量最低为 4 2 % ,最高为 8 4% ;生长的第 1 2年土壤干层明显 ,尤其是 5 0～40 0cm土壤含水量最低为 5 0 % ,最高为 8 6% ,土壤干层厚度达 3 5 0cm ;生长的第 1 6年土壤干层的分布深度在 5 0～ 3 5 0cm ,土壤含水量最低为 4 3 % ,最高为 6 6% ,土壤干层厚度达 3 0 0cm。但通过水平阶、水平沟和鱼鳞坑整地调控 ,0～ 1 0 0cm土壤含水量分别比荒山提高 0 7～ 6 3个百分点 ;1 0 0～ 3 0 0cm提高 0 6～ 4 6个百分点 ;3 0 0～ 5 0 0cm提高 1 4～ 4 6个百分点 ,这充分表明采用合理的整地措施造林 ,土壤水分调控效果显著。     

水蚀风蚀交错带坡面土壤入渗特性的空间变异及其分形特征

研究在水蚀风蚀交错带的强烈侵蚀中心陕北神木县六道沟流域进行。在一个自然完整坡面上网格布点,采用双环定水头入渗法研究了坡面土壤的入渗特性,在应用传统统计学方法的基础上,将分形理论和地统计学方法结合起来对坡面土壤入渗特性的空间变异进行了研究。获得以下结论:(1)稳定入渗率、平均入渗率和前30 min累积入渗量等三个参数的变异系数分别为0.48、0.36与0.40,在坡面上的变异程度属于中等变异性;(2)三个参数的分维值D分别为1.88、1.92与1.85,样本之间土壤特性值的差异较小,短距离的变异影响占主导地位;(3)研究的土壤在一定的空间范围内具有分形特征。稳定入渗率、平均入渗率与前30 min累积入渗量的自相关范围分别为20~120 m2、0~140 m与40~100 m。     

宁南黄土丘陵区荒坡地土壤水分分布与运行特征

用土钻法连续5年对荒坡地不同坡向、坡位的土壤水分进行了定位测定,表明不同坡向土壤水分差异显著,南坡和北坡相比,0～2m土层北坡含水量高,但1～2m土层南坡比北坡土壤含水量高。荒坡地耗水深度南坡2.3m,北坡1.3m。坡地蒸散平均305～335mm,其中90%来自大气降水。     

低丘红壤有机碳库的密度及变异

在中国科学院红壤生态实验站,采样分析了不同利用方式下土壤有机C 库的密度及其变异。结果表明,低丘红壤有机C 的密度0 ~ 20cm为(2.09 0.69) kg/m2,0 ~ 100 cm为(5.01 1.46) kg/m2; 全N密度0 ~ 20 cm为(0.20 0.07) kg/m2, 0 ~ 100 cm为(0.59 0.14) kg/m2。从裸地到稀疏荒草地,0 ~ 20 cm和0 ~ 100 cm土壤有机C 密度可以提高1.0 kg/m2和1.7 kg/m2;而从稀疏荒草地到人工林地或园地,0 ~ 20 cm和0 ~ 100 cm土壤有机C 密度可以提高0.7 kg/m2和0.9 kg/m2;稀疏荒草地如果开垦利用为水田,经长期培肥达到高度熟化,则0 ~ 20 cm和0 ~ 100 cm土壤有机C 密度可以提高2.3 kg/m2和4.4 kg/m2。即使不同类型的人工林地和园地之间,0 ~ 20 cm和0 ~ 100 cm土壤有机C 的密度差异也可达到1.0 kg/m2和3.5 kg/m2。不同地形部位之间0 ~ 20 cm和0 ~ 100 cm土壤有机C 密度差异达到1.3 kg/m2和2.9 kg/m2,全N密度差异达0.1 kg/m2和0.3 kg/m2;不同肥力水平之间0 ~ 20 cm和0 ~ 100 cm土壤有机C 密度差异达到1.5 ~ 2.2 kg/m2和2.8 ~ 4.1 kg/m2,全N密度差异达0.07 ~ 0.11 kg/m2和0.20 ~ 0.23 kg/m2; 强烈侵蚀可以降低0 ~ 20 cm和0 ~ 100 cm土壤有机C 密度1.4 kg/m2和2.2 kg/m2。因此,通过调整土地利用方式,可以提高土壤有机C 库密度,增     

SPATIAL VARIABILITY OF SOIL PHYSICAL PROPERTIES IN A REGION OF THE LOESS PLATEAU OF PR CHINA SUBJECT TO WIND AND WATER EROSION

The analysis of the spatial variability of soil properties is important for land management and construction of an ecological environment. The objectives of this study were to investigate the spatial variability of saturated hydraulic conductivity (K_S), total porosity (TP), capillary porosity (CP) and bulk density (BD) in relation to land use in a 0·54 km² watershed on the Loess Plateau. Topsoil samples (0–5 cm) from 154 sites within the watershed were collected and analyzed by classical and geostatistical statistics in the summer of 2009. The results from the classical statistical analyses indicated that TP, CP and BD had low variability whereas K_S had high variability with the watershed. Farmland had significantly lower BD and higher TP and CP than grassland, shrubland and woodland (p < 0·05). Geostatistical analyses revealed that the K_S semivariogram was best fit by a spherical model, the CP semivariogram was best fit by an exponential model and the TP and BD semivariograms were best fit by Gaussian models. The nugget to sill ratios and fractal dimension values indicated that all four soil properties had strong spatial dependence. Moran's I analysis showed that a 100‐m sampling interval would be adequate for detecting the spatial structure of the four soil physical properties within the watershed. Spatial interpolation maps could provide useful information for precision agriculture practices and ecological management. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.