[doc格式] 东北黑土区坡耕地地形因子对土壤水分和容重的影响
东北黑土区坡耕地地形因子对土壤水分和
容重的影响
第28卷第6期
2008年12月
水土保持通报
BulletinofSoilandWaterConservation
Vo1.28,No.6
Dee.,2008
东北黑土区坡耕地地形因子对土壤水分和容重的影响
葛翠萍,赵军,王秀峰.,李勇.,张兴义
(1.中国科学院东北地理与农业生态研究所,黑龙江哈尔滨150081;
2.中国科学院研究生院,北京100049;3.北海道大学大学院农学研究院,日本北海道060—8589)
摘要:以东北黑土区典型坡耕地——海伦市光荣小流域为研究区域,通过田间采集土样,并结合GIS空
间分析,常规统计学和地统计学方法,研究了区域坡耕地地形因子对土壤水分和容重的影响.结果
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
明,
坡度对两者的影响最大;高程和坡位的相关性也达显着水平;坡向影响则不显着.坡度表现为与两者均呈
显着负相关,高程和坡位则对土壤水分的影响达显着水平,坡向对两
者的影响均不显着.地统计学分析结
果认为,土壤水分,容重分别为中等程度自相关和强自相关.坡度对土
壤水分和容重的影响大于其它地形
因子,同时对研究区域的水土流失具有较大的影响.
关键词:黑土区;坡耕地;地形因子;土壤水分;容重
文献标识码:A文章编号:1000--288X(2008)06--0016一O4中图分类
号:S159,TP75
InfluenceofTopographicFactorsonSoilWaterandBulkDensityin
ATypicalSlopeLandintheBlackSoilAreaofNortheastChina
GECui—ping,,ZHAOJun,WANGXiu—feng.,LIYong,ZHANGXing—
yi
(1.NortheastInstituteofGeographyandAgriculturalEcology,ChineseAcademyofSciences,Harbin,HeilongJiang
150040,China;2.GraduateUniversityoftheChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;3.Lab.ofEnvironmental
IformaticsGraduateSchoolofAgriculture,HokkaidoUniversity,N_9,V9,Kita-ku,Sapporo060—8589,Japan)
Abstract:AtypicalslopelandwithblacksoilinGuangrongsmallwatershedofNortheastChinawastakenas
thestudyarea.Soilwatercontentandbulkdensityweremeasuredfromsoilsamples.Spatialanalysis,clas—
sicstatistics,andgeostatisitcswereusedtoexploretheeffectsoftopographicf
actorsonsoilwaterandbulk
density.Resultsshowthatslopehasthefirstsignificantinfluenceonsoilwaterandbulkdensityandthecor—
relationsaresignificantlynegative.Elevationandslopepositionhavesignificanteffectsonsoilwaterand
slopeaspecthasnosignificantinfluenceonsoilwaterandbulkdensity.Resultfromgeostatisticsanalysis
demonstratesthatsoilwaterandbulkdensityhaveamedianspatialheterogeneityandastrongspatialhetero—
geneity,respectively.Slopehasthemoreimportanteffectonsoilwaterandbulkdensitythanothersand
playsanimportantroleinthecontrolofsoilandwaterlossinthestudyarea.
Keywords:blacksoil;slopeland;topographicfactors;soilwater;bulkdensity
土壤水分是作物生长必不可少的因素,也是农业生
产中决定作物产量的关键因素之一.土壤容重是土壤
最基本的物理性质之一,衡量土壤肥力指标的辅助标
准,也是评价坡耕地土壤抗侵蚀能力的重要指标.地形
因子(坡度,坡向,坡位,坡长,高程等)是影响耕层土壤水
分的重要因素,不同的降水,坡面光照,气温等使不同地
形因子的土壤水分存在很大差异_1],形成不同的土壤
生物环境,进而由于植被等作用影响到容重的分布.目
前,大多数基于地形因子的土壤水分和容重研究主要在
黄土区l1.],而在东北黑土区的研究相对较少.魏建
兵[5等曾对通双小流域的土壤容重做过类似的研究.
本研究选取东北黑土区典型坡耕地水土流失严重区前
进小流域作为研究对象,研究该区域地形因子对土壤水
分和容重的影响,以及主要地形因子与土壤水分,容重
的空间分布关系,为东北黑土区坡耕地水土流失的调控
和合理种植提供理论依据.
收稿日期:2008—03—04修回日期:200808—28
资助项目:黑龙江省黑土生态实验室重点基金项目(HTST07);国家科技基础条件平台建设项目(2006DKA3230004)
作者简介:葛翠萍(1982),女(汉族),山东省潍坊市人,在读硕士,研究方向为地理信息系统和土壤肥力.E—mail:gecuiping@yahoo.an.
通信作者:赵军(1958一),女(汉族),黑龙江省哈尔滨市人,研究员,硕士,硕士生导师,主要从事信息农业技术,GIS和土壤水肥模拟模型等的
研究.E—mail:zhaojun@neigaehrb.ac.cn.
第6期葛翠萍等:东北黑土区坡耕地地形因子对土壤水分和容重的影响
1
材料
关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料
与方法
1.1研究区概况
本研究区位于松嫩平原典型黑土区海伦市西南
前进小流域,东经126.4947”一126.5111”,北纬
47.2032”一47.2242”,占地面积528.9hm,地势丘
陵起伏,909,6为坡耕地,坡缓坡长,共有6条侵蚀沟,
水土流失十分严重.该区域属于温带大陆性季风气
候,冬季寒冷干燥,夏季温热多雨,雨热同期,年平均
降雨量大约为550mm,其中60,7O集中在6—8
月份,年均气温为1.5?左右,主要耕作土壤类型为
黑土和草甸土,主要种植作物为玉米和大豆.
1.2研究方法
1.2.1数据获取采用TDR(time-domain—reflec-
tometry)测量耕层0—2Ocm的土壤水分,用环刀法
测量土壤容重.为减小作物对土壤水分和容重的影
响,本次采样时间为2007年秋收后10月上旬,无降
雨,属正常年份,采样全部在玉米地内,集中在3d内
完成.在采样时考虑了不同坡位(坡上,坡中,坡下),
高程(189~223,>223m),均匀采样,每隔100m采
集一个土样,采集5个土壤水分样点时,测定一个土
壤容重,在地形变化剧烈区容重样点间距减小,剔出
异常值后(包括信息模糊样点等),共计土壤水分样点
150个,容重样点56个(同时测量土壤水分).为了
减少偶然误差对土壤水分的影响,对一个采样点3次
重复采样,计算后取平均值.土壤水分和容重样点分
布状况见图1.
1.2.2数据处理与分析方法
(1)将研究区地形图(黑龙江省测绘局1:10
ooo)扫描,在ARCINFO9.0支持下,进行几何精纠正,
用R2V进行矢量化,最后生成DEM,在ARCINFO9.0
中根据DEM计算坡度,坡向,通过reclassify命令分为
平缓坡(一1.,O.),阳坡(135.,225.),半阳坡(45.,
135.,225.,315.)和阴坡(O.,45.,315.,36O.)4个坡向
等级,并结合采样点记录数据,得到坡位(坡上,坡中,
坡下)和高程(189,223,>223m)数据.
(2)利用经典统计方法分析土壤水分和容重的
常规统计学特征,并对不同地形上的土壤水分和容重
数据进行单因素方差分析.
籍甄牛
‘
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;./..
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:.)和(z+)—,变量在空间位置z和
z+h上的数值.
本研究在数据统计分析中使用了SPSSIO.0;
ArcGIS9.0及EXECL软件等.
2结果与分析
2.1土壤水分和容重的常规统计学特征
从表1可以看出,土壤水分介于5.57,
28.57之间,平均为16.48,变异系数为0.27,属
于中度变异,峰度系数为,0.01,偏度系数分别为一
0.01;而容重介于0.78,1.18g/cm.,平均为0.98,
变异系数为0.10,属于弱变异,峰度系数为0.22,偏
度系数为0.31,表明两组数据均符合正态分布,同时
K—s检验也说明两者均符合正态分布.
2.2地形因子对土壤水分和容重的影响分析
2.2.1高程对土壤水分和容重的影响分析根据采样
点的高程,将采样点分为2组,分别为189,223m,>
223m,对两组数据进行单因素方差分析(one-wayANO—
VA)(表2),研究不同高程对土壤水分和容重的影响.
表1土壤水分和容重的统计学特征
18水土保持通报第28卷
表2表明,在189,223m高程段上,土壤水分和
容重的平均值均比>223m的高程段大.对于土壤
水分来说,高程越低,土壤水分不易蒸发,从而使土壤
水分含量相对较高;高程大的地方,一般坡度相对较
大,春季更易受到风蚀和水蚀,水土流失比较严重,保
水能力相对较弱,易流失水分?7].对于容重来说,高
程高的地方较高程低的地方,容重较小,但二者相关
性不显着.
方差分析结果表明,不同的高程组上土壤水分在
0.05的水平上存在显着性差异(sig.=0.02<0.05),
而容重则不存在显着性差异,说明在研究区内高程对
土壤水分的影响较大,但不是影响容重空间分布差异
的主要因素.
2.2.2不同坡位对土壤水分和容重的影响分析根
据样点的位置以及采样时的调查数据将采样点分为
坡上,坡中,坡下3组,按照不同坡位对土壤水分和容
重进行单因素方差分析(表3).
表3表明,不同坡位上,土壤水分大小关系为:坡
下部>坡上部>坡中部.这与徐学选研究黄土丘陵
区土壤水分的空间差异_8]的结论不同.徐学选认为
土壤水分在不同坡位的关系为:坡下部>坡中部>
坡上部,可能的原因是该区域坡长坡缓,水土流失严
重,距坡上部越远,接收坡上来水越多,导致坡下土壤
水分含量上升,而坡中部分由于坡长且缓,接受到的
太阳辐射面大,风吹持久,导致土壤水分含量最低;容
重的大小关系为:坡下部>坡中部>坡上部,与连刚
在黄土区l9的研究结论一致,同时也与不同高程段对
容重的影响结论一致.不同坡位方差分析结果表明,
土壤水分和容重均满足方差齐性(sig.值分别0.08,
0.17,均大于0.05).而单因素方差分析表明土壤水分
在不同坡位上存在显着性差异(sig.一0.02<0.05),
容重在不同坡位上则不存在显着性差异(sig.一0.61
>0.05),这与魏建兵在拜泉通双小流域的研究结果
不一致[5],可能与研究尺度有很大关系.
2.2.3不同坡度,坡向对土壤水分和容重的影响分
析该研究区内地形起伏变化剧烈,因此分析坡度与
土壤水分和容重之间的关系时运用相关性分析,而分
析坡向对其影响时运用单因素方差分析.由DEM
进行坡度,坡向计算,获得该区的坡度,坡向分布图
后,提取样点对应的坡度,进行土壤水分,容重与坡度
的相关性分析,而根据坡向对样点进行分组进行单因
素方差分析(表4).
土壤水分,容重与坡度的相关性分析表明,两者
均与坡度分别在0.01和0.05的水平上呈显着负相
关(sig.分别为0.00,0.04),说明随着坡度的增加土
壤水分,容重均减小.这也说明,随着坡度的增加,
降雨就地入渗率减少,径流量会增加,在相同的蒸
发蒸腾潜力下,土壤中的含水量也就相应减少.
不同坡向土壤水分,容重含量均有差异,其中平
缓坡含量最高:土壤水分为18.32,容重为1.06g/
cm.;半阳坡最低:土壤水分为15.68,容重为0.96
g/cm.,单因素方差分析表明两者的差异未达到显着
水平,说明在该区域坡向不是影响土壤水分和容重的
主要因素.
表2不同高程条件下土壤水分,容重差异检验
注:*表示在o.05的水平上显着相关,**表示在o.Ol的水平上显着相关(下同).
表3不同坡位条件下土壤水分,容重差异检验
第6期葛翠萍等:东北黑土区坡耕地地形因子对土壤水分和容重的影响
2.3土壤水分,容重的空间分布特征
运用地统计学方法对样点土壤水分数据和容重
进行插值,对比克里格方法和其它方法,克里格方法
的插值精度较高,其中土壤水分和容重模型参数及交
互验证参数如表5所示,插值结果见附图2.
两者插值均满足如下条件:(1)预测误差的平均
值接近0;(2)均方根越小越好;(3)平均标准差接近均
方根;(4)标准化均方根接近1,插值精度较好.在模
型参数中,基台值与块金值的比值Co/C+Co可以表明
该性状的空间相关程度,若该比值<25O,说明该性状
具有强烈的空间相关性,若该比值在25,75之间,
说明该性状具有中等强度的自相关,若该比值>75,
则说明该性状的空间自相关较弱.土壤水分,容重的
基台值与块金值的比值Co/c+Co分别为51.45,
22.22%,分别属于中等强度的空间自相关和较强的空
间自相关,说明土壤水分比容重更易受到随机因素的
影响.由以上统计分析可知,坡度对土壤水分和容重
的影响要比坡向的大,因此,将土壤水分和容重的插值
结果与坡度空间分布进行对比分析,(如附图2a,2b,
2c).结果表明,土壤水分基本以研究区中央为分界
线,界线以东土壤水分含量较高,界线以西,仅有一小
部分地区土壤水分含量高,原因是该区东部坡度较低
(0.,5.),海拔较低,这与以上的统计结论一致;而容重
的空间分布规律性则不太明显,整体来说,区域东北和
南部容重相对较大,在1.02,1.18g/cm3,与该区域坡
度较小有很大关系,而在北部区域容重较低,在0.83,
0.93g/cm3,容重相差悬殊也可能与耕作措施,田间管
理方式等有一定关系.从坡度与容重的空间分布图上
可以看出,容重的分布与坡度的变化呈现出一定的规
律性,即在坡度变化大的中偏北部和南部容重也较大.
表5土壤水分,容重克里格插值模型及交互验证参数
3结论
地形因子对土壤水分和容重的常规统计学分析结
果表明,坡度对两者的影响最为突出,高程和坡位对土
壤水分的影响较容重大,而坡向对两者则均没有明显
的影响.而地统计学对土壤水分和容重的分析表明,
土壤水分具有中等的空间自相关现象,自相关距离为
349.8m,容重具有较强的空间自相关现象,自相关距
离为210.8m,人为干扰等随机性因素对土壤水分的
影响比对容重的影响大;土壤水分的空间分布特征较
容重的有规律,且在坡度变化大的地方,两者均变化剧
烈,这与常规统计学的结论一致,即坡度对土壤水分,
容重等具有重要的影响,同时也是影响该区域水土流
失的最重要的因素之一.
在同一地理位置上,土壤水分和容重虽然受坡度
影响最大,但是坡向,坡位,高程和植被类型也都对其
有一定的影响,因此,在坡耕地区域应考虑土壤水分
的空间分布特征,采取合理的水土保持措施和改进田
间管理方式,合理种植.
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