荒漠草原灰钙土与风沙土水分时空特征

受人为和自然因素干扰，宁夏荒漠草原原生灰钙土经过长期沙化，面积逐渐缩小并形成岛状斑块分布在广大风沙土中。为揭示灰钙土沙化后土壤水分时空特征，于2017—2019年生长季内(5—10月)在宁夏盐池县皖记沟村选取大(200～300 m²)、中(约100 m²)、小(约50 m2)面积各3个斑块，分别开展斑块内部灰钙土与其外围风沙土的含水量对比研究。结果表明：(1)从时间上来看，2017年均匀降雨格局使得全年土壤平均含水量最高；2018年全年降雨量略高于2017年，但集中于春季，夏秋季几乎无降雨事件，导致全年土壤含水量均较低；2019年夏季降雨年型使得土壤平均含水量在夏季最高。(2)0～100 cm剖面内灰钙土含水量随土层深度的增加表现出先增加后减少，10～40 cm土层较高；而风沙土含水量随土层深度的增加而增大，0～20 cm土层土壤含水量远低于20～100 cm。0～20cm土层灰钙土含水量大于风沙土，20～100 cm土层灰钙土含水量显著小于(P<0.05)风沙土(2018年中小斑块除外)。除大斑块外围风沙土含水量显著大于(P<0...     

毛乌素沙地天然臭柏灌丛地的土壤特性

采用样方调查法对毛乌素沙地天然臭柏灌丛地土壤特性调查结果表明 :臭柏灌丛地土壤水分、有机质、全氮、速效钾和碱解氮等养分资源分布具有空间异质性。在臭柏灌丛地(覆盖度 70 %～ 85 % ) 0～ 5 cm的土层 ,聚集了较多的中细粒子 ( 0 .2 5～ 0 .0 2 cm) ,平均含量为68.9% ,比油蒿覆盖区 (覆盖度 40 %～ 5 5 % )高 9% ,并随土层深度的加深 ,其含量降低。水分、有机质、全氮、速效钾和碱解氮等养分含量的分布 ,存在明显的“沃岛”现象。在 0～ 1 0 0 cm的土层范围内 ,臭柏灌丛地 60 %以上的土样含水率为 1 %～ 2 % ,变异系数高达 1 1 3%。土层深度 <2 0 cm时 ,臭柏灌丛土壤含水率由灌丛内向灌丛外逐渐减少 ,当土层 >2 0 cm时 ,则正好相反。70 %的土样速效磷含量 <2 mg/kg,除速效磷之外 ,土壤中的有机质、全氮、速效钾、碱解氮等在臭柏灌丛下 0～ 2 0 cm的土层内相对富集。在 0～ 1 0 0 cm的土层内 ,有机质的变异系数为 96.3% ,全氮为 1 0 1 .4% ,碱解氮为 80 .6% ,速效钾为 88.4%。臭柏灌丛地土壤特性的空间异质性 ,是生物和物理过程共同作用的结果。     

浑善达克沙地不同植被下的土壤水分状况

浑善达克沙地的中东段阳坡近裸的流动风沙土 0 - 1 0cm土层整个生长季内平均含水量较低、波动也比较大 ,而在 1 0cm以下则基本稳定在 3%左右 ,尤其是深层。丘间低地草本群落下的土壤湿度随深度增加变化较大 ,2 0cm以上土层含量较高 ,40 - 5 0cm土层的含水量最低 ,波动也剧烈 ,90cm以下达裸沙含水量水平。阴坡灌丛下 ,最低土壤含水量出现在 70 -90cm土层 ,深层土壤含水量长期稳定在 1 .5 %左右。这说明植物的生长使根层土壤含水量下降 ,而且不同植物利用水的土层及利用土壤水的量不同。这可能是引起流动风沙土向固定风沙土转变过程中地表植被演替及决定地区顶级群落的主要原因。在干旱半干旱地区 ,植被影响着降水在土层中的分布及地表的蒸散条件 ,使土壤有效水向浅层分配。而降水在土壤不同深度的分配及入渗深度 ,决定着地表植被的生活型 ,从而影响地表植被的演替方向及顶级类型。需水量较大的灌丛在沙丘阴坡能形成稳定的群落 ,是由于沙丘为植物避免干旱胁迫 ,延长在干旱季节的生存时间创造了条件 ,因此 ,沙丘是沙地的重要环境资源 ,尤其是高大沙丘 ,在这类地区的防风固沙中具有重要的作用。     

川西北高寒沙地红柳灌丛内外有机碳及腐殖质碳组分变化特征

为了解川西北高寒沙地红柳对土壤有机碳及腐殖质碳组分的影响,选取了沙地上修复24 a的红柳灌丛作为研究对象,通过野外调查并结合土壤样品采集和室内分析,研究了川西北沙地红柳灌丛根区(SR)、灌丛中部(SM)、灌丛边缘(SE)、灌丛外部(SO)的0~20,20~40 cm和40~60 cm土层土壤有机碳及腐殖质碳组分变化特征。结果表明:随着距灌丛植株水平距离的增加,土壤有机碳(SOC)、胡敏酸碳(HAC)、富里酸碳(FAC)和胡敏素碳(HMC)含量均呈现下降的特征;0~20 cm表层土壤,灌丛根区、灌丛中部和灌丛边缘土壤有机碳含量分别为灌丛外部的1.86倍、2.35倍和1.63倍,灌丛根区、灌丛中部和灌丛边缘土壤腐殖质碳含量分别为灌丛外部的1.96倍、0.68倍和1.22倍;在距灌丛植株水平距离相同条件下,随土层深度增加,土壤有机碳及腐殖质碳各组分含量呈降低趋势;在灌丛根区,20~40 cm和40~60 cm土层土壤有机碳相对于0~20 cm土层分别降低了32.31%和38.38%,20~40 cm和40~60 cm土层土壤腐殖质碳相对于0~20 cm土层分别降低了49.34%和53.40%。研究得出,红柳灌丛内外土壤有机碳及腐殖质碳组分存在空间异质性分布。     

直插式根灌的土壤水分时空分布与节水效率

在塔里木河下游枣树生态经济林进行根灌试验,研究了直插式根灌条件下的土壤水分时空分布和节水效率。结果表明:(1)灌水过程中直插式根灌的土壤水分分布在0~100 cm土壤层,随灌溉时间增加,土壤含水量,0~20 cm土层呈波动变化,80~100 cm土层基本稳定,其余各土层呈S型增加;(2)不同时期1 m深土层平均土壤体积含水量最大值及达到最大值的时间,枣树生长初期为44.62%、7.5 h,花期为43.26%、12.5 h,幼果期为46.3%、15 h;(3)根灌过程中,各土层土壤含水量变异系数大小次序为80 cm20 cm40 cm60 cm100 cm;灌后土壤平均含水量,80、100 cm土层与其余各层之间差异显著,20、40、60 cm土层之间差异不显著,80 cm土层土壤含水量空间异质性最高;(4)三次试验后20 d内,0~100 cm土层的平均土壤体积含水量消退速率分别为0.21%·d~(-1)、0.19%·d~(-1)和0.17%·d~(-1),土壤体积含水量60 cm和100 cm土层消退速率稳定,40 cm土层呈先消退后增加的趋势,20 cm土层0~10 d迅速消退,80 cm土层11~20 d迅速消退;(5)直插式根灌的节水效率比地表滴灌高27.78%,水分利用效率分别比地表滴灌和漫灌高8.12%、52.46%。     

有机无机配施对旱地春玉米产量及土壤水分利用的影响

通过田间试验,研究夏旱发生年份有机无机配施对旱地春玉米产量及水分利用状况的影响.结果表明,施肥处理显著提高旱地春玉米产量(1.49 ～ 2.63 t/hm2)和水分利用效率WUE(41.3％～72.3％)、降水利用效率PUE(45.7％～80.7％).以有机无机配施的处理产量(5.89 t/hm2)和WUE[13.15 kg/(hm2·mm)]、PUE[14.39 kg/(hm2·mm)]最高.增施有机肥极显著降低了表层(0 ～ 40 cm)土壤容重,增加了土壤总孔隙度,提高了土壤的蓄水保墒能力.在夏旱发生前期,由于降雨和土壤贮水稳定,施肥处理尤其是有机肥处理能够提高表层(0 ～ 60 cm)土壤含水量,60 ～ 200 cm土层土壤含水量变化不明显.随着夏旱发生程度的加剧,0～ 200 cm土层含水量持续降低,各处理的表层土壤含水量无明显差异.同时,施肥处理条件下由于作物生长耗水量持续增加,对深层土壤贮水消耗增加,导致40 cm以下的土壤含水量较无肥处理下降较快.     

模拟增温对土壤电导率的影响

为研究模拟增温对土壤电导率的影响,为气候变化背景下高寒草地土壤盐渍化趋势动态研究提供理论基础。本研究选择位于青藏高原腹地的三江源草地生态系统监测定位站开展试验,自2015年9月至2017年9月对OTC增温室内外0～15 cm和15～30 cm土壤温度、含水量以及电导率进行同步测定并分析其变化特征。结果表明:①OTC的模拟增温效果明显,与未采用OTC的对照相比,0～15 cm和15～30 cm土壤温度分别增加2. 41℃和1. 27℃;增温导致0～15 cm和15～30 cm的土壤含水量分别增加27. 65%和32. 17%; 0～15 cm土壤电导率,增温处理和对照的观测值分别为45. 67μS·m~(-1)和45. 75μS·m~(-1),而15～30 cm土壤电导率增温比对照高158. 09%。②相关性分析表明,在土壤冻结期,土壤温度对土壤电导率的贡献大于土壤湿度,与对照相比,模拟增温条件下土壤含水量与电导率的相关性增加;在土壤消融期,与对照相比,模拟增温条件下0～15 cm和15～30 cm土层土壤温度与电导率的相关性增加,土壤含水量与电导率的相关性随土层深度而不同,0～15 cm土层土壤含水量与电导率的相关性增加,15～30 cm土层土壤含水量与电导率的相关性变化不大。土壤温度对土壤电导率的贡献率高于土壤含水量。     

狭叶锦鸡儿灌丛沙堆土壤水分和肥力的时空分布

通过对内蒙古高原草原区、荒漠草原区和荒漠区狭叶锦鸡儿(Caragana stenophylla)不同发育阶段灌丛沙堆土壤有机质、全氮、全磷、速效磷和水分的空间分布研究。结果发现:3种生境中,灌丛土壤水肥含量表现为:草原区荒漠草原区荒漠区。在草原区和荒漠草原区,狭叶锦鸡儿灌丛沙堆土壤全氮和全磷随土层加深(0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm)呈逐渐增加趋势,而速效磷和水分相反;草原区灌丛沙堆土壤有机质富集于0~10 cm土层,荒漠草原区富集于20~40 cm土层。在荒漠区,灌丛对水分和大部分养分(除速效磷)的层间分布影响不大,而20~40 cm土层的速效磷含量逐渐减少。3种生境中狭叶锦鸡儿灌丛内的养分含量均高于灌丛外相同土层,且随着灌丛增大,这种趋势越来越明显;在草原区,随着狭叶锦鸡儿冠幅增大,灌丛土壤水分含量呈显著下降趋势,在荒漠草原区和荒漠区,灌丛土壤水分含量随着灌幅增大而增加。这说明狭叶锦鸡儿灌丛改变了土壤水分和肥力的空间分布,这种效应是在灌丛沙堆的发育过程中逐渐形成,并体现出来的。     

黄土高原苹果园不同集水阻渗技术调控下土壤水分、矿质氮含量变化

以黄土高原苹果园果树为研究对象,分析不同集水阻渗技术调控下土壤水分、矿质氮含量的变化,探索适宜旱区果园可持续发展的防渗聚水技术。结果表明:起垄覆膜处理(Ⅰ)、防渗层处理(Ⅱ)和起垄覆膜加防渗层处理(Ⅲ)均能增加0～300 cm土层土壤含水量,减少土壤硝态氮含量。处理Ⅲ总体效果最好,能够增加9.60%土壤含水量,减少57.15%土壤硝态氮含量;处理Ⅰ使0～200 cm土层土壤含水量均匀增加7.73%,硝态氮含量均匀减少60.08%;处理Ⅱ能够增加0～40 cm表层土壤7.37%的土壤含水量,减少40～200 cm中层土壤74.38%的硝态氮含量。研究表明,不同集水阻渗技术通过改变水分的时空分布、减少硝铵态氮的淋溶从而提高水肥利用效率,其中起垄覆膜加防渗层处理结合了起垄覆膜与人工防渗层两种技术的优点,能够有效调控土壤水分运动,减少硝态氮深层淋溶,是黄土高原改善土壤水肥状况、增加果园产量、使果业可持续发展的可行技术措施。     

不同降雨历时梯田和坡耕地的土壤水分入渗特征

以黄土高原丘陵沟壑第三副区庄浪县为例,研究不同降雨历时条件下坡耕地和水平梯田土壤(黄绵土)水分入渗变化特征,应用Hydrus-1D模型对不同降雨条件下的土壤水分入渗进行定量模拟研究。结果表明:(1)与实测数据相比,Hydrus-1D模型模拟降雨后土壤水分的运移较合理。(2)地表层(0~40 cm)土壤含水量变异系数(CV)呈中等变异,即5 d的时间内梯田和坡耕地地表层的土壤含水量变化大,随着土层深度的增加变异系数减小,呈弱变异性。(3)在1.45 mm/min降雨强度下,在23 min时拔节期的小麦坡耕地产生径流,水平梯田在整个过程中没有产生径流。(4)降雨历时为10 min时,在土层深度为0~15 cm,梯田土壤含水量比坡耕地多0.13%~1.65%,在土层深度为30~200 cm,梯田和坡地都没有下渗。降雨历时为20min、30min时,在土层深度为0~20 cm,梯田的土壤含水量比坡耕地的分别多0.05%~2.22%、0.01%~2%。     

黄土区坡沟系统容重、饱和导水率和土壤含水量变化分析

切沟是黄土高原侵蚀沟的重要类型之一,对流域水文、植被、地貌和生态等地表过程具有深刻影响。为明确土壤物理参数对切沟地形、坡位和深度的响应,在陕北黄土高原选择典型切沟,根据其走向设置沟道、沟缘及坡面3条样线,对40个样点按照10 cm深度间隔采集0~30 cm各土层原状土样,利用定水头法和烘干法对土壤容重、饱和导水率和土壤含水量进行测定并分析。结果表明:(1)地形对容重、饱和导水率和土壤含水量具有显著或极显著影响,3个参数随坡位自下而上均呈波浪式变化趋势;沟缘和坡面位置容重随坡位上升总体呈微弱减小趋势,沟缘表层坡下土壤含水量较其他坡位明显偏低;(2)沟缘和坡面位置不同土层深度饱和导水率及容重的大小变化规律与沟道恰好相反;(3)对于各土层深度而言,沟缘和坡面土壤含水量均与沟道内差异显著,且沟缘土壤含水量总是低于坡面。以上结果表明,切沟分布改变了土壤容重、饱和导水率和土壤含水量在坡面的空间格局,在黄土区坡沟系统内不同地形条件对相关土壤物理参数的影响不应忽视。     

东北春玉米不同发育期干旱胁迫对根系生长的影响

分别在玉米拔节期(BJ)和抽雄期(CX)进行水分胁迫试验,利用微根管技术观测不同发育期干旱过程中根分布动态,并利用根分布模型模拟相关参数(d_(50)和d_(95):累积根比例分别为50%和95%的土层深度),对不同干旱胁迫处理的土壤湿度、根系分布及相关参数时空动态特征进行分析。结果表明:水分控制后的土壤湿度在130cm以上基本达到预期干旱效果,即BJ和CX处理在控水时段0~100 cm土层土壤相对湿度都降至40%以下,但深层土壤湿度并未受到水分控制影响;拔节和抽雄期干旱胁迫条件下,根长密度(RLD)最大值分别为2.18±0.89cm·cm~(-3)和2.10±0.47 cm·cm~(-3),所在土壤深度为60 cm,对照(CK)RLD最大值为1.24±0.77 cm·cm~(-3),所在深度为40 cm,CK和BJ处理的RLD在最大值深度以下随土层深度增加而减小,CX处理的RLD在80 cm以下仍保持较大值;BJ和CX比CK的d50分别增大45%和59%,d95分别增大8%和41%,证明玉米根系因干旱胁迫而向深层土壤生长。     

杨凌区浅层土壤水分与深层土壤水分的关系研究

通过测定陕西杨凌区不同灌水条件下冬小麦的土壤水分变化,研究了浅层土壤水分与深层土壤水分的关系。结果表明:土壤含水量随土层深度的加深,呈先上升,后下降,又上升的变化趋势。在自然降水或灌溉条件下,土壤水分的变化程度随土层深度的增加,呈剧烈—缓和—剧烈—缓和的趋势。表层20、30、40、50 cm各土层含水量分别与0~150 cm各土层含水量的相关性较好,并且土层相邻越近,其相关性越好,说明由表层土壤含水量来推算深层土壤含水量是可行的。基于Biswas土壤水分估算模式,由表层30~40 cm的含水量来推算0~100 cm各土层含水量的精度较高,由表层20 cm的含水量来推算100~150 cm各土层含水量的精度较高。总灌水量及灌水次数对含水量的影响,直接影响到估算模式参数的取值及估算精度。     

Spatial variability of soil water content and related factors across the Hexi Corridor of China

Soil water content(SWC) is a key factor limiting ecosystem sustainability in arid and semi-arid areas of the Hexi Corridor of China, which is characterized by an ecological environment that is vulnerable to climate change. However, there is a knowledge gap regarding the large-scale spatial distribution of SWC in this region. The specific objectives of this study were to determine the spatial distribution patterns of SWC across the Hexi Corridor and identify the factors responsible for spatial variation of SWC at a regional scale. This study collected and analyzed SWC in the 0–100 cm soil profile from 109 field sampling sites(farmland, grassland and forestland) across the Hexi Corridor in 2017. We selected 17 factors, including land use, topography(latitude, longitude, elevation, slope gradient, and slope aspect), soil properties(soil clay content, soil silt content, soil bulk density, saturated hydraulic conductivity, field capacity, and soil organic carbon content), climate factors(mean annual precipitation, potential evaporation, and aridity index), plant characteristic(vegetation coverage) and planting pattern(irrigation or rain-fed), as possible environmental variables to analyze their effects on SWC. The results showed that SWC was 0.083(±0.067) g/g in the 0–100 cm soil profile and decreased in the order of farmland, grassland and forestland. The SWC in the upper soil layers(0–20, 20–40 and 40–60 cm) had obvious difference when the mean annual precipitation differed by 200 mm. The SWC decreased from southeast to northwest following the same pattern as precipitation, and had a moderate to strong spatial dependence in a large effective range(75–378 km). The SWC showed a similar distribution and had no significant difference between soil layers in the 0–100 cm soil profile. The principal component analysis showed that the mean annual precipitation, geographical position(longitude and latitude) and soil properties(soil bulk density and soil clay content) were the main factors dominating the variance of environmental variables. A stepwise linear regression equation showed that plant characteristic(vegetation coverage) and soil properties(soil organic carbon content, field capacity and soil clay content) were the optimal factors to predict the variation of SWC. Soil clay content could be better to explain the SWC variation in the deeper soil layers compared with the other factors.     

上海地区杂草稻种子越冬能力研究

上海地区杂草稻种子主要分布在0~5 cm土层中,其次为5~10 cm的土层,分别占杂草稻种子库的67.02%和28.87%,不同土层深度中杂草稻种子越冬后的萌发率差异不显著,萌发率在33%~40%。随着土层深度增加,杂草稻种子越冬后出苗率逐渐降低,10 cm以上的杂草稻种子的出苗率均为0,且来源不同的杂草稻存在一定的差异;不同地点采集的杂草稻在室温条件下保存1~12个月均表现出较高的萌发率,但在土壤深埋的条件下,随着埋藏时间的延长不同地点采集的杂草稻萌发率逐渐降低,但是杂草稻萌发率下降速度显著低于水稻。     

耕作方式对灌耕灰钙土耕层物理性质和玉米产量的影响

为探讨不同耕作措施对甘肃引黄灌区灰钙土土壤物理性状和玉米产量的影响,于2014—2017年在连续翻耕8 a的玉米田设置翻耕（CT）、旋耕（RT）、深松（ST）、免耕（NT）等4个单一耕作处理和翻耕-免耕（CT-NT）、深松-免耕（ST-NT）等2个轮耕处理。结果表明：RT处理0～10 cm和10～20 cm土层容重4个年度均是最低,与CT处理相比,第4年（2017）显著降低了8.70%和5.56%（P<0.05）;ST、NT、CT-NT、ST-NT处理20～30 cm和30～40 cm土层土壤容重随年份呈降低趋势,与CT处理相比,第4年（2017）显著下降了4.38%、3.16%、9.25%、7.54%和11.11%、5.56%、6.00%、11.11%;CT和RT处理显著降低了0～20 cm土层孔隙度,与CT相比,ST、CT-NT、ST-NT处理20～30 cm和30～40 cm土层土壤孔隙度在第4年（2017）显著增加了4.42%、9.60%、7.78%和14.18%、7.51%、14.18%;不同耕作处理均可降低0～45 cm土层土壤紧实度,与试验前（2014）相比,ST和...     

不同覆草量苹果园土壤水温效应及对树体生长的影响

将麦草覆盖应用于果园,研究不同覆盖用量22 000 kg·hm-2(T1)、33 000 kg·hm-2(T2)、44 000 kg·hm-2(T3)和清耕(CK)在整个生长期对19年生长富2号苹果园0~100 cm土壤水分、5~25 cm土壤温度、树体生长量及果实品质的影响。结果表明:在旱情较重的4—7月,3种覆草处理的平均含水量随覆草量的增加而增大,其中T2和T3处理极显著(P0.01)高于CK,高出8.98%~27.09%;且3种覆草处理0~20、20~40 cm土层的含水量极显著(P0.01)高于CK,高出9.36%~73.77%;4—8月3种覆草处理的各深度地温低于CK,4—6月份极显著(P0.01)低于CK,低出2.11℃~8.02℃;相反,9—11月份高于CK。覆草处理5~20 cm深度土温日变幅极显著(P0.01)低于CK,低出0.39℃~3.63℃。果实单果重和产量以T2处理最高,3种覆草处理每公顷产量较CK极显著(P0.01)提高,高出10.70%~20.83%;产量水分利用效率覆草处理较CK极显著(P0.01)增高,高出9.87%~20.87%。覆草对树体生长量、枝类比例影响不大。综合各种效应及投入产出比,陇东黄土高原苹果园覆草量以22 000~33 000 kg·hm-2较经济适宜。     

季节性冻融期覆砂对太谷农田土壤含水率时空变化的影响

研究了冻融期砂层覆盖对剖面土壤含水率的影响。野外试验于2016年11月—2017年3月在山西省太谷均衡实验站进行，主要监测3种地表处理剖面0~100 cm土壤含水率，各处理分别为无覆盖（LD）、0.5~1.5 mm粒径（XS）和1.5~2.0 mm粒径砂层覆盖（CS）。结果表明：冻融期砂层覆盖及土壤水分冻融使得XS和CS处理土壤剖面出现两个水分高值区，即近地表（15.40%~21.79%）和剖面20~40 cm间（15.99%~19.94%）；砂层覆盖对近地表有储水效果，储水效果随土壤深度增加而逐渐减小。覆砂处理对地表处储水效果最佳，平均土壤含水量较LD处理高8.45%~10.94%。覆砂对剖面0~40 cm有明显的储水效果，平均土壤含水率较LD处理高1.56%~1.62%。 40 cm以下3种处理土壤含水率相差较小，平均土壤含水率差值为0.09%~0.40%；砂层覆盖储水效果还与砂层粒径有关，XS处理0~5 cm储水效果优于CS处理，其土壤含水率高于CS处理0.57%~2.39%；地表砂层覆盖可以平抑地表土壤含水率变化，覆砂处理地表土壤含水率变幅较LD处理低约4.42%。     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤碳氮磷及其生态化学计量特征

以陕北米脂谷子、苜蓿、柠条和枣树4种不同土地利用方式土壤为研究对象,采集0~100 cm土层土壤样品,采样数共288个,分别对样品土壤的C、N、P及其生态化学计量比C/N、C/P和N/P进行了研究。结果表明：黄土丘陵区土壤C、N、P含量均值分别为2.12、0.21 g·kg^-1和0.43 g·kg^-1;C/N、C/P和N/P均值分别为10.83、5.0和0.48;土壤C、N、P及C/N、C/P和N/P的变异系数均大于10%且小于100%,属于中等变异。土地利用方式对土壤C、N、P含量及其生态化学计量特征有显著影响,其中谷子地0~20 cm土层土壤C含量显著高于柠条地和枣树林（P<0.05）,谷子地20~40 cm土层的C含量显著高于苜蓿地（P<0.05）;0~20、20~40 cm和60~80 cm土层谷子地N含量显著高于柠条地（P<0.05）;苜蓿地P含量在0~20、60~80 cm和80~100 cm土层显著高于柠条地（P<0.05）。谷子地、苜蓿地和枣树林土壤C、N呈表聚性分布,而柠条地随深度增加无明显降低,表明柠条有较好的固碳能力。各土层C/N在不同土地利用方式间存在显著差异（P<0.05）,其中柠条地最高,谷子地最低;80~100 cm土层土壤C/P在柠条地和苜蓿地间具有显著差异（P<0.05）。0~20 cm和20~40 cm土层深度下,土壤N/P在不同土地利用方式之间具有显著差异（P<0.05）,其中谷子地最高,柠条地最低。通过典型相关分析得出,土壤C、N、C/P和N/P与环境因子中的土层深度、粘粒含量和土壤pH值的累积关系较大。     

Factors determining soil water heterogeneity on the Chinese Loess Plateau as based on an empirical mode decomposition method

Soil water is a critical resource, and as such is the focus of considerable physical research. Characterization of the distribution and spatial variability of soil water content(SWC) offers important agronomic and environmental information. Estimation of non-stationary and non-linear SWC distribution at different scales is a research challenge. Based on this context, we performed a case study on the Chinese Loess Plateau, with objectives of investigating spatial variability of SWC and soil properties(i.e., soil particle composition, organic matter and bulk density), and determining multi-scale correlations between SWC and soil properties. A total of 86 in situ sampling sites were selected and 516 soil samples(0–60 cm depth with an interval of 10 cm) were collected in May and June of 2019 along the Yangling-Wugong-Qianxian transect, with a length of 25.5 km, in a typical wheat-corn rotation region of the Chinese Loess Plateau. Classical statistics and empirical mode decomposition(EMD) method were applied to evaluate characteristics of the overall and scale-specific spatial variation of SWC, and to explore scale-specific correlations between SWC and soil properties. Results showed that the spatial variability of SWC along the Yangling-Wugong-Qianxian transect was medium to weak, with a variability coefficient range of 0.06–0.18, and it was gradually decreased as scale increased. We categorized the overall SWC for each soil layer under an intrinsic mode function(IMF) number based on the scale of occurrence, and found that the component IMF1 exhibited the largest contribution rates of 36.45%–56.70%. Additionally, by using EMD method, we categorized the general variation of SWC under different numbers of IMFs according to occurrence scale, and the results showed that the calculated scales among SWC for each soil layer increased in correspondence with higher IMF numbers. Approximately 78.00% of the total variance of SWC was extracted in IMF1 and IMF2. Generally, soil texture was the dominant control on SWC, and the influence of the three types of soil properties(soil particle composition, organic matter and bulk density) was more prominent at larger scales along the sampling transect. The influential factors of soil water spatial distribution can be identified and ranked on the basis of the decomposed signal from the current approach, thereby providing critical information for other researchers and natural resource managers.