辽东山区次生林土壤主要化学性质空间异质性

研究土壤化学性质的空间变异性不仅有助于了解土壤的形成、结构和功能,而且有助于了解植物与土壤的关系。本研究以辽东山区次生林4 hm2样地为平台,分析8种土壤化学性质(p H值、有机质、全氮、有效氮、全磷、有效磷、全钾、有效钾)的空间异质性。结果表明:辽东山区次生林土壤呈微酸性;p H值呈弱度变异,其他7个指标均表现为中等程度变异;样地土壤8种化学性质的半方差函数均表现出一定的空间结构特征,除p H的变异函数可拟合为球状模型外,其余7个指标均可拟合为指数模型,模型拟合度均较好,其中有效钾、p H值和有机质呈现出中等程度的空间相关性,其余5个指标均表现出较强的空间相关性;样地中p H值呈现出较为均匀的缀块性分布格局,其余7个指标的分布格局均表现为西高东低,可能与幼苗分布及土壤温度有关。     

喀斯特山区洼地表层土壤水分的时空变异

研究用地统计学方法在桂西北典型喀斯特洼地研究了表层土壤水分（0～15cm）的时空变异特征及其分布格局。结果表明在取样时段内洼地表层土壤水分总体不高（15．0％～27．5％）,呈现弱至中等变异特征,并且中等变异一般与含水量较低相对应。洼地表层土壤水分的半变异函数参数及其影响因素产生一定的季节变化;块金值、基台值和变程的变化范围分别是0．01～2．74,2．04～7．52和6．0～36．8。块金值和基台值的变化大致与平均含水量呈相反变化趋势;变程在采样初期和中期与土壤水分的变化趋势相反,在后期变化趋势相同,结果说明平均含水量对表层土壤水分的时空变异具有持续主导作用,结合研究目标可以有效指导后续的土壤采样。在剔除趋势效应后,表层土壤水分呈明显的斑块或条带状分布,样块土壤水分不仅具有空间分布的差异而且具有明显季节变化,其中旱、雨季的土壤水分分布特征明显不同。在喀斯特山区特殊地貌中,土壤平均含水量、地形、微地貌（石丛）和人为管理等因素是造成洼地表层土壤水分时空变异及其分布差异的主要影响因素。     

喀斯特典型坡地旱季表层土壤水分时空变异性

基于网格(10 m×10 m)取样,用地统计学方法研究了桂西北喀斯特地区典型灌丛与草灌两种植被类型坡地(90 m×120 m)旱季(2011年10月至2012年3月)表层(0—16 cm)土壤水分含量的空间变异特征。结果表明:整个采样期灌丛坡地的土壤水分含量明显要高于草灌坡地,两种类型坡地的表层土壤水分含量均属于中等程度的变异(10%Cv100%),且灌丛坡地的变异系数大于草灌坡地。两种植被类型坡地的土壤水分含量与降雨量的波动变化趋势相同,而与土壤水分变异系数的变化趋势整体相反。土壤水分含量均具有明显的空间依赖性和空间结构。两种类型坡地土壤水分的变程与块基比的变化趋势都大致相反,灌丛坡地土壤水分的变程与土壤水分含量均值的变化趋势在采样前期和中期趋势相反,在采样后期趋势相同,而草灌坡地土壤水分的变程与土壤水分含量均值的变化趋势大致相同。两块样地土壤水分的变异系数、变程与块基比均随土壤水分含量的变化有一定的季节变化规律,说明平均土壤水分含量对土壤水分空间格局的主导作用是持续存在的,结合研究目标可以有效指导后续的土壤采样。虽然两块样地表层土壤水分含量整体沿坡面自上而下呈递增趋势,但土壤水分含量最大值均分布在样地下坡位右侧地段,这主要与该地段坡度较缓、土壤厚度较大且碎石含量较低有关。     

华北落叶松林细根生物量对土壤水分、氮营养空间异质性改变的响应

在华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)林选取采伐干扰样地和未采伐干扰样地进行对比研究, 分析采伐干扰造成林下土壤水分和氮营养空间异质性的改变对细根生物量空间变异的影响。采用空间格局分析的小支撑、多样点的设计原则, 对每个样点的土壤分3层取样(0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm)。进行细根(≤1 mm和1-2 mm)生物量与土壤含水量、全氮、硝态氮、铵态氮和土壤pH的偏相关分析, 以及细根生物量变异函数值和土壤各因子变异函数值的线性回归分析。研究结果表明, 在不同样地, 细根生物量与土壤各因子均表现为正相关关系, 不同土层相关性强弱表现各异, 其中土壤含水量与细根生物量的相关性显著。受采伐干扰后, 细根生物量与土壤含水量、全氮、土壤硝态氮空间变异的关联性更趋于明显。多元线性回归分析结果表明, 采伐干扰样地细根生物量的空间变异更多地受到土壤多因子的综合影响, 而未采伐干扰样地的细根生物量受土壤水分、全氮和硝态氮单独效应的影响更大。     

甘南高寒草甸群落的物种-多度关系沿坡向的变化

物种-多度格局研究是揭示群落组织结构和物种区域分布规律的重要手段。该研究以青藏高原东北部的甘南高寒草甸为研究对象,基于野外调查和室内分析,研究了不同坡向的环境因子、植物群落分布,并利用RAD软件程序包对其进行了拟合分析。结果显示:在南坡-北坡上,土壤含水量从南坡(0.18g·g–1)到北坡(0.31g·g–1)呈现递增的趋势,土壤温度从南坡(22.33℃)到北坡(18.13℃)以及光照强度从南坡(744.15 lx)到北坡(681.93 lx)均呈逐渐减小的趋势。物种-多度分布曲线的斜率从南坡向北坡依次减小。随着坡向由南向北转变,物种-多度和物种多样性都呈递增的趋势。通过6个模型对坡向梯度的物种-多度分布进行拟合发现,甘南高寒草甸区的物种-多度分布主要是以生态位模型为主,其次是随机分布模型。青藏高原高寒草甸微生境梯度上的物种在总体上的资源分配模式是以固定分配模式为主,稀有种的资源分配模式是以随机性模型为主,常见种的资源分配模式则是以确定性模型为主。     

甘南高寒草甸群落的物种-多度关系沿坡向的变化

物种-多度格局研究是揭示群落组织结构和物种区域分布规律的重要手段。该研究以青藏高原东北部的甘南高寒草甸为研究对象, 基于野外调查和室内分析, 研究了不同坡向的环境因子、植物群落分布, 并利用RAD软件程序包对其进行了拟合分析。结果显示: 在南坡-北坡上, 土壤含水量从南坡(0.18 g·g ^-1)到北坡(0.31 g·g ^-1)呈现递增的趋势, 土壤温度从南坡(22.33 ℃)到北坡(18.13 ℃)以及光照强度从南坡(744.15 lx)到北坡(681.93 lx)均呈逐渐减小的趋势。物种-多度分布曲线的斜率从南坡向北坡依次减小。随着坡向由南向北转变, 物种-多度和物种多样性都呈递增的趋势。通过6个模型对坡向梯度的物种-多度分布进行拟合发现, 甘南高寒草甸区的物种-多度分布主要是以生态位模型为主, 其次是随机分布模型。青藏高原高寒草甸微生境梯度上的物种在总体上的资源分配模式是以固定分配模式为主, 稀有种的资源分配模式是以随机性模型为主, 常见种的资源分配模式则是以确定性模型为主。     

典型岩溶洼地土壤水分的空间分布及影响因素

在桂西北典型岩溶洼地的旱季和雨季,用地统计学结合GIS方法研究了洼地表层(0—16cm)土壤水分的空间分布特征及其影响因素。结果表明:土壤含水量受前期降雨量的影响,且旱季土壤水分对降雨量的反应较雨季敏感。土壤水分均呈中等变异且变异系数随着平均含水量的增加而减少。土壤水分的半方差参数显示土壤水分空间变异及其主导因素随旱、雨季而不同。此外,不同取样区域及取样时段内土壤含水量高低差别明显,分布格局及空间变异程度各异,这主要与当地环境和人为因素的综合影响有关。旱、雨季土壤水分均与前期降雨导致的土壤平均含水量变化呈相反趋势,且不同土地利用方式下的土壤含水量不同。土壤含水量还与土壤有机碳含量呈显著正相关,此外,地势及裸岩率也是造成洼地土壤水分变异及其分布差异的重要因素。下一步应根据旱季和雨季土壤水分分布及影响因素的差异,在岩溶洼地采取有针对性地土壤水资源利用及其水分管理策略。     

长白山阔叶红松林表层土壤水分空间异质性的地统计学分析

采用时域反射仪对长白山原始阔叶红松林3块50 m×50 m样地表层土壤（0～7.5 cm）水分进行测定,应用地统计学的理论与方法对表层土壤水分的空间异质性进行分析.结果表明：研究区3块样地表层土壤水分变异系数分别为24.32%（样地1）、24.11%（样地2）和23.60%（样地3）,均属于中等变异性;该区表层土壤水分的理论变异模型为球状模型,具有高度的空间异质性,其空间异质性以空间自相关部分为主;表层土壤水分的结构比分别为57.9%（样地1,属中等相关性）、83.3%和90.0%（样地2和3,属强烈的空间相关性）;研究区表层土壤水分的变程在5.5～13.1 m,与贝叶斯方法估计的变程相差不大;通过克立格插值估计,研究区表层土壤水分含量的平均值分别为49.3%（样地1）、52.8%（样地2）和42.6%（样地3）.     

绿洲-荒漠过渡带景观的植被与土壤特征要素的空间异质性分析

采用变异函数的理论和方法,通过空间异质性特征比较,研究了阜康绿洲-荒漠过渡带景观中的植被盖度和土壤环境因子的空间异质性、空间格局及其关系．在此基础上,应用Kriging局部块段插值法,以三维图形显示出各个要素的空间分布格局．结果表明,除土壤全盐量空间相关性较弱外,其他各要素具有中等程度以上的空间相关性,且空间变异主要发生在较小尺度上．其中,植被盖度的空间异质性程度较高,在3km的尺度内具有明显的空间格局．从空间分布格局看,植被盖度、土壤表层含水量和土壤pH值沿样带相邻点差异对比明显,高值区和低值区交错．草本盖度与土壤表层含水量、土壤pH间有相关关系,灌木平均盖度主要依靠深层次地下水维系．灌木和草本盖度的块金值具有明显差异,可能因为二者要求不同的生态条件,因而在同等尺度上具有不同的生态学过程．     

小流域土层厚度对土壤水分时空格局的影响

以丹江口库区五龙池小流域为研究区,通过定点观测,探讨了土层厚度对土壤水分时空格局的影响.结果表明：土壤含水量在降雨后立即升高,随后逐渐降低,空间异质性则相反.不同土层厚度剖面含水量差异显著.其中,0～20 cm厚度的土壤剖面含水量较低,与降雨有相似的变化趋势,季节变异大;中等厚度（20～40 cm）的土壤水分受降雨特征影响,剖面含水量居中,季节变异中等;较大厚度（>40 cm)的土壤的剖面含水量较高,季节变异小.土壤水分的剖面格局是降雨、蒸发蒸腾和渗漏综合作用的结果,半湿润期呈增长型,湿润期呈波动型,干旱期包括增长型和波动型.土壤剖面含水量与土层厚度呈显著正相关,相关系数在0.630～0.855.土层厚度与表层（0～15 cm）土壤水分相关不显著,但与中下层（20～55 cm）土壤水分显著相关.     

喀斯特坡面表层土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征

表层土壤水分物理性质对深层土壤水分的动态变化具有重要的作用,研究其空间变化特征有助于深入理解坡地降雨入渗及产流规律,实现土壤水资源的合理利用.基于网格(10m×10 m)取样,用地统计学方法研究了桂西北喀斯特地区典型灌丛坡地90 m×120 m(投影长)表层(0~10 cm)土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征.结果表明:研究区土壤含水量、容重和饱和导水率均具有明显的空间依赖性和空间结构.土壤水分含量半变异函数用高斯模型模拟较好,土壤容重与饱和导水率用指数模型拟合较好.土壤含水量表现为强烈的空间自相关性,土壤容重和导水率表现为中等的空间自相关性.土壤含水量与饱和导水率空间连续性的尺度范围较小,而土壤容重空间连续性的尺度范围较大.总体上土壤含水量沿坡向下呈递增趋势,土壤容重呈递减趋势,而土壤饱和导水率沿坡面没有明显变化规律,斑块小而多,表现为高异质性.土壤含水量与土壤容重、饱和导水率均呈极显著负相关,而土壤容重与饱和导水率之间没有明显的相关性.     

格氏栲天然林土壤养分空间异质性

采用地统计学与GIS技术相结合方法对格氏栲天然林土壤养分和pH值空间异质性进行了研究,结果表明:pH值为弱变异,土壤养分为中等变异,变异强度为有效磷＞速效钾＞水解性氮＞全氮＞全钾＞全磷＞pH值.半方差最优模型拟合分析表明,pH值、全钾、有效磷符合指数模型,全氮符合高斯模型,全磷、水解性氮符合球状模型,速效钾符合线状模型;全钾、速效钾、pH、全氮、全磷、水解性氮和有效磷的有效变程依次为1806、549、267、130、120、182 m和117m;从空间结构特征看,pH值、全氮、全磷、水解性氮、有效磷表现出强烈的空间自相关,其空间异质性主要受结构性因素影响;全钾具有中等强度的空间自相关,其空间异质性是随机性因素和结构性因素共同作用的结果;速效钾具有微弱的空间自相关,其空间异质性主要受随机性因素影响.土壤养分空间分布特征:全氮、全磷由南向北递增;全钾含量呈环状分布,向南北分别呈递增趋势;pH值由东北到西南递增,呈条带状分布;水解性氮从东北向西南递减;有效磷从东南到西北逐渐递增;速效钾分布较均匀,在西北和东南角各有一个高值区,从西南到东北表现为先增加后减少的规律.其结果为区域尺度上土壤养分的空间内插、制图和取样设计提供参考,也为土壤可持续利用、格氏栲天然林的恢复与重建提供科学依据.     

邓恩桉林地土壤pH空间变异分析

以福建省建阳市7年生邓恩桉(Eucalyptus dunnii Maiden)林地土壤为研究对象,应用地统计学方法分析了不同土层土壤pH的空间变异规律.结果表明:该邓恩桉林地土壤pH随土壤深度的增加而增大,0～20、20～40和40 ～60 cm土层的土壤pH均值分别为pH 3.57、pH 3.62和pH 3.67;土壤pH的变异系数较小,分别为3.90％、3.93％和4.05％.0～20、20～40和40～60 cm土层土壤pH的块金效应值分别为0.389 6、0.430 3和0.604 3,说明该林地土壤pH具有中等空间自相关性;经K-S非参数检验,该林地各层土壤pH服从正态分布.通过不同趋势效应下不同半方差函数模型预测误差的比较,确定该林地0～20、20～40和40～60 cm土层土壤pH空间变异最优模型分别适用0阶高斯模型、1阶指数模型和1阶球状模型.克里格最优插值分析结果表明:该邓恩桉林地各层土壤pH整体空间分布趋势均为由西向东递减,最高值出现在西南部;各层土壤pH插值标准差较小,且标准差分布均呈现以南部和中部为中心、向东北方向逐渐增大的趋势.根据研究结果推测:该邓恩桉林地土壤酸化程度较严重,其土壤pH的空间分布受结构因素和随机因素的共同影响,而土壤pH插值标准差的分布特征可能与采样点的数量和设置有关.     

喀斯特木论自然保护区旱季土壤水分的空间异质性

采用经典统计学和地统计学方法,分段研究了喀斯特木论自然保护区典型峰丛坡地和洼地旱季表层土壤水分（0～5 cm和5～10 cm）的空间异质性.结果表明：研究区旱季表层土壤水分仍然较高,总体上具有良好的半方差结构;坡地和洼地0～5 cm和5～10 cm土层土壤水分的空间分布均符合指数模型,同一立地条件下两土层土壤含水量具有相似的空间结构和分布格局,相同土层不同立地条件下的差异明显;坡地土壤水分含量的空间相关性中等且连续性好,具有明显的斑块分布格局,其Moran I值的变化相对缓慢;洼地土壤水分含量具有强烈的空间自相关,但变程很短,其Moran I值的波动较大,斑块比较破碎.地形、微地貌、降雨、人为干扰特别是植被是保护区土壤含水量空间变异的重要影响因素,保存完好的原始森林对土壤水分空间异质性具有良好的调控作用.     

宁夏东部荒漠草原灌丛引入下土壤水分空间异质性

结合地理信息系统(GIS),运用经典统计学和地统计学方法对宁夏东部荒漠草原人工灌丛引入下0～200 cm土层土壤水分空间异质性进行研究.结果表明: 0～200 cm土层土壤含水量为0.6%～19.0%,均值为4.4%,土壤水分含量较低,变异系数为49.5%～86.3%,属于中等变异.不同土层半变异函数的最佳理论模型分别为:0～60、80～120 cm各层土壤水分符合球状模型,60～80 cm符合指数模型,120～200 cm符合高斯模型.不同土层土壤含水量均呈不同程度的空间相关,0～40、60～80、120～200 cm各层土壤水分的块金系数C₀/(C₀+C)为26.1%～49.9%,为中等程度空间相关;40～60、80～100、100～120 cm各层土壤含水量的块金系数为15.5%～22.1%,具强烈空间相关.0～200 cm不同土层土壤水分含量变程不同,0～20 和 20～40 cm土层变程较大,为37.10～45.18 km,40～200 cm各层土壤含水量的变程较小,为3.58～8.66 km.荒漠草原人工灌丛引入过程中加速土壤水分利用和深层水分消耗,导致土壤水分的空间异质性和破碎化程度加强,且对深层次土壤水分作用更强.     

采伐干扰对帽儿山天然次生林土壤表层水分空间异质性的影响

干扰是引起生态系统空间异质性的重要因素之一。采用地统计学的理论和方法,研究了帽儿山天然次生林受到不同强度采伐干扰后(分别为采伐50%和皆伐)林地表层(3~5cm)土壤水分的空间异质性和格局。结果表明,采伐干扰明显降低了林地表层平均水分含量,除2002年夏季,采伐50%样地与对照样地之间没有显著差异外(p>0.05),不同样地和不同季节之间均有显著的差异(p<0.01)。变异函数分析显示,干扰改变了表层水分的空间异质性特征。两年春季和夏季4次取样结果表明,采伐干扰导致平均块金值和基台值降低,平均结构方差比随着采伐强度的增大而减小。变程则不随采伐强度增大而改变,采伐后第1年春季土壤表层水分变程较小、夏季较大,在第2年,采伐50%的样地春季变程较大而夏季较小,皆伐样地则与2002年一致。观测的2年内,土壤表层水分空间异质性主要受到结构因素的影响(>50%),但是,采伐干扰有引起结构方差比降低的趋势。空间格局分析表明,采伐干扰引起土壤表层水分空间格局的改变。对于原来空间格局较强的系统,干扰有降低空间格局强度的作用。这种影响在春季和夏季有明显不同,干扰对春季土壤表层水分空间格局的影响明显大于夏季,干扰导致春季格局比夏季格局明显破碎化。     

喀斯特木论自然保护区土壤养分的空间变异特征

基于网格(20m×20m)采样法采集土壤样品,利用经典统计学和地统计方法分析了典型喀斯特峰丛洼地(200m×100m)土壤养分的空间变异特征.结果表明:研究区土壤pH值表现为弱变异,其他各养分指标均为中等程度变异,大小顺序为速效磷(AP)速效钾(AK)碱解氮(AN)土壤有机质(SOM)全钾(TK)全磷(TP)全氮(TN);pH半变异函数的最佳拟合模型为球状模型,TK和AK的最佳拟合模型为指数模型,其他养分指标的最佳拟合模型均为高斯模型;pH、AK的变异尺度(变程)较小,分别为58.1和41.1m,SOM、TN、TP、AN、AP的变异尺度相近,在100～150m,TK的变异尺度最大(463.5m);除研究区土壤TK、TN表现为中等的空间自相关性外,其他土壤养分指标均表现为强烈的空间自相关性.pH、AK呈零星斑块状分布,表现为高异质性;SOM、TP、TK的变化趋势较平缓,呈中间高、两边低的分布格局;AN、AP的空间分布具有显著的相似性,均随坡度的增加而呈片状上升趋势;TN的分布较特殊,呈中间低、两边高的趋势.植被、地形和高异质性的微生境是造成喀斯特木论自然保护区土壤养分格局差异的主要因素.     

高寒草甸不同坡向植物群落物种多样性与功能多样性的关系

植物群落物种多样性与功能多样性是生态学研究的热点问题之一,研究其对于保护生物多样性和维持生态系统功能具有重要意义。采用野外群落调查方法,探讨了物种多样性与功能多样性在坡向梯度上的变化格局及其关联性。结果显示：（1）从北坡到南坡,土壤含水量、有机碳呈递减趋势;坡度、照度、土温、pH呈递增趋势;土壤全氮、全磷在西坡明显低于其他各坡向;（2）物种多样性指数均由北坡向南坡依次递减;（3）一元性状功能多样性在各坡向间的差异显著（P<0.05）,除LDMC_FDrao外,其他功能性状均为北坡大于南坡;（4）多元性状功能丰富度与功能均匀度均由北坡向南坡呈递减的趋势,各坡向的功能均匀度差异性不显著。通过相关分析与通径分析发现,功能多样性指数的主要环境决定因子与限定因子均存在差异：功能丰富度、功能均匀度主要环境限定因子为pH,功能离散度主要环境限定因子为土温;功能离散度主要环境决定因子为土壤含水量;（5）物种多样性指数与功能丰富度呈正线性相关,与功能离散度呈负线性相关,而与功能均匀度不相关。     

西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间变异特征

基于网格(20 m×20 m)取样,采用经典统计学和地统计学方法,研究了西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间异质性和分布格局.结果表明:峡谷型喀斯特坡地土壤养分含量为中等和强变异,变异性大小顺序为:速效磷全钾有机质碱解氮全氮全磷速效钾,pH值表现为弱变异,有机质表现为中等程度的变异;不同土壤养分具有良好的空间自相关性,其自相关函数均表现出由正相关向负相关方向发展,拐点为80~100 m,其中全钾和速效磷的Moran I较小,其他指标较大;不同土壤养分的空间变异特征不同,全钾和速效磷最佳拟合模型为指数模型,块金值与基台值的比值[C0/(C0+C)]和变程(A)很小,分形维数(D)较高,空间相关性强烈;其他土壤养分指标的最佳拟合模型均为球状模型,C0/(C0+C)、A和D均呈中等程度的空间相关;Kriging分析表明,pH值、有机质、全氮、全磷和碱解氮呈凹型分布,速效磷和速效钾呈斑块状分布.植被、地形、人为干扰和高异质性的微生境是造成峡谷型喀斯特坡地土壤养分格局差异的主要因素.     

半干旱黄土区成熟柠条林地土壤水分利用及平衡特征

选择半干旱黄土区流域尺度不同地形条件下成熟柠条林作为研究对象,并以荒坡草地作为对照,在2009—2011年生长季节对0—210cm土壤含水量进行连续观测,开展了剖面土壤水分变异、动态平衡及影响因素研究。结果显示:土壤水分平均值:30—130cm对照>北坡>东坡>南坡,150—210cm南坡(上、中坡位)>对照>北坡>东坡,南坡和北坡样地上坡位>中坡位>下坡位。土壤水分的季节变化表现为9月﹥8月﹥7月,5、6、10月份最低;不同地形条件下,柠条林地土壤水分极差值和变异系数并没呈现出规律性变化,在垂直尺度上,柠条林地土壤水分极差值和变异系数曲线在0—50cm表现比较活跃,70—210cm则相对稳定;在连续干旱年份土壤储水量并没有连续的降低和亏缺,在第1个欠水年亏缺比较严重,第2个欠水年盈亏量基本平衡,而第3个欠水年则略有盈余。研究认为:小流域尺度下的地形条件差异造成了土壤水分规律性变化,但在特定植被生长发育状态和剖面尺度下,植被因子将会成为土壤水分动态变化的主控因子。柠条林发育至成熟阶段,土壤水分补偿与消减将会保持平衡状态。土壤水分与植被生长的相互关系一方面表现出一定的时间差,另一方面植被对土壤水分也具有一定的适应性。这是因为土壤含水率高促进植物生长,植物生长势增强会进一步加大对土壤水分的消耗,土壤水分含量不足则会抑制植物生长,植物生长势减弱会进一步降低对土壤水分的消耗。