土壤含水量和容重的空间变异及其分形特征

在小区面积为７．５ｍ×７．５ｍ的冬小麦农田,用烘干法和时域反射仪分别测定了表层０－１５ｃｍ土壤含水量和体积含水量,并用θｖ／θｇ求得土壤的容重。小区内测定网格单元为０．５ｍ×０．５ｍ。根据测定结果,用常规统计方法计算了均值,平均差,标准差,变异系数等传统统计特征值,并指出了用该方法表示土壤特性引起的困惑。     

黄土高原坡地表层土壤饱和导水率和水分含量空间变异特征

表层土壤水分含量和饱和导水率对深层土壤水分的动态的变化具有重要的决定作用。在黄土高原坡地（50m×360 m）范围内进行网格（10 m×10 m）取样,用地统计学方法研究表层（0～30 cm）土壤饱和导水率和水分含量的空间变异特征。结果表明：1）坡地表层土壤密度变化规律为坡下位大于坡上位,土壤饱和导水率变异系数为0.37,属于中等变异强度;2）饱和导水率和自然对数化的饱和导水率在360 m尺度内均不具备空间结构特征,是纯随机变量,线性有基台模型适用于描述表层土壤水分的分布特征,水分分布存在明显的块金效应,并且随滞后距离的增加半方差变大;3）饱和导水率和水分含量从坡上位到坡下位均呈现波浪式变化,饱和导水率大的采样点土壤水分含量低,反之则高。     

菜田土壤养分空间变异特征

采用传统统计和地统计相结合的方法，对55hm^2菜田耕层土壤养分空间变异特征进行了研究。结果表明，土壤养分主要限制因子是N、P、K和Zn。不同土壤养分的变异情况各不相同。土壤养分速效含量一般呈斑块状分布；土壤NO3^- -N、P、K和Zn含量在空间分布上具有明显的空间相似性。土壤NO3^- -N、P、K含量分别与种菜历史及肥料用量（N、P2O5和K2O）之间均呈极显著的正相关。     

黄土高原东北缘退耕坡地土壤养分和容重空间变异特征研究

以山西广灵退耕6年的典型坡地为代表,在实地调查和取样分析的基础上,使用经典统计学和地统计学方法研究了黄土高原东北缘退耕荒草地中土壤养分与容重的空间变异特征.结果表明:研究区土壤容重较高、养分含量较低,土壤较为贫瘠,且土壤容重具有弱变异而土壤养分具有中等程度变异;同时,所研究土壤性质的合理采样数从多到少依次为全磷>有机质>速效磷>碱解氮>速效钾>全氮>容重;另外,该区土壤养分和容重的空间分布可用球状模型进行较好的拟合,而且其空间变化主要是人为等随机性因素作用的结果.     

云雾山不同坡向草地土壤养分的坡面分布特征

结合野外调查和室内分析的方法对云雾山不同坡向草地土壤养分的坡面分布特征进行了研究.结果表明,封育草坡表层(0-15 cm)土壤碳、氮、磷全量远远高于撂荒坡;阳坡表层土壤有机碳和全氮含量随距坡顶距离的延长呈先降后增趋势,而阴坡则随距坡顶距离的增加呈先增后降趋势;全磷在不同坡地的变异性较大.在土壤剖面分布上,3个坡地土壤有机碳、全氮、矿质氮、速效磷和阳离子交换量的含量或值基本随土层的加深而降低,且在大致表现出封育阴坡>封育阳坡>撂荒坡的趋势;pH值则与之相反;速效钾和全磷均呈现出撂荒坡>封育阴坡>封育阳坡.这些结果表明研究区草坡地自然封育后土壤养分状况有所改善,其改善程度以阴坡较大.     

菜田土壤养分空间变异特征

采用传统统计和地统计相结合的方法,对55 hm2菜田耕层土壤养分空间变异特征进行了研究。结果表明,土壤养分主要限制因子是N、P、K和Zn,不同土壤养分的变异情况各不相同。土壤养分速效含量一般呈斑块状分布;土壤NO3--N、P、K和Zn含量在空间分布上具有明显的空间相似性。土壤NO3--N、P、K含量分别与种菜历史及肥料用量(N、P2O5和K2O)之间均呈极显著的正相关。     

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。     

黄土高原县域土壤养分空间变异特征及预测——以陕西省横山县为例

研究土壤属性空间变异及其分布特征与环境因子的关系,对于了解生态系统的过程具有重要意义。以横山县为例,采集了254个耕层(0~20 cm)土样,利用数字地形与遥感影像分析技术,提取相关地形与遥感指数,分析不同土地利用、地形条件下土壤养分空间变异及分布特征,并结合回归分析与地统计学进行空间分布预测。结果表明,不同土地利用类型其养分含量差异显著,水田和川地的有机质和全氮含量明显高于其他土地利用类型,而全磷含量以梯田最高。不同坡度分析表明,"0~3°"坡度等级有机质和全氮含量显著高于其他坡度等级;不同坡向土壤养分含量差异均不显著,但存在一个明显的趋势,即阴坡有机质和全氮含量整体上要较阳坡高。土壤有机质与高程H呈现负相关,与坡向的余弦值cosα、复合地形指数CTI、修正后的土壤调节植被指数MSAVI及湿度指数WI呈正相关。土壤全氮与相关环境因子的关系基本与有机质的一致。而土壤全磷与修正后的土壤调节植被指数MSAVI及湿度指数WI正相关。土壤有机质和全氮用相关环境变量的多元线性逐步回归模型拟合预测较好,而对于全磷,预测结果较差;回归—克里格预测有效地减小了残差,消除了平滑效应,与实测值较为接近,预测精度高于多元线性逐步回归预测。     

黄淮海平原土壤盐分及其组成的空间变异特征研究

本文应用地统计学的方法,对黄淮海平原０－２００ｃｍ各土层的含盐量及其盐分组成进行了半方差函数分析,结果表明,黄淮海平原土壤盐分具有明显的空间变异特征,该区盐分已集中分布在某些较大的区域。     

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。     

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。     

基于有效含水量的土壤水分监测点布设的空间分层采样方法

为了优化灌溉实践,构建准确估计平均土壤水分的监测点布设准则,该研究引入有效含水量（Available Water Capacity, AWC）作为辅助变量,结合经典统计学和地统计学构建了一种基于辅助变量空间自相关的分层采样方法（Stratified Sampling Method Based on Spatial Autocorrelation of Auxiliary Variables,SSAV）,克服直接以土壤水分为变量时受其强时空变异影响的弊端,并在田块尺度进行试验。结果表明：0～40和0～80 cm土层的AWC服从正态分布;在90%置信区间,采样误差为10%时研究区内0～40和0～80 cm土层的监测点数目分别为7个和6个;基于SSAV布点法估计土壤水分的相对误差变化范围为–23.23%～35.15%,较简单随机布点（Simple Random Sampling,SRS）法减小了26.48%。标准差的平均值为4.78%,较SRS降低了17.30%。基于SSAV的0～40和0～80 cm两个土层的估计值和观测值之间的平均均方根误差RMSE为0.010 4 cm3/cm3,基于SRS的RMSE为0.012 0 cm3/cm3,显著性检验P<0.001,SSAV显著提高了对土壤水分的估计精度和准度。SSAV为获得区域平均土壤水分提供了省时、省力、低成本的监测点布设方案,为农业水资源管理和提升农业用水效率提供了保障。     

黄土旱塬集雨保墒措施对苹果发育和土壤水分变化的影响

为了有效缓解黄土旱塬区苹果园深层干燥化,保证苹果产业的可持续发展,该文选取甘肃镇原盛果期苹果园,连续6 a定位测定了黑色地膜覆盖和黑色地膜覆盖+立体化入渗对苹果产量、新梢生长量和土壤含水量等指标。分析了6 a不同处理苹果产量、形态指标和不同生育期果园0~500 cm土壤相对水分亏缺指数的变化,研究结果表明:黑色地膜覆盖+立体化入渗较对照平均增产16.49%,优果率增加8.91%;300~500 cm土壤含水量较对照增加0.50~2.63百分点,降水入渗深度达到了480 cm,在60~500 cm水分相对亏缺指数为-0.05~-0.12,最大补偿区域为200~300 cm,水分补偿为春季花期和收获期。因此,黑色地膜覆盖+立体化入渗技术提高了果树产量与优果率,改善了果园深层水分状况,缓解土壤深层干燥化。     

基于多源数据的土壤水分反演及空间分异格局研究

温度植被干旱指数(TVDI)是一种通过反演土壤水分来反映土壤干旱状况的重要方法。在TVDI的基础上引入数字高程模型(DEM)数据对地表温度进行校正,能够减少地形起伏对能量二次分配的影响。用阈值将研究区分割成不同土地利用类型,结合野外同步实测数据,用分段反演模型反演渭-库绿洲土壤水分分布图,并对渭-库绿洲土壤水分的空间格局和分异规律进行分析。结果表明:(1)地形校正后的TVDI能够更好地反映土壤水分状况;(2)土壤水分总体上从西至东,由北向南降低,在绿洲内部较为稳定,在交错带变化较为剧烈,土壤水分垂直变异系数呈现幂函数递减的整体变化趋势;(3)针对研究区不同土地利用类型用分段反演模型进行反演,有效地实现优势互补,总体上提高了土壤水分的反演精度,在区域土壤水分研究中值得关注和应用。     

温室土壤含水率与导热率空间分布及相关性

为探究土壤含水率与导热率的空间分布特征和相关性,选取温室中8 m×8 m供试地块,以1 m×1 m网格间距布设采样点,测定0～40 cm土壤含水率,并同步获取0～20 cm土层的导热率。基于经典统计学、地统计学、回归分析和谱分析等理论,对土壤含水率与导热率的空间分布特征和相关性进行研究。结果表明,土壤含水率在0～40 cm土层呈现先升高后降低的趋势,且在20～30 cm土层均值最大。10～20 cm土层土壤导热率比0～10 cm土层高15.60%。各深度土层中土壤含水率及导热率存在着较强的空间相关性（块金系数<0.192）,而试验中随机因素引起的空间变异程度较低（块金值<0.540）,最小变程大于采样间距,说明网格布设满足空间分析要求。在供水均匀条件下,不同深度土层的蒸发强度与邻域地块的土壤水分含量亦会影响含水率空间分布。在含水率范围为17%～28%时,0～20 cm土层土壤含水率与导热率呈线性正相关（R2=0.837）,谱分析结果显示导热率在含水率序列上呈现长程负相关。     

渭北旱塬果园自然生草对土壤水分及苹果树生长的影响

土壤水分不足是渭北旱塬苹果生产中的首要问题。为了提高果园土壤贮水量,促进果树生长,该试验以果园清耕和人工生草(三叶草)为对照,探讨渭北旱塬果园自然生草(繁缕和牛繁缕群落)对土壤水分及苹果树生长的影响。结果表明:自然生草在苹果开花坐果期可提高0~80 cm土层土壤水分,在幼果膨大期和花芽分化期可提高0~120 cm土层土壤水分,在果实采前膨大期可提高0~160 cm土层土壤水分,而人工生草则降低了土壤水分。自然生草和人工生草主要影响0~80 cm土层土壤水分,且对0~40 cm土层土壤水分影响较大,对120 cm以下土层影响较小。自然生草的土壤蒸散量较人工生草和清耕分别减少了17.30和8.07 mm,单果重分别提高了15.46%和6.21%,产量分别提高了21.29%和6.10%,土壤水分利用效率分别提高了25.09%和7.64%。自然生草不但可提高果园土壤贮水量,而且可提高果实单果重与产量,渭北旱塬应积极推广果园自然生草。     

黄土半干旱丘陵区陡坡地土壤水分空间变异性研究

通过对黄土半干旱丘陵区陡坡坡地土壤水分变异规律研究，阐明陡坡坡面土壤水分变化特征，0～200 cm土层内土壤含水量垂直变化呈高—低—高趋势；陡坡土壤水分沿坡顶向下变化总趋势是先增加后持平或减小；在坡面有浅沟微地形存在的情况下，虽然纵向和横向坡位对坡面土壤水分分布均存在影响，但纵向坡位的影响要较横向显著；地统计学对有浅沟微地形存在的陡坡坡面土壤水分变异特征不能进行很好地描述。     

六盘山分水岭沟土壤水文物理性质空间变异

对六盘山分水岭沟小流域内118个样地的土壤物理性质进行统计分析,结果表明：1）随土层加深,土壤密度和石砾体积含量递增,而饱和持水量、毛管持水量、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈递减趋势;2）不同森林植被类型下土壤物理性质差异较大,7种森林植被类型（华山松、华北落叶松、白桦、辽东栎、华山松＋红桦、椴木＋辽东栎和杂灌丛）中,0-20cm和0-60cm土层土壤密度均以华山松＋红桦针阔混交林的最小,杂灌丛最大,针叶纯林和阔叶纯林介于其间;与此对应,0-60cm土层的土壤持水能力以针阔混交林的最大,杂灌丛最小,针叶纯林和阔叶纯林居中;3）土壤物理性质存在坡向差异,0-60cm土层的各项土壤物理性质基本上以北坡最好,南坡最差,西坡和东坡居中且差别不大;4）坡位对土壤物理性质也有影响,0—20cm土层的土壤密度以坡顶和坡脚最大,为0．93g/cm^3,整体来看坡面上各项土壤物理性质优于坡脚和坡顶;5）诸多土壤物理性质与地形因子（相对高程、坡向、坡位和坡度）存在显著相关性,并建立了它们之间的线性回归方程。