降雨对秸秆还田玉米地土壤水分空间变异性的影响

基于TDR测量的黑土区玉米地土壤水分,应用多重分形等理论研究土壤水分空间变异特征对降雨的响应.结果表明:降雨前后土壤水分均为中等变异;相对于降雨前,降雨后不同土层土壤水分空间相关范围、空间相关程度和空间变异程度随时间的变化特征有所差异;降雨前后0～20cm土层空间变异性主要由其低值造成,其他土层主要由其高值引起;降雨前与降雨后第一天土壤水分的多尺度相关程度,小于与降雨后第二天的多尺度相关程度;与降雨前土壤水分空间相关范围、空间相关程度、空间变异程度及相邻土层土壤水分多尺度相关程度随土层深度增加的变化特征相比,除降雨后第一天空间变异程度、第二天空间相关范围的变化特征与降雨前不同外,降雨后第一天和第二天其他上述特征参数的变化特征与降雨前相同.     

不同尺度不同土层土壤盐分的空间变异性研究

利用传统统计学和地统计学方法研究不同尺度不同土层土壤电导率的空间变异性及其与土壤基本物理特性的相关性.结果表明:随尺度增大,不同土层土壤电导率的变异程度由弱变异变为中等变异,空间相关范围增加,0~20cm土层空间相关性由中等变为强烈,20~40cm土层空间相关性均为中等.随土层深度增加,不同尺度20~40cm土层土壤电导率的空间相关范围均大于0~20cm土层,田间尺度上不同土层空间相关性均为中等,区域尺度上空间相关性由强烈变为中等.区域尺度上0~20cm土层土壤电导率分布比较离散,20~40cm土层自西向东先降后增.不同尺度上0~20cm土层土壤电导率与土壤基本物理特性的相关性不显著,20~40cm土层土壤电导率在田间尺度上与粗粉粒和砂粒含量的相关性显著,在区域尺度上与粗粉粒和粘粒含量的相关性显著.     

果园土壤水分时间稳定性研究

利用TRIME-TDR获取烟台某果园0—30cm、0—60cm和0—100cm土层土壤水分,运用变异系数和相对偏差等方法研究土壤水分时间稳定性.结果表明,研究区大部分测点不同土层土壤水分在时间上的变异程度都属于中等变异;土壤水分时间稳定性随土层厚度增加而增强;基于土壤水分时间稳定性特征可确定研究区不同土层土壤水分平均值的代表性测点,且代表性测点的预测精度都较高;不同土层土壤水分平均值之间以及变异系数之间的相关性都较强,精度要求不高时,研究区0—60cm和0—100cm土层土壤水分平均值可分别用其代表性测点的上层土壤水分估算.     

岳麓山坡面林下土壤有机质分布特征研究

运用统计学分析方法对岳麓山坡面土壤有机质、pH的空间特征及相互关系进行分析研究。结果表明:(1)有机质含量在8.05g/kg到13.8g/kg之间。0-20cm土层有机质含量为坡下﹤坡中﹤坡上,受人类活动、地表植被、枯枝落叶等覆盖物影响;20-40cm土壤层有机质含量从坡下往坡上呈先略微减小后增大趋势;40-60cm土层有机质含量从坡下往坡上呈递减趋势。(2)有机质质量分数在1.85%-3.17%之间,pH值在2.78-4.01之间。除0-20cm土层pH、20-40cm土层有机质为弱变异性外,其它层次均表现中等程度变异性。土壤pH为坡上坡下坡中,跟土壤母质、地表植被盖度和人类活动相关。除坡下土壤pH存在弱变异性外,其余不同坡位有机质、pH为中等程度变异性,两者的相关性达到显著性水平(P0.05)。     

小尺度温室土壤含水率空间变异性及水分迁移研究

为探究土壤含水率的空间分布特征,分析土壤水分迁移特征,以日光温室中8 m×8 m地块为研究对象,布设1 m×1 m采样网格,将0～50 cm深度土壤分为5个水平层,且标记4个垂直剖面.以土钻取样,采用烘干法测定各层土样含水率,运用地统计学方法分析土壤含水率在水平和垂直方向的空间变异性,并分析土壤水分迁移特征.结果表明,土壤含水率在0～50 cm深度中呈现先升高后降低的趋势,各深度土层土壤含水率存在着较强的空间相关性(块金系数≤13. 2),试验中随机因素对空间变异贡献较低(块金值≤0. 54).通过分析观测土层剖面及试验数据发现土壤含水率空间变异性和水分迁移受土壤孔隙结构、翻耕深度、蒸发强度、植物根系生长和土壤生物活动等因素影响均较大.重力势对垂直方向上的水分迁移作用大于水平方向,且供试地块最佳保水层为20～30 cm.     

土壤水分空间分布研究——以斜峪河流域为例

利用经典统计学指标对斜峪河小流域土壤水分的整体特征进行分析,小流域土壤水分含量总体变化为7.81%~38.44%;从剖面分布看,上中下游0~80 cm各层平均土壤水分变化为13.91%~22.29%,上游土壤水分含量均大于中下游.利用半方差函数分析方法,研究了小流域土壤剖面水分空间分布特征,结果显示,上中下游0~80 cm土层平均土壤水分半变异函数最优模型分别为高斯模型、高斯模型、指数模型,各区段土壤剖面水分均表现为强烈空间自相关.     

基于多重分形理论的农田土壤特性空间变异性分析

土壤性质是影响土壤水分运动和溶质迁移的重要因素,土壤特性的空间变异性研究对于农田土壤质量管理具有重要意义.为定量研究土壤特性空间变异性的复杂程度,本文以再生水灌区农田土壤为研究对象,应用分形和多重分形理论定量分析了农田土壤颗粒含量、土壤容重、饱和含水量、孔隙度等土壤特性的空间变异性.结果表明:土壤容重、孔隙度的分形维数D较大,其空间分布具有较大的随机性,即空间分布的均匀性较好;土壤特性的空间分布具备多重分形特征,多重分形谱的谱宽Δα可以定量表征土壤属性空间分布的不规则特征,饱和含水量的多重分形谱谱宽Δα最大,其空间分布的不规则形最大;大值数据对于砂粒、容重和饱和含水量空间变异性的贡献率较大.因此,多重分形参数可以作为定量反映土壤特性空间变异性的潜在指标.     

吉林西部盐碱土壤水力学参数特征及其影响因素

为探究吉林西部盐碱化土壤水力学参数的空间变化特征及其影响因素,测定了盐碱土和非盐碱土0~20,20~40,40~60,60~80,80~100 cm土壤水分特征曲线(SWCC)、容重、全盐量、含水量、机械组成等,利用van Genuchten模型(VG)进行曲线拟合和参数求解.结果表明,VG模型适于描述研究区盐碱土水分特征曲线;盐碱与非盐碱土壤水分特征曲线和Ks存在显著性差异;θs和n值变异性较弱,θr和α中等变异强度;Ks的空间变异性较强,盐碱土剖面为强变异(CV=109.09%),非盐碱土为中等变异强度(CV=51.09%);土壤全盐量与p H值、土壤机械组成是土壤水分特征曲线及Ks的主要影响因素.     

青海湖高寒湿地土壤有机碳空间分布分析

作为陆地碳库的主要部分,土壤有机碳在全球碳循环中起着重要作用.本文选取环青海湖高寒湿地土壤为研究对象,对土壤有机碳含量的变化特征及其空间变异性进行了研究.结果显示,环青海湖区土壤有机碳0-10cm表层含量最高,均值为2.82±1.56%,随着土层深度的加深其含量逐渐降低.10-20cm、20-30cm和30-40cm土层的有机碳平均含量依次为2.01±1.03%、1.63±0.87%和1.21±0.91%;整个研究区0-40cm土壤有机碳平均含量仅为1.92±1.27%.半方差函数和变异函数分析结果说明,0-10cm,10-20cm和20-30cm土层土壤有机碳含量的模型均符合球状模型,30-40cm土层土壤有机碳含量和0-40cm土壤有机碳平均含量的模型为指数模型.而且在各向同性和各向异性下不同深度土壤有机碳均具有高度的空间异质性.     

北京山区典型森林土壤的养分空间变异与环境因子的关系

根据北京山区典型森林植被的分布设置采样点,应用典范对应分析(CCA)法,对土壤养分空间变异与环境因子的关系进行分析.结果显示:研究区土壤有机质、氮、钾含量相对丰富,严重缺磷,养分整体表现为中等变异.从CCA排序结果看,环境对养分变异的影响程度及因子数量均随土层深度的增加而减小.0—10cm、10—20cm土层养分的影响因子相似,主要为坡位、海拔、0—20cm土层含水量及容重;20—40cm土层养分的主要影响因子为坡位、海拔、0—40cm土层含水量及容重;40—60cm土层养分的主要影响因子为该土层的pH值.对不同养分指标而言,有机质、全氮和碱解氮的主要影响因子为坡位、土壤含水量、海拔及林分类型;速效钾主要受土壤厚度影响;其它指标受环境因子的影响小.环境因子的定量分离结果显示,其在总体上解释了83.33%的养分变异,其中土壤相关因子解释了50.37%,地形因子解释了7.96%,二者的耦合作用解释了25%.     

丹江水源区小流域土壤有效铁空间分布特征

土壤有效铁含量对生态环境和农作物生长有重要影响,本研究对鹦鹉沟小流域土壤有效铁含量的空间分布特征进行分析,以期为该流域养分资源管理提供参考。通过网格法和分层法对0~10cm、10~20cm、20~40cm三个土层分别采样,并借助传统统计学和地统计学的方法,对鹦鹉沟小流域农地、林地和草地三种土地利用类型土壤有效铁含量的空间分布特征进行了研究。结果表明:1在0~40cm土层范围内,土壤有效铁含量随土层深度先减少后增加,且土壤有效铁含量均值表现为林地农地草地;20~10cm、10~20cm和20~40cm土层有效铁含量变化的最优模型分别为球状模型、指数模型和线性模型,均具有中等空间相关性;33个土层土壤有效铁含量与海拔呈现出极显著相关性(p0.01)或显著相关性(p0.05);4研究区不同土地利用下0~40cm每平方米有效铁含量为林地农地草地。     

秦岭北坡杨树人工林细根分布与土壤特性的关系

在秦岭山区北坡,对5年生杨树人工林细根表面积、细根体积、根长密度和细根生物量的垂直分布特征,以及这些根系参数与土壤理化特性的关系进行研究。结果表明：杨树人工林细根表面积、细根体积、根长密度和细根生物量基本上表现为随土壤深度增加而减少的趋势;各细根集中分布在0~20 cm土层中,其中0~10 cm土层中占40%左右,10~20 cm中集中了20%以上。土壤理化特性在0~80 cm土层中呈现各自的变化规律,土壤体积质量基本随土层加深而增加,土壤水分表现为变化不大的波动。土壤pH变动范围为6.14~6.71,且随土层加深呈波动变化趋势。土壤有机质、全氮、速效氮垂直变化趋势相似,随土层深度的增加而减少。在杨树人工林中,细根参数与多种土壤理化因子之间存在着不同程度的相关性,说明杨树人工林细根分布特征受土壤理化特性的影响,这反映了植物长期适应生境条件的有效策略。     

砂质土壤持水特性空间变异特征传递函数模型

为探讨土壤持水特性的空间变异特征,采用Vereecken和Campbell模型预测辽宁西部风沙土的田间持水量(θ60 cm)和萎蔫含水量(θ15 000 cm),并借助传统统计学和地统计学方法预测其空间变异,结果表明:两个模型预测θ60 cm的精确度均低于θ15 000 cm;Vereecken模型的精确度高于Campbell模型.Vereecken模型预测的20 cm~40 cmθ60 cm和θ1 5000 cm半方差模型参数和分形维数较Campbell模型更接近于实测数据,但无法描述0 cm~20 cm的空间结构;因此,Vereecken模型可预测砂质土壤20 cm~40 cmθ60 cm、θ15 000 cm及其空间变异特征.     

汉江余姐河小流域土地利用对土壤粉粘粒分布的影响研究

为了研究汉江流域土地利用对土壤粉粘粒分布的影响,使用统计学及地统计学方法对3个土层的粉粘粒数据进行分析。结果表明:研究区3个土层的粉粘粒含量表现为0~20cm(A1)20~40cm(A2)40~60cm(A3),变异系数分别为13%、4%和14%,均属中等变异。三个土层的粉粘粒最优半方差模型均为指数模型,空间分布也都表现为中等空间相关。方差分析表明,在农地、林地、草地三种土地利用类型下,只有A3层粉粘粒含量存在显著性差异(P0.05)。另外,A1、A2、A3层之间的粉粘粒含量存在极显著差异(P0.01)。余姐河流域0~60cm土壤粉粘粒储量为10.21万t,其中农地、林地、草地的粉粘粒储量分别为3.44万t、3.23万t和3.54万t。     

用空间内插法研究黄土丘陵小流域土壤水分时空分布特征

地质统计学的变异函数与Krige空间内插是研究土壤水分空间变异和空间分布的有效方法.在利用变异函数对黄土丘陵小流域土壤水分空间相关性分析的基础上,运用Krige空间内插法,分析了干旱、湿润、极端干旱和径流产生前0～70cm平均土壤水分和剖面土壤水分含量斑块的空间分布形式及斑块之间的关系等特征,这种土壤水分空间分布的差异性和相似性将有助于进一步分析径流与土壤水分的关系和机制.     

晋西黄土区土地利用方式对土层有机质变异的影响

为揭示晋西黄土区不同土地利用方式下有机质的土层变异特征及其影响因素,选取刺槐林地、油松林地、荒草地和农田(玉米)坡地4种样地,分析土地利用方式、坡位、土层深度和土壤水分含量对土壤有机质含量的影响。结果表明,不同土地利用方式下土壤有机质含量大小顺序为:油松林地>刺槐林地>荒草地>农地; 坡位对土壤有机质含量及变异系数的影响复杂,难以出现一致性规律; 随土层深度增加,不同土地利用方式下土壤有机质含量差异显著,但均随着土层深度的增加而不断减小且变异性减弱; 两种林地和草地32～160 cm土层土壤水分与有机质含量呈显著正相关关系,而对于表层土壤和农地二者关系不密切。逐步回归分析表明,土层深度对土壤有机质空间变异影响最大。研究结果对晋西黄土区水土保持中林草措施的配置和生态环境建设有一定的参考价值。     

基于秦岭中山区坡面土壤表层水分的预测模型研究

基于秦岭中山区典型坡面4种用地类型(林地、撂荒地、园地和农耕地)的土壤水分数据,利用多元逐步回归分析方法建立了坡面尺度上不同用地类型的土壤水分贮存量模型,并对模型的精度进行检验.结果表明:园地、撂荒地、林地和农耕地表层各层土壤水分均值表现出一致性,且多表现出中等变异程度.深度0~80 cm范围内土壤水分受到地表植被及地形因子的影响较大.根据0~20 cm土壤水分建立0~100 cm土壤水分贮存量模型,其显著R2均在0.99以上,模型拟合优度比较高,其中林地的关系式为二阶关系式,其余均为三阶关系式;模型精度均大于80%,尤其是园地和撂荒地大于94%,由此认为,建立的土壤水分贮存量模型是可行的.结合大尺度遥感反演的表层土壤水分建立贮存量预测模型,能够为开展大面积的土壤状况调查、合理实施农业措施或进行生态环境评价提供依据.     

土壤颗粒组成及土壤容重对土地利用变化的响应

通过野外考察、典型剖面采样及室内实验,研究了黄土高原洛川塬典型耕地转变为苹果园后土壤颗粒组成和土壤容重等土壤物理属性的变异特征.研究结果表明:耕地改为苹果园地后,在0~20cm土层中,土壤粘粒含量显著增加(P0.01),其他土层没有显著变化;在0~60cm土层中,土壤容重显著降低(P0.01);在60~100cm土层中,没有显著性变化.在剖面垂直方向上,耕地颗粒含量从表层向下随着深度增加呈现先升高再降低的趋势,在20~40cm土层粘粒含量最高(17.18%),容重最大(P0.01),而苹果园0~60cm土层粘粒含量大于60~100cm土层,土壤容重则随着土层深度的增加有降低的趋势.可见,土壤容重和土壤颗粒中的粘粒含量均对土地利用变化表现出一定的敏感性.     

黄土丘陵区枣林土壤水分时间稳定性特征

分析黄土丘陵区枣林土壤水分时间稳定性特征可保证土壤水分监测和预报的精确度,同时为优化枣林灌溉措施及生态环境建设提供帮助.利用累积概率分布、相对偏差和spearman秩相关系数等方法,研究黄土丘陵区枣林土壤水分时间稳定性特征.结果表明,0~10cm和10~30cm土层下土壤含水量与变异系数(CV)间均呈现出显著递减的指数函数关系(y=0.4932e-0.1116x,R2=0.9521),且基本表现出中等变异.随着测定时段的变化,研究区土壤水分空间分布格局呈现出一定的时间稳定性特征.10~30cm土壤含水量时间稳定性较0~10cm好,其平均相对偏差(MRD)变化范围为-21.32%~34.23%,MRD的标准偏差(SDRD)变化范围为6.02%~47.58%.通过时间稳定性特征分析可以确定区域土壤水分均值的代表性测点(点18),该代表性测点土壤含水量和区域水分均值相关性高、误差小(R20.98,RMSE0.8).研究区0~30cm土壤含水量spearman秩相关系数较低,其值小于0.72,不同时段下土壤含水量大部分都表现出显著或极显著正相关关系.     

南水北调中线工程水源地土壤有机碳密度空间分异及驱动因素研究

【目的】通过分析中国南水北调中线工程水源地较大空间尺度土壤有机碳密度(SOCD)的空间分布及驱动因素,为该区域的土地资源合理利用及土壤有机碳(SOC)管理提供科学依据。【方法】在考虑海拔、土壤类型、土地利用等空间因素的基础上布设样地,通过野外取样和室内分析,借助GIS研究区域土壤有机碳密度空间分布格局,利用地理探测器模型分析各影响因子对土壤有机碳密度的解释力及各因子之间相互作用程度的差异,判定影响研究区SOCD空间分布的主要驱动因子,揭示其空间差异及随海拔、土壤类型、土地利用及森林类型的变化规律。【结果】①南水北调中线工程水源地0~20 cm与≥20~40 cm土层的SOCD分别为4.18和2.67 kg/m²,其中0~20 cm土层SOCD比全国平均水平(2.67 kg/m²)高出56.55%。②SOCD呈现南北林区高、中间农田和草地低的格局,SOCD大于10 kg/m²的集中在海拔≥1 000~2 000 m的林地,小于1 kg/m²的集中在海拔<500 m的草地。在海拔上,SOCD随海拔梯度升高先增大后减小,0~20 cm与≥20~40 cm土层SOCD均在海拔≥1 500~2 000 m出现峰值(7.32 kg/m²,4.94 kg/m²);在土壤类型上,SOCD最大的是石灰(岩)土,最小的是褐土,黄棕壤和棕壤在0~20 cm土层SOC储量最高,分别为2.005 Pg和0.815 Pg,二者占总储量的72.83%;在土地利用类型上,林地和农田是主要的土地利用方式,0~20 cm与≥20~40 cm林地土层SOCD分别为4.87 kg/m²和3.05 kg/m²,农田分别为2.75 kg/m²和2.00 kg/m²(比林地分别下降77.09%和52.50%);林地碳储量占87.48%,农田占12.02%。③对SOCD空间分布解释力较大的是海拔(0.25)和土地利用(0.20),其次是土壤黏粒(0.11)。不同驱动因子在交互作用下的解释力明显高于单因素的解释力。【结论】海拔和土地利用是影响南水北调中线工程水源地SOCD空间格局的主导因子,不同驱动因子交互后呈现双因子协同增强效应。农田SOCD明显低于林地,因此,应加强生态工程建设,进行林地保护和植被恢复,提高该区域土壤碳固存能力。