六盘山华北落叶松人工林地土壤水分动态研究

利用平衡式张力计和时域反射仪(TDR)定位监测方法,研究了六盘山山地华北落叶松人工林地土壤水分动态规律.结果表明:研究时段内,华北落叶松林内土壤水分时间动态变化可划分为土壤水分的相对湿润期、持续消耗期和快速恢复期;依据水分利用特征可将垂直土层划分为土壤水分的微弱利用层(0-20 cm)、利用层(20-60cm)和水分调节层(60 cm以下).华北落叶松林内0-60 cm各土层土壤蓄水量与太阳辐射、大气温度、VPD和液流通量均呈极显著相关(P<0.01),对各因子进行多元逐步回归分析,得到0-60 cm各土层土壤蓄水量与气象因子间的多元线性回归方程.     

六盘山华北落叶松坡面土壤饱和导水率空间异质性及其影响因素

为深入理解森林坡面土壤饱和导水率的空间变异,利用经典统计学和地统计学的方法研究六盘山华北落叶松人工林坡面不同土层土壤饱和导水率的空间异质性,并基于相关性分析揭示其空间变异的主要因素。结果表明:(1)随土层的加深,土壤饱和导水率逐渐增加,不同土层土壤饱和导水率的空间变异程度存在差异,表现为40—60 cm土层土壤饱和导水率为强变异,其他土层均为中等变异。(2)不同土层土壤饱和导水率的空间结构也存在差异,20—40,40—60,60—80 cm土层土壤饱和导水率表现为强烈的空间自相关性,0—20,80—100 cm土层土壤饱和导水率表现为中等空间自相关性。(3)坡面土壤饱和导水率与石砾含量、非毛管孔隙度、毛管持水量、田间持水量和毛管孔隙度显著相关。综上,研究坡面土壤饱和导水率具有较强的空间变异,石砾含量和土壤物理性质是影响研究坡面土壤饱和导水率空间分布的主要因素。     

六盘山半干旱区华北落叶松林土壤水分时空变化与影响因素

分析森林土壤湿度时空变异规律,研究植被蒸腾、林地蒸散和气象因子对土壤湿度的影响,对干旱地区的植被恢复、林水协调管理和植被生态水文功能提升都有重要意义。在宁夏六盘山北侧半干旱的叠叠沟小流域,建立了华北落叶松人工林标准样地,利用气象站、热扩散探针、微型蒸渗仪、时域反射仪等设备,同步监测了2013年7—10月的气象条件、林木蒸腾、林地蒸散、土壤湿度的动态变化,并分层(0—20,20—40,40—60,60—80cm)探讨了土壤湿度的主要影响因子。结果表明:(1)受随机降雨事件影响,土壤湿度呈现相应的脉冲性变化;整体而言,表层(0—20cm)土壤湿度(32.69%)较低,以下各层较高(40.00%左右);土壤湿度的变异程度随土层加深和降雨增大而逐渐减弱。(2)影响土壤湿度的主要气象因子为温度、饱和水汽压差和气压;林木蒸腾和林地蒸散与整个研究期间主根系层(0—60cm)土壤湿度的相关性显著。(3)土壤湿度与各因子的相关系数随土层加深而变小,在主根系层明显,在以下土层(60—80cm)不明显。综上可知,森林土壤湿度同时受降水输入和蒸散输出影响,各土层湿度的时间变化规律相似;但表层土壤的湿度低、变幅大,土壤湿度对影响因子的响应敏感性和变幅随土层加深而逐步缩小。     

科尔沁沙地沙质草场土壤水分对干旱和降雨响应的空间变异性

采用地统计学的方法,研究了科尔沁沙地沙质草场土壤含水量对干旱和降雨响应的空间变异规律。结果表明,干旱时沙质草场表层(0～20cm)、亚表层(20～40cm)土壤含水量可很好地拟合成球状模型和指数模型,在1～2．26m,1～6．63m的中等尺度范围内表现出很高的空间自相关性,空间自相关度分别为0．92,0．87．分维数均表现出较弱的空间依赖性．分别为1．99,1．94,两层土壤含水量变异特征差异小,土壤水分的空间变异性强,破碎化程度高。降雨后沙质草场土壤表层、亚表层土壤含水量可很好地拟合成指数模型和球状模型,也具有空间结构特征,空间自相关度分别为0．62,0．98,变程分别为181．80m,4．55m,分维数为1．91,1．99,再有土壤水分空间格局图分析,表层土壤含水量空间变异性小,亚表层空间变异性大,两层土壤含水量变异特征存在明显差异。干旱时与降雨后沙质草场表层土壤水分统计特征、变异函数模型和参数、分维数和土壤水分空间格局分布图存在显著的差异,而亚表层差异较小。一定强度的降雨在短期内只能削弱处于干旱时沙质草场表层土壤水分的空间变异性,使其表层土壤水分破碎化程度、空间变异性减弱,而对土壤深层的水分补充和影响有限。     

天然杨桦次生林表层土壤水分与枯落物的空间异质性

枯落物作为水分调节的作用层,对森林生态系统的水分循环起着重要作用。采用地统计理论和方法对天然杨桦次生林的表层土壤水分和不同分解程度的枯落物空间异质性进行分析。结果表明,表层土壤水分、枯落物未分解层、半分解层和已分解层的空间变异均以指数理论模型的拟合效果较好,其结构比分别为88.3%,66.6%,89.2%和57.79%,未分解层和已分解层具有中等强度的空间相关性,表层土壤水分与半分解层具有强烈的空间相关性。分形维数显示表层土壤水分和枯落物层的空间分布格局无显著的各向异质性结构特征。从全方位的分形维数来看,表层土壤水分的分形维数为1.918;枯落物半分解层的分形维数最大,为1.967,明显与其他枯落物层不同;未分解和已分解层分形维数相对较小,分别为1.925和1.928。从空间分布格局来看,半分解层呈明显的斑块状分布,东-西和南-北方向均无明显差异;表层土壤水分、未分解层和已分解层空间分布较为连续,且具有相似性,空间分布在东-西方向上差异明显,南-北方向上差异较小。     

黑龙江莲花湖库区落叶松水源涵养林土壤水分-物理性质的空间分布特征

以黑龙江省莲花湖库区落叶松水源涵养林为研究对象,运用地统计学理论与方法对森林表层土壤水分-物理性质进行空间异质性分析。结果表明:土壤含水量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均服从对数正态分布;非毛管孔隙度最优拟合模型是球状模型,其它均为指数模型。土壤含水量、土壤容重、毛管孔隙度和非毛管孔隙度块金值分别为0.165,0.045,0.234,0.240;变程分别为24.72 m,41.04 m,46.02 m,5.66 m;结构比分别为0.848,0.967,0.816,0.760;分数维分别为1.810,1.697,1.769,1.983;空间自相关系数最大值分别为0.483、0.628、0.531、0.104。可见4个因子空间自相关性均较强,并且随着空间距离增大,相关性逐渐减弱。其中土壤容重均-性较强;非毛管孔隙度空间分布形态较复杂,破碎化程度高。     

土壤水分运动特征参数空间异质性:理论分析、取样与影响因素

 通过对土壤水分运动特征参数异质性研究的理论分析和方法回顾与总结,概述土壤水分运动特征参数异质性研究的取样方法,并对土壤水分运动特征参数异质性的影响因素做简要分析。     

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。     

内蒙古草原华北落叶松人工林生态特性研究

对内蒙古半干旱草原白音敖包林场华北落叶松人工林生态特性的研究结果表明,华北落叶松在内蒙古地区最适生于阴坡,适度抚育间伐可促进华北落叶松的生长;且其间伐开始期应为12~13年,尤其是幼龄林时进行弱度间伐(株树间伐强度为20%左右)效果最明显。华北落叶松与白桦或沙地云杉混交可促进华北落叶松生长,提高其景观价值。     

科尔沁沙地流动沙丘土壤水分空间变化特征分析

应用地统计学原理,分析了科尔沁沙地流动沙丘不同部位和深度土壤水分的空间变化特点。结果表明,流动沙丘土壤水分空间分布呈现明显的空间异质性,土壤水分在流动沙丘的不同坡面和同坡面的不同区域呈现明显的不均匀分布特征,表层(0~40 cm)和浅层(40~100 cm)土壤水分是此空间差异的主要来源,其空间分布变异性明显高于深层(100~200 cm)土壤;半方差分析结果也显示出表层和浅层土壤水分的空间异质性组成主要由随机因素引起,具有相对较小的变程,而深层土壤水分主要受到其自身土壤物理组成性质的影响,具有较强的空间自相关性,具有较大的变程,二者空间分布特点存在明显差异。流动沙丘土壤水分空间分布特点的明确,对阐述固沙先锋植物的侵入和定居格局具有现实的指导意义,也为人工固沙植被的建立提供理论指导。     

六盘山华北落叶松林坡面的土壤含水量时间稳定性

在宁夏六盘山选择华北落叶松林坡面,利用TRIME-PICO土壤水分测定仪,在2015年5—11月对48个测点分12次测定了不同厚度土层(0—20,0—40,0—60cm)的体积含水量的时间动态,并采用累积概率函数、相对偏差及Spearman秩相关系数等方法,分析评价了坡面土壤体积含水量的时间稳定性。结果表明:土壤体积含水量在时间和空间上均存在中等变异,且变异程度随土层加厚而逐渐降低,表现为0—40,0—60cm土层体积含水量的累积概率在干旱和湿润2种极端条件下的变化均小于0—20cm土层。0—20,0—40,0—60cm土层体积含水量的平均相对偏差的变化范围分别为(-43.5%)~(47.9%),(-42.9%)~(49.9%)和(-46.9%)~(40.0%);平均相对偏差的标准差(SDRD)呈现出随土层加厚而逐渐降低的变化趋势,在0—20,0—40,0—60cm土层依次为11.1%,8.3%,7.8%。在整个研究期间,Spearman秩相关系数在不同土层厚度条件下始终保持较高水平(0.7以上),且呈极显著相关,坡面上不同土层的体积含水量具有较高的时间稳定性。基于土壤含水量的时间稳定性特征,确定了研究坡面上不同土层厚度的体积含水量平均值的代表性测点,可利用这些代表性测点的土壤体积含水量测定值估计相应土层厚度的坡面平均值。     

六盘山半湿润区坡面华北落叶松林冠层截留的时空变化及空间尺度效应

冠层截留是森林蒸散的重要组成部分,其定量描述一直是生态水文学研究的热点问题之一,相关观测研究多是在固定样地的空间尺度上进行的。林冠截留量除在样地上受降水、气象条件和冠层结构及生长过程的动态影响外,还在坡面上受植被生长和冠层结构的坡位差异而有很大空间变化和尺度效应,需对此深入理解和精细刻画,从而为实现从样地观测结果上推到坡面的尺度转换并基于此准确评价森林水文影响来提供科学依据。在六盘山香水河小流域,选择一个水平坡长425.1m的华北落叶松人工林典型坡面,并均匀划分为空间连续的16个样地。于2015年5—10月,测定了森林冠层结构(特别是叶面积指数,LAI)的坡位差异和动态变化,并同步观测了林外降雨和林内穿透雨及树干茎流,依此计算得到每次降雨事件的冠层截留量。以离坡顶水平距离(水平坡长)为尺度标量,分析林冠截留量沿坡面的时空变化规律及影响因素。结果表明,林冠截留量存在沿坡变化和坡面空间尺度效应,且月份变化明显。在整个生长季,林冠截留量沿坡变化总体表现为随水平坡长增加先升高,在坡面中部达最大,之后逐渐降低,以每100m水平坡长的变化量表示的坡面尺度效应为+5.62mm/100m(坡段0~316.6m)和-2.37mm/100m(坡段316.6~425.1m);在5月,林冠截留量沿坡变化总体表现为随坡长增加而逐渐降低,坡面尺度效应为-0.26mm/100m(0~425.1m),在6—8月,林冠截留量沿坡变化总体趋势均和整个生长季相同,6月份坡面尺度效应为+1.28mm/100m(0~261.1m)和-1.78mm/100m(261.1~425.1m),7月为+0.92mm/100m(0~267.6m)和-0.88mm/100m(267.6~425.1m),8月份为+1.28mm/100m(0~211.2m)和-0.34mm/100m(211.2~425.1m);在9月、10月,林冠截留量沿坡变化表现为随坡长增加逐渐升高,坡面尺度效应分别为+2.38mm/100m和+0.81mm/100m(0~425.1m)。林冠层叶面积指数的坡位差异及其季节变化是影响林冠截留时空变化的主导因素,各月林冠截留率均与叶面积指数呈显著正相关。可基于不同坡位样地的叶面积指数与其坡面均值的关系、叶面积指数与林冠截留量的关系以及不同坡位样地的叶面积指数测定值,上推估计林冠截留的坡面均值。     

高寒草甸典型小流域雨后土壤水分空间变异特征

利用地统计学的Kriging空间内插法研究寒区典型小流域雨后土壤水分空间变异及分布情况;分析了0～50 cm土壤层的平均土壤水分与剖面土壤水分的空间分布特征。结果表明：0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～50 cm五层土壤水分和流域平均土壤水分最佳拟合模型为球状模型;在小流域尺度范围内,五层土壤水分具有中等空间变异性,其块金系数为43.7%、58.9%、53.0%、71.6%和68.1%,流域平均土壤水分的块金系数为38.4%,0～10 cm1、0～20 cm、20～30cm三层土壤水分相关度明显小于30～40 cm和40～50 cm两土层土壤水分,说明表层土壤水分受降雨因素干扰明显,而深层土壤含水量相关性比较稳定。通过分析,得出雨后流域土壤水分空间分布主要受水分入渗、地形、植被覆盖、海拔等因素的影响。利用半方差函数分析得出流域土壤水分的有效变程在938～1469 m之间,40～50 cm土层土壤水分变程最大,为1469 m;10～20 cm土层土壤水分变程最小为938 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,得出在小流域内土壤水分半方差函数模型总体上拟合效果较好。     

六盘山北侧华北落叶松林分的水分利用效率研究

为定量研究华北落叶松人工林水分利用特征,2010年5-10月在宁夏六盘山北侧叠叠沟林场的华北落叶松人工林固定样地内,通过测定树干径向生长、林分叶面积指数变化、草本生物量变化、树干液流速率变化、植物降雨截持等,估计了华北落叶松人工林及各层的生产力、水分消耗和水分利用效率。研究表明：林分总生产力11.76t/hm2,其中乔木层占75.2%,草本层占24.8%;在整个生长期内,林分生产力各月的分量呈现先升高后降低的季节变化格局。林分总蒸散量为433.9mm,其中乔木层与草本层（包括土壤蒸发）耗水各约占一半,分别为总蒸散的50.5%和49.5%;林分蒸散在生长季中呈现先升高后降低的季节变化格局。在整个生长季,华北落叶松人工林的水分利用效率为2.71g/kg,其中乔木层的水分利用效率为4.04g/kg,草本层水分利用效率为1.36g/kg;其季节变化与乔木层的水分利用效率变化相类似,说明乔木层对于华北落叶松林分水分利用效率的影响较大。     

贵州表层土壤有机质空间变异特征及其影响因素分析

为探究贵州表层土壤有机质的空间变异特征及其主要影响因素,使用贵州省第二次土壤普查资料中193个土壤剖面数据,结合贵州省气象资料、土地利用类型图及土壤类型图等资料,运用地统计学和多元回归分析各因素对表层土壤有机质空间变异的解释能力。结果表明：(1)贵州省表层土壤有机质含量范围为0.05%～36.68%,平均含量为5.23%±4.96%,变异系数为94.90%;(2)表层土壤有机质在空间分布上表现出东北部高,西南部较低的格局;(3)半变异函数分析表明,贵州省土壤有机质主要受自然因素影响,海拔、CEC、耕作方式和土壤质地对表层土壤有机质含量变异的综合解释能力为35.9%,海拔作为最重要的影响因素能独立解释其变异的25.6%,CEC和耕作方式分别能解释11.3%,7.4%。贵州表层土壤有机质与年均气温呈负相关关系,与海拔呈正相关关系。研究区表层土壤有机质的分布与碳酸盐岩分布面积比例存在相关关系,整体上,随着喀斯特分布面积比例增大而受自然因素影响增大。喀斯特分布面积比例为0～10%区域主要受农业耕作施肥等人类活动的影响,11%～30%区域主要受海拔影响,31%～50%区域受年均温和CEC影响,5...     

地统计学及GIS在黑土区域土壤养分空间异质性分析中的应用——以海伦市为例

应用地统计学的方法结合GIS空间分析技术,对海伦市黑土农田区域采集的65个耕层(0—20cm)土壤样本进行了数据处理,对其全量养分含量的空间异质性进行了分析和探讨。结果表明,全碳、全氮和全磷半变量函数曲线的理论模型符合高斯模型,全钾的理论模型表现为指数模型。全碳、全氮属于中度空间相关,其空间变异受结构性因子和随机因子的影响各占1/2。全钾和全磷属于高度空间相关,其变化主要受结构性因子的影响。土壤全碳与全氮和全磷具有极显著的正相关,在空间分布上也与全氮和全磷的空间分布吻合度较高。地统计学分析土壤养分的空间变异特征和1978年海伦县自然资源综合考察对农田土壤肥力调查的结果是吻合的。利用地统计学分析的方法,对区域农业生产合理布局、综合治理水土流失都具有重要的意义。