华北农牧交错带农田-草地景观镶嵌体土壤水分空间异质性

为揭示草地景观破碎化过程中产生的农田-草地镶嵌体内部土壤水分空间异质性、分布格局以及生态界面特征,本研究利用经典统计与地统计学方法对华北农牧交错带农田-草地镶嵌体不同采样粒度(0.5 m×0.5 m,1 m×1 m,2 m×2 m)土壤水分空间异质性进行分析。结果表明:农田-草地镶嵌体内部土壤水分含量差异显著表现为农田>农田-草地边界>草地 (P < 0.05);土壤水分变异系数(CV Coefficent of variation)差异显著表现为农田-草地边界>草地>农田(P < 0.05),均属中等程度变异。在农田-草地镶嵌体尺度下,农田-草地边界土壤水分在3个采样粒度下均拟合为球状模型,空间异质性大小(MSH Magnitude of spatial heterogeneity)分别为0.814、0.763和0.883,变程为15.44、27.24和19.09 m,属强空间自相关;草地土壤水分空间异质性在3个采样粒度下拟合呈指数和球状模型,空间异质性大小分别为0.537、0.837和0.650,变程分别为6.009、12.74和30.99 m,属中到强空间自相关;农田土壤水分在采样粒度2 m×2 m下拟合成球状模型,空间异质性大小为0.706,变程27.28m,属中等空间自相关,而在较小采样粒度下均为纯金块效应(Nugget)呈完全随机分布,即不同采样粒度(0.5 m×0.5 m,1 m×1 m,2 m×2 m)的农田、农田-草地边界、草地的土壤水分空间异质性大小存在显著差异且表现为农田-草地边界>草地>农田(P < 0.05),同时每种类型不同采样粒度间的空间异质性大小存在差异但无线性关系(P > 0.05);农田-草地镶嵌体内部的农田-草地边界土壤水分分布格局异质程度高,呈明显斑块状,而农田内部土壤水分较草地更加破碎匀质化,同时土壤水分在农田-草地边界处表现为伴有突然升高随即降低剧烈变化的界面效应。     

晋西黄土区土壤水分空间异质性的地统计学分析

土壤水分的空间分布存在着一定的随机性和结构性特征,而对不同尺度土壤水分空间变异规律的研究是土壤水分研究中的热点问题.该文通过2004—2005年对山西吉县蔡家川小流域不同取样尺度（20 m×20 m、2 m×2 m） 391个样点土壤水分的测定（TDR土壤水分测定法）,使用地统计学方法进行土壤水分的空间异质性分析,以区域化变量理论为基础,以变异函数为主要工具,以克立格法为基本方法进行土壤水分异质性研究.结果表明:研究区土壤水分的理论变异模型为球状模型,20 m×20 m网格取样变程为494.16 m,2 m×2 m网格取样变程为27.4 m,试验区土壤水分的变异属于中等程度的变异;通过克立格插值估计,整个研究区坡面土壤水分平均值为10.94%（0～30 cm）和11.88%(30～60 cm).      

退化红壤区植被恢复过程夏季土壤水分时空变异格局动态

用经典统计学和地统计学方法,对比分析江西泰和退化红壤丘陵区重建森林及自然恢复草地15 a、25 a土壤(0~20 cm和20~40 cm土层)水分空间变异格局。结果表明:在恢复初期,重建森林和自然恢复草地土壤水分较为均匀,随着恢复年限的增加,土壤水分逐渐增加,且离散程度存在不同程度的提高和中等程度变异;重建森林及自然恢复草地土壤水分分布呈正态分布,均能较好的拟合成球状模型(决定系数均0.804),数据表现出明显的空间自相关,具有一定的空间变异特征,变异来源主要以土壤母质、地形等引起的结构性变异为主。从时间序列上看,恢复25 a土壤水分块金值、基台值、块金系数均显著增大,总的变异性增加,且由随机因素造成的变异比重加大;从土层角度来看,同一恢复年限内,自然恢复草地基台值上层(0~20 cm)下层(20~40 cm),块金值、块金系数则表现为上层下层,下层土壤水分随机变异强于上层。重建森林的3个指标均表现为上层下层,且表层随机性变异更大;随恢复时间增加,森林表层土壤水分空间异质性程度加大,斑块更为破碎化,自然恢复草地0~20 cm和20~40 cm两土层变程均显著变大,土壤水分空间延续范围变大;增加取样密度和加大研究尺度更能揭示退化红壤区土壤水分空间变异特征。     

高寒草甸典型植被退化小流域土壤容重空间变异特征

以高寒草甸典型植被退化小流域为研究对象,应用GIS技术和地统计学的Kriging空间内插法,研究小流域尺度下景观单元土壤容重空间变异规律。结果表明:0~10 cm土层土壤容重最佳拟合模型为线性模型,10~20 cm,20~30 cm,30~40 cm和40~50 cm 4层土壤容重最佳拟合模型为球状模型;在小流域尺度范围内,40~50 cm土层土壤容重具有强空间变异性,块金系数[C0/(C0+C)]为15.7%,0~10 cm,10~20 cm,20~30 cm和30~40 cm 4层土壤容重属于中等空间变异,块金系数在27.6%~47.4%之间;分析得出0~10 cm,10~20 cm,20~30 cm,30~40 cm,40~50 cm 5层剖面土壤容重的有效变程分别为1 596 m,1 697 m,1 985 m,1 426 m和1 380 m。通过确定半方差函数、比较变量的空间变异性及空间变异程度,总体上,小流域内土壤容重半方差函数模型拟合效果较好。     

春夏季温州雁荡山杉木林臭氧质量浓度垂直变化特征

森林中臭氧浓度不仅影响林木生长,也影响游憩环境质量,是森林康养环境研究的热点之一。根据2017年春夏两季对温州雁荡山国家森林公园内杉木Cunninghamia lanceolata林不同垂直高度臭氧浓度及气象因子昼夜24 h同步监测数据,分析了不同高度臭氧浓度的变化规律及其影响因素。结果表明:除春季H₃（林冠上层）臭氧质量浓度日最大8 h均值达到中国二类环境功能区质量要求外（≤200 μg·m-3）,两季节中其余各高度臭氧质量浓度日最大8 h均值及小时均值均达到中国一类环境功能区质量要求（≤160 μg·m-3）;春夏两季各高度臭氧质量浓度从小到大依次为H₁（距地面1.5 m）,H₂（林冠中部）和H₃,且春季H₁,H₂和H₃臭氧质量浓度日均值差值高于夏季;两季各高度臭氧质量浓度均为日间高、夜间低,且高值出现于11:00-15:00,低值出现于5:00;春夏两季各高度臭氧质量浓度小时均值与温度、风速呈正相关,与相对湿度呈负相关;春季各高度臭氧质量浓度与气压呈负相关。总体来讲,在雁荡山杉木林环境中,以臭氧质量浓度变化规律为游憩及游憩设施布设标准,在时间的选择上,夏季比春季更适合出游,且夜间优于白天;在空间的选择上,建议选择林下及树冠中部布置游憩设施,如林下栈道及空中栈道或森林木屋等设施。     

青藏高原高寒草地土壤铁的空间异质性

应用经典统计学和地统计学相集合的方法,研究青藏高原东缘典型的高寒草甸、高寒沼泽样地中小尺度下土壤活性铁的空间变异特征。结果表明,研究区土壤活性铁变异系数随着样地尺度的增加而增大,变异系数为14.2%~48.8%,均属中等程度变异。半方差分析结果,高寒草甸3个尺度的样地从小到大M_1、M_2、M_3的最佳拟合模型依次为高斯、指数、球状模型;高寒沼泽S_1、S_2、S_3依次为指数、球状、指数模型。高寒草甸和高寒沼泽的土壤活性铁的空间变异性的块金值/基台值比值[C_0/(C_0+C_1)]均介于50%~68%,具有中等强度的空间相关性,结构性因素和随机性因素共同对变异起作用。克里金插值图显示高寒草甸土壤活性铁明显呈带状和斑块状分布,空间连续性较好,南部活性铁含量明显高于北部;高寒沼泽土壤活性铁呈现斑状分布,插值图比较破碎。在相同尺度下高寒沼泽群落土壤活性铁的分形维数值要小于高寒草甸群落,高寒沼泽群落土壤活性铁呈现更强的空间异质性。     

林木竞争指数空间格局的地统计学分析

运用地统计学原理和方法,分析了天然次生林中林木竞争指数分布的空间变异特征,计算了竞争指数的变异函数、分维数,并用Kriging方法对竞争指数进行了插值,结果表明:竞争指数的半方差函数可拟合为指数模型,在空间中呈聚集分布;竞争指数的空间异质性较大,且空间变异的大小与尺度大小密切相关。分维数的分析证明,林木个体属性在小尺度上的空间变异不可忽视。     

不同尺度下皎口水库水体主要指标空间变异研究

通过不同取样尺度下采集皎口水库水样,测定水体主要指标总氮、总磷、氨氮及高锰酸盐指数含量,研究了地统计分析法在不同取样尺度下对水库水体空间变异的适用性和空间插值的质量。研究结果表明,皎口水库100 m尺度与200 m取样尺度相比,4种主要水质指标在不同取样尺度下空间变异最佳变异模型、插值模拟及空间分布均存在一定差异。空间拟合模型方面,总氮、高锰酸盐指数最佳拟合模型为高斯模型,总磷、氨氮最佳拟合模型为球面模型;结合模型特征参数和空间插值综合评价,总氮和氨氮在200 m取样尺度下表现出较好的空间相关性,插值模拟质量较好,而总磷和高锰酸盐指数则在100 m尺度下表现出一定优势;空间分布上,水体氨氮、高锰酸盐的影响主要是人为因素,总磷受水库内源环境影响较大,而总氮则与库周农业种植等活动密切相关。以上结果表明,总氮和氨氮更适合在200 m尺度下取样,而总磷和高锰酸盐指数宜在100 m尺度下取样。     

沈阳市土壤重金属的空间变异规律分析

运用地统计学采样和分析方法,研究了沈阳市土壤重金属污染的空间变异特征及其规律。结果表明,土壤4种重金属平均值含量最大的为铅,最小的为铬,变异系数大小顺序为铜〉锌〉铅〉铬。经理论模型的最优拟合,发现锌、铜的最佳拟合,模型为指数模型,铅的最佳拟合模型为球状模型,铬的最佳拟合模型为线形模型。4种重金属中锌、铜的空间相关性较强,其空间变异主要是由结构性因素引起的;铅的空间相关性适中,其空间变异是由结构性因素和随机性因素共同作用的;铬的空间结构性最弱,其变异主要是由随机性因素引起的。     

江汉平原耕地土壤氮素空间尺度套合与变异规律研究

 【目的】为克服尺度效应对氮素空间变异规律认识的影响，更加充分的利用多尺度空间信息。【方法】利用地统计学方法，以江汉平原后湖农场流塘分场为样区进行多尺度嵌套取样，探讨了全氮在不同采样尺度上的结构差异，提出了多尺度套合模型，研究了区域氮素的空间分布现状。【结果】各尺度上样点数据均符合正态分布，且以球状模型拟合效果最佳；全氮在不同尺度上都存在空间变异性，但其特征参数不同，尺度差异明显；采用多尺度套合模型进行kriging估值，可以有效提高拟合精度，且不局限于套合尺度的距离范围（本研究为100 m和50 m），部分区域内估计误差仅为普通克立格方法误差的1/2，精度提高的程度与套合尺度的设置有关。【结论】应用多尺度套合法研究土壤养分的空间变异，可有效提高拟合结果的可靠性和变量描述的准确性，可为精准农业方案的制定与实施提供科学依据。     

贵德县春季旱地土壤水分变化特征及其与气象因子的关系

利用1991—2016年3—5月土壤实测含水量资料,采用统计分析方法,从不同土层、不同站点对贵德县春季旱地土壤水分变化特征及其与气象因子的关系进行分析。结果表明,新街、尕让春季土壤含水量变化趋势较一致,最大值出现在5月底,呈低—高缓慢增长;东山土壤含水量波峰出现在4月,呈低—高—低—高的变化。干土层变化与降水量变化呈反向趋势,0~30 cm土壤含水量随深度的增加变化率明显。3月影响土壤含水量主要因子是风速,4月影响土壤含水量的主要因子是风速和温度,5月份影响主要因子是降水量;气候背景是土壤含水量变化的主因;不同的气候条件下各因子对土壤含水量的影响程度和影响时间段不同。     

辽西农林复合系统中杨树水分耗散规律

以辽西杨树-烟草复合系统为研究对象,采用Granier热扩散探针法,对杨树-烟草复合系统的杨树树干液流进行连续观测,并对环境因子(空气温度、空气湿度、净辐射、风速、土壤温度和土壤湿度)进行同步观测。结果表明:杨树液流速率具有明显的早晚低、中午高的单峰型日变化特征,并具有从6月到9月逐渐降低的季节性变化规律,6月液流速率月平均的日变化峰值为5.77×10-3cm/s,9月下降至2.34×10-3cm/s。相关分析表明:净辐射、空气温度、空气湿度是杨树液流速率的主要影响因子,风速和土壤温度次之,土壤湿度影响最小,并建立了依据环境因子估算液流速率的逐步回归模型。树干液流与环境因子之间的数量关系能很好地预测杨树的蒸腾耗水量。     

兴安落叶松针叶床层火蔓延的模拟

以黑龙江省帽儿山地区典型森林类型兴安落叶松林地表可燃物为研究对象,分析不同可燃物含水率、可燃物载量、风速和坡度与火蔓延速度之间的关系,共进行4(可燃物载量)×4(可燃物含水率)×3(风速)×3(坡度)=144组点烧试验,并建立适用于兴安落叶松针叶林的火蔓延模型。结果表明:在试验设定范围内,可燃物床层在火蔓延过程中80%为阴燃,火蔓延速度在75%区间内不超过6 m·h^-1,最大值为93.02 m·h^-1、最小值为0.41 m·h^-1;可燃物载量对火蔓延速度影响不显著,3个显著变量对火蔓延速度的影响由大到小的顺序为:风速、可燃物含水率、坡度;4个因子交互作用对火蔓延速度的相对贡献为:可燃物含水率×坡度×风速27.73%、风速17.22%、可燃物含水率×坡度×风速×载量13.01%、可燃物含水率×风速11.01%、坡度×风速9.21%;火蔓延速度预测模型的标准估计误差值为8.56,验证误差值为12.93。因此,在森林火行为预报工作中,应注意可燃物的特征、所处的地理位置及其环境因素。     

乌兰布和沙漠人工梭梭夏季茎干液流变化特征及其与气象因子的关系

为了揭示乌兰布和沙漠人工梭梭水分利用规律,探究人工梭梭的生态适应能力,利用PS TDP8树木茎流监测系统和自动气象站对乌兰布和沙漠1979年人工种植梭梭的液流变化及其周围的环境因子进行观测,采用逐步回归及相关分析法对茎干液流变化规律及其与太阳总辐射、空气温度、相对湿度、风速、土壤温度、土壤含水量的相关关系进行研究。结果表明：梭梭晴天茎干液流日变化呈“单峰型”,雨天茎干液流日变化呈“双峰型”;夏季晴天梭梭茎干液流在7:00左右启动,9:30左右出现峰值,液流在10:20以后开始迅速下降,至21:30基本下降到极低值,夜间仍有液流。直径125和895 cm的梭梭液流日累积量分别为1423 和260 L。晴天,茎干液流速率变化幅度较大,白天的液流速率高于夜间。雨天的液流峰值显著低于晴天,且夜间液流小于晴天。相关性分析表明,晴天,影响梭梭液流速率的环境因子依次为太阳总辐射、土壤含水量、空气温度、空气相对湿度、土壤温度、风速;雨天,影响梭梭液流速率的主要环境因子依次为太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度、土壤温度、风速、土壤含水量。研究结果可为人工梭梭林的经营管理提供理论支撑,对沙漠地区人工梭梭的管理和保护有重要的理论和实际意义。     

森林公园旅游设施建设中生态气候的变化

对杭州小和山森林公园内不同下垫面性质的旅游设施点（如木屋、蒙古包、湖边沙滩和跑马场等）和林地进行多次温度、湿度、风和日照等生态气候要素的实际观测，分析这些要素在改变了原林地下垫面性质后的变化特点，并用方差分析法检验变化的显著性程度以及对旅游者舒适度的影响。分析结果表明，在初夏季节，各旅游设施点与林地相比，地温和气温都有明显提高，其中地温提高最为显著；空气湿度降低，日照增加，风速接近林地。林地和旅游设施点的舒适度指数相关1级，林地为6级，人们普遍感觉舒适；各旅游设施点为7级，暖，大部分感觉舒适。进入盛夏，天气转热，温度、湿度和舒适度的变化更加显著。表6参4     

风沙沿线新灌区农田防护林体系小气候效益观测分析

通过对景电灌区农田林网内、灌区边缘农田与沙地交接过渡带和灌区外围沙地小气候的定点观测,结果表明,农田防护林体系能有效地防风阻沙,春季增温,夏季降温,增加空气湿度,明显地改善灌区小气候,创造有利于农作物生长的环境,确保景电灌区农业稳产和社会经济的可持续发展。     

内蒙古大兴安岭主要火环境因子对地表死可燃物含水率的影响

森林地表死可燃物对森林火灾具有重要影响,研究地表死可燃物含水率对林火管理具有重要意义。以内蒙古大兴安岭不同地区不同林型地表死可燃物含水率为研究对象,利用2004年秋季防火期至2017年春季防火期大兴安岭林区(根河市、鄂伦春旗、牙克石市、阿尔山市)林分下地表死可燃物含水率数据,运用SPSS软件分析主要火环境因子对地表死可燃物含水率的影响。结果表明:(1)林中气温、林中相对湿度、枯枝落叶层质量、枯枝落叶层温度以及林内灌木盖度是影响地表死可燃物含水率变化的重要因子。(2)各地区春季与秋季、春季与全年地表死可燃物含水率预测的平均绝对误差和平均相对误差差异均不显著(P>0.05),而秋季与全年的平均绝对误差和平均相对误差均极显著(P<0.01),说明秋季防火期预测模型精度优于春季防火期预测模型精度。地表死可燃物含水率预测,需要根据不同防火期的特点建立不同的预测模型,并相对应地引入更具有显著性影响的火环境因子,为林火预测预报提供更精准的参考。     

洪泽湖湿地杨树林土壤水分变化及其与气象因子的关系

在洪泽湖调蓄灌溉与南水北调常态化调水影响下,湖区水位显著波动对湿地土壤水分及植被生长产生深刻影响。以江苏洪泽湖湿地典型杨树林为对象,借助涡度相关及土壤水分监测系统,研究湿地土壤-杨树系统水分的时空动态变化特征,解析气象因子的影响,为洪泽湖湿地杨树林的水分管理和科学经营与保护提供理论依据。结果表明:湿地杨树林土壤水分的年内变化可以大致分为稳定期（10-2月,31.36%~36.07%）,消耗期（3-4月,36.64%~37.46%）,积累期（5-7月,39.22%~53.92%）和消退期（8-9月,40.38%~32.92%）等4个阶段;春、夏和冬3季的土壤含水量的日变化曲线呈单峰型特征,而秋季表现为不对称双峰曲线特征。土壤水分随着土壤深度（0~40 cm）的增加而逐渐增加。土壤水分变化与日降水量、日平均气温、日平均相对湿度、日平均土壤温度呈极显著正相关（P < 0.01）,与日平均感热通量、平均风速呈极显著负相关（P < 0.01）。气象因子中,日平均土壤温度和日平均相对湿度对土壤水分的影响最为明显,其贡献率分别为10.73%~57.97%和18.62%~25.12%。     

红松人工林地表针叶可燃物燃烧PM2.5排放影响因子

目的为研究森林火灾对大气环境中PM_2.5的贡献量, 分析不同火环境下地表可燃物排放PM_2.5的变化特征, 以期为森林火灾排放颗粒物污染提供依据。方法本实验以帽儿山地区红松人工林地表针叶可燃物为研究对象, 铺设不同可燃物载量和可燃物含水率组合方式的可燃物床层, 基于燃烧风洞实验室进行点烧实验192次, 并利用崂应2050型智能空气/TSP综合采样器定量测量不同风速条件下可燃物燃烧释放烟气中细颗粒污染物(PM_2.5)浓度。结果在可燃物载量、可燃物含水率和风速的共同作用下, PM_2.5质量浓度值有很大的变化区间, 最小值为166.7μg/m3, 最大值为7516μg/m3。各因子对PM_2.5质量浓度的影响差异较明显, 从大到小的顺序为:可燃物载量＞风速＞可燃物含水率。通过多因素方差分析表明, 可燃物含水率与PM_2.5质量浓度没有明显的相关性(P＞0.05), 可燃物载量和风速与PM_2.5质量浓度相关关系显著(P＜0.05), 且可燃物载量与风速存在显著的交互作用(P＜0.05)。以双因素模型拟合PM_2.5质量浓度预测模型, 可燃物载量和风速共同解释77%的PM_2.5质量浓度变差。结论红松针叶燃烧对大气颗粒物污染有明显的贡献作用。PM_2.5质量浓度对可燃物含水率、可燃物载量和风速的响应程度存在明显差异, 与可燃物载量和风速呈显著正相关, 与可燃物含水率关系不明显。本研究以可燃物载量和风速为预报因子构建的PM_2.5质量浓度预测模型具有较高的精准度, 可以为估算森林火灾排放PM_2.5质量浓度提供理论基础。      

区域(临汾)水分相关气象因子变化及其对小麦产量的影响

为有效提供气候变化未来情景相适应的栽培途径,对近30年区域(临汾)与水分相关的降水量、气温、10cm地温、蒸发量、风速、相对湿度、日照时数7个气象因子开展了动态变化、因子间相关性及其对小麦产量的影响研究。结果表明：各年小麦生育期气象因子动态变化特征为降水量、平均气温和平均10cm地温呈递增趋势,而蒸发量、日照时数、平均相对湿度和平均风速则呈递减趋势;小麦生产年度各季节蒸发量为夏＞春＞秋＞冬,各月份蒸发量为6＞7＞5＞8＞4＞3＞9＞10＞2＞11＞1＞12。各年小麦生育期气象因子间相关性为平均气温与蒸发量呈负相关,平均风速、日照时数与蒸发量呈正相关,相关气象因子间的变异系数为降水量＞蒸发量＞平均风速＞平均相对湿度＞平均地温＞日照时数＞平均气温;小麦生产年度各季节、月份平均气温与蒸发量呈正相关。各气象因子与小麦产量的相关性为各年小麦生育期平均气温、平均10cm地温、日照时数与产量呈负相关,而平均相对湿度、蒸发量、平均风速则与产量呈正相关,降水量与产量均呈正相关,其中不同阶段降水量与产量的相关系数为生产年度＞生育期＞休闲期。该项研究可为小麦生产系统应对气候变化提供理论依据和技术支撑。