黄土高原六道沟小流域坡面土壤入渗特性的空间变异研究

水蚀风蚀交错带是黄土高原水土流失最为严重的地区,研究其不同地类土壤的入渗特性及其空间变异规律,有助于揭示黄土高原土壤侵蚀过程和生态环境的脆弱性以及流域水文模型精度的提高。本研究选取在水蚀风蚀交错带的强烈侵蚀中心六道沟小流域进行,采用双环定水头入渗法,在六道沟流域内一个长375m的完整天然坡面上网格布点,应用传统统计学方法和地统计学方法对稳定入渗率和前30min累积入渗量等土壤入渗特性重要参数的空间变异结构进行了研究,结果表明:(1)土壤稳定入渗率和前30min累积入渗量的变异系数分别为0.480和0.404,在坡面上的变异程度均呈现中等变异性;(2)两个入渗特性参数的试验半方差函数与理论半方差函数均拟合较好,自相关特征距离分别为126m和226m;块金值均大于0,表明在采样间隔范围内可能存在更小尺度的空间变异,要进一步研究在采样间隔内是否具有更小尺度的空间相关特征,可以增加采样密度来分析。     

水蚀风蚀交错带土壤-植被系统氮素空间变异特征

采用经典统计学和地统计学相结合的方法,分析了黄土高原水蚀风蚀交错带本氏针茅草坡地土壤—植物系统氮素沿坡面的分布,并从不同空间尺度研究了土壤—植物系统氮素的空间结构特征,以揭示水蚀风蚀交错带草坡地土壤—植物系统氮素分布特征。研究结果表明,随坡位的降低,草坡地植物生物量、植物氮含量和储量均逐渐增加;土壤有机质和全氮含量在坡上部和坡中部相近,但均低于坡底部;土壤硝态氮和铵态氮含量沿坡面呈先降低而后在坡底部迅速增加的变化趋势。这些变量的变异系数除硝态氮和铵态氮以坡中部最小外,均以坡底部最小,表明坡底部土壤—植物系统氮素分布最为均匀。各变量的最佳拟合模型在3个分析尺度上均保持一致,且随分析尺度的增加,块金常数、块金效应逐渐增大,样点间的空间依赖性逐渐减弱,空间相关性减弱。表明水蚀风蚀交错带草坡地土壤—植物系统氮素在不同尺度上空间结构比较稳定,属中等或强空间相关性,其空间变异主要来源于结构性因素。     

风蚀水蚀交错带侵蚀能量特征

该计算了黄土高原南北水力侵蚀区，风蚀水蚀交错带及风沙边缘区的风蚀能量、水蚀能量及地形附加侵蚀能量。结果表明：在风水蚀交错带，在降雨侵蚀能量的基础上，由于风蚀能量的迭加，加之地形附加侵蚀能量也较高，使风蚀水蚀交错带成为高原的高侵蚀能量环境区和潜在侵蚀强度较大的地区。随着向风     

黄土高原水蚀风蚀交错带土壤侵蚀坡向分异特征

定量分析评价水蚀风蚀交错带土壤侵蚀的坡向差异对于土壤侵蚀防治具有重要意义。通过对黄土高原水蚀风蚀交错带六道沟流域一个典型峁坡不同坡向及坡位土壤剖面中137Cs含量的分析研究,表明研究区内梁峁地形的坡向侵蚀差异明显,各坡向平均侵蚀速率大小依次是北坡>东坡>南坡>西坡,南北坡侵蚀差异与黄土丘陵区其它区域相反,分析认为,这与该区域水蚀、风蚀叠加的特殊侵蚀外营力有关,并根据南北坡侵蚀速率的差值估算出该区域风蚀所占比例至少大于18%;峁坡各坡向不同坡位侵蚀差异明显,坡面下部侵蚀最严重,坡面上部和中部次之,侵蚀速率顺坡沿程呈波动变化趋势,坡面水土保持措施减沙效果显著。     

神木水蚀风蚀交错带退耕坡地土壤水分空间变异性研究

运用统计学方法,对黄土高原神木水蚀风蚀交错带退耕坡地土壤水分空间变异性及其影响因子进行研究. 结果表明(1)土壤水分含量在垂直剖面方向表现出随深度增加,土壤水分含量呈增加趋势,在100 cm土层内变异最大,在100 cm以下其变化的梯度基本趋于稳定;(2)土壤水分含量沿坡长方向(即坡顶到坡下)呈波浪状递增趋势,且在各坡位变异程度不一,呈现出变异程度为坡上＞坡中＞坡下的趋势;(3)土壤水分含量沿垂直于坡长方向表现为阴坡＞山脊＞阳坡的明显趋势,其变异程度表现为阳坡＞阴坡的趋势.本文对神木水蚀风蚀交错带退耕坡地土壤水分的研究有助于了解退耕地土壤水分的变异特征,为区域环境治理和植被建设提供科学依据.     

黄土高原北部水蚀风蚀交错带坡面降雨分析

为探明黄土高原北部水蚀风蚀交错带的降雨特点,进而为该地区开展土壤侵蚀、开发利用降雨及地表径流的研究提供科学依据,该文对黄土高原六道沟流域5 a （2006－2010年）雨季的坡面降雨进行了分析。采用Box Car Pro 4.3软件对降雨数据在时间轴上进行分割,分割时间间隔分别为3、5、10 min和1 h,分析了六道沟流域雨季的坡面雨强、降雨历时及降雨量的分布。结果表明,3、5、10 min和1 h时间间隔的最大雨强分别为2.2、2.08、1.68和0.7 mm/min,各时间间隔 5 a内雨季所有降雨历时的平均雨强分别为0.12、0.09、0.06和0.03 mm/min。随着单位时间间隔的增加平均降雨强度降低,各时间间隔的小雨强发生概率远高于大雨强发生概率。3 min时间间隔雨强大于1 mm/min、5 min时间间隔雨强大于1 mm/min、10 min时间间隔雨强大于0.8 mm/min以及1 h时间间隔雨强大于0.4 mm/min发生的概率分别为0.4%、0.2%、0.2%和0.1%。降雨历时小于30 min的降雨事件占总降雨事件的近50%;降雨历时在2 h以上的降雨事件约占总降雨事件的23%,其中降雨历时大于12 h的降雨事件只占总降雨事件的2.6%。降雨量小于等于1 mm 的降雨事件占年均雨季降雨事件的近50%,但其总降雨量不足年均降雨量的7%;降雨量大于20 mm的降雨事件年均5次,其降雨量占年均雨量超过20%。研究结果在一定程度上揭示了黄土高原北部水蚀风蚀交错带的坡面降雨特征。     

黄土高原水蚀风蚀交错带六道沟小流域坡面表土钙质结核分布

量化坡面钙质结核分布,有助于深化对黄土高原水蚀风蚀交错带特定土壤类型(含钙质结核土壤)中水土过程的认识.本研究通过对坡面不同部位的表层土壤(0～20 cm)颗粒组成、钙质结核质量分数和植被地上生物量、盖度、丰富度及多样性指数的测定和分析,研究了坡面钙质结核的分布及影响因素.结果表明:土壤黏粒体积分数沿坡面呈逐渐降低趋势;钙质结核质量分数沿坡面呈单峰曲线分布,在坡面1/4～1/3的位置(距离坡顶20～30 m)处,达到峰值(10％～15％).钙质结核质量分数与坡度呈线性正相关,与植被地上生物量(盖度)呈单峰曲线关系,峰值即为植被影响钙质结核质量分数的临界点,临界点处的植被盖度在11％～16％之间.影响坡面钙质结核分布的最主要因素为坡度和植被;小尺寸的钙质结核在坡面分布范围最广、数量最多,起决定作用的钙质结核尺寸在5～ 15 mm之间.坡面钙质结核质量分数及分布反映了径流、植被和钙质结核之间的相互作用关系,钙质结核质量分数可以用来指示坡面的土壤侵蚀状况.     

水蚀风蚀交错带土壤剖面水力学性质变异

土壤剖面水力学性质的确定是土壤水分动态预测的基础。该文在水蚀风蚀交错区六道沟流域分别对居于坡中和坡上两块样地160 cm土层不同深度未扰动土壤的水分特征曲线进行了测定，将Van Genuchtens水分特征曲线模式与Mualem导水模式相结合，确定了两样地土壤剖面的水力学参数，对水力学参数在剖面的变化进行了分析。结果表明，土壤剖面饱和含水率、滞留含水率、进气吸力倒数和孔隙大小分布因子沿剖面变化不大，滞留含水率、进气吸力倒数属于中等程度变异，饱和含水率和孔隙大小分布指标属于弱变异，但经方差检验均不显著，说明该地区160 cm土壤剖面可以处理成均质剖面。     

水蚀风蚀交错带小流域不同地层侵蚀产沙量及其特征

水蚀风蚀交错带土壤侵蚀特征，尤其是不同产沙地层对流域侵蚀产沙量的影响为研究的薄弱环节，以水蚀风蚀交错带六道沟小流域为例，结合4年的观测资料，按地层层位，颗粒组成，岩性特性等侵蚀产沙地层分为4类，并通过抗冲抗蚀，崩解试验等进行了产沙能力定性分析，在此基础上，运用等粒长对比分析法建立了六道沟小流域不同产沙地层的相对产沙量数学模型，计算得出老黄土3（L3），老黄土2（L2），新黄土（L1），风成沙（S）的相对侵蚀沙量比例为1：5.8:5.4:4.3，而反应侵蚀产沙能力的侵蚀模数比为1：1.5:5.1:4.0.     

黄土高原水蚀风蚀交错带不同立地条件下土壤呼吸特征

水蚀风蚀交错带是黄土高原土壤侵蚀最严重地区,该地区立地条件复杂,土壤质地有较大的空间变异性,对生态系统碳循环过程产生重要影响。该文选取土壤质地为立地条件的主要参考因子,利用便携式CO2分析仪对黄土高原水蚀风蚀交错带不同立地条件下2种典型灌木(柠条和沙柳)土壤呼吸特征进行了连续2a的野外对比研究,分析不同立地条件下灌木林地土壤呼吸之间的差异,阐明土壤呼吸的动态变化及其对土壤温度的敏感性。结果表明:在不同立地条件下,柠条林地黄绵土土壤呼吸高于风沙土,相反,沙柳林地风沙土土壤呼吸高于黄绵土。每种灌木林地在不同立地条件下土壤呼吸呈现明显的季节性变化,土壤呼吸速率的高峰值出现在7、8月份。不同立地条件下土壤呼吸与土壤温度呈现显著指数函数关系,每种灌木林地黄绵土土壤呼吸的温度敏感性系数Q10高于风沙土,从而对土壤温度的响应更为敏感。     

土壤含水量和容重的空间变异及其分形特征

在小区面积为７．５ｍ×７．５ｍ的冬小麦农田,用烘干法和时域反射仪分别测定了表层０－１５ｃｍ土壤含水量和体积含水量,并用θｖ／θｇ求得土壤的容重。小区内测定网格单元为０．５ｍ×０．５ｍ。根据测定结果,用常规统计方法计算了均值,平均差,标准差,变异系数等传统统计特征值,并指出了用该方法表示土壤特性引起的困惑。     

中国土壤空间分布的分形与分维

基于分形理论,对中国土壤空间分布的分形性质进行了定量研究,所得结论为:(1)中国土壤空间分形结构特征客观存在,南方水稻土、黄刚土等53类土壤斑块的周长-面积关系客观存在;(2)中国各土壤类型中,寒漠土分维最大,为1.952,灰漠土分维最小,为1.158;寒漠土斑块镶嵌结构最复杂,灰漠土斑块镶嵌结构最简单;(3)随着我国土壤类型从华南→东北→西北的变化,土壤类型空间分布的分维总体增大;在青藏高原区,各土壤分维出现垂直与水平的复合分布,随着地势自东南向西北的逐渐升高,土壤分维总体变大;(4)中国各土壤类型中,寒漠土稳定性指数值最大,为0.452 4,其斑块镶嵌结构稳定性最高,灰褐土斑块镶嵌结构稳定性最低,稳定性指数值为0.001 3;(5)随着我国土壤类型由南向东北的变化,各土壤类型斑块镶嵌结构的稳定性指数总体变小;在青藏高原区,由东南向西北,各土壤类型斑块镶嵌结构的稳定性指数总体变大;(6)就中国土壤类型的空间分布而言,中国土壤类型斑块空间分布的几何属性对其分维大小可能有直接的影响。     

SPATIAL VARIABILITY OF SOIL PHYSICAL PROPERTIES IN A REGION OF THE LOESS PLATEAU OF PR CHINA SUBJECT TO WIND AND WATER EROSION

The analysis of the spatial variability of soil properties is important for land management and construction of an ecological environment. The objectives of this study were to investigate the spatial variability of saturated hydraulic conductivity (K_S), total porosity (TP), capillary porosity (CP) and bulk density (BD) in relation to land use in a 0·54 km² watershed on the Loess Plateau. Topsoil samples (0–5 cm) from 154 sites within the watershed were collected and analyzed by classical and geostatistical statistics in the summer of 2009. The results from the classical statistical analyses indicated that TP, CP and BD had low variability whereas K_S had high variability with the watershed. Farmland had significantly lower BD and higher TP and CP than grassland, shrubland and woodland (p < 0·05). Geostatistical analyses revealed that the K_S semivariogram was best fit by a spherical model, the CP semivariogram was best fit by an exponential model and the TP and BD semivariograms were best fit by Gaussian models. The nugget to sill ratios and fractal dimension values indicated that all four soil properties had strong spatial dependence. Moran's I analysis showed that a 100‐m sampling interval would be adequate for detecting the spatial structure of the four soil physical properties within the watershed. Spatial interpolation maps could provide useful information for precision agriculture practices and ecological management. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

县级区域粮田土壤养分空间变异与分区管理技术研究

采用传统统计和地统计相结合的方法 ,对面积约 470km2 的玉田县粮田耕层土壤养分进行了空间变异特征与分区管理技术研究。结果表明 ,土壤N、P、K、Mn和Zn普遍缺乏 ,不同土壤养分的变异情况各不相同 ;土壤主要养分N、P、K、Mn和Zn含量的最大相关距离分别为 2 7.1、1 9.7、2 7.1、1 4.4和 2 6.4km ,基本趋于以大块状变异为主 ,这一基本趋势对土壤养分分区管理是有利的 ;土壤养分速效含量呈现较明显的空间分布格局 ,对土壤主要养分N、P、K、Mn和Zn可分别分成 2、3、3、3和 2个养分分区 ,因而对这 5个土壤养分进行分区管理可行 ;作物高产优质分区平衡施肥技术在小麦和玉米上使产量分别增加 1 0 .9%～1 3 .1 %和 1 4.3 %～ 2 1 .7% ,使经济效益分别提高 5 90～ 747和 72 4～ 1 3 43RMBYuanhm- 2 。     

土壤短期吹蚀的粒度分维研究

基于风洞实验数据 ,对砂质壤土与壤质砂土短期吹蚀的粒度分形结构及其分维变化进行了探讨。结果表明 :( 1)在砂质壤土与壤质砂土的不同吹蚀时段 ,各自床面的粒度组成是具有分形结构特征的 ,在风洞里不同风速与时间下的吹蚀并未改变两种土壤所具有的分形结构 ,改变的只是分形结构的定量描述参数分维 ;( 2 )无论是在初始状态还是在一定的风速和时间下 ,砂质壤土的分维都小于壤质砂土的分维 ;( 3)两种不同质地的土壤在不同的吹蚀时段床面粒度分维与 <0 0 5mm的颗粒 (即粉粘粒 )含量之间都存在着显著的正相关性 ;( 4 )两种土壤在吹蚀的过程中由于土壤性状的差异 ,其床面粒度分维会随时间和风速的不同而出现相异的变化过程     

喀斯特地区典型峰丛洼地旱季表层土壤水分空间变异性初探

土壤水分空间变异性研究在喀斯特地区生态环境的恢复和重建过程中具有重要意义。通过网格(5 m×5 m)取样,用地统计学方法研究了喀斯特洼地典型区域(150 m×50 m)表层土壤水分(0~5 cm和5~10 cm)的空间变异特征。结果表明:土壤水分在采样区内呈比较简单的斑块状分布,相同性质斑块与土被连续分布区和石丛集中分布区范围相当;半变异函数在不同性质斑块内呈现出截然不同的变异特征,在整个采样区内表现出各向异性;旱季洼地表层土壤水分主要受石丛和地形两个不同尺度的环境因素影响;土壤水分具有一定的尺度效应,半变异函数的变程随着最小采样间隔增大而增大;当研究区域存在多重尺度的变异结构时,需要根据研究的目的和精度确定合理的采样尺度。     

浙北环太湖平原耕地土壤重金属的空间变异特征及其风险评价研究

研究了浙北环太湖平原10个区县市耕地土壤Hg、Cd、Cr、Pb、Cu、As六种重金属的空间变异特征及其环境风险。结果表明,土壤Hg和Cd含量在总体分布上显现出较强的各区县市空间异质性,且这种变异更多与外界人为因素的影响密切相关。鉴于Hg在研究区域超标率高达10.34%,为该区土壤环境质量的主要限制因子,对土壤Hg用超过国家规定的土壤环境质量二级标准(0.3 mg kg-1)的离析克里格法(Disjunc-tive kriging)进行了风险评价,结果表明超标区域主要集中在各区县市的城镇和工矿企业周边,说明其与人为活动造成的大量大气粉尘、工业固废和城市垃圾的长期累积密切相关。研究认为在加快城市化和工业、农业现代化的同时,还应该考虑土壤污染与农产品质量、生态安全和人体健康的关系。     

不同采样密度下土壤特性的空间变异特征及其推估精度研究

对3种采样密度下的土壤特性进行了空间变异结构研究,并在此基础上对土壤特性的推估精度进行了比较。土壤空间变异结构在不同采样密度下的变化随土壤的特性而定,土壤pH、NH4 -N、P及S的变异分别符合不同的半方差模型,土壤OM、Ca及Mg则均符合同一模型;采样密度与模型的拟合度、变异的有效变程及空间相关性均没有必然联系。对模型拟合度均达显著水平的土壤特性进行推估,土壤OM及S的推估精度随采样密度的提高而增加,但土壤NH4 -N及Ca没有表现出同样的规律。     

江西省兴国县、余江县土壤侵蚀时空变化研究

利用遥感技术与地理信息系统技术的结合 ,对江西省兴国县和余江县的土壤侵蚀状况进行了时空变化研究。研究结果表明 ,兴国县和余江县的土壤侵蚀状况 ,在侵蚀面积和程度上 ,都在明显改善 ;两县土壤侵蚀面积百分数的缩小量几乎相等 ,但兴国县缩小的比例较余江县小。但就总的情况看 ,土壤侵蚀仍是一个突出问题 ,值得重视     

陕西省农田土壤硫含量空间变异特征及亏缺评价

陕西省 13种耕地土壤 30 5个表层 (0～ 2 0cm)土壤样点分析结果表明 :该省土壤全硫和用0 0 1molL-1Ca(H2 PO4) 2 浸提的有效硫含量分别为 33～ 76 9mgkg-1(均值 36 0mgkg-1)和 4 6～ 15 7 3mgkg-1(均值 2 9 3mgkg-1) ,其中黑垆土 (普通干润均腐土 )、绵砂土 (灌淤湿润砂质新成土 )的有效硫平均含量最低。土壤全硫具有中等空间相关性 ,有效硫空间相关性较差。土壤全硫和有效硫分布具有渐变性 ,其最大相关距离分别为 5 31km和 34km。全硫以较大区域变异为主 ;有效硫以小区域变异为特征。陕西省耕地土壤有效硫含量低于硫亏缺临界值 (18 5mgkg-1)的占总面积的 13 9% ,相当于 5 3 7万hm2 农田缺硫。陕西省中部地区 ,尤其是延安西部地区土壤硫亏缺风险较大