PAGE29某坡面土壤水分空間異質(zhì)性特征分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u4947某坡面土壤水分空間異質(zhì)性特征分析案例 1324091.1研究區(qū)降雨概況 1120061.2降雨與土壤水分的灰關(guān)聯(lián)度分析 1236371.3降雨對土壤水分空間格局的影響 368991.3.1降雨前后土壤水分的描述統(tǒng)計特征 3175501.3.2小雨條件下土壤水分的空間變異特征 4104441.3.3中雨條件下土壤水分的空間變異特征 5257461.3.4大雨條件下土壤水分的空間變異特征 752891.4小結(jié) 81.1研究區(qū)降雨概況依照中國氣象部門對降雨強(qiáng)度等級劃分，對2020年8月至11月降雨量統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如表4-1所示，被監(jiān)測期內(nèi)，降雨共計52次，其中，小雨事件43次，占降雨總次數(shù)的83%；中雨事件6次，占降雨總次數(shù)的11%；大雨事件3次，占降雨總次數(shù)的6%；暴雨以上降雨事件0次。8月至11月每個月降雨總量為65.8mm、66.2mm、105.0mm、72.6mm，分別對應(yīng)單日最大降雨量為30.8mm、15.0mm、47.8mm、26.6mm，每月分別對應(yīng)最長連續(xù)降雨日數(shù)為4d、4d、6d和10d。1.2降雨與土壤水分的灰關(guān)聯(lián)度分析以坡面1的六個坡位（分別距坡頂0、30、60、90、120、150m）和坡面2的七個坡位（分別距坡頂0、30、60、90、120、150、180m）為分析對象，探討不同坡位50cm內(nèi)剖面平均土壤水分對降雨的響應(yīng)特征。圖4-1為兩種坡面不同坡位各監(jiān)測期內(nèi)0-50cm平均土壤水分和同日期前七天降雨量的關(guān)系，由圖可以看出，在整個監(jiān)測期內(nèi)，坡面1距坡頂60m處土壤含水量始終較其它坡位大，而處于坡頂林地的土壤含水量則始終較其它坡位小，當(dāng)降雨量達(dá)到大雨以上級別時會增加坡頂和其它坡位間的差異。對于坡面2來說，降雨量增加，各坡位土壤含水量增加明顯，但距坡頂60m和90m處土壤含水量在整個監(jiān)測期內(nèi)始終小于其它坡位。綜合表明，不同坡位對降雨類型一定程度上具有依賴性，前期降雨量的大小影響了不同坡位對降雨的響應(yīng)程度。隨后對降雨量與平均土壤水分的進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析，以每次監(jiān)測前七天的累計降雨量為母序列，即X0=X0kk=1,2,…11，不同坡位0-50cm平均土壤水分為比較序列，即X1,2,…6（7）=X1,2,…671.3降雨對土壤水分空間格局的影響1.3.1降雨前后土壤水分的描述統(tǒng)計特征本章節(jié)選取了監(jiān)測期內(nèi)前期土壤含水量較為接近的三種雨型（小雨、中雨和大雨，對應(yīng)前24h降雨量分別為6.4mm、13.4mm和30.8mm）為分析對象，探究坡面土壤水分在不同雨型下的空間變異特征?；窘y(tǒng)計結(jié)果如圖4-3所示，由圖可知，坡面1小雨、中雨和大雨降雨初期50cm剖面平均土壤水分分別13.67%、13.68%和15.71%，經(jīng)過降雨補(bǔ)償后，50cm土層內(nèi)平均含水量分別增加了6.25%、7.24%和7.93%；坡面2小雨、中雨和大雨降雨初期50cm土層平均土壤水分分別21.09%、25.13%和23.02%，經(jīng)過降雨補(bǔ)償后，50cm土層內(nèi)平均含水量分別增加了3.00%、9.08%和10.98%。方差分析結(jié)果表明（圖4-3），小雨事件中坡面1雨前雨后達(dá)到了顯著差異；大雨和中雨條件下坡面1和坡面2在降雨前后均達(dá)到了顯著差異，說明小雨只影響了坡面1的土壤水分格局分布，而大雨和中雨對兩種坡面土壤水分均有顯著影響（P<0.05）。值得注意的是，對坡面所有樣點不同土層含水量的平均化可能弱化了不同坡位不同土層對降雨的響應(yīng)作用，因此，后續(xù)章節(jié)對不同坡位4個土層（0-10cm、10-20cm、20-30cm和30-50cm）土壤水分在不同雨型下的空間變異進(jìn)行了具體分析。1.3.2小雨條件下土壤水分的空間變異特征小雨前后不同土層土壤水分沿坡面分布如圖4-4所示。從不同土層來看，小雨前，坡面1四個土層平均含水量從上至下逐漸增大，分別為7.82%、12.97%、15.46%和16.33%，小雨后對應(yīng)含水量逐漸減小，分別為23.19%、21.29%、20.53%和18.32%，表明小雨對淺層（0-20cm）補(bǔ)給明顯，并使0-10cm土層（飽和含水量為23.21%）達(dá)到了飽和狀態(tài)，下層水分含量的增加主要來自上層水分的下滲，而對20-50cm土層影響不明顯。坡面2小雨前四個土層從上至下逐漸增大，平均含水量分別為7.82%、12.97%、15.46%和16.33%，小雨后分別增加了7.59%、5.63%、3.15%和3.30%，但四個土層含水量均未達(dá)到飽和狀態(tài)，同坡面1一樣，小雨只對0-20cm土層含水量產(chǎn)生了顯著影響（P<0.05），對20-50cm土層影響不顯著。從不同坡位來看，坡面1小雨前期六個坡位平均土壤含水量呈波動式變化，從坡頂至坡底分別為11.06%、11.38%、18.93%、13.42%、15.14%和8.92%，小雨后不同坡位土壤含水量變化規(guī)律同降雨之初一致，依次為16.51%、22.88%、26.02%、20.50%、21.12%和18.14%，總的來看，坡頂和坡底含水量較小，而距坡頂60m處含水量最大，這可能與植被類型及密度有關(guān)，坡頂主要為為林地，其林冠層和枯枝落葉降雨有攔截作用，而坡底果園種植密度更大，除攔截作用外，處于膨果期的果樹自身對水分消耗作用也較大。相比于坡面1，坡面2除坡中（距坡頂90m）外土壤含水量均較大，從坡頂至坡底分別為23.78%、21.65%、21.15%、12.89%、23.27%、21.65%和22.71%，小雨后，依次增加7.95%、3.40%、1.53%、3.86%、5.18%、6.43%和1.84%，除坡頂（飽和含水量為32.46%）外，其余坡位土壤水分均未達(dá)到飽和狀態(tài)?？梢姡∮陮ζ拭嫱寥浪值难a(bǔ)給主要體現(xiàn)在0-20cm，并減小了不同土層間的差異。對于坡面1而言，即使在相同土地利用范圍內(nèi)，土壤含水量因坡位不同亦存在較大差異。對于坡面2來說，不同土地利用間土壤含水量差異明顯，在距坡頂90m處的林地出現(xiàn)了明顯的拐點。總體看來，小雨使得坡面整體土壤含水量有所增加，這在坡面2尤為明顯，但相對來說，兩種坡面不同坡位在小雨后，高處仍高，低處仍然較低，小雨對坡面土壤水分的整體分布特征影響不大。1.3.3中雨條件下土壤水分的空間變異特征中雨前后不同土層土壤水分沿坡面分布如圖4-5所示。由圖可知，坡面1四個土層平均含水量在中雨前期無明顯差異，從上至下依次為12.54%、12.50%、11.45%和11.85%，中雨形成后，從上至下依次減小，分別為20.19%、20.16%、19.25%和18.67%，與小雨不同的是，中雨對土層含水量的補(bǔ)給增加至30cm，相比雨前，0-10cm、10-20cm和20-30cm分別增加了7.66%、7.66%和1.79%，但均未達(dá)到飽和狀態(tài)，而30-50cm土層含水量與小雨后同土層含水量接近。對于坡面2來說，不論降雨前后，各土層從上至下呈依次減小的趨勢。中雨前期四個土層平均含水量從上至下分別為15.23%、20.61%、21.34%和29.22%，中雨后0-10cm、10-20cm和20-30cm分別增加了10.28%、5.00%和1.98%，30-50cm土層則無明顯差別（P<0.05），表明坡面2同坡面1一樣，中雨對土壤含水量的補(bǔ)給可能限于30cm內(nèi)，但并未使各土層達(dá)到飽和狀態(tài)。從不同坡位來看，坡面1中雨前期六個坡位平均土壤含水量從坡頂至坡底依次為10.67%、13.24%、16.22%、12.76%、15.858%和12.77%，經(jīng)過中雨的補(bǔ)償之后，從從坡頂至坡底呈先增加后平緩下降的趨勢，各坡位相對雨前分別增加了1.41%、5.69%、7.29%、9.88%、6.13%和2.50%，距坡頂60m處土壤含水量仍然最大，林地最小。坡面2在中雨初期各坡位土壤含水量從上至下分別為26.38%、23.77%、26.89%、12.80%、22.31%、23.35%和20.94%，中雨補(bǔ)償后分別為29.03%、29.19%、29.44%、17.30%、29.86%、28.76%和26.13%，除距坡頂90m處的林地和坡底外，各坡位土壤含水量均已接近飽和狀態(tài)，中雨對坡面2土壤含水量補(bǔ)給明顯。綜合表明，中雨減小了不同土層間的差異，相對小雨條件，中雨對剖面土壤水分的補(bǔ)給增加至30cm。從坡面整體來看，中雨使得兩個坡面整體土壤含水量有所增加，但是并未能改變坡面1土壤水分空間分布格局，雨后仍然保持著高處仍高、低處仍低的分布特征；但對坡面2補(bǔ)給明顯，坡中（距坡頂90m）出現(xiàn)了明顯的拐點，其土壤含水量和其它坡位間差異明顯，這可能是由于不同土地利用影響的結(jié)果，但在相同土地利用范圍內(nèi)，即使坡位存在差別，土壤含水量差別并不明顯。1.3.4大雨條件下土壤水分的空間變異特征坡面1四個土層平均含水量在大雨前差別不大（圖4-6），從上至下分別為15.57%、17.06%、15.51%和16.36%，大雨后對應(yīng)含水量分別為25.01%、22.49%、23.05%和21.74%，四層平均含水量為23.07%，在誤差范圍內(nèi)（2%）達(dá)到了飽和狀態(tài)（剖面平均飽和含水量為23.21%）。坡面2大雨初期四個土層從上至下逐漸增大，平均含水量分別為11.99%、21.54%、21.96和26.92%，大雨后分別增加了18.10%、9.97%、8.81%和7.44%，剖面平均含水量達(dá)到了33.18%，處于飽和狀態(tài)（剖面平均飽和含水量為30.25%）。綜合表明，在大雨條件下，不同土層補(bǔ)給明顯，均達(dá)到了飽和狀態(tài)，土壤水分不再隨降水量的增加而增加。坡面1六個坡位在大雨前后沿坡面從上至下平均土壤含水量均表現(xiàn)為先增大后減小的變化趨勢，大雨初期從坡頂至坡底分別為13.61%、15.99%、21.61%、18.93%、17.28%和9.33%，大雨形成后依次為18.65%、20.51%、28.87%、21.30%、23.68%和22.45%，除坡頂外，各坡位土壤含水量均已達(dá)飽和狀態(tài)；在距坡頂60m范圍內(nèi)，離坡頂越遠(yuǎn)土壤含水量越大，并在60m拐點處達(dá)到峰值；在距坡頂60m-150m間土壤含水量無明顯差別。坡面2大雨前期含水量不同坡位前期土壤含水量較高，從坡頂至坡底別為22.92%、25.91%、23.78%、12.79%、22.05%、21.10%和23.19%，大雨后分別增加了11.44%、12.29%、5.64%、12.64%、15.69%、10.26%和9.59%，各坡位土壤含水量亦達(dá)到了飽和狀態(tài)。綜合表明，大雨改變了土壤剖面和整個坡面的土壤水分分布特征，降水的有效補(bǔ)給使得坡面整體土壤含水量達(dá)到飽和狀態(tài)，對于坡面1來說，在距坡頂60m處增量最明顯，而在坡面2耕地和林地兩種土地利用交界處土壤含水量出現(xiàn)了明顯的拐點，即土壤含水量在有林地的坡位明顯低于鄰近耕地。1.4小結(jié)（1）研究期內(nèi)降雨較豐富，處于林地的坡位平均土壤水分與降雨的關(guān)聯(lián)度較小，除去該坡位點外，坡面1土壤水分與降雨的平均灰關(guān)聯(lián)度達(dá)到了0.769，坡面2則為0.719，表明降雨在一定程度上影響著坡面土壤水分的分布格局。（2）相比于降雨初期，當(dāng)降雨量在中雨條件以下時，降水使得坡面整體土壤含水量有所增加，但主要體現(xiàn)在30cm以內(nèi)的土層范圍內(nèi)，而30-50cm深度相對較穩(wěn)定。小雨在一定程度上降低了不同土層間土壤含水量的差異，但土壤水分坡面整體空間分布格局沒有明顯改變，仍然保持著高處仍高、低處仍低的分布特征。當(dāng)降雨量達(dá)到中雨級別時，坡面1土壤含水量空間分布仍然沒有改變，但坡面2的50cm剖面含水量已接近至飽和狀態(tài)。（3）大雨明顯增加了土壤剖面含水量，并使得坡面整體土壤含水量達(dá)到飽和狀態(tài)，改變了土壤含水量在整個坡面的分布特征