福 建 农 业 学 报 31(5):497~502,2016 犉 狌 犼 犪 狀 犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳 犃 犵 狉 犮 狌 犾 狌 狉 犪 犾 犛 犮 犲 狀 犮 犲 htp://www.fjnyxb.cn doi:10.19303/j.issn.1008 0384.2016.05.011 彭 扬 建, 甘 磊, 马 蕊, 等. 广 西 桂 林 不 同 植 被 覆 盖 下 土 壤 含 水 量 空 间 变 异 性 研 究 [J]. 福 建 农 业 学 报,2016,31 (5):497-502. PENG Y J,GANL,MAL,etal.SpatialVariabilityofWaterContentinSoilCoveredUnderDiferentVegetationsinGuilin,Guangxi [J]. 犉 狌 犼 犪 狀 犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳 犃 犵 狉 犮 狌 犾 狌 狉 犪 犾 犛 犮 犲 狀 犮 犲,2016,31 (5):497-502. 广 西 桂 林 不 同 植 被 覆 盖 下 土 壤 含 水 量 空 间 变 异 性 研 究 彭 扬 建 1, 甘 磊 1,2,3, 马 蕊 1, 张 静 举 1, 陶 焕 壮 1, 张 中 彬 3 (1. 桂 林 理 工 大 学 广 西 环 境 污 染 控 制 理 论 与 技 术 重 点 实 验 室, 广 西 桂 林 541004; 2. 桂 林 理 工 大 学 广 西 岩 溶 地 区 水 污 染 控 制 与 用 水 安 全 保 障 协 同 创 新 中 心, 广 西 桂 林 541004; 3. 土 壤 与 农 业 可 持 续 发 展 国 家 重 点 实 验 室 / 中 国 科 学 院 南 京 土 壤 研 究 所, 江 苏 南 京 210008) 摘 要 : 以 桂 林 市 农 业 科 学 院 的 大 豆 地 梨 树 地 甘 蔗 地 为 例, 分 析 3 个 试 验 区 土 壤 表 层 0~6cm 土 壤 含 水 量 变 化 规 律 以 及 空 间 分 布 特 征 结 果 表 明 : 降 雨 是 影 响 土 壤 表 层 土 壤 含 水 量 变 化 的 关 键 因 子, 耕 作 方 式 也 在 一 定 程 度 上 影 响 土 壤 含 水 量 变 化, 梨 树 地 土 壤 含 水 量 是 三 者 之 中 最 高, 甘 蔗 地 土 壤 含 水 量 次 之, 大 豆 地 土 壤 含 水 量 最 小 ;3 个 试 验 区 在 3 种 不 同 土 壤 水 分 状 态 下 的 土 壤 含 水 量 空 间 分 布 属 于 中 等 程 度 的 空 间 相 关 性, 受 降 雨 因 素 和 人 为 因 素 共 同 制 约, 在 不 同 条 件 下 他 们 各 自 占 有 的 权 重 不 同 ; 尽 管 不 同 的 植 被 覆 盖 条 件 以 及 人 为 因 素 干 扰 会 影 响 土 壤 含 水 量 空 间 分 布, 但 是 土 壤 含 水 量 较 高 的 区 域 相 对 稳 定, 表 明 土 壤 本 身 具 有 恢 复 其 空 间 分 布 稳 定 性 能 力 关 键 词 : 喀 斯 特 地 区 ; 土 壤 含 水 量 ; 地 统 计 学 ; 空 间 变 异 性 中 图 分 类 号 :S152.7 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1008-0384 (2016)05-497-06 犛 狆 犪 犪 犾 犞 犪 狉 犪 犫 犾 狔 狅 犳 犠 犪 犲 狉 犆 狅 狀 犲 狀 狀 犛 狅 犾 犆 狅 狏 犲 狉 犲 犱 犝 狀 犱 犲 狉 犇 犳 犲 狉 犲 狀 犞 犲 犵 犲 犪 狅 狀 狀 犌 狌 犾 狀, 犌 狌 犪 狀 犵 狓 PENG Yang Jian 1,GANLei 1,2,3,MA Rui 1,ZHANGJing ju 1,TAO Huan zhuang 1,ZHANGZhong bin 3 (1. 犌 狌 犪 狀 犵 狓 犓 犲 狔 犔 犪 犫 狅 狉 犪 狅 狉 狔 狅 犳 犈 狀 狏 狉 狅 狀 犿 犲 狀 犪 犾 犘 狅 犾 狌 狅 狀 犆 狅 狀 狉 狅 犾 犜 犺 犲 狅 狉 狔 犪 狀 犱 犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔, 犌 狌 犾 狀 犝 狀 狏 犲 狉 狔 狅 犳 犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔, 犌 狌 犾 狀, 犌 狌 犪 狀 犵 狓 541004, 犆 犺 狀 犪 ;2. 犌 狌 犪 狀 犵 狓 犆 狅 犾 犪 犫 狅 狉 犪 狏 犲 犐 狀 狅 狏 犪 狅 狀 犆 犲 狀 犲 狉 犳 狅 狉 犠 犪 犲 狉 犘 狅 犾 狌 狅 狀 犆 狅 狀 狉 狅 犾 犪 狀 犱 犠 犪 犲 狉 犛 犪 犳 犲 狔 狀 犓 犪 狉 犃 狉 犲 犪, 犌 狌 犾 狀 犝 狀 狏 犲 狉 狔 狅 犳 犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔, 犌 狌 犾 狀, 犌 狌 犪 狀 犵 狓 541004, 犆 犺 狀 犪 ;3. 犛 犪 犲 犓 犲 狔 犔 犪 犫 狅 犳 犛 狅 犾 犪 狀 犱 犛 狌 犪 狀 犪 犫 犾 犲 犃 犵 狉 犮 狌 犾 狌 狉 犲, 犐 狀 狌 犲 狅 犳 犛 狅 犾 犛 犮 犲 狀 犮 犲, 犖 犪 狀 犼 狀 犵, 犑 犪 狀 犵 狌 210008, 犆 犺 狀 犪 ) 犃 犫 狉 犪 犮 :IntheexperimentationfieldsatGuilinAcademyofAgriculturalSciences,thesoil(0-6cmindepth)on theplot,wheresoybeans,sugarcanes,orpeartrees wasgown,wassampledtostudythevariationandspatial distributionofitswatercontent.theresultsshowedthat(a)rainfalwasthekeyfactorafectingthewatercontent inthesurfacesoil;(b)tilageafectedtheoveralwatercontenttoacertainextent;(c)thewatercontentinthesoil ofthepeartreeplotwasthehighest,folowedbythatofthesugarcanefield,andthesoybeanlothadthelowest watercontentinsoil;(d)thespatialdistributionsofwatercontentintheseareas,whichvariedonmoisturelevels, hadamoderatedegreeofspatialcorrelation;(e)thespatialdistributionsofwatercontentinsoilwereafectedbythe rainfal,andalsohumanfactorsinvaringdegrees;and (f)thevegetationcoveragesandartificialdisturbanceswere factorsinthespatialvariabilityofthewatercontentinthesoils,however,sincethedistributionatlocalitieswith relativelyhigh waterlevels werestable,thesoil mightbeabletomakenecessary adjustments byitself.the informationobtainedcouldbenefitstudiesondroughtpreventionforagriculturallands,irrigationforfarming,and managementforreducingsoilerosioninthekarstregionsintheprovince. 犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 :karstarea;soilwatercontent;geostatistics;spatialvariability 收 稿 日 期 :2016-02-30 初 稿 ;2016-03-15 修 改 稿 作 者 简 介 : 彭 扬 建 (1990-), 男, 硕 士 生, 研 究 方 向 : 农 田 水 土 (E mail:pb719351@163.com) 通 讯 作 者 : 甘 磊 (1983-), 男, 博 士, 研 究 方 向 : 草 原 土 壤 物 理 性 质 及 土 壤 水 热 运 动 模 拟 (E mail:alen_gl2006@163.com) 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (41501230); 广 西 自 然 科 学 基 金 (2014GXNSFBA118098); 广 西 矿 冶 与 环 境 科 学 实 验 中 心 和 广 西 高 等 学 校 高 水 平 创 新 团 队 及 卓 越 学 者 计 划 项 目 (2014 年 )
498 福 建 农 业 学 报 第 31 卷 我 国 西 南 喀 斯 特 地 区 地 质 环 境 背 景 较 为 特 殊, 是 世 界 喀 斯 特 地 貌 集 中 分 布 地 区 之 一, 加 上 不 合 理 的 人 为 开 发 和 利 用 导 致 该 地 区 自 然 生 态 环 境 遭 受 严 [1] 重 破 坏, 水 土 流 失 问 题 十 分 严 重 土 壤 水 分 不 仅 是 研 究 植 物 水 分 胁 迫 进 行 农 作 物 防 旱 抗 旱 的 最 基 [2] 本 因 子, 而 且 能 够 影 响 生 态 系 统 侵 蚀 过 程, 同 时 对 该 地 区 自 然 生 态 系 统 的 恢 复 和 重 建 具 有 重 要 决 定 [3] 作 用 如 何 增 加 土 壤 有 效 含 水 量 和 实 现 水 资 源 合 理 利 用, 是 喀 斯 特 山 区 环 境 治 理 与 消 除 贫 困 的 关 键, 同 时 也 能 够 对 该 地 区 的 农 业 发 展 具 有 重 要 促 进 [4] 作 用 近 年 来, 众 多 国 外 学 者 采 用 地 统 计 学 方 法 对 土 壤 含 水 量 空 间 变 异 性 进 行 了 大 量 研 究 并 已 取 得 了 比 [5-7] [8] 较 良 好 的 效 果 张 笑 楠 等 通 过 对 桂 西 北 喀 斯 特 峰 从 洼 地 坡 面 土 壤 水 分 的 均 值 和 空 间 异 质 性 进 行 全 面 研 究, 发 现 二 者 随 时 间 ( 降 雨 ) 表 现 出 一 定 的 规 律, 同 时 指 出 不 同 的 土 地 利 用 方 式 对 土 壤 水 分 的 [9] 空 间 异 质 性 具 有 显 著 影 响 Greenholtz 等 利 用 地 统 计 学 方 法 研 究 田 间 条 件 下 土 壤 水 分 的 空 间 变 异, 结 果 发 现 应 用 地 统 计 学 中 的 指 数 模 型 时 能 得 到 更 好 [10] 的 效 果 刘 贤 赵 等 选 取 渭 北 塬 区 苹 果 基 地 中 苹 果 地 中 产 农 田 以 及 苜 蓿 地 等 3 种 主 要 土 地 利 用 类 型 为 试 验 对 象, 运 用 地 统 计 学 方 法 对 不 同 层 次 下 土 壤 水 分 的 空 间 变 异 性 进 行 深 入 研 究, 结 果 表 明 土 壤 水 [11] 分 具 有 明 显 的 空 间 变 异 特 性 吕 军 等 利 用 该 方 法 对 水 稻 土 壤 物 理 性 质 的 田 间 变 异 进 行 观 测 和 分 析, 发 现 其 空 间 变 异 主 要 由 微 团 聚 体 有 机 质 粉 粒 的 直 接 作 用 及 黏 粒 通 过 微 团 聚 体 的 间 接 作 用 共 同 影 响 广 西 桂 林 地 区 每 年 11 月 到 次 年 的 3 月 雨 量 比 较 少 和 土 壤 先 天 不 足 的 水 利 条 件, 加 剧 了 该 地 区 作 物 需 水 问 题 的 严 重 性 因 此 研 究 该 地 区 不 同 植 被 覆 盖 条 件 下 土 壤 含 水 量 的 时 空 变 异, 不 仅 可 以 为 本 地 区 合 理 农 业 用 水 提 供 理 论 基 础, 同 时 对 于 该 地 区 农 业 健 康 发 展 以 及 喀 斯 特 退 化 生 态 系 统 的 恢 复 重 建 具 有 十 分 重 要 的 现 实 指 导 意 义 1 材 料 与 方 法 1 1 试 验 区 概 况 试 验 区 位 于 广 西 桂 林 市 农 业 科 学 院 管 理 的 区 域 (25 4 N,109 44 E) 试 验 区 平 均 海 拔 约 为 160m, 多 年 平 均 温 度 为 19, 属 于 亚 热 带 湿 润 季 风 气 候, 降 雨 丰 沛, 年 降 水 量 在 1949.5 mm 左 右, 但 是 由 于 季 风 交 替 影 响, 降 雨 量 的 季 节 分 配 不 均, 干 湿 季 节 分 明, 其 中 60%~80% 的 降 水 发 生 在 每 年 的 4~ 8 月 本 次 试 验 选 取 3 种 不 同 植 被 覆 盖 条 件 下 的 种 植 区 为 次 级 试 验 区, 依 次 是 大 豆 种 植 区 梨 树 种 植 区 以 及 甘 蔗 种 植 区 在 每 一 个 试 验 区, 利 用 GPS 进 行 测 量 点 定 位, 并 建 立 1 个 栅 格 研 究 区 每 个 试 验 区 都 由 1 个 长 135 m, 宽 105 m 的 空 间 区 域 构 成, 其 中 每 隔 15m 建 立 1 个 测 量 点, 得 到 80 个 测 量 点, 并 在 这 些 测 量 点 中 间 再 建 立 20 个 次 级 测 量 点, 共 计 100 个 测 量 点 1 2 数 据 测 定 与 处 理 本 次 试 验 于 2014 年 9 月 至 2015 年 3 月 期 间 进 行 在 试 验 开 始 前, 均 利 用 环 刀 采 集 3 个 试 验 区 的 土 壤 土 样, 并 带 回 实 验 室 进 行 分 析 土 壤 机 械 组 成 容 重 总 孔 隙 度 和 土 壤 有 机 质 等 基 本 性 质 其 中 土 壤 机 械 组 成 的 测 定 是 先 将 试 样 经 处 理 制 成 悬 浮 液, 根 据 司 笃 克 斯 定 律, 用 特 制 的 甲 种 土 壤 比 重 计 于 不 同 时 间 测 定 悬 液 密 度 的 变 化, 并 根 据 沉 降 时 间 沉 降 深 度 及 比 重 计 读 数 计 算 出 土 粒 粒 径 大 小 及 其 含 质 量 百 分 数 土 壤 容 重 和 总 孔 隙 度 的 测 定 是 通 过 最 常 用 的 环 刀 法, 方 法 简 便, 并 重 复 测 定 多 次 土 壤 有 机 质 的 测 定 是 在 加 热 条 件 下, 用 过 量 的 重 铬 酸 钾 硫 酸 溶 液 氧 化 土 壤 有 机 碳, 多 余 的 重 铬 酸 钾 用 硫 酸 亚 铁 标 准 溶 液 滴 定, 由 消 耗 的 重 铬 酸 钾 量 按 氧 化 校 正 系 数 计 算 出 有 机 碳 量, 再 乘 以 常 数 1.724, 即 为 土 壤 有 机 质 含 量 土 壤 体 积 含 水 量 (0~6cm) 通 过 手 持 土 壤 水 分 测 定 仪 (HH2 Delta T Devices MoistureMeter, 英 国 Delta 公 司 ) 测 定, 每 周 测 定 2 次, 每 次 测 定 均 是 在 1d 内 完 成 所 有 测 量 得 到 的 土 壤 含 水 量 数 据 首 先 利 用 SPSS20 (SPSS Inc.,USA) 进 行 基 本 统 计 描 述 土 壤 含 水 量 地 统 计 分 析 利 用 半 方 差 分 析 方 法 半 方 差 分 析 中 半 方 差 [12] 函 数 狉 ( 犺 ) 的 具 体 表 达 式 为 : 狉 ( 犺 )= 1 2 犖 ( 犺 ) { 犖 ( 犺 ) [ 狓 + 犺 )- 犣 ( 狓 )] 2 } (1) =1 式 中, 狉 ( 犺 ) 为 间 距 为 犺 的 半 方 差 ; 犖 ( 犺 ) 是 间 距 为 犺 时 的 样 点 对 数 ; 犣 ( 狓 i) 是 样 点 犣 在 位 置 狓 实 测 值 ; 犣 ( 狓 + 犺 ) 是 与 狓 间 距 为 犺 的 样 点 实 测 值 本 文 选 取 半 方 差 模 型 中 的 指 数 模 型 进 行 地 统 计 分 析 ArcGis9.3 (ESRI,USA) 主 要 用 于 对 土 壤 含 水 量 进 行 地 统 计 分 析 以 及 生 成 其 在 3 个 试 验 区 的 空 间 分 布 图 2 结 果 与 分 析 2 1 土 壤 基 本 属 性 对 3 个 试 验 区 的 土 样 进 行 取 样 分 析, 得 到 相 关 的 土 壤 机 械 组 成 容 重 总 孔 隙 度 和 有 机 质 的 基 本 情 况, 见 表 1
第 5 期 彭 扬 建 等 : 广 西 桂 林 不 同 植 被 覆 盖 下 土 壤 含 水 量 空 间 变 异 性 研 究 499 表 1 3 个 试 验 区 土 壤 机 械 组 成 容 重 总 孔 隙 度 和 和 有 机 质 犜 犪 犫 犾 犲 1 犕 犲 犮 犺 犪 狀 犮 犪 犾 犮 狅 犿 狆 狅 狅 狀, 犫 狌 犾 犽 犱 犲 狀 狔, 狅 犪 犾 狆 狅 狉 狅 狔, 试 验 区 犪 狀 犱 狅 狉 犵 犪 狀 犮 犿 犪 犲 狉 狀 狅 犾 犪 3 犲 狀 犵 狆 犾 狅 砂 粒 粉 粒 黏 粒 容 重 / 总 孔 隙 (g cm -3 ) 度 土 壤 有 机 质 /(g kg -1 ) 大 豆 地 37.11 25.68 37.21 1.38 45.17 11.41 梨 树 地 41.99 20.92 37.09 1.27 45.84 15.29 甘 蔗 地 35.67 26.28 38.05 1.29 47.78 13.36 从 表 1 可 以 看 到,3 个 试 验 区 的 土 壤 属 性 情 况 明 显 有 差 异 梨 树 地 的 砂 粒 相 对 于 甘 蔗 地 和 大 豆 地 明 显 偏 高, 甘 蔗 地 的 砂 粒 含 量 最 小 ; 甘 蔗 地 的 粉 粒 最 高, 大 豆 低 居 中, 梨 树 地 最 低 ; 甘 蔗 地 的 黏 粒 含 量 也 是 最 高, 甘 蔗 地 和 大 豆 地 的 表 现 相 当 从 容 重 方 面 看, 甘 蔗 地 和 梨 树 地 差 别 不 大, 大 豆 地 明 显 有 差 别, 属 于 三 者 之 中 最 高 ; 从 总 孔 隙 度 方 面 看, 梨 树 地 和 大 豆 地 比 较 接 近, 甘 蔗 地 的 总 孔 隙 度 明 显 最 大 ; 从 土 壤 有 机 质 方 面 看, 梨 树 地 的 有 机 质 含 量 最 高, 甘 蔗 地 处 于 中 等 水 平, 大 豆 地 则 是 最 低 2 2 土 壤 含 水 量 统 计 特 征 值 从 3 个 试 验 区 的 土 壤 含 水 量 的 基 本 统 计 描 述 ( 表 2) 中 可 以 明 显 看 出 随 着 土 壤 湿 度 的 增 加,3 个 试 验 区 的 土 壤 含 水 量 均 值 总 体 上 都 呈 现 升 高 的 趋 势, 说 明 降 水 对 土 壤 表 层 的 土 壤 含 水 量 变 化 具 有 决 [13] 定 作 用 邓 文 君 等 以 中 国 南 方 地 区 10cm 表 层 的 土 壤 含 水 量 资 料 和 降 水 资 料 为 基 础, 并 进 行 相 关 性 分 析, 结 果 表 明 土 壤 含 水 量 度 与 降 水 之 间 关 系 紧 密, 二 者 成 正 相 关 关 系 表 2 土 壤 含 水 量 在 3 种 土 壤 水 分 状 态 下 的 统 计 描 述 犜 犪 犫 犾 犲 2 犇 犲 犮 狉 狆 狏 犲 犪 犮 狅 狀 狑 犪 犲 狉 犮 狅 狀 犲 狀 狀 狅 犾 狅 犳 3 犿 狅 狌 狉 犲 犾 犲 狏 犲 犾 水 分 状 态 试 验 区 最 小 值 / (cm 3 cm -3 ) 最 大 值 / (cm 3 cm -3 ) 平 均 值 / (cm 3 cm -3 ) 标 准 误 差 偏 度 峰 度 干 旱 状 态 大 豆 地 0.002 0.065 0.033 0.15-0.05-0.28 梨 树 地 0.027 0.177 0.073 0.28 1.04 3.21 甘 蔗 地 0.013 0.105 0.059 0.22-0.02-0.09 中 等 状 态 大 豆 地 0.001 0.265 0.129 0.58-0.57 0.38 梨 树 地 0.064 0.360 0.226 0.75-0.46-0.23 甘 蔗 地 0.083 0.301 0.192 0.53-0.18-0.40 湿 润 状 态 大 豆 地 0.152 0.358 0.198 0.37 1.84 6.41 梨 树 地 0.176 0.456 0.330 0.73-0.50-0.32 甘 蔗 地 0.093 0.384 0.265 0.61-0.29 0.39 同 时 发 现 3 个 试 验 区 在 不 同 的 土 壤 水 分 状 态 下 土 壤 含 水 量 均 值 的 变 化 均 表 现 为 : 梨 树 地 > 甘 蔗 地 [14] > 大 豆 地 程 星 等 选 取 喀 斯 特 地 区 的 林 地 草 坡 灌 丛 等 为 研 究 对 象, 结 果 表 明 土 壤 含 水 量 的 高 低 与 植 被 的 覆 盖 程 度 以 及 植 被 类 型 紧 密 相 关, 林 地 由 于 覆 盖 物 较 多 致 使 土 壤 含 水 量 明 显 比 灌 丛 和 草 坡 高 梨 树 地 土 壤 表 面 覆 盖 物 较 多, 对 土 壤 水 分 具 有 一 定 的 保 护 作 用, 使 土 壤 蒸 发 也 相 对 较 少, 在 一 定 程 度 上 使 梨 树 地 的 土 壤 含 水 量 相 对 较 高 而 大 豆 地 由 于 裸 露 的 土 壤 部 分 较 多, 土 壤 直 接 被 太 阳 照 射, 土 壤 蒸 发 也 相 应 比 较 大, 在 一 定 程 度 上 使 其 土 壤 含 水 量 较 小 而 甘 蔗 地 虽 然 其 土 壤 裸 露 表 面 也 较 大, 但 土 壤 含 水 量 却 介 于 梨 树 地 和 大 豆 地 之 间, 主 要 是 因 为 其 垄 沟 耕 作 方 式, 使 得 部 分 降 水 在 垄 沟 中 得 以 积 累, 并 不 断 从 垄 沟 两 侧 渗 入 土 壤, 从 而 在 一 定 程 [15] 度 上 增 大 其 土 壤 含 水 量 [16] 此 外, 单 秀 枝 等 研 究 发 现 在 土 壤 有 机 质 含 量 较 高 的 情 况 下, 土 壤 含 水 量 也 相 应 较 高, 一 方 面 是 因 为 有 机 质 改 善 了 土 壤 结 构, 使 土 壤 孔 隙 度 增 加 ; 另 一 方 面 改 变 了 土 壤 的 胶 体 状 况, 增 强 了 土 壤 对 水 分 的 吸 附 作 用 在 这 两 方 面 的 共 同 作 用 下, 能 够 有 效 地 保 持 土 壤 水 分, 使 土 壤 含 水 量 相 应 较 高 根 据 上 述 3 个 试 验 区 土 壤 属 性 的 研 究 发 现, 梨 树 地 的 有 机 质 含 量 最 高, 甘 蔗 地 居 中, 大 豆 地 最 低 由 于 梨 树 地 的 土 壤 有 机 质 含 量 最 高, 其 土 壤 含 水 量 也 在 一 定 程 度 相 对 另 外 2 个 试 验 区 更 高 2 3 土 壤 含 水 量 空 间 变 异 分 析 表 3 为 3 个 试 验 区 在 3 种 土 壤 水 分 状 态 下 土 壤 含 水 量 的 地 统 计 分 析 结 果 总 体 而 言,3 个 试 验 区 在 土 壤 不 同 水 分 状 态 下 的 结 构 方 差 与 基 台 值 之 比 [C/ (C 0 +C)] 为 25.7% ~69.3%, 属 于 中 等 程 [12] 度 的 空 间 相 关 性 在 空 间 变 异 研 究 中, 主 要 包 含 由 试 验 取 样 尺 度 上 施 肥 除 草 田 间 管 理 等 随 机 因 素 引 起 的 变 异, 以 及 由 土 壤 基 本 属 性 地 形 条
500 福 建 农 业 学 报 第 31 卷 件 气 候 变 化 等 非 人 为 的 结 构 因 素 引 起 的 变 异 李 [18] 立 等 基 于 地 统 计 学 方 法 研 究 了 宝 鸡 峡 灌 区 3 种 主 要 作 物 多 年 平 均 需 水 量 的 空 间 变 异 性, 分 析 发 现 块 金 值 / 基 台 值 是 57.42%, 明 显 是 属 于 具 有 中 等 程 度 的 空 间 相 关 性, 其 空 间 变 异 受 结 构 性 因 素 和 随 机 性 因 素 共 同 制 约 表 3 土 壤 含 水 量 在 3 种 土 壤 湿 度 状 态 下 的 地 统 计 分 析 结 果 犜 犪 犫 犾 犲 3 犛 狆 犪 犪 犾 犱 狉 犫 狌 狅 狀 狅 犳 狑 犪 犲 狉 犮 狅 狀 犲 狀 狀 狅 犾 狅 犳 3 犿 狅 狌 狉 犲 犾 犲 狏 犲 犾 水 分 状 态 试 验 区 最 大 相 关 距 离 /m 块 金 方 差 C0 结 构 方 差 C 基 台 值 (C0+C) C/(C0+C) 干 旱 状 态 大 豆 地 163.966 1.2112 1.0041 2.2153 45.3 梨 树 地 53.5626 4.6222 1.9634 6.5856 29.8 甘 蔗 地 140.875 2.3905 2.0433 4.4338 46.1 中 等 状 态 大 豆 地 124.778 15.328 16.83 32.158 52.3 梨 树 地 99.876 17.441 39.441 56.882 69.3 甘 蔗 地 143.787 10.983 17.084 28.067 60.1 湿 润 状 态 大 豆 地 161.879 6.0729 6.8638 12.9367 53.1 梨 树 地 134.985 30.515 17.484 47.999 36.4 甘 蔗 地 176.245 23.925 8.2625 32.1875 25.7 在 干 旱 状 态 下, 大 豆 地 梨 树 地 和 甘 蔗 地 三 者 的 结 构 方 差 与 基 台 值 之 比 介 于 29.8% ~46.1%, 明 显 是 块 金 方 差 较 大, 说 明 随 机 因 素 引 起 的 变 异 占 主 导 作 用, 分 析 其 中 的 原 因 是 在 干 旱 状 态 下,3 个 试 验 区 进 行 施 肥 灌 溉 除 草 等 田 间 管 理 措 施, 由 于 人 为 因 素 的 影 响 过 多, 随 机 性 因 素 对 空 间 变 异 影 响 占 主 要 地 位 在 中 等 状 态 下, 此 时 大 豆 地 梨 树 地 和 甘 蔗 地 三 者 的 结 构 方 差 与 基 台 值 之 比 介 于 52.3%~69.3%, 气 候 湿 润 产 生 的 降 雨 落 到 土 壤 表 层, 对 其 土 壤 含 水 量 产 生 影 响, 土 壤 含 水 量 相 应 升 高, 三 者 都 是 结 构 性 因 素 中 的 降 雨 因 素 占 主 要 地 位 在 湿 润 状 态 下, 可 以 看 到 此 时 3 个 试 验 区 的 结 构 方 差 与 基 台 值 之 比 明 显 有 差 异, 大 豆 地 的 比 值 是 53.1%, 而 梨 树 地 和 甘 蔗 地 分 别 为 36.7% 和 25.7% 大 豆 地 结 构 性 因 素 中 的 气 候 因 素 不 容 忽 视, 降 水 在 一 定 的 程 度 上 对 土 壤 含 水 量 的 空 间 变 异 性 产 生 影 响 ; 梨 树 地 和 甘 蔗 地 明 显 是 块 金 方 差 占 主 要 地 位, 原 因 是 梨 子 地 和 甘 蔗 地 进 行 土 地 的 除 草 作 物 收 割 以 及 土 地 的 翻 耕, 人 为 因 素 的 随 机 影 响 较 [19] 为 明 显 徐 英 等 为 了 研 究 河 套 灌 区 一 农 田 的 水 分 变 异, 利 用 地 统 计 学 方 法 对 比 分 析 了 2 个 时 期 ( 秋 浇 前 和 夏 灌 前 ) 土 壤 水 分 的 空 间 变 异 性 结 果 表 明 秋 浇 前 土 壤 水 分 由 随 机 因 素 引 起 的 变 异 占 总 变 异 的 比 例 减 小, 此 时 气 候 因 素 产 生 的 变 异 占 主 要 地 位 2 4 土 壤 含 水 量 的 空 间 分 布 利 用 克 里 格 插 值 方 法 对 土 壤 含 水 量 进 行 地 统 计 分 析, 并 得 到 3 个 试 验 区 在 3 种 不 同 土 壤 水 分 状 态 下 的 土 壤 含 水 量 空 间 分 布 图 分 布 图 中 颜 色 的 深 浅 直 接 代 表 土 层 土 壤 含 水 量 的 高 低 情 况, 每 幅 图 土 壤 含 水 量 的 变 化 都 有 各 自 的 变 化 阈 值, 具 体 见 图 1 从 图 1 中 可 以 看 出 3 个 试 验 区 从 湿 润 状 态 到 干 旱 状 态 土 壤 含 水 量 的 空 间 分 布 都 有 一 个 比 较 清 晰 的 变 化 过 程 图 1 中 的 a b c 分 别 代 表 大 豆 地 在 3 种 土 壤 水 分 状 态 下 的 土 壤 含 水 量 空 间 分 布 在 湿 润 状 态 下, 土 壤 含 水 量 的 高 阈 值 区 出 现 在 东 南 角, 如 图 1 a 所 示 由 于 大 豆 地 土 层 裸 露 较 多, 经 过 一 段 时 间 太 阳 照 射, 处 于 中 等 状 态 下 的 土 壤 含 水 量 的 分 布 出 现 一 定 程 度 的 变 化, 但 是 从 图 中 可 以 看 出 土 壤 含 水 量 的 高 阈 值 区 依 旧 分 布 在 图 中 的 东 南 角 ( 图 1 b) 最 后 当 达 到 干 旱 状 态 时, 在 图 1 c 中 其 土 壤 含 水 量 高 阈 值 却 处 于 东 北 角, 空 间 变 化 相 对 较 大 主 要 是 因 为 大 豆 地 平 时 需 要 经 常 进 行 锄 草 施 肥 等 田 间 管 理 人 为 践 踏 作 用 使 土 壤 压 实, 受 人 为 因 素 影 响 过 多, 在 一 定 程 度 上 影 响 土 壤 含 水 量 的 空 间 分 [20] 布 王 家 文 等 以 中 国 西 南 喀 斯 特 区 的 特 殊 自 然 环 境 和 现 有 研 究 成 果 为 基 础, 总 结 了 喀 斯 特 地 区 土 壤 水 分 的 主 要 影 响 因 素 以 及 影 响 机 制, 发 现 人 类 活 动 在 一 定 程 度 上 能 够 对 土 壤 含 水 量 的 空 间 变 异 性 产 生 显 著 影 响 可 以 看 到 大 豆 地 在 不 同 土 壤 水 分 状 态 下 土 壤 含 水 量 的 空 间 变 化 情 况 虽 然 有 差 异, 但 是 靠 近 试 验 区 东 侧 的 土 壤 含 水 量 始 终 明 显 较 高 图 1 d~f 分 别 代 表 梨 树 地 在 3 种 土 壤 水 分 状 态 下 的 土 壤 含 水 量 空 间 分 布 在 图 1 d 中, 降 水 发 生 后 在 湿 润 状 态 下, 土 壤 含 水 量 较 高 的 区 域 出 现 在 东 侧 以 及 中 部 区 域 在 中 等 状 态 下, 梨 树 地 土 壤 有 机 质 含 量 较 高 地 表 杂 草 较 多 以 及 梨 子 地 的 根 系 分
第５期 彭扬建等 广西桂林不同植被覆盖下土壤含水量空间变异性研究 ５０１ 布不均匀 共同导致 分 布 图 东 北 侧 和 靠 近 西 侧 中 部 干 旱 状 态 下 分 布 图 的 变 化 明 显 增 大 但 是 在 图 １ ｆ 颜色较深 如图 １ ｅ所示 表示此区 域 的 土 壤 含 水 量 中的中部区域依旧颜色较深 其余地方颜色较浅 说 相对较高 经过太 阳 辐 射 以 及 梨 树 的 散 发 作 用 在 明梨树地中部区域的土壤含水量依旧相对较高 图 １ ３ 种土壤水分状态下的土壤含水量空间分布 犉 １ 犌犲 狅 犪 犮 狅狀狑犪 犲 狉犮 狅狀 犲狀 狀 狅 犾 狅 犳３犿狅 狌 狉 犲犾 犲 狏 犲 犾 犵 图 １ 中的 ｇ ｈ ｉ部分分别代表 甘蔗地 在 ３ 种 土壤水分状态下 的 土 壤 含 水 量 空 间 分 布 如 图 １ ｇ 被风吹倒影响甘蔗产量 需要对相邻的甘蔗进行捆 所示 在湿润状态下 颜色较深的区域不仅分布较 化 经过太阳辐射以及土壤蒸发 土壤含水量的变 为平均 而且分布范围较广 此时是试验区东侧和 化引起相应的空 间 变 异 但 在 图 １ ｉ中 此 时 东 侧 的 中部的土壤含水量较高 甘蔗地为了让水分可在降 土壤含水量依旧相对较高 雨过后再入渗到土壤中增加土壤含水量 田间人为 绑 导致甘 蔗 地 的 叶 片 对 土 壤 表 层 的 覆 盖 产 生 变 总体而言 ３ 个试验区在 不 同 土 壤 水 分 状 态 下 挖掘的垄沟较 多 导 致 空 间 分 布 图 １ ｈ 变 化 显 著 土壤含水量的空间变化情况虽然有差异 但是土壤 可以看到此时是东南角的土壤含水量较高 最后在 含水量相对较高的区域比较稳定 说明土壤本身具 干旱状态下 甘蔗生长到了一定高度后 为了防止 有恢复其空间分布稳定性的能力
502 福 建 农 业 学 报 第 31 卷 3 讨 论 与 结 论 以 桂 林 市 农 业 科 学 院 中 的 大 豆 地 梨 树 地 甘 蔗 地 土 壤 表 层 的 土 壤 含 水 量 为 研 究 对 象, 利 用 地 统 计 学 中 的 半 方 差 函 数 和 克 里 格 插 值 方 法 为 研 究 工 具, 全 面 分 析 和 探 讨 喀 斯 特 地 区 不 同 植 被 覆 盖 条 件 下 土 壤 含 水 量 的 空 间 变 异 性, 试 验 结 果 表 明 : (1) 在 3 个 试 验 区, 降 水 因 素 对 土 壤 含 水 量 的 变 化 具 有 决 定 作 用 此 外, 不 同 的 植 被 覆 盖 情 况 土 壤 有 机 质 含 量 以 及 耕 作 方 式 在 一 定 程 度 上 也 能 影 响 土 壤 含 水 量 梨 树 地 因 植 被 覆 盖 程 度 和 有 机 质 含 量 都 较 大 而 使 土 壤 含 水 量 最 大, 甘 蔗 地 因 垄 沟 种 植 使 其 土 壤 含 水 量 处 于 中 等 水 平, 大 豆 地 因 地 表 裸 露 较 多 蒸 发 作 用 较 强 导 致 土 壤 含 水 量 最 小 (2)3 个 试 验 区 在 3 种 不 同 土 壤 水 分 状 态 下 的 土 壤 含 水 量 空 间 分 布 属 于 中 等 程 度 的 空 间 相 关 性, 土 壤 含 水 量 的 空 间 变 异 受 结 构 因 素 和 随 机 因 素 共 同 制 约, 主 要 包 含 降 雨 因 素 以 及 耕 作 措 施 田 间 管 理 等 人 为 因 素 (3) 尽 管 不 同 的 植 被 覆 盖 条 件 以 及 人 为 因 素 干 扰 会 影 响 土 壤 含 水 量 的 空 间 分 布, 导 致 在 不 同 状 态 下 土 壤 含 水 量 的 空 间 分 布 情 况 变 化 显 著, 但 是 总 体 上 存 在 土 壤 含 水 量 较 高 的 区 域 相 对 稳 定, 大 豆 地 和 甘 蔗 地 的 土 壤 含 水 量 在 靠 近 试 验 区 东 侧 区 域 始 终 相 对 较 高, 梨 树 地 的 土 壤 含 水 量 则 是 在 试 验 区 中 部 区 域 相 对 较 高 说 明 土 壤 本 身 具 有 一 定 的 恢 复 其 空 间 分 布 的 能 力 鉴 于 喀 斯 特 地 区 土 壤 水 分 变 异 的 复 杂 性, 在 生 态 环 境 极 度 脆 弱 的 喀 斯 特 地 区 土 壤 水 分 空 间 变 异 研 究 中, 有 必 要 进 一 步 开 展 典 型 旱 季 和 雨 季 时 期 土 壤 水 分 空 间 分 布 及 其 影 响 因 素 的 差 异 研 究, 此 外 应 考 虑 该 地 区 较 为 特 殊 的 土 地 利 用 方 式 和 地 形 地 貌 特 征, 并 且 与 当 地 的 石 漠 化 和 水 土 流 失 治 理 以 及 地 区 植 被 恢 复 等 生 态 过 程 结 合 起 来, 最 终 为 喀 斯 特 退 化 生 态 系 统 的 恢 复 重 建 提 供 理 论 和 方 法 指 导 参 考 文 献 : [1] 赵 跃 龙. 中 国 脆 弱 生 态 环 境 类 型 分 布 及 其 综 合 整 治 [M]. 北 京 : 中 国 环 境 科 学 出 版 社,1999:1-11. [2]GAN L,PENG X H,PETH S,etal.Efectsofgrazing intensityonsoilthermalpropertiesandheatfluxunderleymus chinensisandstipagrandisvegetationininnermongolia,china [J].Soil& TilageResearch,2012,118:147-158. [3] 陈 洪 松, 邵 明 安. 黄 土 区 坡 地 土 壤 水 分 运 动 与 转 化 机 理 研 究 进 展 [J]. 水 科 学 进 展,2003,14 (4):513-520. [4] 李 阳 兵, 邵 景 安, 王 世 杰, 等. 岩 溶 生 态 系 统 脆 弱 性 研 究 [J]. 地 理 科 学 进 展,2006,25 (5):1-9. [5]ANDREW W W,CUNTER B,RODGER B G.Geostatistical characterisation of soil moisture patens in Tarrawarra catchment[j].journalofhydrology,1998,(205):20-37. [6]JOSE A A,YONG W.Fine scalespatialvariabilityofphysical andbiologicalsoilpropertiesin Kingston,RhodeIsland [J]. Geoderma,2000,(98):83-94. [7]MALLARINO A P. Paterns of spatial variability for phosphorusandpotassiuminno tiledsoilsfortwosampling scales [J].SoilSciSocAmJ,1996,60:1473-1481. [8] 张 笑 楠, 王 克 林, 张 伟, 等. 桂 西 北 喀 斯 特 峰 丛 洼 地 坡 面 土 地 利 用 对 土 壤 水 分 的 影 响 [J]. 土 壤 通 报,2009,4(6):1250-1254. [9]GREENHOLTZD E,JIM YEH T C,NASH M SB,etal. Geostatisticalanalysisofsoilhydrologicpropertiesinafieldplot [J].JContam Hydrol,1988,(3):227-250. [10] 刘 贤 赵, 李 涛. 渭 北 旱 塬 苹 果 基 地 土 壤 水 分 空 间 变 异 性 研 究 [J]. 农 业 工 程 学 报,2005,2 (21).33-38. [11] 吕 军, 俞 劲 炎. 水 稻 土 物 理 性 质 空 间 变 异 性 研 究 [J]. 土 壤 学 报,1990,27 (1):8-16. [12]CAMBARDELLACA,MOORMAN TB,PARKIN TB,et al.fieldscalevariabilityofsoilpropertiesin CentralIowa soils [J].SoilSci.SocAmJ,1994,58:1501-1511. [13] 邓 文 君, 王 蓉, 王 磊, 等. 中 国 南 方 地 区 10cm 土 壤 湿 度 分 析 [J]. 广 东 气 象,2011,33 (6):51-53. [14] 程 星, 於 芳. 喀 斯 特 土 壤 水 分 变 化 研 究 [J]. 地 球 与 环 境, 2005,(33),139-143. [15] 韦 本 辉, 甘 秀 芹, 申 章 佑, 等. 粉 垄 栽 培 甘 蔗 试 验 增 产 效 果 [J]. 中 国 农 业 科 学,2011,4 (21):4544-4550. [16]SHAN XZ,WEIY Q,YAN HJ,etal.Influenceoforganic matercontentonsoilhydrodynamicparameters [J].Acta PedologicaSinica,1998,35,1-9. [17] 宋 亚 新, 张 发 旺, 荆 恩 春, 等. 农 田 大 尺 度 土 壤 水 空 间 变 异 试 验 研 究 [J]. 水 文 地 质 工 程 地 质,2008,(2):99-103. [18] 李 立, 魏 晓 妹, 韩 业 珍. 基 于 地 统 计 学 的 作 物 需 水 量 空 间 变 异 性 分 析 [J]. 水 土 保 持 研 究,2010,17 (1):239-242. [19] 徐 英, 陈 亚 新, 周 明 耀. 不 同 时 期 农 田 土 壤 水 分 和 盐 分 的 空 间 变 异 性 分 析 [J]. 灌 溉 排 水 学 报,2005,24 (3):30-34. [20] 王 家 文, 周 跃, 肖 本 秀, 等. 中 国 西 南 喀 斯 特 土 壤 水 分 特 征 研 究 进 展 [J]. 中 国 水 土 保 持,2013,(2):37-41. ( 责 任 编 辑 : 黄 爱 萍 )