基于地表温度—植被指数特征空间的荒漠化草原表层土壤含水量反演

【目的】研究地表温度-植被指数特征空间的荒漠化草原表层土壤含水量反演状况。【方法】以2014年和2015年的3期MODISL1B数据构建地表温度Ts-植被指数NDVI的特征空间,拟合出特征空间的干、湿边方程,计算温度植被干旱指数(TVDI)。对TVDI与同期野外不同深度的实测土壤含水量数据进行回归分析,建立TVDI估测土壤水分的模型,并对模型进行验证。【结果】TVDI与各层实测土壤含水量数据都有一定程度的相关性,相关系数在0.5以上。TVDI模型对研究区0~10cm、0~20cm、0~30cm深度的土壤含水量反演相对误差均不大,且相对误差随着土壤深度的增加而增大。TVDI模型的土壤含水量遥感反演中,3期0~10cm深度的土壤含水量反演值与实测值的相对误差平均值均在10%左右。【结论】TVDI模型可以更为准确地反映研究区内土壤表层0~10cm深度的含水量空间变异特征及分布状况。     

黄河源区土壤水分空间变异及其主控因子

【目的】以黄河源区25 km的ECV土壤水分遥感数据为基础,根据黄河源区土壤覆被类型、植被覆盖指数(NDVI)、地形和气候数据进行分析,分别得出不同季节影响该地区土壤水分分布和空间变异的主要影响因子.【方法】将不同季节的各土地覆被类型的土壤水分和空间变异性进行定量的分析;分别分析不同海拔(4 000 m以下,4 001～5 000 m和5 000 m以上)和坡度(15°以下,15°～30°和30°以上)的土壤水分与空间变异性之,并得出以上不同环境因子区间的土壤含水量和变异情况(CV),最后根据相关性分析和主成分分析得出黄河源区不同季节影响土壤水分分布和空间变异的主要环境因子.【结果】黄河源区土壤水分变异性(CV)都在较低变异的范围内,变异性由高至低依次为林地低覆盖度草地高覆盖度草地中覆盖度草地沙地、戈壁和裸地覆盖地区;暖季土壤含水量高于寒季,而寒季土壤水分空间变异性较强;低海拔地区空间变异性达到了19.6%,强于高海拔地区;坡度较缓地区土壤水分变异性较强.【结论】暖季降水、海拔和气温因子与土壤水分的相关性分别高达0.68、-0.55和0.51,并且降水和海拔因子的累计贡献率达到了68.38%,得出暖季影响土壤水分分布和空间变异的环境因子强弱表现为降水海拔气温NDVI坡度;而寒季的主要影响因子为海拔.     

持续干旱作用下东辽河流域土壤容重及水分空间变异特征分析

针对2009年发生的特大干旱,研究了持续干旱作用下东辽河流域的土壤湿容重和重量含水量的空间变异特征,以期为持续干旱作用下改善土壤质量,进而提高东辽河流域的粮食产量提供理论依据。对比分析2008年9月和2009年9月的野外采样数据可知,东辽河流域土壤湿容重变异不大,为弱变异性;土壤水分变异较大,为中等变异。由于受人类耕作的影响,10 cm深的土壤湿容重和重量含水量空间变异性明显高于30 cm深。从整体上看,2009年9月10 cm深和30 cm深的土壤重量含水量的变异系数均高于2008年9月。持续干旱作用下,10 cm深的土壤湿容重及其变异系数均减小,10 cm深和30 cm深的土壤重量含水量及其变异系数也减小。丘陵旱田土壤重量含水量最小值10 cm深为5.490%,30 cm深为4.575%;丘陵水田土壤重量含水量最小值10 cm深为11.619%,30 cm深为8.425%,明显小于农作物适墒重量含水量,已严重威胁到作物的正常生长,若干旱持续下去将影响东辽河流域的粮食产量。     

宁夏白芨滩防沙治沙区风沙土粒度组成特征及空间异质性

【目的】为宁夏河东沙区防沙治沙提供科学依据和基础数据.【方法】本研究选取了白芨滩防沙治沙区,对其风沙土粒度组成特征开展研究,通过野外网格法采样(0~30cm),室内应用马尔文激光粒度仪测定土壤粒度组成,计算得出平均粒径(Mz)、标准偏差(σ)、偏度(Sk)、峰度(KG)等土壤粒度特征参数.【结果】研究区土壤粒度组成以细沙为主,约占土壤颗粒体积分数的64.42%~78.72%,中沙含量次之,为9.99%~31.96%.极细沙含量较少,为1.79%~16.1%,粗沙和粉沙含量非常少.空间异质性研究表明,Mz、σ和KG的块金系数均25%,均表现出强烈的空间自相关性,Sk不存在空间自相关.平均粒径的空间分布表现为从西南向东北颗粒逐渐变粗的趋势,标准偏差空间分布表现为由南向北逐渐减小,峰度表现为从南向北逐渐减小.【结论】本区域在草方格+植物措施的治理下,风沙土的颗粒的分选性较好,分配程度均匀性良好.     

金沙江干热河谷冲沟发育区不同部位土壤水分的时空变化特征

【目的】为了研究干热河谷冲沟不同部位(集水区、沟头和沟床)土壤水分时空变化特征。【方法】基于元谋干热河谷典型冲沟不同部位土壤水分的长期监测,分析冲沟不同部位土壤水分(10~100 cm)时空变化特征。【结果】(1)冲沟不同部位土壤平均含水量随时间变化可划分为土壤水分消耗期(2-6月)、土壤水分积累期(7-10月)和土壤水分消退期(11-12月)等3个变化阶段;冲沟不同部位不同深度土壤水分年内变化特征不同,其中集水区20、30和40 cm土层,土壤水分年内分配差异不明显,其他部位不同深度土壤水分均表现明显的干湿季变化。(2)冲沟不同部位年内土壤水分含量及变异系数随着土层深度的增加均表现出先减小后增加的分布特征,其中40~60 cm土层土壤水分变异系数较低且土壤水分亏损表现明显,表明表层(10~30 cm)和深层(60~100 cm)土壤水分年内含量高且分配不均,而中间(30~60 cm)土层土壤水分含量相对较少且分配相对均匀。(3)不同深度的土壤水分日变异系数表明,集水区和沟床在干季,不同深度土层间土壤水分差异较小,雨季差异较大,分配不均,而沟头土壤水分在春季土壤水分分配较均匀,其他时间均出现分配不均现象;冲沟不同部位土壤水分含量差异显著,表现为沟头(9.98%)沟床(9.65%)集水区(6.64%)。【结论】在进行植被恢复时,应该考虑冲沟不同部位、季节性以及剖面土壤水分变化规律,因时因地进行植被恢复。     

西藏农牧交错带农田与相邻草地土壤含水量空间分布特征

【目的】为阐明西藏高原农牧交错带不同土地利用方式对表层土壤含水量的影响。【方法】以拉萨市林周县农田和相邻草地为研究对象,使用土壤水分测定仪测定表层0～5 cm土壤含水量,并采用统计学方法研究土壤含水量的统计特征及空间分布模型。【结果】①土壤含水量表现为草地显著高于农田(P0.01),农田和草地均属于中等变异,变异系数分别为26%和25%;②农田和草地土壤含水量分别符合球状模型、指数模型,模型块金值/基台值分别为3.68%和6.58%,均具有高度的空间依赖性;农田-草地土壤含水量符合球状模型,块金值/基台值为34.57%,具有中等程度的空间依赖性;农田和草地具有相似的有效变程(Range),而农田-草地有效变程则显著高于单一土地利用方式,值分别为9.43、10.65和39.42 m;③从克里格插值分布图来看,农田和草地土壤含水量均表现为中部较高,边界较低,整体呈自中部向周边减少的趋势。【结论】结果可以为高寒农牧交错带土地的合理利用,及对土壤含水量的科学预测提供参考。     

荒漠草原2种群落灌丛堆土壤水分的空间特征

【目的】为阐明植被群落与土壤水分空间异质性的关系。【方法】以荒漠草原2种灌丛堆为对象,运用地统计学方法研究了不同灌丛堆(白刺、沙蒿)3种生境(冠下、冠缘、空地)及不同土层土壤水分的空间异质性(c.v.)。【结果】结果表明:土壤水分的空间异质性明显,不同群落类型土壤含水量之间的差异表现为不同群落类型之间大于同一群落不同生境大于同一群落同一生境不同土层,其含水量最大差异分别为162.28%、74.66%、97.44%,在空地20~40 cm土层中,沙蒿沙堆土壤含水量达到白刺的2.62倍;在同一群落之间土壤含水量和水分空间异质性表现为空地冠缘冠下;在同一群落同生境中随着土层深度的增加,土壤水分含量增加,变化明显,异质性增大。【结论】荒漠草原自然形成的沙堆微地形地貌引起各非生物要素在空间上的重新分配作用,显著影响土壤水分空间异质性特征。     

关帝山华北落叶松林下土壤水分空间异质特征

选择山西省庞泉沟国家自然保护区,利用地统计学的方法对关帝山次生林下不同层次土壤水分的空间异质性进行研究。结果表明:在研究区内,表层土壤水分的含量随着土壤深度的增加而急剧减少,当达到一定深度(>20cm)时,土壤含水量不仅不减少,反而出现增长的趋势。从变异函数看:随着研究尺度的增大,土壤水分含量的空间自相关性增强;随着土壤深度的增加,均定系数增大但分数维减小,土壤含水量的随机性分布减小,由随机性因素引起的空间变异占总空间异质性的比重降低。从空间格局看:a(0～10cm)层土壤含水量主要呈块状分布,且形状较为复杂,b(10～20cm)和c(20～30cm)层呈带状分布,且形状较为一致。     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭根区土壤养分的分布特征研究

【目的】探明古尔班通古特沙漠南缘梭梭根区土壤养分的空间分布特征。【方法】以新疆生产建设兵团第八师149团、甘家湖梭梭自然保护区和克拉玛依农业综合技术开发区外围荒漠区自然分布的梭梭为例,采用野外调查取样和室内测试分析结合,定量研究了梭梭根区土壤的pH值、电导率、含水量、有机质和速效磷的空间分布特征与规律。【结果】不同地区,梭梭根区土壤含水量和土壤pH总体表现为主根附近冠幅中间冠幅边缘,不同土层深度土壤含水量和土壤pH表现为0～20 cm 20～40 cm 40～60 cm,且土壤含水量随土层深度增加显著增加(P0.05);不同地区,土壤有机质表现为主根附近冠幅中间冠幅边缘,且差异显著(P0.05);随土层深度增加土壤有机质含量总体呈降低趋势;土壤速效磷含量和电导率总体表现为冠幅中间主根附近冠幅边缘,随土层深度增加总体呈降低趋势。【结论】不同地区梭梭根区土壤均存在"肥岛"效应,最大聚集范围在根区0～40 cm土层。     

晋西黄土区典型人工林土壤水分的垂直分布特征

【目的】探究晋西黄土区人工林恢复过程中0～500 cm土层土壤含水量垂直特征,为改善人工林土壤水环境,实现林水平衡提供理论依据。【方法】以晋西黄土区蔡家川流域5种典型人工林(刺槐Robinia pseudoacacia、侧柏Platycladus orientalis、油松Pinus tabuliformis、刺槐-侧柏、刺槐-油松)为研究对象,通过土钻烘干法测定0～500 cm土层土壤含水量,分析人工林土壤含水量的垂直特征。【结果】研究区典型人工林平均土壤含水量由大到小依次为侧柏、刺槐-侧柏、油松、刺槐-油松、刺槐,5种人工林土壤含水量差异显著(P<0.05),降水量及土壤质地是影响人工林土壤含水量的主要因素;在垂直方向上,人工林土壤含水量变异程度均为中等变异,变异系数随土层深度的增加呈减小趋势,约在360 cm土层形成稳定变化,人工植被主要影响0～360 cm土层内的土壤水,5种人工林中刺槐林地土壤水分变异程度最大,侧柏林地土壤水分最为稳定;采用有序聚类法将人工林土壤水分垂直层次划分为交换层、利用层、调节层和稳定层,不同林分间层次划分深度存在一定差异。【结论】研究区人工林可导...     

秸秆覆盖对广西甘蔗地土壤水分变化的影响

【目的】研究秸秆覆盖对广西甘蔗地不同土层深度土壤水分时空连续变化的影响,以探求优化广西甘蔗种植中土壤水分状况的有效途径。【方法】甘蔗试验田设无秸秆覆盖（T0）和秸秆覆盖（TS）2个处理,常规耕作,并对试验区的降水量及试验田0~10 cm、10~30 cm和30~50 cm土层的土壤含水量进行连续动态监测,对比分析不同处理甘蔗地的土壤理化性质及土壤水分变化特征。【结果】秸秆覆盖可改善甘蔗地的土壤环境,提高土壤有机质含量,TS处理0~10 cm、10~30 cm和30~50 cm土层的土壤有机质含量较T0处理分别显著增加42.8%、29.1%和45.4%（P<0.05,下同）;秸秆覆盖同时可提高甘蔗地土壤的蓄水保墒能力,使土壤含水量显著增加,TS处理0~10 cm、10~30 cm和30~50cm土层的土壤含水量较T0处理分别显著增加10.5%、16.0%和11.5%。在干旱缺水条件下,与T0处理相比,TS处理提高了0~50 cm土层土壤水分的向上供给,水分运动更活跃。【结论】在广西甘蔗种植中进行秸秆覆盖可增加土壤有机质含量、降低土壤蒸散发,从而改善土壤水分条件和土壤环境,为甘蔗根系生长提供良好的土壤环境,值得在广西蔗区推广。     

塔里木河上游荒漠河岸林土壤水分与浅层地下水分布规律研究

【目的】为研究荒漠河岸林生态系统的耗水规律。【方法】本研究选择塔里木河上游流域作为研究区,通过采集不同土层的土壤样品测定其含水量,并量测不同覆盖度的浅层地下水埋深,分析了荒漠河岸林土壤水分、浅层地下水埋深时空变化规律及二者之间关系。【结果】不同覆盖度土壤水分差异显著,覆盖度越高,土壤保墒能力越强,土壤含水量越高;覆盖度越低,土壤水分活跃程度越高;同一覆盖度不同月份土壤含水量随深度的变化趋势大致相同,各覆盖度土壤含水量垂直变化特征总体满足随着土层深度的增加而增大;覆盖度高的各层土壤含水量随时间变化范围小。【结论】各覆盖度由表层到底层土壤含水量变化幅度与覆盖度有关,植被和地下水埋深越深可以有效控制土壤水分变化,而河道侧渗对地下水的补给却具有一个延迟作用。     

基于GIS的圭峰镇土壤水分空间变异特征与区域生态脆弱性的研究

利用GIS和地统计学理论,分析信江流域中游弋阳圭峰段退化红壤生态脆弱区域土壤水分空间变异特征,结合其植被分布状况,探讨不同土地利用方式对土壤水分分布及其生态系统脆弱性的影响.结果表明:(1)夏秋季节,圭峰段土壤0-30 cm水分强度亏缺,严重影响着植被的生长和分布.(2)土地利用方式与植被类型明显影响着土壤各层次的水分含量.圭峰镇覆盖率自东向西渐低,土壤水分含量随之减少,该流域段生态脆弱性逐渐增大.(3)圭峰段0-30 cm土壤的水分含量空间变异结构较差,空间变异相对较小;土壤30-40 cm水分的空间变异结构明显,在较大范围内存在着空间相关性.研究区域内土壤10 cm以下水分具有中等程度空间相关性,其空间变异是内在因子和外在因子共同作用结果.     

青海湖不同沙漠化治理区土壤含水量动态变化研究

研究选择青海湖不同沙漠化治理区,通过野外采样及室内数据分析,对不同季节的土壤含水量进行测定.结果表明:土壤平均含水量在6月和8月最大,4月和9月较低.克土-早期灌丛治理区,4月和6月土壤含水量表层较低,30cm处达到峰值.8月和9月表层土壤含水量最高,20cm处最低.克土-草方格,4月份表层土壤水分偏低,10cm以下开始上升,6月份和8月份土壤水分基本一致.9月份,表层土壤含水量较低,20cm处达到峰值.沙岛固定沙丘及沙棘灌丛,4月、6月和8月土壤含水量表层偏低,10cm以下开始下降,20cm以后逐渐增加,70cm处最高,9月份,表层土壤含水量开始下降,10cm处较低,之后逐渐增高.示范区草方格,表层土壤水分6月和8月高于4月和9月,4月和6月均为逐渐增加趋势,8月,10cm处达到峰值,之后下降,20cm以下变化较稳定,9月份土壤水份垂直变化一直波动.流动沙丘顶部、迎风坡和背风坡表层土壤含水量较低,表层以下土壤含水量逐渐增加.湖东种羊场流动沙丘草方格区,土壤含水量表层较低,表层至30cm处表现为上升,以下变化幅度较弱.     

改造后的沙丘地春季表层土壤水分空间变异性研究

[目的]为奇台县的防风治沙工程和沙漠植被建设提供参考.[方法]利用改造后的沙丘地和6种土地类型的实地测量数据,通过变异函数、Moran's Ⅰ系数、土壤水分等值线图探讨了改造后的沙丘地春季表层土壤水分的水平空间变异性及其原因.[结果]经种植梭梭改造后的沙丘地的土壤含水量呈现出3个明显与沙丘土壤水分不同的特点.(1)均值大于沙丘,土壤含水量接近于草地;(2)土壤水分半方差函数模型已表现为与沙丘水分的球状模型完全不同的指数模型,且变程小于样点间距,相关性显著;(3)土壤含水量等值线图等值线密集,并呈与梭梭林带走向一致的条带状分布.[结论]奇台县自2000年以来实行的防沙治沙已取得较大的成效.     

不同滴灌年限小麦土壤速效养分空间变异特征

【目的】研究小麦不同滴灌年限土壤速效养分积累的变化规律,了解其空间分布特征。为科学管理滴灌小麦土壤调查和施肥技术体系提供理论和数据参考。【方法】以1、3、5、7 a滴灌小麦农田土壤为研究对象,分析不同滴灌年限小尺度土壤盐分空间的分布特征。采集土壤剖面(0~60 cm)样品,结合连续性定位监测、描述性统计和地统计分析,研究不同滴灌年限土壤速效养分时空变异规律。【结果】不同滴灌年限速效养分的最大值在0~20 cm土层,最小值在40~60 cm土层;不同土壤层的速效养分含量呈弱变异和中等变异。半方差函数表明,滴灌1、3、5、7 a土壤速效养分含量符合球状模型和高斯模型,呈明显空间自相关和中等空间相关性,块金系数在15.28%~65.15%。【结论】不同滴灌年限土壤速效养分随年限的增加呈现下降趋势,其空间分布主要受人为因素和随机因素的共同影响。     

荒漠绿洲过渡带土壤水分空间分布特征及对植被的影响

研究荒漠绿洲过渡带土壤水分空间特征,有利于提高干旱区水资源利用率和植被恢复。连续对黑河中游荒漠绿洲过渡带6个典型群落类型样地的地表0～120 cm深度剖面的土壤水分分布进行调查,采用烘干法分析并结合18个调查样方进行土壤含水量的空间分布特征研究,揭示荒漠植被土壤水分分布特征。结果表明,1)土壤水分的变异性随着深度的增加而减小,表层土层含水量空间变异性表现为强变异,说明土壤水分不稳定,深层土壤空间变异性变现为弱变异性,说明土壤水分较稳定。2)垂直分布上,每个样地各土层的土壤含水量均随土壤深度增加呈上升—降低—上升的总体趋势,各样地土壤含水量均是表层低,深层高。3)水平空间上,土壤含水量变化范围在0.09%～22.34%,土壤含水量的均值依次为深层(60～120 cm)>上层(0～40 cm)>中层(40～60 cm),总体来看,黑河中游荒漠绿洲过渡带各层土壤含水量均处于较低水平。4)干沙层土壤含水量最低,上覆沙土土壤含水量很少且随着深度的增加而增加,下浮沙土受地下水毛管作用和蒸腾作用影响水分含量较高且随土壤深度的增加而增加。研究结果为深入理解荒漠绿洲过渡带固沙植被的天然分布提...     

宁夏南部黄土丘陵地土壤水分空间变异性分析

基于不同采样幅度、不同季节测定的土壤水分数据,应用统计学和地统计学方法分析了宁夏南部干旱半干旱区黄土丘陵地土壤水分的空间变异性。结果表明:(1)土壤水分的变异系数与研究区域采样面积的大小有关,采样面积增大,变异系数增大,变异性增大,变异系数增大到一定数值时趋于稳定,不再随着采样面积的增大而无限增大。(2)不同季节土壤水分空间变异性均表现出较强的季节性特征,夏季土壤水变异系数最大,秋季土壤水变异系数最小。表层土壤水分的变异系数大于深层的变异系数。(3)不同季节表征土壤水分空间变异相关程度的参数空间异质比均小于25%,表现出强烈的空间相关性。土壤水分的空间分布表现为东南部区域的土壤含水量高于西北区域的。表层土壤水分空间分布破碎化程度较高,深层土壤水整体分布相对均匀。     

高速公路绿化带土壤水分动态变化规律研究

【目的】研究高速公路绿化带边坡的土壤水分动态变化规律,旨在为高速公路生态绿化提供参考。【方法】2009年4-11月对河北固安县廊涿高速各观测点(阳坡、阴坡、平地及中央隔离带)不同土层深度(0~40cm)含水量及降雨量进行连续观测,分析了高速公路绿化带土壤水分的动态变化规律。【结果】4-5月,各观测点土壤含水量持续下降;5-8月,各观测点土壤含水量迅速增加,并保持在较高水平;8-10月,各观测点土壤含水量逐渐降低;10-11月,各观测点土壤含水量稳中有升。各观测点表层(0~10cm)和下层(10~20cm)的土壤含水量波动较大,变异系数平均值为28.39%和24.85%,深层(20~40cm)土壤含水量的变化明显减弱,变异系数平均值为19.41%。在0~40cm土层,中央隔离带的土壤含水量较高,阴坡和阳坡次之,平地最低。【结论】高速公路边坡土壤水分的季节性动态变化规律显著,且与降雨规律一致。5-10月的土壤水分条件最好。土壤水分的空间变化可分为速变层(0~20cm)和活跃层(20~40cm)2个层次。各观测点中,中央隔离带的土壤水分条件最好,阴坡和阳坡次之,平地土壤水分条件最差。     

棉田土壤养分分析与土壤墒情监测系统应用

【目的】研究土壤养分的空间变异程度及分布规律,为该区域科学施肥提供依据。【方法】以新疆生产建设兵团第八师石河子总场六分场数字农业示范田为研究区域,应用土壤墒情监测系统、GIS与地统计学的方法,对棉田土壤含水量与温度进行实时采集、分析并存储在服务器里面,分析石河子总场土壤含水量和温度变化规律、棉田土壤养分空间分布特点及变异规律。【结果】(1)根据监测数据分析,随着灌水量增加和棉花生育期推进,上层0~30 cm比下层40~60 cm的土壤含水量变化趋势明显。0~20 cm土层土壤补偿水比较充分,各个监测点土壤含水量基本维持在比较适宜的范围内。土壤各层温度受大气温度影响并随着土层深度的加深而减弱,随着土层深度的逐渐加深滞后时间相对延长;受棉株逐渐长高变大以后遮阴等造成的影响,7月以后各土层温度逐渐持平,波动不大。(2)土壤全氮、速效磷和速效钾均呈现出中等程度变异;(3)土壤速效钾的块金值在25%~75%(块金值为0.497)表现为中等空间自相关性外,土壤全氮、速效磷指标的块金系数小于25%表现为强烈的空间自相关性。【结论】应用土壤墒情实时监测系统指导棉田灌溉,较往年没有任何减产减质的情况下,棉花灌溉在全生育期内比以往灌溉次数下降了1~3次,节约水资源约20%左右。研究区域内土壤全氮、速效磷和速效钾变异呈现中等程度变异特征,全氮、速效磷表现为极强空间自相关性,速效钾表现为中等强度的空间相关性。