徐慧芳，宋同清，黃國勤，彭晚霞，曾馥平，杜 虎，李莎莎

(1.江西農(nóng)業(yè)大學生態(tài)科學研究中心，南昌 330045； 2. 中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，長沙 410125；3. 中國科學院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站，環(huán)江 547100)

喀斯特峰叢洼地區(qū)坡地不同土地利用方式下土壤水分的時空變異特征

徐慧芳1,2,3，宋同清2,3，黃國勤1,*，彭晚霞2,3，曾馥平2,3，杜 虎2,3，李莎莎2,3

(1.江西農(nóng)業(yè)大學生態(tài)科學研究中心，南昌 330045； 2. 中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，長沙 410125；3. 中國科學院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站，環(huán)江 547100)

基于典型喀斯特峰叢洼地坡面土地利用方式試驗火燒、刈割、刈割除根、封育、種植桂牧1號、種植玉米(面積分別為20m×70m)控制性試驗建設，通過網(wǎng)格法(5 m×5 m)采樣，用經(jīng)典統(tǒng)計學和地統(tǒng)計學方法，分析了6種土地利用方式下(火燒、刈割、刈割除根、封育、種植桂牧1號、種植玉米)表層土壤水分在不同季節(jié)的空間變異特征。結果表明：喀斯特峰叢洼地土壤含水量均很高，雨季顯著大于旱季，雨季為火燒>封育、刈割除根>玉米、桂牧1號>刈割，旱季為刈割、火燒、刈割除根>桂牧1號、封育>玉米，均呈中等至強度變異，且含水量越低變異越大；不同土地利用方式土壤水分的自相關函數(shù)均呈由正向負方向發(fā)展的相同趨勢，但拐點不同，且旱季大于雨季，不同土地利用方式旱季、雨季土壤水分的最佳擬合模型不同，但均呈中等或強烈的空間相關性，變程為6.8—213 m，且旱季大于雨季；同一土地利用方式旱季、雨季表層土壤水空間格局相似，不同土地利用方式空間格局則不同，因此在該區(qū)域進行植被恢復和生態(tài)重建時應采取不同的水資源利用策略。

表層土壤水分；空間異質性；土地利用方式；坡面；喀斯特峰叢洼地

土壤水分是地表水資源的重要組成部分，具有較強的時空變異性，是土壤的一個重要狀態(tài)參數(shù)[1- 2]，是銜接四水轉換與循環(huán)的核心，其高度的空間異質性受不同尺度的地質地貌、降水、植被覆蓋、徑流、蒸發(fā)蒸騰、干擾等自然、人為作用和過程控制[3]，區(qū)域尺度上由大氣控制的降雨和蒸發(fā)格局起主導作用[4- 5]，小流域尺度則以土壤、地形和土地利用(植被) 的作用為主，但這些因子的作用因季節(jié)而異[6]。國內(nèi)外學者大量研究表明影響土壤水分時空格局的驅動因子不同，且研究的差異較大[7- 8]，但一般認為，在濕潤季節(jié)主要受匯水面積等非局地因子影響，在干旱季節(jié)，土壤水分格局受土壤性質、植被和微地形等局地因子控制。

喀斯特峰叢洼地地處世界三大巖溶區(qū)之一即以貴州為中心連帶成片的我國西南喀斯特南部斜坡地帶，屬中亞熱帶季風氣候,雨熱資源豐富，年均降雨量在1300—1500 mm之間，但時空分布不均且蒸發(fā)量大，年蒸發(fā)量多在1500—1900 mm，明顯大于降水量，導致水汽總體上處于虧損狀態(tài)，易形成干旱氣候[9]。長期強烈的巖溶作用形成了有別于其他地區(qū)的地表、地下雙層二元水文結構，眾多的溶洞、溶溝、溶隙、漏斗、地下河和落水洞及喀斯特淺薄的土層、大量的巖石裸露致使大氣降水迅速滲漏和蒸發(fā)，形成了溫潤氣候條件下特殊的巖溶干旱現(xiàn)象[10- 11]，又加之該地區(qū)土壤淺薄、土壤總量少、儲水能力低、尖銳的人地矛盾產(chǎn)生了許多掠奪型的土地開發(fā)利用方式，大部分干擾區(qū)的森林覆蓋率≤13%，形成了嚴重的干旱和石漠化狀態(tài)[12]，且漏水、農(nóng)田耗水量和蒸發(fā)量過大的問題難以解決，因此，土壤水分對喀斯特退化生態(tài)系統(tǒng)的水熱平衡及系統(tǒng)穩(wěn)定性起著決定作用。目前，有關喀斯特地質背景[13]、生態(tài)環(huán)境[14]、植被特性[15- 17]、土壤水分空間異質性及其主要影響因素[18]有了初步認識，但涉及不同土地利用方式土壤水分的空間異質性很少。本文選擇典型喀斯特峰叢洼地坡面，基于火燒、刈割、刈割除根、封育、種植玉米、種植桂牧1號6種主要土地利用方式的控制性試驗設置，用經(jīng)典統(tǒng)計學和地統(tǒng)計學方法分析旱季、雨季表層土壤水分的空間異質性及其生態(tài)學過程，旨在為提高土壤有效含水量、實現(xiàn)水土資源協(xié)調利用、有效指導該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和植被快速恢復提供科學依據(jù)。

1 研究方法

1.1 區(qū)域概況

研究區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)環(huán)江毛南族自治縣中國科學院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站綜合試驗示范區(qū)，地理位置為N2°43′—24°44′，E 108 °18′—108°19′，地勢四周高，中間低，海拔為288.5—337.8 m，地形破碎，坡度較陡，≥20°的坡面占57%，坡地基巖裸露面積<30%。土壤為白云巖母質發(fā)育而成的深色或棕色石灰土，土層較薄，一般為10—50 cm；土壤質地為黏壤土和黏土，粉粒、黏粒質量分數(shù)分別為25%—50%和30%—60%；土壤呈堿性，pH值高達7.83—7.98，有機質、全氮、全磷、全鉀分布為76.78—116.05 g/kg，4.29—6.95 g/kg，1.15—1.17 g/kg，3.59—6.05 g/kg。研究區(qū)屬中亞熱帶季風氣候區(qū)，全年無霜期300—330 d，年均氣溫19.9 ℃，極端高溫38.7 ℃，極端低溫-5.2 ℃，太陽年平均輻射總量414.1 kJ/cm2，≥10 C積溫為5500—6530 C。年均降雨量1389.1 mm，降水豐富但季節(jié)分配不均，雨季降雨量占全年降雨量的70%以上。

1.2 試驗設置與采樣

2006年底在試驗區(qū)一面東南向山坡中下部建立了6個20 m×70 m的動態(tài)監(jiān)測樣地，經(jīng)過試驗處理形成了火燒地、刈割第地、刈割除根地、封育地、玉米地和桂牧1號地6種土地利用方式。具體設計及處理見表1。用插值法將每個動態(tài)監(jiān)測樣地劃分為5 m×5 m的網(wǎng)格，共獲得80個樣點，分別于2009年7月8日即雨季(采樣前最后一次降雨時間為7月6日(30 mm))和11月28日即旱季(采樣前最后一次降雨時間為11月5號(4.5 mm))，用土鉆進行表層土壤(0—10 cm)網(wǎng)格法取樣，采樣過程中，若采樣點有石塊分布，則在石塊周圍取3個土樣混合均勻后，取1/3代替該點樣本，用烘干法測定土壤水分含量。采樣同時進行立地因子、植被狀況、人為干擾等調查。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用經(jīng)典統(tǒng)計學和地統(tǒng)計學方法對樣本數(shù)據(jù)進行分析處理，經(jīng)典統(tǒng)計學分析采用SPSS16.0軟件，空間自相關分析、半變異函數(shù)分析和模型優(yōu)化模擬均在專業(yè)地統(tǒng)計軟件GS+中完成，Kriging等值線圖繪制采用ArcGIS9.2軟件。地統(tǒng)計學有關方法及原理見文獻[19- 20]。

表1 不同土地利用方式坡面樣地基本情況

2 結果與分析

2.1 經(jīng)典統(tǒng)計描述

本文采用樣本均值加減3倍標準差來識別特異值，在此區(qū)間外的數(shù)據(jù)均定為特異值，分別用最大和最小值代替[21]，后續(xù)計算均采用處理后的原始數(shù)據(jù)。由表2可以看出，喀斯特峰叢洼地土壤含水量均很高，旱季明顯低于雨季(P<0.01)，但含水量仍在15.26%—18.93%之間，總體趨勢上含水量越低變異系數(shù)越大，旱季變異系數(shù)(24.20%—46.33%)明顯高于雨季(14.11%—21.86%)，這與前人研究的結果基本一致[22]。不同土地利用方式不同季節(jié)土壤含水量和變異系數(shù)不同，雨季為火燒>封育、刈割除根>玉米、桂牧1號>刈割，各組間差異極顯著，火燒之后新草生長茂密，其蓄水性能最好，封育次之，刈割蓄水性能最差，各利用方式的變異系數(shù)均呈中等變異(10%桂牧1號、封育>玉米，各組間差異顯著，刈割在旱季耗水量最小、玉米的耗水量最大，其中刈割、玉米和封育呈強度變異(CV>30%)，其他呈中等變異。經(jīng)典統(tǒng)計在描述不同土地利用方式土壤水分的總體變化特征方面比較好，概括了土壤水分變化的全貌，但是卻無法反映其局部的變化特征，不能定量描述隨距離而產(chǎn)生的空間變異及分布，因此需要使用地統(tǒng)計學方法分析進一步研究。采用單樣本K-S分布檢驗，在5%的水平下均服從正態(tài)分布，可以直接進行地統(tǒng)計學分析。

2.2 土壤水分的空間自相關分析

如圖1所示6種土地利用方式的土壤水分具有相似的空間結構，大致趨勢為：滯后距離較小的點對呈顯著的正空間自相關，隨著滯后距離的增大，自相關系數(shù)逐漸向負方向發(fā)展，達到顯著的負空間自相關。正空間自相關的距離大致反映了性質相似斑塊的平均半徑，負空間自相關則反映了性質相反的斑塊間的平均距離。不同的土地利用方法正負變化的拐點和變化趨勢不同，總趨勢為旱季的拐點向坡上移動且變化平緩，這可以從動態(tài)監(jiān)測樣地的具體情況得到解釋，在坡的下部地形較為平坦，石礫含量較少，土壤含水量相對較高但土層較厚，為一種性質的斑塊，在坡中上部正好相反，土壤持水性差。種植桂牧1號的動態(tài)監(jiān)測樣地，因受人為干擾和坡面呈凹型的原因，在1420 m范圍內(nèi)自相關系數(shù)在0附近上下波動。

表2 土壤水分描述統(tǒng)計特征

2.3 土壤水分的空間結構

半變異函數(shù)分析表明(圖2)，不同土地利用方式不同季節(jié)的試驗半變異函數(shù)擬合模型不同，主要有高斯模型(Gaussian)、指數(shù)模型(Exponential)和球狀模型(Spherical)，理論模型的決定系數(shù)為0.490—0.991，均比較高，殘差為2.52—53.30，均比較低，說明理論模型能很好的反映土壤水分的空間結構特征。

半變異函數(shù)模型各結構參數(shù)如表3所示，除火燒外其他土地利用方式的土壤水分塊金效應明顯，較大的塊金值(C0)可能是因為石礫含量高，而石礫周圍土層淺薄且蒸發(fā)強烈，從而有別于周圍區(qū)域土壤性質，造成較大的塊金值，基臺值(C0+C)是半變異函數(shù)達到的極限值，不同土地利用方式的基臺值均很高，在16.82—75.70之間，這說明土壤水分的空間分布主要受地形和微地貌等固定因素控制，且土壤水分變異大致與平均含水量變化相反。塊金值與基臺值之比反映了隨機變異占總變異的大小，火燒和刈割雨季C0/(C0+C)小于25%，呈強烈的空間相關性，其余的在0.26—0.50之間，呈中等空間相關性。6種土地利用模式的變程在6.8—213 m之間，表明在喀斯特地區(qū)較高的石礫含量盡管會改變局部地段土壤水分的空間分布，但表層土壤水分仍具有一定的空間連續(xù)性，其中火燒、刈割、刈割除根和封育在旱季隨土壤水分含量降低變程增大，連續(xù)性變好，種植玉米和桂牧1號在旱季進行了收割，人為干擾嚴重而導致變程變小，破碎性增大。

2.4 土壤水分的空間格局

用Kriging方法制作的等值線圖可以全面和直觀地揭示喀斯特峰叢洼地不同土地利用方式下表層土壤水分雨季、旱季的空間分布格局(圖3)。同一土地利用方式旱季、雨季表層土壤水分的空間分布格局相似，不同土地利用方式的空間分布格局不同?；馃拓赘钊藶楦蓴_導致植被格局分布不均，表層土壤水分分布的斑塊破碎化程度高，規(guī)律不明顯，這也是火燒和刈割土壤水分變程小的原因；封育呈凹型分布，表層土壤水分含量中間低兩頭高，刈割除根、種植玉米和桂牧1號3種土地利用方式表層土壤水分的空間分布均呈單峰分布，隨海拔的升高而降低，且空間連續(xù)性好，變程大。

表3 土壤水分半變異函數(shù)模型及參數(shù)

3 討論與結論

近年來由于人類不合理的開發(fā)利用，喀斯特植被逐年退化，水土流失、石漠化等生態(tài)災害日趨嚴重。而且喀斯特區(qū)域降水時空分布不均，土層淺薄、土壤持水性能低、缺乏植被系統(tǒng)的調節(jié)，加上長期強烈的巖溶作用，形成了有別于其他地區(qū)特殊的二元水文結構，使得水源深埋、漏失，出現(xiàn)了濕潤季節(jié)下特殊的干旱——巖溶干旱，目前，每年人畜飲水短缺達3—4個月?？λ固胤鍏餐莸貙賮啛釒Ъ撅L氣候，降雨量豐富又加上土壤有機質含量高，眾多石塊和較多的石礫上的水分源源不斷的流入周圍土壤之中，雖然喀斯特脆弱生態(tài)系統(tǒng)整體處于干旱狀態(tài)，但土壤仍然存在著局部水分優(yōu)勢的環(huán)境，土壤含水量較高，即使是干旱季節(jié)，仍保持著15.26%—18.93%的水平，呈中等強度變異。6種土地利用方式可以分成兩類：一類是水源涵養(yǎng)型，包括火燒、封育和刈割除根，二類為水源消耗型，包括種植玉米、桂牧1號及刈割。

國內(nèi)外許多學者應用地統(tǒng)計學探討了水分的時空變異與環(huán)境因素、土壤侵蝕過程的關系[22]，我國的研究主要集中在黃土高原和沙漠化地區(qū)，而南方石漠化與北方沙漠化是制約我國西部地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的兩大生態(tài)環(huán)境問題，水資源的合理利用非常重要?？λ固胤鍏餐莸仉m然土層淺薄、土被不連續(xù)，但土壤水分仍具有明顯的空間結構和空間連續(xù)性，空間自相關系數(shù)在0.159—0.465之間，不同的土地利用方式具有相似的空間自相關，自相關函數(shù)隨著滯后距離的增大由正向負轉換，正負空間自相關的距離大致反映了性質相似斑塊的平均半徑，坡下部土壤含水量高，為正相關，坡中上部土壤含水量低，為負相關，在干旱季節(jié)隨著土壤含水量降低，由正向負轉化的拐點呈向坡上部移動的趨勢。不同的土地利用方式的空間結構不同，但分別能夠用高斯模型、指數(shù)模型、球狀模型進行很好的擬合，所有模型均具有較大的塊金效應，說明存在著不同程度的隨機變異和實驗取樣誤差，較高的基臺值說明土壤水分空間結構由一些自然的固定因素控制，除火燒和刈割雨季處于強烈的空間自相關外，其他不同土地利用方式在不同季節(jié)均呈中等空間相關性，6種土地利用模式的變程在6.8—213 m之間，旱季的變程有增大的趨勢。不同的空間結構導致了不同土地利用方式下土壤水分空間分布格局不同，但同一土地利用方式在雨季和旱季的空間分布格局相似，火燒和刈割破碎化程度高，斑塊小，封育的土壤水分呈凹型分布，中間低兩頭高，其他3種土地利用方法呈單峰分布，土壤水分隨海拔和坡位的增高而降低。

圖3 土壤水分Kriging等值線分布圖Fig.3 Kriging contour maps of soil moisture

[1] Huggett R J. Soil chronosequences, soil development, and soil evolution: A critical review. Catena, 1998, 32(3/4): 155- 172.

[2] Song T Q, Peng W X, Yi W M, Xiao R L, Wang J R, Li S H, Luo W. Defensive effects of three representative biological measures on seasonal drought in tea plantation in subtropical red soil hilly region. Journal of Soil and Water Conservation, 2006, 20(4): 191- 194.

[3] Western A W, Bl?schl G, Grayson R B. Geostatistical characterization of soil moisture patterns in the Tarrawarra catchment. Journal of Hydrology, 1998, 205(1/2): 20- 37.

[4] Entin J K, Robock A, Vinnikov K Y, Hollinger S E, Liu S, Namkhai A . Temporal and spatial scales of observed soil moisture variations in the extratropics. Journal of Geophysical Research, 2000, 105: 865- 877.

[5] Perry M A, Niemann J D. Analysis and estimation of soil moisture at the catchment scale using EOFs. Journal of Hydrology, 2007, 334(3/4): 388- 404.

[6] Qiu Y, F B J, Wang J, Zhang X L, Meng Q H. Spatiotemporal variation of soil moisture and its relation to environmental factors. Chinese Journal of Ecology, 2007, 26(1): 100- 107.

[7] Zhao Y, Peth S, Wang X Y, Lin H, Horn R. Controls of surface soil moisture spatial patterns and their temporal stability in a semi-arid steppe. Hydrological Processes, 2010, 24 (18): 2507- 2519.

[8] Teuling A J, Troch P A. Improved understanding of soil moisture variability dynamics. Geophysical Research Letters, 2005, 32(5): 7- 10.

[9] Agro-climatic Subdivision of Guangxi Meteorological Administration. Utilization and Agro-climatic Resource in Guangxi. Beijing: China Meteorological Press, 1988.

[10] Peng W X, Song T Q, Wang K L, Zeng F P, Wang J R. Controlling and restoration models of complex degradation of vulnerable Karst ecosystem. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(2): 811- 820.

[11] Yang M D, Liang H. The processes of evolution dynamic of cone Karst and the exploitation of the water resource. Carsologica Sinica, 2000, 19(1): 44- 51.

[12] Yu L F, Zhu S Q, Ye J Z, Wei L M, Chen Z R. Dynamics of a degraded Karst forest in the process of natural restoration. Scientia Silvae Sinicae, 2002, 28(1): 1- 7.

[13] Li Y B, Wang S J, Li R L. Differences in natural characteristics for Karst ecosystems under different geological backgrounds as exemplified by Maolan and Huajiang ecosystems. Earth and Environment, 2004, 32(1): 9- 16.

[14] Wang S J, Li R L, Sun C X, Zhang D F, Li F Q, Zhou D Q, Xiong K N, Zhou Z F. How types of carbonate rock assemblages constrain the distribution of Karst rocky desertified land in Guizhou Province, P R China: Phenomena and mechanisms. Land Degradation and Development, 2004, 15(2): 123- 131.

[15] Du H, Peng W X, Song T Q, Wang K L, Zeng F P, Lu S Y, Shi W W, Tang C, Tan Q J. Plant community characteristics and its coupling relationships with soil in depressions between Karst hills, North Guangxi, China. Chinese Journal of Plant Ecology, 2013, 37(3): 197- 208.

[16] Song T Q, Peng W X, Zeng F P, Wang K L, Qin W G, Tan W N, Liu L, Du H, Lu S Y. Spatial pattern of forest communities and environmental interpretation in Mulun National Nature Reserve, Karst cluster-peak depression region. Chinese Journal of Plant Ecology, 2010, 34(3): 298- 308.

[17] Song T Q, Peng W X, Zeng F P, Wang K L, Cao H L, Li X K, Qin W G, Tan W N, Liu L. Community composition and biodiversity characteristics of forests in Karst cluster-peak-depression region. Biodiversity Science, 2010, 18(4): 355- 364.

[18] Song T Q, Peng W X, Zeng F P, Ouyang Z W, Wu H Y. Spatial heterogeneity of surface soil moisture content in dry season in Mulun National Natural Reserve in Karst area. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(1): 98- 104.

[19] Wang Z Q. Geostatistics and Its Application in Ecology. Beijing: Science Press, 1999.

[20] Goovaerts P. Geostatistical tools for characterizing the spatial variability of microbiological and physico-chemical soil properties . Biology and Fertility of Soils, 1998, 27(4): 315- 334.

[21] Liu F C, Shi X Z, Yu D S, Pan X Z. Characteristics of spatial variability of total soil nitrogen in the typical area of Taihu Lake basin. Geographical Research, 2004, 23(1): 163- 170.

[22] Zhang J G, Chen H S, Su Y R, Zhang W, Kong X L. Spatial variability of soil moisture in surface layer in depressed Karst region and its scale effect. Acta Pedologica Sinica, 2008, 45(3): 544- 549.

參考文獻：

[2] 宋同清, 彭晚霞, 易文明, 肖潤林,王久榮, 李盛華, 羅文. 3種典型生物措施對亞熱帶紅壤丘陵茶園季節(jié)性干旱的防御效果. 水土保持學報, 2006, 20(4): 191- 194.

[6] 邱揚, 傅伯杰, 王軍, 張希來, 孟慶華. 土壤水分時空變異及其與環(huán)境因子的關系. 生態(tài)學雜志, 2007, 26(1): 100- 107.

[9] 廣西壯族自治區(qū)氣象局農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃協(xié)作組. 廣西農(nóng)業(yè)氣候資源分析與利用. 北京: 氣象出版社, 1988.

[10] 彭晚霞, 宋同清, 王克林, 曾馥平, 王久榮. 喀斯特脆弱生態(tài)系統(tǒng)復合退化控制與重建模式. 生態(tài)學報, 2008, 28(2): 811- 820.

[11] 楊明德, 梁虹. 峰叢洼地形成動力過程與水資源開發(fā)利用. 中國巖溶, 2000, 19(1): 44- 51.

[12] 喻理飛, 朱守謙, 葉鏡中, 魏魯明, 陳正仁. 退化喀斯特森林自然恢復過程中群落動態(tài)研究. 林業(yè)科學, 2002, 38(1): 1- 7.

[13] 李陽兵, 王世杰, 李瑞玲. 不同地質背景下巖溶生態(tài)系統(tǒng)的自然特征差異——以茂蘭和花江為例. 地球與環(huán)境, 2004, 32(1): 9- 16.

[15] 杜虎, 彭晚霞, 宋同清, 王克林, 曾馥平, 鹿士楊, 時偉偉, 唐成, 譚秋錦. 桂北喀斯特峰叢洼地植物群落特征及其與土壤的耦合關系. 植物生態(tài)學報, 2013, 37(3): 197- 208.

[16] 宋同清, 彭晚霞, 曾馥平, 王克林, 覃文更, 譚衛(wèi)寧, 劉璐, 杜虎, 鹿士楊. 木論喀斯特峰叢洼地森林群落空間格局及環(huán)境解釋. 植物生態(tài)學報, 2010, 34(3): 298- 308.

[17] 宋同清, 彭晚霞, 曾馥平, 王克林, 曹洪麟, 李先琨, 覃文更, 譚衛(wèi)寧, 劉璐. 喀斯特峰叢洼地不同類型森林群落的組成與生物多樣性特征. 生物多樣性, 2010, 18(4): 355- 364.

[18] 宋同清, 彭晚霞, 曾馥平, 歐陽資文, 吳海勇. 喀斯特木論自然保護區(qū)旱季土壤水分的空間異質性. 應用生態(tài)學報, 2009, 20(1): 98- 104.

[19] 王政權. 地統(tǒng)計學及在生態(tài)學中的應用. 北京: 科學出版社, 1999.

[21] 劉付程, 史學正, 于東升, 潘賢章. 太湖流域典型地區(qū)土壤全氮的空間變異特征. 地理研究, 2004, 23(1): 163- 170.

[22] 張繼光, 陳洪松, 蘇以榮, 張偉, 孔祥麗. 喀斯特洼地表層土壤水分的空間異質性及其尺度效應. 土壤學報, 2008, 45(3): 544- 549.

Spatiotemporal variation of soil moisture under different land use types in a typical karst hill region

XU Huifang1,2,3, SONG Tongqing2,3, HUANG Guoqin1,*, PENG Wanxia2,3, ZENG Fuping2,3, DU Hu2,3, LI Shasha2,3

1ResearchCenterOnEcologicalScience,JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang330045,China2KeyLaboratoryofAgro-ecologicalProcessesinSubtropicalRegion,InstituteofSubtropicalAgriculture,ChineseAcademyofSciences,Changsha410125,China3HuanjiangObservationandResearchStationofKarstEcosystem,Huanjiang547100,China

In this study, spatiotemporal variation of soil moisture was investigated on six manipulated land use types, i.e., burning, cutting, cutting plus root removal, enclosure, maize field, and sward of Guimu No. 1.Each land use type covered an area of 20 m×70 m on a typical slope in depression between karst hills. Soil moisture was measured with 5 m × 5 m sampling grid and was analyzed through classical statistics and geostatistical methods. Soil moisture was high in depression between karst hills, and was significantly higher in rainy season than in dry season. In rainy season, soil moisture changed in the order of burning >enclosure and cutting plus root removal > maize field and sward of Guimu No. 1 > cutting, while in dry season, soil moisture changed in the order of cutting, burning, cutting plus root removal >sward of Guimu No. 1andexclosure> maize field. Soil moisture varied moderately or strongly, and the variation was larger when the soil moisture was lower. All autocorrelation coefficients of soil moisture under different land use types tended to change from positive to negative direction but with different inflection points and the values were larger in dry season than in rainy season. The best fitted models of soil moisture differed under different land use types, but all showed moderate or strong spatial correlation. The spatial variation rangedfrom 6.8 to 213 m and was larger in dry season than in rainy season. The spatial pattern of surface soil moisture under the same land use type in rainy season was similar to that in dry season, while spatial pattern of surface soil moisture varied among different land use types. Therefore, diverse strategies in the utilization of water resources should be adopted during ecological restoration and vegetation reconstruction in depressions between karst hills.

surface soil moisture; spatial heterogeneity; land use type; slope; depression between karst hills

中國科學院西部行動計劃項目(KZCX2XB310)；國家自然科學基金項目(31370623, U1033004)

2014- 05- 09;

2014- 08- 11

10.5846/stxb201405100939

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hgqjxnc@sina.com

徐慧芳，宋同清，黃國勤，彭晚霞，曾馥平，杜虎，李莎莎.喀斯特峰叢洼地區(qū)坡地不同土地利用方式下土壤水分的時空變異特征.生態(tài)學報,2014,34(18):5311- 5319.

Xu H F, Song T Q, Huang G Q, Peng W X, Zeng F P, Du H, Li S S.Spatiotemporal variation of soil moisture under different land use types in a typical karst hill region.Acta Ecologica Sinica,2014,34(18):5311- 5319.