古尔班通古特沙漠南缘春季沙丘不同部位表层土壤水分空间变异性研究

研究春季沙丘土壤水分含量及其变异特性对沙丘植被建设、防风固沙工程具有重要意义.对4月初古尔班通古特沙漠南缘半固定沙丘迎风坡、背风坡及丘间低地表层土壤水分研究发现,丘间低地土壤含水量(14.86%)远高于迎风坡(7.65%)及背风坡(7.38%);表层土壤水分的变异强弱与土壤含水量高低呈正相关,具体为丘间低地>迎风坡>背风坡,其变异系数分别为0.23,0.15,0.14.迎风坡、背风坡及丘间低地表层土壤水分空间自相关程度高,前两者能很好地拟合为球状模型,后者为指数模型,3者变程差距大,分别为24.32m,8.79m,91.00m.沙丘各部位表层土壤含水量等值线图一方面显示了坡面中部及下部土壤水分总体上高于上部,另一方面也直观体现了各部位表层土壤水分的空间变异性.关链词:半固定沙丘;不同部位;土壤水分;空间变异性     

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。     

基于“3S”的土壤水分垂直分布变异性分析

以地统计学的半变异函数为理论分析工具,结合G IS和GPS技术,分析陕北王东沟小流域土壤水分在垂直方向的空间变异特征。结果表明:①对土壤水分在垂直方向的半变异函数曲线可用球状模型进行很好的拟合,其存在强烈或中等程度的空间自相关,变程范围为2~5 m。②草地的块金值和基台值较大,远远超出了其他几种植被,它在表层0~0.8 m的土壤水分含量变化也最为剧烈,波动很大;林地的块金值较小,但基台值很大,说明其土壤表层水分和深层水分的变化差异较大;坡耕地和梯田的土壤水分的分布变化比较小,半方差函数曲线变化也比较平缓,块金值和基台值都比较小。不同土地利用类型对土壤水分在垂直方向空间变异的影响呈现林地>草地>灌木>果园>农地的趋势。     

基于GIS和GPS的土壤水分垂直空间变异性分析——以陕北黄土高原小流域为例

以地统计学的半变异函数为理论分析工具,结合地理信息系统GIS和GPS技术,分析研究了陕北王东沟小流域土壤水分在垂直方向的空间变异特征。结果表明:对土壤水分在垂直方向的半变异函数曲线可用球状模型进行很好地拟合,其存在强烈或中等程度的空间自相关,变程范围从2~5 m不等。草地的块金值和基台值较大,远远超出了其他几种植被,它在表层0~0.8 m的土壤水分含量变化也最为剧烈,波动很大;林地的块金值较小,但基台值很大,说明其土壤表层水分和深层水分的变化差异较大;坡耕地和梯田土壤水分的分布变化比较小,半方差函数曲线变化也比较平缓,块金值和基台值都比较小。不同土地利用类型对土壤水分在垂直方向空间变异的影响呈现林地草地灌木果园农地的趋势。     

六道沟流域典型坡面不同土地利用方式下土壤水分动态变化研究

以黄土高原水蚀风蚀交错带六道沟小流域典型坡面为研究对象,分析了雨季不同土地利用方式下土壤水分的动态变化。研究结果表明:雨季不同土地利用方式下不同测定时期土壤储水量的变异程度为退耕苜蓿地>荒地>退耕林地>农田,均为弱变异;土壤含水量在垂直剖面方向均存在显著差异,随土层深度的增加都呈现出减小趋势,且变异程度为荒地>退耕林地>退耕苜蓿地>农田;沿坡长方向从坡顶到坡脚土壤含水量和生物量的变化呈波浪状,且生物量波峰基本与土壤水分波谷相对应,这说明较高的植被生产力消耗较多的土壤水分。     

黔中典型岩溶石漠化地区土壤水分动态变化规律研究

土壤水分动态变化研究在岩溶石漠化地区生态恢复和重建过程中具有重要意义.根据坡位和季节的不同,通过24组样品分析了土壤水分空间分布特征及变异性.结果表明:表层土壤水分沿上坡向下具有不断减小的变化趋势,坡面土壤水分呈中等变异,不同坡位间的差异不大,坡顶和坡底土壤含水量较高,与坡地相比,坡底受外界条件的干扰相对较小;与坡位相比季节对岩溶土壤水的影响相对较大,在雨季来临时土壤水分的变异系数突然变大,随着雨季的延续变异系数逐渐变小,到雨季末期达到最小,其含水量在4-8月之间达到最大,其变化幅度总体与降雨量呈正比.     

丹江鹦鹉沟小流域不同土地利用类型的粒径特征及土壤颗粒分形维数

选取丹江鹦鹉沟流域78个不同土壤剖面,应用分形理论研究不同土地利用类型的土壤颗粒分形特征和空间变异性以及与土壤养分的相关关系.结果表明:(1)研究区的土壤粒径分布中,粉粒含量占主导地位,粉粒含量百分比在45.41％～66.19％之间,粘粒含量和极粗砂粒含量相对较低.(2)小流域土壤颗粒的分形维数不能用半方差模型和Kriging插值来模拟.表层土壤颗粒分形维数受土壤侵蚀影响较大.(3)陡坡以下,土层较厚且质量较好的地块往往被用作农地,致使相同坡度下,土壤颗粒分形维数表现为农地＞林草地.(4)分形维数与不同粒级含量的相关性具有明显差异,其中,分形维数与粉粘粒含量呈显著线性正相关,与细砂粒、中粗砂粒和极粗砂粒含量呈线性负相关.(5)农地和草地0-10 cm土壤颗粒的分形维数随坡度的增加呈降低趋势,但坡度对林地的分形维数影响很小.(6)分形维数在4个土层均与土壤含水量呈显著正相关,在0-10 cm与有机质含量呈显著负相关.     

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。     

黄土高原坡地表层土壤饱和导水率和水分含量空间变异特征

表层土壤水分含量和饱和导水率对深层土壤水分的动态的变化具有重要的决定作用。在黄土高原坡地（50m×360 m）范围内进行网格（10 m×10 m）取样,用地统计学方法研究表层（0～30 cm）土壤饱和导水率和水分含量的空间变异特征。结果表明：1）坡地表层土壤密度变化规律为坡下位大于坡上位,土壤饱和导水率变异系数为0.37,属于中等变异强度;2）饱和导水率和自然对数化的饱和导水率在360 m尺度内均不具备空间结构特征,是纯随机变量,线性有基台模型适用于描述表层土壤水分的分布特征,水分分布存在明显的块金效应,并且随滞后距离的增加半方差变大;3）饱和导水率和水分含量从坡上位到坡下位均呈现波浪式变化,饱和导水率大的采样点土壤水分含量低,反之则高。     

东北黑土漫岗区春耕期土壤水分空间变异及地形影响

土壤水分存在强空间变异特征,在多重尺度上受地形、土壤、土地利用、植被等因素综合影响,是农业生产和耕作的关键要素。为了揭示东北黑土漫岗区春耕期农田土壤水分空间变异特征及分析地形因子对其影响,以赵光农场为研究对象,利用Sentinel-1数据反演的土壤水分和DEM数据,采用半方差函数、集成推进树算法(ABT)等方法分析了春耕期土壤水分的空间变异及地形因子(坡度、坡向、坡位、高程、地形湿度指数)对土壤水分空间异质性的相对影响,并系统分析了土壤水分在不同坡位、坡度和坡向的变化特征。结果表明:研究区2018年4月24日处于春耕时期黑土漫岗区的土壤质量含水量分布在25%～37%; 地块内部变异系数为5.81%,相邻地块间变异系数为4.16%; 针对整个农场尺度土壤水分空间变异的有效变程为3 000 m,地块尺度上有效变程为300 m。土壤水分分布与地形湿度指数呈显著正相关,与坡度、坡向、高程、坡位呈显著负相关; 坡位、坡度、坡向是影响土壤水分空间变异的主控因子,其累计相对解释率超过了70%,其中坡位占36.28%。研究结果有助于了解东北黑土漫岗区春耕期农田土壤水分空间分异规律及影响机制,对黑土漫岗区土壤水分管理、春耕春播期农机科学调度、保障粮食安全具有重要意义。     

不同生态修复措施下水库水源涵养区土壤粒径分布的分形特征

研究了桃林口水库水源涵养区不同生态修复措施下的土壤粒径分布的分形特征及其与土壤容重、有机质含量、孔隙度的相关关系.结果表明:(1)不同生态修复措施下土壤的粒径分布、分形特征不同,其分形维数在2.709 9～2.778 4之间,由大到小顺次为:荒坡封育型>荒坡造林型>疏林补植型>有林地封禁型(人工林)>缓坡梯田封育型>有林地封禁型(天然次生林)>陡坡梯田封禁型.(2)分形维数与不同粒级含量的相关性具有明显差异.分形维数与粘粒成极显著正相关,与3～0.005 mm粒径含量成负相关,与0.005～0.001 mm粒径含量成正相关,与<0.001 mm粒径含量成极显著正相关.(3)分形维数与土壤容重成显著正相关,与有机质含量成显著负相关.与非毛管孔隙度和总孔隙度成极显著负相关,而与毛管孔隙度的相关性不明显.     

Spatial heterogeneity of loess contour tilled microtopographic slope in rainfall erosion

Loess tilled surface is the geographical unit for the quantitative study of the soil erosion process. Contour tillage has been proved to be the most effictive measure for soil and water conservation in the Chinese Loess Plateau. Studies on the spatial heterogeneity of loess tilled surfaces will contribute to the understanding of the mechanism of erosion evolution. For this, a laboratory experiment was performed on contour tilled sloping surfaces where the hydrological-erosive processes were simulated. At different erosion stages, point cloud measurements were made using a terrestrial laser scanning system (TLS); then the heterogeneity depending on detrending and directionality were analysed by both the semivariogram method and the rescaled range analysis method. Results showed that: (1) the fractal dimensions D_S and D_R were equivalent when determined from either the semivariogram method or the rescaled range analysis method, although the semivariogram method appears to be more reliable in identifying the specific stage of the erosion evolution process; (2) the contour tilled microtopographies had an anisotropy behavior depending on direction; (3) the fractal dimension (either D_S or D_R) in different erosion stages was less than 1.5, which indicates that the microtopography of the sloping surface exhibits characteristics of persistent fractional Brownian motion and positive spatial autocorrelation. Irrespective of tillage measure and slope percentage, the sloping surface can be regarded as having random roughness. The results reveals a quantitative relationship between microtopography and sloping erosion. Also, it may provide guidance for further studies regarding the spatial variability and heterogeneity of various tilled slopes on the microtopographic scale.     

干热河谷不同土地利用类型坡面土壤水分时空变异

为探究干热河谷区不同土地利用类型坡面土壤水分的时空变化规律,以元谋干热河谷老城小流域水土保持综合治理示范区内的银合欢人工林地、扭黄茅草丛地和坡耕地为研究对象,采用经典统计学和地统计学克里格插值相结合的分析方法,对3种土地类型坡面土壤水分的时间和空间异质性进行研究。结果表明:元谋干热河谷区土壤含水量较低(林地旱季7.56%,雨季12.80%;草地旱季8.05%,雨季12.66%;坡耕地旱季19.37%,雨季22.95%),雨季显著大于旱季。旱、雨季均表现为坡耕地草地林地,呈中等至强度变异(0.14~0.72之间);不同土地利用类型下各层土壤水分的自相关系数均由正向负转化的相同趋势,但拐点有所不同,且雨季大于旱季;不同土地利用类型下旱、雨季土壤水分的最佳拟合模型林地与草地相同(林地与草地旱雨季均为球状模型,坡耕地旱雨季为指数模型),均呈中等或强等空间相关性(0.05~0.39之间),且旱季大于雨季;同一土地类型下旱、雨季不同土层的土壤水分空间分布相似,不同土地利用类型下相同土层分布格局则不同。     

Assessment of Spatial Distribution of Selected Soil Properties using Geospatial Statistical Tools

To gain additional knowledge and better understand forest soil management on a small scale, geostatistical analytical tools were employed to examine the spatial distribution in dry aggregate mean weight diameter (MWD) and other selected soil properties and to assess the possible relationships between MWD and other soil properties. Selected properties of forest soils collected along a 300-m transact in the Nimbia Forest Reserve of Nigeria exhibited moderate to high variability in distribution with sodium ion displaying the greatest variability [coefficient of variation (CV, 91.2%)] and principal component analysis revealed the exchange complex cluster as influencing total variation of field soil properties. The autocorrelation function showed significant spatial correlation from 1 lag in soil organic carbon up to 17 lags (51 m) in soil moisture content (θ). The spherical and Gaussian semivariogram models described the spatial structure of most soil properties; however, for clay, cation exchange capacity (CEC), and soil organic carbon (SOC), an exponential model analyzed their spatial dependence.     

九寨沟林下地表径流及其与地表和土壤状况的关系

采用小样方人工模拟降雨,对九寨沟不同植被下不同坡度地表径流量进行了模拟。结果表明:在同一降雨事件下,地表草本盖度、苔藓盖度、凋落物盖度对地表径流量影响程度较大,而土壤初始含水量和腐殖质厚度的影响不大;同一坡度上不同林地类型的地表径流量无明显规律;相同林地类型上,辽东栎林下地表径流量随坡度增加而增大,冷杉林和云杉、辽东栎混交林下地表径流随坡度变化规律不明显。     

亚热带红壤丘陵区典型景观单元土壤养分的空间变异

基于区域化变量理论和地理信息系统的空间分析功能,应用地统计学的半变异函数定量分析了亚热带红壤丘陵区典型景观单元土壤养分的空间异质性特征。结果表明,土壤有机碳和全磷的理论模型为球状模型、全氮为高斯模型、土壤pH为指数模型。在60m步长间隔尺度下,土壤有机碳、全氮和pH有强烈的空间相关性,土壤全磷空间相关性为中等程度。4种土壤养分的空间自相关范围具有明显的差异,有机碳的有效变程最大(为261m),全氮(208m)和pH(156m)次之,全磷的有效变程最小(133m)。其空间自相关范围的差异由本身的养分、土地利用格局、地形和人为管理措施等因素所决定。在GIS支持下,采用Kriging插值方法,分析景观单元内土壤养分的空间分布格局看出,土壤有机碳和全氮含量呈现出明显的条带状和斑块状的梯度变化,并表现出极为相似的空间分布格局;土壤全磷的空间分布随机性强,斑块变得更加琐碎并呈现镶嵌的星空状分布;土壤pH的空间分布格局处于其三者之间,没有表现出明显的条带状分布。总体上说,基于整个景观尺度的4种土壤养分的半方差拟合效果优于不同土地利用类型的拟合效果。     

水蚀风蚀交错带坡面土壤入渗特性的空间变异及其分形特征

研究在水蚀风蚀交错带的强烈侵蚀中心陕北神木县六道沟流域进行。在一个自然完整坡面上网格布点,采用双环定水头入渗法研究了坡面土壤的入渗特性,在应用传统统计学方法的基础上,将分形理论和地统计学方法结合起来对坡面土壤入渗特性的空间变异进行了研究。获得以下结论:(1)稳定入渗率、平均入渗率和前30 min累积入渗量等三个参数的变异系数分别为0.48、0.36与0.40,在坡面上的变异程度属于中等变异性;(2)三个参数的分维值D分别为1.88、1.92与1.85,样本之间土壤特性值的差异较小,短距离的变异影响占主导地位;(3)研究的土壤在一定的空间范围内具有分形特征。稳定入渗率、平均入渗率与前30 min累积入渗量的自相关范围分别为20~120 m2、0~140 m与40~100 m。     

小浪底库区坡地不同景观配置对土壤水分时空分布及产流产沙影响

以小浪底水库库区6种主要坡地景观类型(免耕农田、传统耕作农田、撂荒地、果园、林地、间作地)为例,研究了坡地不同景观配置对土壤水分时空分布及其产流产沙的影响。研究结果表明,雨季末期农田景观配置(免耕、传统耕作)土壤含水量的增量是撂荒地、果园、林地、间作地景观的1.51、2.32、5.63、2.66倍,蓄水效率比撂荒地、果园、林地、间作地分别高7.06%、11.92%、17.23%、13.07%。土壤水分的垂直梯度变化可归纳为增长型、降低型和波动型和增长降低4种类型;径流和泥沙总量林地最少,农田传统耕作最多,其径流量是林地的13.9倍。     

退化红壤区不同模式重建森林土壤水分空间变异性

采用地统计学的方法,研究了江西泰和退化红壤区不同模式重建森林在高温干旱季节土壤水分空间变异规律及其分布格局。结果表明,在该研究尺度下,湿地松纯林、枫香纯林、湿地松与枫香混交林0~20 cm,20~40cm土层含水量分布都符合正态分布,都可较好地拟合成球状模型,表现出明显的空间相关性和空间分布格局。3种重建模式样地0~20 cm,20~40 cm层土壤含水量变异函数的基台值、变程都较无林荒地明显增大,而且基台值和变程在0~20 cm,20~40 cm两土层间的差异明显大于无林荒地,说明植被恢复以后,土壤水分的空间分布特征明显改变,空间变异性增强,空间变异的程度和尺度都明显增大,土壤水分的空间变异也具有较为明显的层次性。与纯林相比,湿地松×枫香混交林土壤水分的空间变异程度较低,水分分布趋于均匀化。     

冀北山地典型森林土壤颗粒分形特征

采用野外调查与室内分析相结合的方法,研究冀北山地典型森林土壤颗粒的分形特征与土壤物理化学性质的关系。结果表明:冀北山地7个典型森林土壤颗粒的分形维数介于2.057 0～2.379 3之间,分形维数随土层深度增加而呈减小趋势。土壤颗粒分形维数与细黏粒、细粉粒和中粉粒含量呈极显著正相关关系,与粗粉粒含量呈负相关关系,与黏粒含量相关性不显著;土壤分形维数与土壤容重呈线性正相关关系,与最大持水量、总孔隙度呈现线性负相关关系,与田间持水量相关性不明显。与速效氮和有机质呈显著负相关,与全氮、速效钾呈负相关,与pH无相关性。