荒漠人工固沙植被区土壤性状的空间分布特征

SPATIAL VARIABILITY OF SOIL PROPERTIES IN ARTIFICIALLYREVEGETATED DESERT AREAPan Yanxia1,2 Wang Xinping1 Su Yangui1,2 He Mingzhu1,2(1 Shapotou Desert Experimental Research Station,Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy ofSciences·Lanzhou730000,China)(2 Graduate School of the Chinese Academy ofSciences,Beijing100039,China)空间异质性为系统的某种属性在空间上的复杂性和变异性[1]。土壤学家将土壤特性在不同空间位置…     

空间自相关性对冬小麦种植面积空间抽样效率的影响

空间抽样是实现区域农作物面积高效估算的重要手段,农作物分布受自然条件等因素影响普遍存在空间自相关性,但以往针对空间相关性对农作物面积抽样效率的影响研究明显不足.该研究选取安徽省凤台县为研究区,通过2017年4月4景GF-1全色多光谱影像(Panchromatic and Multispectral,PMS)与Googl...     

河南省土壤与植被空间分布的多样性特征研究

植被作为土壤发育的主要形成因素之一,二者间关系密切。以河南省为研究样区,在中国1∶100万植被数据库的基础上获取河南省三级植被分类图,并运用改进的仙农熵公式计算植被和土壤要素的构成组分多样性及5 km×5 km网格尺度下二者的空间分布多样性。接着,将河南省划分为6个面积相近的次级研究区探讨不同分区优势植被(栽培植被)下发育的土壤类型状况。最后,计算一级植被类型和土类空间分布多样性的相关性。结果表明:①随着分类级别由高级别向低级别变化,植被和土壤要素的丰富度指数和构成组分多样性均呈上升趋势,且土壤类型的丰富度指数和构成组分多样性值整体上均大于植被类型的对应值。②栽培植被、两年三熟或一年两熟旱作和落叶果树分别是河南省的一级和二级优势植被类型,三级植被类型中有75%的区域被农作物覆盖,且甘薯、花生、大豆和小麦在河南省的种植比例高。③在6个不同的次级研究区内,西部分区栽培植被下发育的土类个数最多,但其面积在6个分区中最小;东部分区土类个数和构成组分多样性值均最低,但其面积最大。④11个一级植被类型与15个土类空间分布多样性间存在一定的相关性,相关比例达到61%。综上,植被和土壤类型的发育程度和...     

基于CSLE的泛第三极地区土壤侵蚀强度空间分布特征

[目的]定量评估泛第三极地区的土壤侵蚀状况,明确土壤侵蚀的分布特征,以期为土壤侵蚀的科学防治提供依据。[方法]基于分层不等概系统抽样方法,共布设31 406个调查单元。利用中国土壤流失方程CSLE计算泛第三极地区土壤侵蚀速率,并利用莫兰指数(I)探讨其分布特征。[结果](1)泛第三极地区平均土壤侵蚀速率为162.73 t/(km²·a),水土流失面积比例为7.75%,土壤侵蚀速率超过500 t/(km²·a)的地区主要位于西亚、东亚和南亚;(2)土壤侵蚀存在明显的空间聚集性(I=0.920 9),以高高型和低低型聚集为主,高高型聚集主要分布在西亚北部、南亚北部和西南部以及中国的东北、黄土高原和西藏南部;(3)草地、灌丛和耕地是土壤侵蚀较严重的土地利用类型,其中>1 000 m的草地、>500 m的灌丛和耕地的土壤侵蚀更严重,超过25%的土地都发生了水土流失,平均土壤侵蚀速率变化于426.85～683.72 t/(km²·a)。[结论]海拔介于1 000～6 000 m的草地、500～4 000 m的灌丛以及1...     

地形因子与土壤养分空间分布的相关性研究

运用地统计学和GIS技术,研究丘陵地区土壤养分的空间变异性,探讨地形因子对土壤养分含量空间分布的影响。结果表明,N、K的空间变异主要来自随机因素,而Mg及其他养分的空间变异性在一定程度上受地形等结构性因素的影响。OM、N、P、K几种大量元素与海拔呈显著正相关,Ca、Mg、S与海拔呈负相关;N与坡度呈显著正相关,Ca与坡度呈显著负相关;OM、N、P与坡向呈负相关,Ca、Mg与坡向呈显著正相关关系;而K、S与地形因子的相关性不显著。研究地形地貌与土壤养分之间的空间关系,为进一步合理地进行土地利用规划提供了理论依据,并且对土壤养分综合管理以及进行土壤改良和耕作都具有一定的指导作用。     

四川省植被变化及其与气象因子的相关性分析

[目的]分析四川省植被的变化特征及其与气象因子的相关性,为该区域的可持续发展提供理论依据。[方法]采用一元线性回归方法,利用MODIS NDVI数据按不同植被类型对GIMMS NDVI数据进行模拟拓展,并采用变异系数、趋势分析和偏相关等方法进行变化分析和相关性分析。[结果](1)近30a四川省植被NDVI以基本无变化和减小为主,减小的区域主要位于盆周山地、川东北的中海拔山地和川西北高原湿地,增长变化的区域较小,主要位于四川盆地中北部和川西高原西部;(2)植被受气温影响较大的区域主要分布在以灌丛和高山植被覆盖为主的甘孜西南部、西北部以及四川盆地的西南部,以针叶林和水稻种植为主的成都平原、四川盆地中部以及川东北的广元则对降水更敏感。[结论]过去32a间四川省年最大NDVI变化具有明显的阶段性特征,整体上呈现下降趋势;植被NDVI的变化与降水和气温具有显著的线性相关关系,且气温和降水对植被变化的影响具有明显的区域差异。     

秦皇岛市森林植被碳储量、碳密度及其空间分布

[目的]分析区域森林资源的碳储量大小及分布规律,为地方森林碳汇经营管理和规划提供科学依据。[方法]基于河北省森林资源清查数据,乔木树种采用方精云建立的生物量换算因子连续函数法,灌木和经济林采用平均生物量法,结合不同树种分子式含碳率,对秦皇岛市森林植储量和碳密度进行了估算,并运用ARCGIS软件对其空间分布进行了分析。[结果]2005年,秦皇岛市森林植被总碳储量为4.30×106 t,森林植被平均碳密度为11.72t/hm2。全市各区县森林植被碳储量空间分布上有显著差异,表现为"北部山区和中部丘陵高,南部平原低"的空间格局,而植被碳密度呈现相反的趋势。林分碳储量占总碳储量的56.04%,林分平均碳密度为12.09t/hm2。林分针阔分明,阔叶林碳储量略大于针叶林碳储量,天然林碳储量大于人工林碳储量。全市林分碳储量以中、幼龄林为主,二者各自占林分总碳储量的24.07%和56.31%。[结论]未来秦皇岛市森林植被仍具有较大的固碳能力。     

陕北黄土高原退耕还林地甘肃鼢鼠数量与植被覆盖度的相关性研究

简述了黄土高原退耕还林地植被恢复的时间序列和该时序中鼢鼠种群的消长规律。通过延安市17个样地的随机抽样调查,结果表明,甘肃鼢鼠的种群密度与退耕还林地的植被覆盖度呈极显著负相关。在黄土高原,针对预防鼢鼠危害,认为幼林成林的生态安全植被覆盖度的阈值为64.15%。     

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。     

河北省吴桥县土壤微量元素空间分布特征

为揭示土壤微量元素在空间上的分布,更好地指导农田培肥管理,以河北省吴桥县4 965份土壤样品为研究对象,利用地统计学与GIS相结合的方法,分析土壤有效铁、有效铜、有效锰、有效锌等土壤养分质量分数的空间分布特征。结果表明:1)吴桥县土壤有效铁、有效锰、有效铜及有效锌平均质量分数分别为11.54、11.84、1.30和0.97 mg/kg。2)通过半方差函数相关参数分析,土壤耕层中有效铁和有效铜的空间自相关范围较大,变程分别为879和660 m;耕层有效锌和有效锰的变程较小,分别为33和36 m。3)4种有效微量元素的变程大小顺序为有效铁>有效铜>有效锰>有效锌。4)4种微量元素变异函数的理论模型符合指数模型,有效铁和有效铜的块基比在25%~75%之间,具有中等的空间相关性;有效锰和有效锌的块基比>75%,系统空间相关性很弱。通过普通克里格插值所得的空间分布图能很好地反映土壤微量元素的空间分布特征,经检验插值精度较高。     

黄土区坡面尺度不同植被类型下土壤干层的空间分布

为掌握坡面尺度不同植被类型土壤干层特征,对一典型坡面干层空间分布进行了研究。结果表明:13a杏树地和25a柠条地干层厚度分别在0～400和280～400cm之间,杏树地不同坡位处干层分布有明显差异;在坡面垂直方向上,25a柠条地较13a杏树地土壤水分亏缺严重。而水平方向,13a杏树地干层分布表现为明显的片状和斑块状分布特征,同时呈现出从北至南沿坡面逐渐递减,干层分布受植被,降水、坡位、微地形等因素共同作用。相比之下,25a柠条地干层分布结构性较为单一,干层厚度在381～400cm的面积分布较广且连在一起,表现出由植被控制的分布格局。相关结果可为黄土区土壤干层调控提供参考。     

漓江水陆交错带植被与土壤空间分异规律

面对近年来漓江出现水资源短缺、植被退化等生态问题,研究漓江流域水陆交错带植被、土壤特性空间分异规律,旨在为漓江水陆交错带植被恢复、景观美化、典型湿地的保护管理及其可持续利用等方面提供科学依据。该研究以喀斯特地貌漓江流域水陆交错带为研究区域,通过对水陆交错带4个典型梯度带植被与土壤调查,分析其分布及两者相关关系,结果表明:随着河岸梯度高程增加,植被丰富度、多样性、均匀度、优势度和覆盖度呈现递增趋势,分别由0递增至9.500、1.742、0.774、0.786、0.673;土壤容重由1.065g/cm3先增加至1.352g/cm3,后下降至1.257g/cm3,呈现先增后减趋势;砂粒含量明显下降,粉黏粒含量显著增加;土壤有机质质量分数由25.522mg/kg先下降至15.634mg/kg,后增加至26.148mg/kg,呈现先减后增趋势;全氮质量分数由0.399g/kg增至0.556g/kg;有效磷质量分数由13.930mg/kg降低至4.685mg/kg。漓江水陆交错带喀斯特碱性土壤pH值与全氮含量相关系数为0.628,呈显著负相关;与有效磷含量相关系数为0.942,呈极显著正相关。植被丰富度、多样性、均匀度、优势度和覆盖度与土壤粉粒含量、黏粒含量、全氮含量以及有机质含量呈现正相关关系,与砂粒含量、土壤容重、pH值、有效磷含量呈现负相关;研究结果还显示,全氮含量是对植被生长影响最大的土壤因子。规范漓江沿岸居民行为和充分利用砾石河滩现有条件进行适当开发均有助于漓江水陆交错带的植被恢复。     

应用土壤质地预测干旱区葡萄园土壤饱和导水率空间分布

田间表层土壤饱和导水率的空间变异性是影响灌溉水分入渗和土壤水分再分布的主要因素之一,研究土壤饱和导水率的空间变化规律,有助于定量估计土壤水分的空间分布和设计农田的精准灌溉管理制度。为了探究应用其他土壤性质如质地、容重、有机质预测土壤饱和导水率空间分布的可行性,试验在7.6 hm2的葡萄园内,采用均匀网格25 m×25 m与随机取样相结合的方式,测定了表层(0～10 cm)土壤饱和导水率、粘粒、粉粒、砂粒、容重和有机质含量,借助经典统计学和地统计学,分析了表层土壤饱和导水率的空间分布规律、与土壤属性的空间相关性,并对普通克里格法、回归法和回归克里格法预测土壤饱和导水率空间分布的结果进行了对比。结果表明:1)土壤饱和导水率具有较强的变异性,平均值为1.64 cm/d,变异系数为1.17;2)表层土壤饱和导水率60%的空间变化是由随机性或小于取样尺度的空间变异造成;3)土壤饱和导水率与粘粒、粉粒、砂粒和有机质含量具有一定空间相关性,而与土壤容重几乎没有空间相关性;4)在中值区以土壤属性辅助的回归克里格法对土壤饱和导水率的预测精度较好,在低值和高值区其与普通克里格法表现类似。研究结果将为更好地描述土壤饱和导水率空间变异结构及更准确地预测其空间分布提供参考。     

基于GIS的高原植被空间格局与地形因子相关关系研究

以青海省境内黄河上游茨哈峡为例,运用GIS空间分析方法,对该地区的地形因子(高程、坡度和坡向)进行提取,并与植被类型图进行叠加,运用多样性指数、均匀度等植被指数分析该区植被空间分布格局与地形因子的关系,研究了植被指数随地形的变化趋势。结果表明,植被空间分布与地形因子关系密切,亚高山暗针叶林最优生长区间为海拔3290~3880 m,坡度25°~45°的阴坡;山地圆柏林则适宜生长在同样坡度,海拔3880~4470 m的阳坡;针阔混交林、高山落叶阔叶林最优生长区间分别为15°~25°,2700~3290 m的阴坡和2995~3290 m的(半)阴坡;高寒灌丛和高寒草原在各坡度和坡向分布范围都比较广。     

土地整理项目空间分异及其与经济发展的耦合关系

该文在对重庆市土地整理项目实施概况及其空间分异进行系统分析的基础上,探讨了经济发展与土地整理项目耦合关系,并以重庆市为例进行实证研究。结果表明：根据不同的新增耕地率,可把重庆市区县级投资土地整理项目划分为4个类型：整理型、整理开发型、开发整理型、开发型;按照新增耕地单位面积投资额的高低可划分为4个类型：高投资型、中等投资型、投资偏低型以及低投资型;实施规模单位面积投资额与GDP年均增长率、人均GDP年均增长率的耦合曲线类型为复合曲线;新增耕地单位面积投资额与GDP年均增长率、人均GDP年均增长率的耦合关系呈“S”型变化趋势。区县级投资土地整理项目工程建设标准与区县经济发展关系并不明显且新增耕地单位面积投资额增长速度呈减缓趋势,出现了农用地以及基本农田整理力度和项目实施规模加大而实施规模单位面积投资额降低的“表象”。通过对重庆市经济发展与土地整理的耦合规律研究,为重庆市土地整理事业健康发展提供理论参考。     

砒砂岩区小流域土壤有机质空间分布特征及其影响因素

为了探究砒砂岩区小流域土壤有机质空间分布特征,该文以砒砂岩区典型流域鲍家沟小流域为研究对象。采用网格法布设取样点,2018年7月取样,按照0～20、20～40、40～60 cm划分取样层次。采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机质,采用激光粒度测定仪测定土壤粒度,采用样方拍照法计算植被覆盖度。运用地统计学和约束性排序相结合的方法,研究环境因子影响下砒砂岩区土壤有机质的空间变异特征。结果表明:砒砂岩区小流域土壤有机质质量分数在0.98～15.45 g/kg之间,不同地形土壤有机质含量呈沟底坡面山脊的规律;研究区土壤有机质的空间分布规律可以用半方差函数的指数模型进行良好的模拟,块金效应在55.1%～57.5%范围内,属中等程度变异。小流域土壤有机质呈中间高边缘低的规律;冗余分析的结果显示,第1轴的特征值为0.58,解释量为58%,第1轴对响应变量的累积解释量为96.1%,前两轴对响应变量的累计解释量达到了99.3%。各环境因子与第1排序轴的相关系数大小顺序为植被覆盖度土壤侵蚀程度土壤颗粒平均粒径坡位高程坡度,第1排序轴可以定义为植被-土壤侵蚀因子,坡度因子与第2排序轴的相关系数高于其他环境因子,第2排序轴可以定义为坡度因子。植被覆盖度是影响砒砂岩区小流域土壤有机质空间变异的主导因素,土壤侵蚀程度是决定土壤有机质垂向变异的关键因素。砒砂岩区的土层浅薄且贫瘠的地带,不宜开展大面积的整地和造林工作,而土层深厚且水肥条件良好的区域可以营造合理密度的灌木林、乔木林以及经济林。     

Spatial variation of tracer distribution in a structured clay field soil

Within the sensitive soils of the River Oder Basin (E Brandenburg, Germany), chloride‐tracer transport was studied with respect to soil‐surface conditions of the well structured clayey topsoil (disturbed vs. undisturbed) and irrigation mode (flooding vs. sprinkling). The spatial variation of chloride and dye distribution was sampled in a regular grid within different soil depths. Different methods were used for the analysis of spatial heterogeneity: a heterogeneity index HI derived from fitting parameters of the cumulative distribution function, semivariogram analyses to identify the spatial representativity of observations and to classify the spatial variation, and Spearman's rank correlations to examine the spatial similarity of tracer distribution across different soil depths. Soil aggregation was obvious throughout the soil profile, and macropores and fractures were preferred flow paths for the tracer. Flood irrigation resulted in more “uniform” distribution than sprinkling did. However, preferential flow was identified for all treatments, where, once established below the surface layer, flow paths led to heterogeneity indices manifesting nonuniform flow and reduced lateral mixing between macropores and soil matrix. Within the flooded plot, spatial structure of chloride concentration was moderate unlike the strongly structured variation within the sprinkled plots. For purposes to generalize and to assess regional risk of the water and solute transport within the topsoil of the River Oder Basin, spatial autocorrelation ranges of about 15 cm should be considered and included into concepts of soil protection and land‐use management, soil‐sampling strategies, or modeling approaches.     

基于GIS与RS的大理河流域植被格局分形维数时空变化特征

为掌握大理河流域植被格局时间和空间分布特征,构建了基于分形布朗运动理论的流域植被格局量化模型。该文利用自1990年至2006年共计5期TM/ETM影像为基础信息源,在ARCGIS平台下计算得到大理河流域各时相的像元归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),建立了流域像元尺度的栅格结构数字植被模型(digital vegetation model,DVM),并逐个计算得到各子流域植被格局分形维数。结果显示分形维数都大于2.5,介于2.7311~2.8499之间,各下一级子流域植被覆盖分形维数的大小都没有超过其所在的更大流域的分形维数。植被格局分形维数(fractional brownian motion,FBM)从下游到上游随着离出口点距离的增大而逐渐变小,植被格局自下游到上游逐渐趋于破碎复杂。各子流域从1990年至2006年植被格局分形维数基本随着时间的变化呈现了先减小后增大的趋势。该文建立的流域植被格局分形量化模型在综合量化流域植被格局破碎程度等方面具有一定的优越性。     

新疆准东矿区土壤与降尘重金属空间分布及关联性分析

土壤重金属与大气降尘重金属之间的关联性可以反映重金属污染的来源、土壤-大气系统中重金属的传输、迁移和扩散特征。为了研究矿区表层土壤的污染状况及与降尘重金属质量分数间的关联性,该研究以新疆维吾尔自治区准东矿区为研究靶区,利用2014年采集的51个表层土壤和大气降尘样品的室内实测重金属质量分数数据,并基于此分析了样品中6种重金属(As、Cu、Cr、Hg、Pb、Zn)的空间分布特征、地积累指数以及潜在生态风险;利用Pearson相关性分析矩阵和灰色关联法对表层土壤与大气降尘中重金属浓度的相关性和关联度进行探讨。结果表明:1)准东矿区表层土壤重金属的分布状况存在着明显的空间差异,其中Hg的污染程度最严重,处于强-极强度污染,其潜在生态危害指数达到了较高生态风险;Zn和Cu基本处于无污染状态,属于轻微生态风险;2)大气降尘重金属空间分布存在着明显差异,降尘中的Zn处于极强度污染,Hg处于无污染状态;3)Pearson相关分析与灰色关联分析表明,准东地区表层土壤与大气降尘中6种重金属的相关系数大小顺序与关联度排序结果一致,其中Hg和As元素具有较强的一致性,且具有相同的来源,说明大气降尘对表层土壤中重金属的质量分数有一定影响。但因不同重金属元素沉降特性不同,导致各元素之间的关联度有所差异。