趙文舉，崔珍，馬孝義，馬宏，于平

（1. 蘭州理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730050;

2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100）

不同采樣幅度和間距下壓砂地棗樹土壤水分的空間變異性研究

趙文舉1，崔珍1，馬孝義2，馬宏1，于平1

（1. 蘭州理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730050;

2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100）

趙文舉, 崔珍, 馬孝義, 馬宏, 于平. 不同采樣幅度和間距下壓砂地棗樹土壤水分的空間變異性研究[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2016, 37(6): 1181-1189.

Zhao W J, Cui Z, Ma X Y, Ma H, Yu P. Effects of sampling extent and spacing on spatial variability of soil water content in a field with gravel-mulched jujube tree[J]. Research of Agricultural Modernization, 2016, 37(6): 1181-1189.

為了探明西北地區(qū)特有的壓砂地棗樹土壤水分的空間變異及其尺度效應(yīng)，本文基于野外試驗(yàn)，選取32 m×32 m區(qū)域，并在此基礎(chǔ)上改變采樣幅度和采樣間距，基于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，研究了不同采樣幅度和間距條件下0-50 cm土層土壤含水量的空間分布特征及其空間變異性。結(jié)果表明，對(duì)于所有5種采樣幅度（32 m×32 m、28 m×28 m、24 m×24 m、20 m×20 m和16 m×16 m），隨土層深度的增加，土壤含水量呈減小的趨勢(shì)，而變異系數(shù)呈增大的趨勢(shì)，空間變異強(qiáng)度基本表現(xiàn)為弱變異至中等偏弱變異；當(dāng)采樣幅度增大時(shí)，土壤含水量的變異系數(shù)Cv、塊金值C0及變程A均不斷增大。對(duì)于4 m、8 m和12 m這3種采樣間距，當(dāng)采樣間距增大時(shí)，土壤含水量的塊金值C0不斷增大，變程A不斷減小，而變異系數(shù)Cv不受影響。在不同尺度內(nèi)，土壤含水量均存在強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性。各土層土壤含水量在不同采樣間距下的空間分布形態(tài)相似，多處出現(xiàn)明顯的“隆起”與“凹陷”，受地形影響顯著，并隨著采樣間距的增大，逐漸平坦化，8 m為較合理的采樣間距。

壓砂地；土壤含水量；尺度效應(yīng)；空間分布

土壤水分是土壤-植物-大氣連續(xù)體（soil-plantatmosphere continuum，SPAC系統(tǒng)）中大氣降水、地表水、土壤水和地下水相互轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1]。土壤水分的空間格局及空間變異是空間合理配置和人工植被恢復(fù)的科學(xué)基礎(chǔ)。隨季節(jié)和研究尺度不同，土壤水分表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間變異性[2-5]。土壤水分的空間異質(zhì)性主要受到土壤質(zhì)地、植被、地形地貌、降雨及人類活動(dòng)等非線性因子的影響[6]。有研究表明，不同尺度條件下對(duì)土壤水分空間變異規(guī)律的研究可為提高土壤水分利用率、建立水分管理信息系統(tǒng)以及發(fā)展和驗(yàn)證遙感反演提供基礎(chǔ)的地面觀測(cè)數(shù)據(jù)支持，是實(shí)現(xiàn)田間“精準(zhǔn)灌溉”的基礎(chǔ)[7-8]。Bl?schl[9]認(rèn)為，采樣尺度的變化將使土壤水分的表觀變異與真實(shí)變異出現(xiàn)偏差。胡偉等[10]通過(guò)改變采樣幅度和間距的“再采樣”方法，研究了尺度大小對(duì)土壤水分空間變異的影響，得出在一定范圍內(nèi)隨采樣幅度的增大，土壤水分變異的特征參數(shù)都呈不同程度地增大；隨采樣間距的增大，相關(guān)指數(shù)沒(méi)有變化，而相關(guān)距離卻減小。魏新光等[11]研究指出土壤含水量時(shí)空變異性顯著，垂直方向上隨著土層深度的增加，變異系數(shù)逐漸降低。邢旭光等[12]認(rèn)為對(duì)于40 m×40 m、8 m×8 m和2 m×2 m 3種尺度，0-60 cm深度各土層土壤含水量在水平方向上的變異強(qiáng)度表現(xiàn)為弱變異至中等（偏弱）變異，且隨尺度減小和土層深度增加而減小，且所有取樣點(diǎn)0-60 cm深度內(nèi)土壤含水量在垂直方向上的變異強(qiáng)度表現(xiàn)為弱變異至中等（偏弱）變異。趙文舉等[13]研究得出不同種植年限壓砂地的變異系數(shù)隨著采樣幅度的增大而增大。史文娟等[14]研究了3種微尺度（0.25 m、1 m、4 m）條件下棉田土壤水分的空間變異性，指出土壤水分變異性為中等變異，半方差函數(shù)大部分可采用高斯模型模擬。同時(shí)也有研究表明[15-17]，微尺度條件下的土壤含水量半方差函數(shù)模型和空間變異特性與傳統(tǒng)的大中尺度之間存在較大差異，因此，深入了解尺度變化對(duì)土壤水分空間變異的影響，定量分析土壤水分空間變異特征及其尺度效應(yīng)，針對(duì)特定地區(qū)進(jìn)行的微尺度土壤特性的空間變異性研究亟需進(jìn)一步開展。

壓砂地是西北旱區(qū)勞動(dòng)人民利用砂石作為覆蓋材料，依賴天然降水創(chuàng)造出的一種以砂石覆蓋和免耕為核心的保護(hù)性耕作模式，距今已有300多年的發(fā)展歷史[18]。土壤表層覆蓋砂石具有明顯的增滲、減蒸、保溫、抗蝕、減小地表徑流等作用[19-20]，但會(huì)使得土壤水分的入滲、蒸發(fā)機(jī)理比均質(zhì)土特殊復(fù)雜。同時(shí)鑒于土壤水分分布狀況對(duì)植被生長(zhǎng)有至關(guān)重要的影響[21-22]，對(duì)土壤水分空間變異性的研究具有重要意義。為此，基于野外試驗(yàn)，擬對(duì)西北地區(qū)特有的壓砂地棗樹土壤水分在水平方向和垂直方向上的空間變異特性及分布特征進(jìn)行微尺度研究，以期為壓砂地田間水分管理提供理論依據(jù)。

1 研究材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

研究區(qū)在景泰縣蘭州理工大學(xué)試驗(yàn)研究基地附近。地處河西走廊東端，北依寧夏，黃土高原與騰格里沙漠的過(guò)渡地帶。土壤類型主要為洪積灰棕荒漠土和灰鈣土。景泰縣地處季風(fēng)區(qū)與非季風(fēng)區(qū)過(guò)渡地帶，縣境內(nèi)氣候呈現(xiàn)出明顯的大陸性氣候特征，年均降水量185 mm，多集中在7-9三個(gè)月，占全年降水量的61.4%，年均蒸發(fā)量3 038 mm，是降水量的16倍。無(wú)霜期141 d，年均溫度8.2 ℃。

1.2 試驗(yàn)方法

用GPS定位在樣地中心的空地作土壤剖面，確定土壤樣點(diǎn)。在東西方向與南北方向，采用規(guī)格網(wǎng)格布點(diǎn)法，以網(wǎng)格最小尺寸為32 m×32 m的矩形網(wǎng)格取樣作為每個(gè)試驗(yàn)塊，網(wǎng)格的尺度取4 m，測(cè)點(diǎn)中心距為4 m，共64個(gè)取樣點(diǎn)，采樣時(shí)將表層砂石小心鏟除，取樣深度為0-10 cm，10-20 ㎝，20-30 cm和30-50 cm。土樣的取樣方法為土鉆取樣法，樣品的采集重量為60-70 g，采用烘干法測(cè)定土壤含水量。采樣點(diǎn)均勻地分布在研究區(qū)域內(nèi)，取樣點(diǎn)分布如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和取樣在2015年10月14日進(jìn)行。

圖1 土壤含水量取樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 Sampling point distribution of soil water content

1.2.1 改變采樣幅度 對(duì)所有的測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并分別以28 m×28 m、24 m×24 m、20 m×20 m、16 m×16 m的“滑動(dòng)窗”從測(cè)定區(qū)域的西北角向東南角滑動(dòng)，計(jì)算每個(gè)滑動(dòng)窗內(nèi)的變異參數(shù)。并利用Sufer8.0對(duì)已有土壤含水量數(shù)據(jù)通過(guò)克里格插值分別繪出其空間分布圖。

1.2.2 改變采樣間距 首先對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間變異分析，然后在原始采樣點(diǎn)的基礎(chǔ)上分別在東西和南北向每隔一個(gè)和兩個(gè)點(diǎn)對(duì)原始采樣點(diǎn)進(jìn)行隔行抽取，來(lái)實(shí)現(xiàn)采樣密度的改變，即增大采樣間距，并使在每種間距下，所有的原測(cè)數(shù)據(jù)都取到，并將相同采樣點(diǎn)數(shù)的樣本變異參數(shù)的平均值作為該采樣密度內(nèi)的變異結(jié)果。需要指出的是，在地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析時(shí)，如果間距太大可能造成數(shù)據(jù)太少，從而使數(shù)據(jù)失去可靠性，因此只用采樣間距為4、8、12 m這3種情況分析采樣間距對(duì)土壤含水量空間變異的影響。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)的空間變異研究均采用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法。采用SPSS20.0進(jìn)行經(jīng)典統(tǒng)計(jì)計(jì)算，采用GS+9.0對(duì)土壤含水率進(jìn)行半方差分析和理論模型的擬合，采用克里格法對(duì)各尺度0-50 cm土層土壤含水量進(jìn)行插值，最后借助Sufer8.0和Origin9.0完成圖形繪制。

1.3.1 變異函數(shù)的理論模型擬合 球狀模型：

式中：r（h）為半方差值；h為樣本間距；C0為塊金常數(shù)；C0+C為基臺(tái)值；C為拱高；a為變程。

指數(shù)模型：

注：3 a為變程。

高斯模型：

半方差函數(shù)模型中塊金值（C0）反映隨機(jī)因素引起的空間變異程度，越接近于0表明空間相關(guān)性越強(qiáng)；基臺(tái)值（C0+C）反映區(qū)域化變量在研究范圍內(nèi)總的空間變異程度；變程（A）反映區(qū)域化變量空間自相關(guān)變異的尺度范圍，在變程之內(nèi)具有空間自相關(guān)性，反之，則是獨(dú)立的；基臺(tái)比C0/(C0+C)為空間相關(guān)度，反映可度量的空間隨機(jī)因素引起的變異所占的比例，當(dāng)C0/(C0+C)＜0.25，表示變量具有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性，0.25≤C0/(C0+C)≤0.75，表示變量具有中等的空間自相關(guān)性，C0/(C0+C)＞0.75，表示變量空間自相關(guān)性很弱[24]。

2 結(jié)果與分析

2.1 采樣幅度對(duì)空間變異結(jié)果的影響

2.1.1 不同采樣幅度尺度條件下土壤含水量統(tǒng)計(jì)特征值分析 變異系數(shù)Cv與采樣幅度的關(guān)系如圖2所示。由圖2可知，對(duì)于16 m×16 m、20 m×20 m、24 m×24 m、28 m×28 m和32 m×32 m 5種采樣幅度0-50 cm土層內(nèi)土壤水分在水平方向上的變異系數(shù)均值分別為13.0%、13.3%、14.0%、14.8%和16.5%，呈現(xiàn)出隨采樣幅度增大而增大的趨勢(shì)。這主要是由于隨著研究區(qū)域的增大不斷引入新的變異因素的緣故，即某些在較大尺度內(nèi)對(duì)土壤水分分布起影響作用的因素在較小有限尺度內(nèi)，可能具有相對(duì)一致性；當(dāng)尺度增大時(shí)，它對(duì)水分分布的影響才得到體現(xiàn)，從而使得其變異系數(shù)增大，變異增大。對(duì)變異系數(shù)Cv與采樣幅度的關(guān)系進(jìn)行擬合，得到式（4）：

式中：y為變異系數(shù)；x為采樣幅度。由擬合結(jié)果可知，在研究區(qū)域內(nèi)，所選尺度均較小，故變異系數(shù)差別不大；隨著采樣幅度x的增大，變異系數(shù)y值也隨之增大。

圖2 采樣幅度對(duì)土壤水分變異系數(shù)的影響Fig. 2 The effect of scale for soil moisture variation coefficient

通過(guò)對(duì)16 m×16 m到32 m×32 m采樣幅度的壓砂地棗樹區(qū)水平方向的土壤含水量和0-50 cm土層垂直方向的土壤含水量統(tǒng)計(jì)分析（表1），對(duì)于不同采樣幅度，0-50 cm土層含水率均表現(xiàn)出隨深度增加而減小的趨勢(shì)；對(duì)于全部取樣點(diǎn)，各土層土壤含水量變異系數(shù)在水平方向上呈現(xiàn)隨深度增加而增加的趨勢(shì)，介于8.1%-22.5%，除0-10 cm土層空間變異強(qiáng)度在24 m×24 m、20 m×20 m及16 m×16 m尺度時(shí)表現(xiàn)為弱變異外，其余均表現(xiàn)為中等偏弱變異。

2.1.2 不同采樣幅度條件下土壤含水量空間變異特性分析 以地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法為基礎(chǔ)，對(duì)不同采樣幅度尺度條件下壓砂地棗樹區(qū)土壤水分進(jìn)行半方差分析，繪制采樣幅度為32 m×32 m時(shí)的土壤水分半方差函數(shù)圖（圖3）。由圖3可以看出，采樣幅度為32 m×32 m時(shí)的土壤水分半方差函數(shù)曲線變化較平穩(wěn)，模型擬合的相關(guān)系數(shù)較高，表明在整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)土壤水分的相關(guān)性較高。各采樣幅度尺度的半方差函數(shù)模型及相關(guān)參數(shù)見表2。

從表2可以看出，在32 m×32 m尺度條件下，各土層（除10-20 cm外）均采用指數(shù)模型模擬；在28 m×28 m尺度條件下，各土層的最佳理論模型均為指數(shù)模型；在24 m×24 m尺度條件下，各土層可采用指數(shù)、高斯和球狀模型模擬；在20 m×20 m尺度條件下，各土層可采用球狀和指數(shù)模型模擬；在16 m×16 m尺度條件下，各土層可采用高斯和球狀模型進(jìn)行模擬。采樣幅度從32 m×32 m減小到16 m×16 m時(shí)，C0均值分別為0.394、0.356、0.333、0.187和0.083，表現(xiàn)為隨采樣幅度的減小，塊金值不斷減小的趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著采樣幅度的減小，短距離內(nèi)的變異和測(cè)量誤差不斷減小的緣故。變程（A）均值分別為22.00 m、18.54 m、15.62 m、14.80 m和8.74 m，表明空間自相關(guān)距離隨采樣幅度減小而減小，且最小變程為8.12 m，大于采樣間距4 m，表明采樣間距合理?；_(tái)值(C0+C)呈現(xiàn)出隨土層深度增加而增大的趨勢(shì)，表明在研究區(qū)域內(nèi)，50 cm土層土壤含水量的空間變異程度也與土層深度密切相關(guān)。在各采樣幅度尺度內(nèi)，基臺(tái)比C0/(C0+C)大部分小于0.25，其余介于0.25-0.50之間，表明在各研究幅度尺度內(nèi)，0-50 cm土層土壤含水量整體表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間自相關(guān)性。

表1 不同采樣幅度0-50 cm深度各土層水平方向上土壤水分統(tǒng)計(jì)特征值Table 1 Statistics parameters of horizontal soil water content in 0-50 cm layers under different sampling extents

圖3 32 m×32 m時(shí)的土壤水分半方差函數(shù)圖Fig. 3 Semi-variance function diagram of soil water content of the scale of 32 m×32 m

表2 不同采樣幅度0-50 cm深度各土層土壤水分半方差函數(shù)模型及參數(shù)擬合Table 2 Semi-variance models and fitted parameters of soil water content in 0-50 cm layers under different sampling extents

2.2 采樣間距對(duì)空間變異結(jié)果的影響

2.2.1 不同采樣間距條件下土壤含水量統(tǒng)計(jì)特征值分析 當(dāng)采樣間距從4 m變化至12 m時(shí)，對(duì)壓砂地棗樹區(qū)水平方向的土壤含水量和0-50 cm土層垂直方向的土壤含水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表3）。當(dāng)采樣密度發(fā)生變化時(shí)，各土層土壤含水量和變異系數(shù)均圍繞一個(gè)固定值波動(dòng)。其變異系數(shù)的均值分別為11.4%、14.2%、19.4%和23.2%。由此可以看出，研究區(qū)域內(nèi)土壤含水量變異系數(shù)受土層深度的影響，而采樣間距對(duì)變異系數(shù)基本不產(chǎn)生影響，這也說(shuō)明采樣幅度一定時(shí)，采樣密度的改變并不能改變影響土壤含水量變異的因素。由此可見，在一定的研究區(qū)域內(nèi)，適當(dāng)增大采樣間距仍可以得到土壤水分的實(shí)際變異系數(shù)。

2.2.2 不同采樣間距條件下土壤含水量空間變異特性分析 在不同采樣間距下，0-10 cm土層采用指數(shù)模型模擬；10-20 cm土層采用球狀模擬；20-30 cm土層和30-50 cm土層采用指數(shù)模型模擬（表4）。

隨采樣間距從4 m增大到12 m時(shí)，塊金值（C0）基本呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，這可能是由于短距離內(nèi)微地域或植被間差異雖表現(xiàn)出一定的結(jié)構(gòu)特征，但卻被較大距離上影響土壤水分變異過(guò)程的局部微地貌、土壤質(zhì)地等因素所掩蓋?；_(tái)值無(wú)明顯變化規(guī)律，變程（A）隨采樣間距的增大呈明顯減小的趨勢(shì)，說(shuō)明適當(dāng)減小采樣間距能使土壤含水量表現(xiàn)出更好的空間連續(xù)性，采樣間距為4 m和8 m時(shí)，變程均大于相應(yīng)的采樣間距，表明所取采樣間距合理，而當(dāng)采樣間距為12 m時(shí)，變程均小于采樣間距，采樣間距不再合理，說(shuō)明本研究中8 m的采樣間距是較為合理的，可以在取相對(duì)較少采樣點(diǎn)的情況下仍可獲得較為合理的結(jié)果。不同采樣間距時(shí)，各土層基臺(tái)比C0/（C0+C）大部分小于0.25，其余介于0.25-0.50之間，表明當(dāng)采樣間距不同時(shí)，0-50 cm土層內(nèi)土壤含水量整體表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間自相關(guān)性。

表3 不同采樣間距0-50 cm深度各土層水平方向上土壤水分統(tǒng)計(jì)特征值Table 3 Statistics parameters of horizontal soil water content in 0-50 cm layers of different sampling spacings

表4 采樣間距對(duì)0-50 cm土層土壤水分半方差參數(shù)的影響Table 4 Effects of sampling spacing on semi-variogram parameter of soil water content in 0-50 cm layers

2.2.3 不同采樣間距條件下土壤含水量空間分布特征 為便于直觀了解研究區(qū)域內(nèi)土壤含水量的空間分布特征，分別繪制了各采樣間距尺度條件下0-50 cm深度內(nèi)各土層土壤含水量在水平方向和豎直方向的空間分布圖，如圖4所示。

由圖4可知，各尺度土壤水分均表現(xiàn)出“凹凸不平”的分布情況，這可能與取樣區(qū)域內(nèi)的地形地貌有關(guān)，這與邢旭光等[12]的研究結(jié)果相似。在不同采樣間距條件下，0-20 cm土層土壤含水量均較20-50 cm土層波動(dòng)幅度大，原因在于淺層土壤易受蒸發(fā)和降水作用影響，由于表層（0-10 cm）土壤極易受人為因素影響，導(dǎo)致10 cm深度土壤含水量分布出現(xiàn)多處明顯“隆起”與“凹陷”，而30-50 cm深度土壤含水量分布則相對(duì)“平坦”。由圖4進(jìn)一步可知，各土層土壤含水量在不同采樣間距下的空間分布總體趨勢(shì)相同，但隨著采樣間距的增大，其分布形態(tài)趨于“平坦”。采樣間距為8 m時(shí)，其圖形雖趨于平坦化，但與采樣間距為4 m的空間分布圖差別較小，可以較好的表征土壤含水率的空間分布特征，而當(dāng)采樣間距為12 m時(shí)，相較于前兩個(gè)采樣間距，其分布特征過(guò)于平坦化，不再能表征土壤含水率的實(shí)際空間變異特征。所以本研究中采樣間距可取為8 m，這可以在獲得可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上大大減小采樣的工作量。

3 討論

本文通過(guò)改變采樣幅度和采樣間距探討了不同采樣尺度對(duì)壓砂地棗樹區(qū)0-50 cm土層土壤水分空間變異性的影響。研究結(jié)果表明，隨著土層深度的增加，土壤含水量呈減小的趨勢(shì)，而變異系數(shù)呈增大的趨勢(shì)，這與張繼光等[25]、姚雪玲等[26]的研究結(jié)果相同；而邢旭光等[12]在對(duì)獼猴桃果園土壤含水量進(jìn)行研究時(shí)得出，在0-60 cm土層內(nèi)隨土層深度增加，土壤含水量先增大后減小，變異系數(shù)逐漸減小的結(jié)論；魏新光等[11]對(duì)丘陵區(qū)棗林土壤水分動(dòng)態(tài)進(jìn)行了研究，得出隨土層深度增加，變異系數(shù)逐漸降低的結(jié)論；趙文舉等[13]在對(duì)不同種植年限壓砂地0-50 cm土層進(jìn)行研究時(shí)得出隨著采樣幅度尺度的增大，土壤含水量和變異系數(shù)均增大的結(jié)論。這些不同的變化規(guī)律可能與各研究區(qū)域地形地貌、管理措施、土壤質(zhì)地以及植被類型和種植結(jié)構(gòu)等有關(guān)，這也決定了不同研究區(qū)域土壤水分和變異系數(shù)的差異性。

圖4 不同采樣間距0-50 cm土層土壤含水量空間分布圖Fig. 4 Spatial distribution of soil water content in 0-50 cm layers under different sampling spacings

3.1 采樣幅度對(duì)空間變異的影響

郭德亮等[15]在對(duì)不同采樣幅度黑河中游綠洲區(qū)不同土地利用類型表層土壤水分空間變異進(jìn)行研究時(shí)，林地在濕潤(rùn)條件下土壤水分變異的特征參數(shù)顯示出與本研究相似的規(guī)律，即塊金值（C0）和變程（A）均隨采樣幅度的增大而增大，而農(nóng)地的變程（A）則無(wú)固定的變化規(guī)律；胡偉等[10]對(duì)黃土高原退耕坡地土壤水分的空間變異進(jìn)行尺度性研究時(shí)得出在一定范圍內(nèi)隨采樣幅度的增大，土壤水分變異的特征參數(shù)都呈不同程度地增大的結(jié)論，與本研究中變異系數(shù)的變化規(guī)律相同；而邢旭光等[12]在對(duì)不同采樣幅度下獼猴桃果園土壤含水量進(jìn)行研究時(shí)得出，變程（A）隨采樣幅度的增大而增大的結(jié)論，這與本研究結(jié)果一致，而塊金值（C0）較穩(wěn)定且變化程度減小的結(jié)論卻與本研究中塊金值隨采樣幅度增大而增大的結(jié)論有所差異。變程（A）隨采樣幅度增大而增大的現(xiàn)象可能與土壤水分分布格局的等級(jí)巢式結(jié)構(gòu)有關(guān)[10]，即隨采樣幅度的增大，大尺度上結(jié)構(gòu)因素引起的變異相關(guān)性會(huì)掩蓋小尺度上結(jié)構(gòu)因素和隨機(jī)因素引起的變異相關(guān)性，使土壤水分在較大尺度內(nèi)變化平穩(wěn)。這些相似的和不同的變化規(guī)律可能與各研究區(qū)域氣候和環(huán)境條件不同有關(guān)。通過(guò)比較不同采樣幅度下土壤水分的變異結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)在采樣和模擬時(shí)需要根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整采樣幅度的大小。較大的采樣幅度可以改善土壤的分類系統(tǒng)，提高土壤的調(diào)查和測(cè)繪質(zhì)量，中、小尺度可以為合理制定作物布局、有效管理土地資源及提高土壤利用率進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精確灌溉奠定基礎(chǔ)。因此，在今后研究中需要根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況和研究目的確定采樣幅度，不斷總結(jié)不同區(qū)域在不同采樣幅度下土壤水分的空間變異規(guī)律，為微尺度采樣幅度下土壤水分的合理監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)。

3.2 采樣間距對(duì)空間變異的影響

有關(guān)采樣間距對(duì)土壤含水量空間變異特性的研究也較多，而研究結(jié)果也有一定的差異性。Western和Bl?schl[27]的研究指出變程（A）隨采樣間距的增大而增大；胡偉等[10]對(duì)黃土高原退耕坡地土壤水分的空間變異進(jìn)行尺度性研究時(shí)得出隨采樣間距的增大，相關(guān)距離卻減小的結(jié)論，這與本研究中得出的結(jié)論一致，這可能與土地類型和模型的擬合有關(guān)。因此，有關(guān)采樣間距對(duì)壓砂地棗樹土壤含水量空間變異特征的影響有待進(jìn)一步研究。同時(shí)，Western和Bl?schl[27]指出，在空間變異研究中，非常小的采樣體積、非常大的采樣幅度和采樣密度是最理想的采樣尺度，只有樣本數(shù)據(jù)足夠多才可以代表研究區(qū)域的真實(shí)變異特征。但實(shí)際應(yīng)用中受土壤水分測(cè)定時(shí)人力和物力的影響，采樣幅度和采樣密度不可能無(wú)限增大。

因此，本文中對(duì)壓砂地棗樹區(qū)土壤水分空間變異的尺度性研究，在節(jié)省資源的前提下可為確定最優(yōu)的采樣幅度和密度提供有效的參考。但是，本文只對(duì)特定時(shí)間里土壤水分的空間變異性規(guī)律進(jìn)行了探討，如要全面了解景泰地區(qū)壓砂地棗樹土壤水分的空間變異規(guī)律，還需要對(duì)土壤水分在不同尺度上的空間分布隨時(shí)間的變化規(guī)律做更進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

1）在不同采樣幅度條件下，土壤含水量隨土層深度增加而減??；變異系數(shù)（Cv）隨土層深度和采樣幅度的增加均呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，表現(xiàn)為弱變異或中等偏弱變異；塊金值（C0）基本表現(xiàn)為隨采樣幅度的減小而不斷減小的趨勢(shì)；變程（A）隨采樣幅度減小而減小；基臺(tái)值（C0+C）呈現(xiàn)出隨土層深度增加而增大的趨勢(shì)，且土壤含水量存在強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性。

2）在不同采樣間距條件下，變異系數(shù)變化不大，這說(shuō)明采樣幅度一定時(shí)，采樣密度的改變并不能改變影響土壤含水量變異的因素。隨采樣間距的增大，塊金值（C0）基本呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)；變程（A）隨采樣間距的增大呈明顯減小的趨勢(shì)，且8 m為較合理的采樣間距，可在減少采樣點(diǎn)的情況下仍可獲得較為合理的結(jié)果；土壤含水量整體表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間自相關(guān)性。

3）在不同采樣間距條件下，各土層土壤含水量的空間分布均表現(xiàn)出“凹凸不平”的形態(tài)，0-20 cm土層土壤含水量較20-50 cm土層波動(dòng)幅度大，多處出現(xiàn)明顯“隆起”與“凹陷”。各土層土壤含水量在不同采樣間距下的空間分布總體趨勢(shì)相同，但隨著采樣間距的增大，其分布形態(tài)趨于“平坦”。8 m的采樣間距，仍可以較好的表征土壤含水率的空間分布特征，是較為合理的采樣間距。

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（責(zé)任編輯：王育花）

Effects of sampling extent and spacing on spatial variability of soil water content in a field with gravel-mulched jujube tree

ZHAO Wen-ju1, CUI Zhen1, MA Xiao-yi2, MA Hong1, YU Ping1
（1.College of Energy and Power Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China; 2. Key Laboratory for Agricultural Soil and Water Engineering in Arid Area of Ministry of Education, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China）

To explore the effects of sampling extent and spacing on spatial variability of soil moisture in a gravelsand mulched jujube orchard, spatial analyses including classical statistics and geo-statistics were conducted with soil water content (SWC) of 0-50 cm in the 32 m×32 m field by changing the sampling extent and spacing. Irrespective of sampling extents (i.e. 32 m×32 m, 28 m×28 m, 24 m×24 m, 20 m×20 m and 16 m×16 m), the SWC decreased with the increase of soil depth while the variation coefficient increased with the increasing soil depth. The spatial variability of SWC was weak and moderate for all scales; The variation coefficient (Cv), nugget (C0), and variation range (A) of SWC all increased with the increase of sampling extent. When three sampling spacings (i.e. 4, 8 and 12 m) were concerned, the nugget (C0) increased with the increase of sampling spacing; The variation range (A) decreased with the increase of sampling spacing; the Cvwas not affected by the sampling spacing. A strong spatial autocorrelation characteristic of SWC was found for all scales. The distribution patterns of SWC in the same soil layer at different sampling spacings were similar and tended to be "flat" with the increase of the sampling spacing. The reasonable sampling spacing was found to be 8 m in our case.

gravel-sand mulched field; soil water content; scale effect; spatial distribution

ZHAO Wen-ju, E-mail: wenjuzhao@126.com.

10.13872/j.1000-0275.2016.0114

S152.7

A

1000-0275（2016）06-1181-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51269008，51279167）；蘭州理工大學(xué)紅柳青年教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(Q201310)。

趙文舉（1981-），男，甘肅永昌人，博士，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)水土工程方面的研究，E-mail：wenjuzhao@126.com。

2016-04-15，接受日期：2016-09-07

Foundation item: National Natural Science Foundation of China (51269008, 51279167); HongLiu Young Teachers Training Program of Lanzhou University of Technology (Q201310).

Received 15 April, 2016;Accepted 7 September, 2016