亚高山草甸土壤呼吸的空间异质性研究

运用传统和地统计学的方法,对山西云顶山亚高山草甸的土壤呼吸、土壤温度、土壤水分和土壤有机碳的空间异质性以及它们的关系进行了分析.传统统计分析表明,土壤呼吸及环境因子均呈正态分布,变异系数在12%~24%之间,属于中等变异;土壤呼吸和土壤有机碳的相关系数(r=0.61)大于和温度(r=0.27)、水分(r=0.26)的相关系数,表明土壤有机碳对土壤呼吸空间分布的影响要远大于土壤温度和水分的影响.地统计学分析结果表明,线性模型能很好地反映土壤呼吸以及环境因子的空间结构特征.土壤呼吸、土壤温度、土壤水分及土壤有机碳的C0/(C0+C)值分别为41%、3%、77%、57%,表明土壤温度具有高度的空间自相关性,土壤呼吸和土壤有机碳具有中等程度的空间自相关性,土壤水分表现出较弱的空间自相关性,结构因素对土壤温度和土壤呼吸的空间分布起着主导作用,而随机因素对土壤水分和土壤有机碳的空间变异则起着主导作用;土壤呼吸、温度和水分的变程均为53.2 m,有机碳的变程为52.1 m;土壤呼吸和土壤温度具有较好的分形特征,存在尺度上的依赖性.分维数从大到小依次为:土壤水分(1.96)>土壤有机碳(1.95)>土壤呼吸(1.85)>土壤温度(1.60),表明土壤水分依赖于尺度的变异最小,空间分布结构最复杂,而土壤温度的空间分布格局最简单;土壤呼吸的空间分布表现出与土壤水分和有机碳相似的特点,并表现出自己的规律性.随着置信水平和估计精度的降低,土壤呼吸及其影响因子所要求的采样数量均出现较大幅度的下降.     

山西高原落叶松人工林土壤呼吸的空间异质性

基于对华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林样地3个取样尺度(4、2、1 m)土壤呼吸(Rs)及其影响因子的观测,运用传统和地统计学的方法分析了Rs的空间变异性及其与影响因子之间的内在联系.传统统计分析表明:Rs及其它相关因子的空间变异均属于中等变异;Rs与10 cm、15 cm深度的土壤温度(T10、T15)和全氮(N)呈极显著正相关(P0.01),与凋落物含水量(Lm)呈显著正相关(P0.05),与碳/氮比(C/N)呈显著负相关(P0.01),与5 cm深度的土壤温度(T5)、土壤水分(Ws)、凋落物量(Lw)和全碳(C)相关性不显著(P0.05);多元逐步回归分析表明:Lm、T10、N和Ws这4个因子能解释土壤呼吸空间变化的36%.地统计学分析表明:Rs具有中等程度的空间自相关性,随机部分引起的空间异质性占39.5%,结构因素占60.5%,气候、地形、土壤等结构因素起着主导作用;不同土壤指标的变程不相同,Rs和T10的变程差异不大,在25 m左右;土壤各指标的分维数大小依次为:Lw(1.95)=C/N比(1.95)N(1.91)C(1.89)Rs(1.78)Lm(1.77)Ws(1.69)T10(1.42).Rs的空间分布模式与T10、Lm、C和N的空间分布模式较为一致,而与Ws、C/N比的空间分布模式不同;在同一置信水平和估计精度下,不同土壤指标的必要采样数量不相同,取决于该指标的空间变异程度.     

北京市大兴区土壤重金属含量的空间分布特征

在面积为1039km2的北京市大兴区布设了70个取样点,测定了其表层土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni、As、Se、Hg和Co的含量.统计结果表明,除As和Se外,其它重金属平均含量均高于其背景含量.只有个别地方Cd的含量超过了国家二级标准限值,而其余重金属含量均没有超过其二级标准.通过半方差函数分析,发现10种重金属元素在一定范围内均存在空间相关性.采用Kriging最优内插法得到了表层土壤重金属含量的空间分布图,发现土壤重金属含量与土壤质地和有机质含量关系密切.目前大兴区土壤重金属的主要来源是污灌,特别是来自凉水河、新凤河和凤河的污水,应重点对这些河流周围的排污企业进行治理,严格执行达标排放.     

森林类型对土壤表层有机碳空间异质性的影响

对西南山地阔叶林区的天然阔叶混交林、天然次生林和人工柳杉林的土壤表层有机碳（SSOC）进行了测定,并用地统计学理论构建了3种亚热带森林生态系统在小尺度上的SSOC半方差理论模型。结果表明,不同森林生态系统间SSOC含量差异性显著,表现为天然阔叶混交林>天然次生林>人工柳杉林,SSOC含量与土壤含水率、容重、孔隙度和有机质相关性显著;天然阔叶混交林的SSOC空间相关性最强,次生林次之,人工林较弱;天然阔叶混交林SSOC在45°方向上空间变异最明显,天然次生林和人工林在各个方向上的变异均较弱;天然阔叶混交林SSOC的等值线较密,梯度变化急剧,天然次生林次之,人工林等值线稀疏,梯度变化不明显。总之,不同森林类型对SSOC含量和分布有着重要影响。     

扎龙湿地水体N,P营养物质空间异质性研究

在2003年夏季采集了扎龙湿地地表水样,结合GIS技术及地统计学原理,分析了TN,NH₄+-N,TP及PO₄3-在湿地水体中的空间变异特征.通过半方差函数分析发现,TN,NH₄+-N,TP及PO₄3-均受到结构性因素的影响,具有较小的块金值和较高的空间结构比例,表现出一定空间相关性变异特征,同时分形特征表明了其空间变异复杂性较低.应用普通克里格插值法绘制的含量分布图,反映出TN,NH₄+-N,TP及PO₄3-具有一致的空间分布趋势,其与采样区水位变化显著的空间负相关性说明了水位空间变化是影响湿地N,P营养物质空间分异的结构性因素.      

土壤-水稻系统重金属空间异质性研究——以浙江省嵊州市为例

在嵊州农产品产地共采集94对土壤-水稻样品,研究重金属在土壤-水稻系统的污染特征及空间异质性.结果表明,土壤重金属Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的平均含量分别为0.20、28.64、27.03、38.51和98.74mg/kg,与背景值相比较,这些重金属在研究区均有不同程度的累积,局部污染严重,但是水稻重金属没有超过国家规定的食品安全标准,仍处于安全水平.土壤重金属Cd、Cu、Ni、Pb和Zn都属于中等程度变异,其变异系数分别为45.00%、46.65%、81.54%、18.07%、32.47%.地统计学和局部Moran's I指数结果可识别出这五个重金属的污染分布情况.土壤Cd、Cu、Ni和Zn的空间分布较为相似,基本为东西部含量较低,中部较高,这与工业活动和其他的人为活动有关.土壤-水稻系统重金属的迁移、吸收主要受土壤重金属含量和土壤理化性状的影响.从长远来看,重金属污染对当地生态和居民健康仍有潜在的威胁.     

徐州市城区土壤pH值分布特征研究

利用地统计学方法结合GIS空间分析技术,对徐州市城区表层土壤(0¹0 cm)pH的空间变异特征进行了深入研究。结果表明,土壤pH变幅为6.4710 cm)pH的空间变异特征进行了深入研究。结果表明,土壤pH变幅为6.47⁸.48,不同区域差异较大。数据组服从正态分布,半方差函数的最佳理论模型为球状模型,块金系数为21%,变程9 500 m。由市中心向外,土壤pH呈低-高-低变化。自然因素对土壤酸碱度起主导作用,但人为因素的影响已较为明显。     

长江三角洲典型地区农田土壤多氯联苯空间分布特征

在面积为27 km² 的长江三角洲某典型污染地区用GPS定位系统布设了191个取样点,采用GC-ECD法测定了表层农田土壤16种多氯联苯组分及含量.统计结果表明,该典型区农田土壤16种多氯联苯总量变化范围是0.01～484.5 ng/g, 平均值是35.52 ng/g,而且以三氯和四氯联苯为主（占55.7%）,同时也含有一定比例的五氯和六氯联苯（占44.3%）.空间分析发现,该区农田土壤中PCBs总量及其各同系物在所研究的尺度上存在较强的空间自相关格局,其PCBs的空间分布模式主要可能受到一些较为分散的人为因素影响,应重点对当地这些人为活动排污行业进行整治,以消除污染来源.     

不同取样尺度下亚高山草甸土壤呼吸的空间变异特征

基于对4个取样尺度(10、5、2.5、1.25 m)下亚高山草甸土壤呼吸速率的观测,对不同尺度土壤呼吸的空间变异特征进行了研究,分析了不同尺度土壤全氮、有机碳、碳氮比、全硫、土壤温度和土壤水分对土壤呼吸空间异质性的影响,并对各尺度不同置信水平与估计精度下的必要采样数量进行了计算.结果表明:除1.25 m和2.5 m尺度上土壤温度的空间变异属于弱变异外,土壤呼吸及其相关因子的空间变异均属于中等变异,土壤呼吸和土壤温度的变异系数随着取样尺度的增大而增大,而土壤全氮、有机碳、全硫和土壤水分的变异系数随着取样尺度的增大均有减小的趋势;不同取样尺度,影响土壤呼吸的关键因子不同.在10 m尺度,土壤呼吸与土壤全氮、有机碳呈极显著正相关,与土壤温度呈显著正相关,与土壤全硫、碳氮比和土壤水分相关性不显著;在5 m尺度,与土壤全氮和有机碳呈极显著正相关,与土壤全硫、碳氮比、土壤水分和土壤温度相关性不显著;在2.5 m尺度,与土壤有机碳、全氮和土壤水分呈极显著正相关,与土壤全硫、碳氮比和土壤温度相关性不显著;在1.25 m尺度,与土壤全氮、有机碳和土壤水分呈极显著正相关,与碳氮比呈显著负相关,与土壤温度呈极显著负相关,与土壤全硫相关性不显著.随着取样尺度的减小,土壤水分所起的作用逐渐增大,相关系数从0.27~0.49,土壤温度与土壤呼吸的相关性由显著正相关向极显著负相关变化;4个取样尺度95%置信水平误差在10%和20%内必要采样数量分别为28、21、18、14个和7、5、4、4个,随着取样尺度的减小,必需的采样数量减少.     

不同取样尺度下华北落叶松人工林土壤呼吸的空间变异性

基于在3个取样尺度(4、2、1 m)对庞泉沟自然保护区的落叶松人工林(L_arix principis-rupprechtii)土壤呼吸速率(Rs)以及生物和非生物因子的观测数据,对不同取样尺度Rs的空间变异性进行了研究,分析了不同取样尺度下5、10和15 cm深度的土壤温度(T_5、T_(10)、T_(15))、10 cm深度的土壤水分(Ws)、土壤全氮(N)、全碳(C)、碳氮比(C/N)、全硫(S)、凋落物量(L_w)和凋落物含水量(L_m)对Rs空间变异的影响,并计算了3种尺度各变量在不同置信水平与估计精度下的最佳采样数量.结果表明,1除4 m取样尺度的C/N比、2 m的Ws和1 m的T_10、T_15的空间变异属于弱变异外,Rs及其它相关因子的空间变异均属于中等变异;Rs、C/N比和S的变异系数随着取样尺度的增大而减小,N、C、Ws、T_5、T__(10)、T__(15)、L_w和L_m则相反.2随着取样尺度的减小,Rs、Ws、T_5、T_(10)、T_(15)、L_w和L_m的空间自相关性减弱,而C、N和C/N比的空间自相关性增强,S则随着取样间距的减小空间自相关性先减弱后增强.3不同取样尺度下影响Rs空间变异的关键因子不同,在较大的尺度上土壤温度是影响Rs空间变异性的主要因素,而在较小的尺度上则受C、L_m和L_w的共同影响.4随着置信水平和估计精度的减低,R_s及其影响因子的合理取样数目逐渐减少;Rs、C/N比和S的取样数目随着取样间距的减小而增加,而N、C、Ws、T_5、T_(10)、T_(15)、L_w和L_m的取样数量则减少.     

科尔沁沙地退化植被恢复过程中土壤有机碳和全氮的空间异质性

采用地统计学分析方法研究了沙地退化植被恢复过程中(封育0 a的流动沙丘、封育11 a的流动沙丘和封育20 a的流动沙丘)土壤有机碳和全氮的空间异质性,探讨了它们与植被恢复演替和地形特征变化的关系.结果表明,随着流动沙丘的固定和封育年限的增加,植被盖度、丰富度、物种多样性、土壤有机碳和全氮含量(0~20 cm)逐渐增加.在流动沙丘植被恢复过程中,土壤有机碳和全氮的结构方差与基台值的比值C/(C0+C)均大于65%,反映出它们具有明显的空间自相关性;土壤有机碳和全氮含量的空间自相关范围分别为58.39 m和91.00 m(封育0 a)、28.59 m和23.61 m(封育11 a)和63.31 m和61.05 m(封育20 a).由半方差函数及其参数和空间分布格局图分析表明,其空间异质性在所研究的尺度上表现出先增大(封育0~11 a)后减小(封育11~20 a)的变化特点.沙丘植被恢复过程中植被盖度、丰富度、物种多样性与土壤有机碳和全氮均有极显著的正相关关系(p<0.01).分析表明沙丘植被变化和地形特征影响着土壤有机碳和全氮在沙丘上的空间分布,沙丘植被恢复演替过程极大地影响了土壤有机碳和全氮的积累及其空间异质性...     

五道梁高寒草原土壤水分和植被盖度空间异质性的地统计分析

青藏高原高寒草原区,由于长期冻融和地下冰的存在形成了独特的生态水文结构,土壤水分是控制高寒草原生态过程的关键因子。利用地统计学对多年冻土区高寒草原土壤表层含水量和植被盖度的空间变异性进行研究,结果表明,高寒草原生态系统浅层剖面(0~50 cm)土壤水分和植被盖度均符合正态分布,土壤含水量沿垂直方向逐渐增大,介于19.43%~25.37%之间,变异系数介于23.77%~40.92%;植被盖度具有强变异性,变异系数为47.99%。0~50 cm土壤含水量具有高度的空间异质性,其中91.1%的空间异质性是由空间自相关部分引起的,主要体现在10~190 m的中尺度上;植被盖度在研究尺度上具有中等程度的空间自相关,植被盖度随机部分的空间变异性占总空间变异性的比例为34.2%,主要体现在10 m的尺度内。各向异性分析表明,土壤水分和植被盖度具有明显的各向异性,其空间格局有明显的差异。     

不同取样尺度和数量下针阔混交林土壤呼吸的空间异质性

区域土壤呼吸通量估算大多用样地尺度的测定结果进行外推,因此对样地尺度土壤呼吸(Rs)及其影响因子的空间关系和取样尺度、取样数量对测定结果的准确性进行评价非常重要.以山西省庞泉沟自然保护区针阔混交林作为研究样地,运用传统统计分析与地统计分析相结合的方法,分析了4、2、1 m取样尺度下土壤水分(Ws)、土壤温度(T10)、凋落物量(Lw)、凋落物含水量(Lm)、土壤全碳(C)、全氮(N)和全碳/全氮(C/N)对土壤呼吸速率(Rs)空间变异的影响.结果表明3个取样间隔下,Rs的均值没有显著差异,但其变异程度随着取样尺度的增大而增加,变异系数在16%~22%之间.在4 m取样间隔下,Rs与Ws、Lw、C、C/N呈极显著正相关(P0.01),与N呈显著正相关(P0.05);在2 m取样间隔下,Rs与T10呈极显著负相关(P0.01),与其他因子相关不显著;在1 m取样间隔下,Rs与其他影响因子的相关性都不显著.随着取样尺度的减小,Rs的空间自相关性逐渐减弱,由高度自相关变为弱相关,表明随着采样距离的减小,结构因素对Rs的作用减弱,随机因素的作用逐渐增大.同一置信水平下相同取样数量随着取样尺度的减小,估计误差降低.95%置信水平下,2 m和1 m取样尺度时9个样本产生的Rs误差在±12%左右,而4 m尺度的误差为±16%;90%置信水平下,2 m和1 m取样尺度时9个样本产生的误差在±10%以内,4 m尺度则为±13%.研究结果可以为样地尺度进行Rs季节测定样点的科学布设提供依据.     

北京西山侧柏林土壤呼吸动态特征及其影响因素

以北京西山地区的典型侧柏林为研究对象,于2009—2010年采用LI-8100土壤CO₂通量自动观测系统全天候观测样地的R_S(土壤呼吸速率),分析其在典型日、月际、季节、年内不同时间尺度下的变异特征,并通过单一和二元混合模型分析T(土壤温度)、VWC(土壤体积含水量)对R_S的影响. 结果表明:①典型日R_S的昼夜变化规律不明显,峰值出现在12:00—14:00;R_S的月际、季节、年内变化趋势均呈单峰形日均值,日均值变化范围在0.03～7.84 μmol/(m2·s)之间;T的典型日、月际、季节、年内变化均呈单峰形;VWC变化规律不明显. ②Q₁₀(土壤温度敏感系数)季节性变化差异显著,最大值(3.56)出现在冬季,最小值(1.31)出现在春季;2009年、2010年、2009—2010年观测期间Q₁₀平均值分别为2.01、2.03和2.10. ③T和VWC对R_S的变化解释能力分别为82.8%、20.5%,而T和VWC复合模型对R_S的解释能力为82.6%.      

不同土地利用方式下土壤呼吸空间变异的影响因素

为研究不同土地利用方式下土壤呼吸空间变异的影响因素,进行野外观测试验,测定了土壤呼吸及相应的环境、植被、土壤因子,分析了土壤呼吸的空间变异性及其与这些因子之间的内在联系.结果表明,土地利用方式对土壤呼吸具有重要影响,不同土地利用方式下,土壤呼吸存在显著性差异(P<0.001),土壤呼吸速率在1.82～7.46μmol·(m2.s)-1范围内,最高值与最低值相差5.62μmol·(m2.s)-1.在本研究中,土地利用方式对土壤呼吸的影响作用大于土壤温度、湿度等环境因子.土壤有机碳是影响土壤呼吸空间变异性的关键因子,在所有观测的生态系统中,土壤呼吸与有机碳含量之间的关系均可用幂函数描述.在森林生态系统中,土壤呼吸与观测地点树木胸径(DBH)之间的关系可用对数方程描述.胸径大小体现了树木生长时间的长短.综合土壤有机碳含量(C,%)、有效磷含量(AP,g·kg-1)及胸径(DBH,cm)这3个因子的模型可模拟森林土壤呼吸(Rs)92.8%的空间变异.     

莲花湖库区红松水源涵养林土壤水分-物理性质的空间分布特征

运用地统计学对莲花湖库区红松水源涵养林表层土壤水分-物理性质进行了空间异质性分析。研究结果表明: 土壤含水量、土壤密度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等因子均服从对数正态分布;毛管孔隙度最优拟合模型是球状模型,其它因子均为指数模型。土壤含水量、土壤密度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度块金值、变程、结构比、分数维和空间自相关系数最大值分别为0.311、0.297、0.192、0.293,6.87 m、10.29 m、8.31 m、8.88 m, 0.690、0.694、0.814、0.707,1.968、1.939、1.937、1.945,0.111、0.200、0.246、0.157。可见以上4个因子空间自相关性均较强,随着空间距离的增大,其相关性逐渐减弱。其中毛管孔隙度均一性程度较高;土壤含水量空间分布形态较复杂,破碎化程度高。