典型草原植被蓋度與栗鈣土層厚度空間異質(zhì)性的相關(guān)性研究

1、    典型草原植被蓋度與栗鈣土層厚度空間異質(zhì)性的相關(guān)性研究    李巖+尚士友+柳智鑫摘要：采用地學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，以西烏珠穆沁典型草原3類不同地貌的3個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)栗鈣土層厚度和植被蓋度為研究對(duì)象，探討了其空間結(jié)構(gòu)和異質(zhì)性，討論了植被蓋度與栗鈣土層厚度在空間分布上的相關(guān)關(guān)系，定量揭示了兩者空間變異和協(xié)同演變的規(guī)律。通過(guò)空間分布圖的對(duì)比，可以方便快捷地找到有沙化趨勢(shì)的區(qū)域，對(duì)這些區(qū)域加以重點(diǎn)保護(hù)，將有利于延緩草地的沙漠化，更為通過(guò)高光譜影像解譯代表性植被的光譜數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)對(duì)栗鈣土層厚度的監(jiān)測(cè)提供了科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：典型草原；植被蓋度；栗鈣土層厚度；空間異

2、質(zhì)性；相關(guān)性： s181 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： a：1002-1302（2016）11-0411-08栗鈣土層是典型草原土壤的主要組成結(jié)構(gòu)，栗鈣土層是在自然因素和人為因素的共同作用下，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的歷史過(guò)程協(xié)同演化而來(lái)的，具有栗色腐殖層和明顯鈣積層的地帶性土壤，其厚度在1040 cm之間。植被蓋度指示著景觀環(huán)境因子的適宜程度，是自然環(huán)境變化和人類活動(dòng)所引起的景觀過(guò)程的綜合結(jié)果，因而植被蓋度不僅是群落結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要參數(shù)，也是土地退化特征的一個(gè)直接主導(dǎo)性表征1，更是指示生態(tài)系統(tǒng)變化的重要指標(biāo)。土壤厚度和植被蓋度都存在一定的空間異質(zhì)性，即不同的空間位置上土壤厚度和植被的蓋度存在一定的差異。盡管土壤的各類特征與植

3、物的格局不一定是完全對(duì)應(yīng)的，但它們都呈現(xiàn)出明顯的異質(zhì)性，土壤與植被的空間異質(zhì)性既作為一種原因也作為一種結(jié)果在植物群落中廣泛存在著2-5?？臻g插值法是獲取自然地理要素空間信息的主要方法之一6-7。幅員遼闊的典型草原上，植被蓋度和栗鈣土層厚度數(shù)據(jù)的缺乏和不均勻，使得利用空間插值法來(lái)模擬植被蓋度和栗鈣土層厚度的空間分布成為一種必然。本研究采用地學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，以典型草原3類不同地貌的3個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)栗鈣土層厚度和植被蓋度為研究對(duì)象，探討了其空間結(jié)構(gòu)和異質(zhì)性，討論了植被蓋度與栗鈣土層厚度在空間分布上的相關(guān)關(guān)系，定量揭示了兩者空間變異和協(xié)同演變的規(guī)律。通過(guò)空間分布圖的對(duì)比，可以方便快捷地找到有沙化趨勢(shì)的區(qū)域，對(duì)

4、這些區(qū)域加以重點(diǎn)保護(hù)，將有利于延緩草地的沙漠化。1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)預(yù)處理選擇內(nèi)蒙古錫林郭勒盟巴彥高勒鎮(zhèn)南部典型草原的坡地、低山丘陵、波狀高平原3類地貌的試驗(yàn)樣地為研究對(duì)象，以退化較為嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)橹行?，沿梯度方向十字交叉布點(diǎn)，間隔距離為50 m，每個(gè)方向踏查距離為2 500 m，即每個(gè)方向設(shè)試驗(yàn)樣方50個(gè)，每個(gè)樣地參與數(shù)據(jù)分析的樣方數(shù)為100個(gè)。利用spss軟件進(jìn)行植被蓋度和栗鈣土土層層厚度的描述性統(tǒng)計(jì)分析。3個(gè)樣地?cái)?shù)據(jù)均通過(guò)顯著水平=0.05的k-s檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布。使用gs+7.0軟件，進(jìn)行半方差函數(shù)擬合及地學(xué)統(tǒng)計(jì)分析8-13，利用arcgis 10.2地學(xué)統(tǒng)計(jì)分析模塊進(jìn)行植被蓋度和栗

5、鈣土層厚度的變異函數(shù)建模和空間插值。2 植被蓋度及栗鈣土層厚度的空間異質(zhì)性研究2.1 植被蓋度的空間異質(zhì)性研究2.1.1 3類地貌試驗(yàn)樣地植被蓋度的描述性統(tǒng)計(jì)分析 3個(gè)試驗(yàn)樣地的描述性統(tǒng)計(jì)特征如表1所示。從表1中看出3個(gè)試驗(yàn)樣地植被蓋度平均值相差不多，坡地地貌樣地的植被蓋度的平均值高，是40.77%，波狀高平原地貌樣地植被蓋度的平均值居中，低山丘陵地貌樣地的植被蓋度最低，是32.99%。采樣時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然3個(gè)試驗(yàn)樣地的地貌不同，但在3個(gè)樣地內(nèi)取樣時(shí)，均是以退化較為嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)椴蓸又行狞c(diǎn)，這些區(qū)域大多是已經(jīng)沙化的風(fēng)蝕洼地，栗鈣土層厚度已經(jīng)消失，取而代之的是已經(jīng)沙化的沙土。3個(gè)樣地內(nèi)研究空間異質(zhì)性的

6、調(diào)查區(qū)域的植被種類都在36種左右，且植被類型均以小型草本、蒿類、蔥屬、委陵菜屬為主，有很多一年生草本植物，且零星出現(xiàn)沙生灌木，如小葉錦雞兒。這說(shuō)明嚴(yán)重退化區(qū)域的植被類型正在發(fā)生著轉(zhuǎn)變，以羊草、大針茅等為建群種的植被群落很多已被冷蒿群落取代，典型草原正慢慢向以一年生植物和灌木為主的荒漠化草原演變。變異系數(shù)（cv）表示隨機(jī)變量的離散程度，查閱相關(guān)研究資料，認(rèn)為cv10%為弱變異性，10%<cv0.05，樣本均符合正態(tài)分布。2.1.2 3類地貌試驗(yàn)樣地植被蓋度的空間異質(zhì)性分析 將3類地貌試驗(yàn)樣地的植被蓋度數(shù)據(jù)進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析后得出，坡地地貌樣地和低山丘陵地貌樣地植被蓋度變異函數(shù)曲線的變化均符合

7、球狀模型，波狀高平原地貌樣地可以采用高斯模型進(jìn)行擬合，如表2所示。3類地貌樣地的決定系數(shù)分別是0.66、0.71、0.60，擬合程度較好，表明該理論變異函數(shù)模型均能很好地反映植被蓋度的空間結(jié)構(gòu)特性。3類地貌試驗(yàn)樣地半方差值理論擬合模型如圖1所示。3個(gè)試驗(yàn)樣地植被蓋度的擬合模型決定系數(shù)在0.600.71之間，變異函數(shù)曲線變化不平穩(wěn)，這表明影響這3個(gè)樣地植被蓋度的各種生態(tài)過(guò)程在整個(gè)變程范圍之內(nèi)所起作用的重要程度大不相同。從表2中可以看出，坡地地貌樣地的塊金值最大，較大的塊金方差表明在較小尺度上的某種過(guò)程不容忽視16，可以采取減小取樣間隔的方法來(lái)增加其空間結(jié)構(gòu)信息?；_(tái)值是半方差值隨步長(zhǎng)增加到一個(gè)相

8、對(duì)穩(wěn)定的水平上時(shí)對(duì)應(yīng)的半方差值15-16，基臺(tái)值越高，表示變量的空間異質(zhì)性越高。坡地地貌樣地的基臺(tái)值最高，達(dá)到了234.00，這說(shuō)明坡地地貌樣地的植被蓋度的空間變異程度最大，這也驗(yàn)證了坡地地貌樣地塊金值最大這個(gè)結(jié)果。用塊金值與基臺(tái)值之比來(lái)描述隨機(jī)因素在變量空間變異過(guò)程中所起的作用大小。低山丘陵地貌樣地比值最大，值為16.20%，波狀高平原地貌樣地最小，值為10.41%，坡地地貌樣地的值為11.50%。3個(gè)試驗(yàn)樣地的c0/（c+c0）值均不高，這表明3個(gè)試驗(yàn)樣地植被蓋度的空間異質(zhì)性主要是由于結(jié)構(gòu)性因素引起的，如氣候、地形、土壤類型等自然因素。偏基臺(tái)值與基臺(tái)值的比值稱之為結(jié)構(gòu)比c/（c+c0）。從

9、表2中看出，3個(gè)試驗(yàn)樣地的結(jié)構(gòu)比均大于75%，植被蓋度均表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間相關(guān)性，3個(gè)試驗(yàn)樣地內(nèi)植被蓋度由空間自相關(guān)引起的空間異質(zhì)性占總空間異質(zhì)性的80%以上。 </cv變程表示了變量的空間相關(guān)性的作用范圍，變程值的大小受到采樣尺度的影響。當(dāng)某采樣點(diǎn)與已知點(diǎn)距離大于變程時(shí)，變量間不存在空間相關(guān)性17-18，該點(diǎn)的數(shù)據(jù)值無(wú)論用于內(nèi)插還是外推均是無(wú)效的，變程的大小同時(shí)也說(shuō)明了植被蓋度空間連續(xù)性的好壞。在本研究中，波狀高平原地貌試驗(yàn)樣地的變程最小，為100.46 m，低山丘陵地貌試驗(yàn)樣地變程最大，達(dá)到604 m。究其原因，部分波狀高平原地貌樣地內(nèi)蓋起了大量的牛棚，雖未全部投入使用，但隨著載畜量的

10、增加，牲畜的啃食和踐踏加大了對(duì)植被蓋度的干擾程度，破壞了植被蓋度的連續(xù)性。因此，3個(gè)試驗(yàn)樣地植被蓋度的連續(xù)性好壞順序?yàn)榈蜕角鹆甑孛矘拥匾獌?yōu)于坡地地貌試驗(yàn)樣地，坡地地貌試驗(yàn)樣地要好于波狀高平原地貌樣地。2.1.3 3類地貌試驗(yàn)樣地植被蓋度的空間分布 在植被蓋度空間變異理論及結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，利用克里金法對(duì)3個(gè)試驗(yàn)研究區(qū)內(nèi)的植被蓋度進(jìn)行空間插值分析?？死锝鸩逯捣ㄔ诶靡阎c(diǎn)賦予權(quán)重后求得未知點(diǎn)植被蓋度的同時(shí)，不僅考慮了實(shí)測(cè)點(diǎn)與預(yù)測(cè)點(diǎn)的距離，而且通過(guò)半變異函數(shù)的空間分析功能，充分考慮了實(shí)測(cè)點(diǎn)的空間分布與預(yù)測(cè)點(diǎn)的空間方位關(guān)系。經(jīng)過(guò)前面的研究和數(shù)據(jù)分析可知，坡地樣地、低山丘陵樣地和波狀高平原樣地植被蓋度

11、的最佳變異函數(shù)擬合模型分別是球狀模型、球狀模型和高斯模型，3個(gè)樣地的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均通過(guò)k-s檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行探索性分析后發(fā)現(xiàn)，3個(gè)樣地的植被蓋度均存在一階或二階趨勢(shì)，不滿足普通克里金插值法和簡(jiǎn)單克里金插值法要求二階平穩(wěn)假設(shè)理論，因此選擇泛克里金插值法對(duì)3個(gè)試驗(yàn)樣地內(nèi)植被蓋度進(jìn)行空間插值。經(jīng)過(guò)插值后得到3個(gè)試驗(yàn)樣地植被蓋度的空間分布見圖2。從圖2中可以看出，3個(gè)樣地中，植被蓋度均不太高，坡地地貌樣地的植被蓋度最高，這與前面對(duì)植被蓋度的描述性統(tǒng)計(jì)分析中得出的坡地地貌樣地植被蓋度均值最高這一結(jié)論一致；低山丘陵地貌樣地內(nèi)植被蓋度的連續(xù)性最好，坡地和波狀高平原地貌樣地內(nèi)植被蓋度的連續(xù)性較為接近

12、，這與前面研究中得出的結(jié)論一致，即低山丘陵地貌樣地的變程最大，其余2個(gè)樣地的變程遠(yuǎn)小于低山丘陵地貌樣地且其值較為接近；坡地地貌樣地的空間異質(zhì)性最高，這與該樣地基臺(tái)值最高這一結(jié)論相符。對(duì)于坡地地貌樣地而言，東部區(qū)植被蓋度要明顯好于西部區(qū)，且整個(gè)樣地內(nèi)植被蓋度達(dá)到40%以上的區(qū)域在整個(gè)樣地內(nèi)占大部分范圍；植被蓋度在10%以下的區(qū)域主要集中在樣地的西部偏南一點(diǎn)，經(jīng)實(shí)地勘察后得知，該區(qū)域內(nèi)有很多沙斑，植株低矮、蓋度較低，甚至出現(xiàn)沙生植被。對(duì)于低山丘陵地貌樣地而言，整個(gè)樣地內(nèi)植被蓋度主要在30%40%范圍內(nèi)。樣區(qū)北部1個(gè)東南向帶狀區(qū)域的植被蓋度要明顯好于其他區(qū)域。經(jīng)實(shí)地勘察后得知，樣區(qū)的南部幾乎均為放牧

13、場(chǎng)，牲畜對(duì)植被的干擾程度較大，北面大部分區(qū)域有蒙古柳生長(zhǎng)，栗鈣土層較厚，少有風(fēng)蝕沙斑，植被蓋度較好。對(duì)于波狀高平原地貌樣地而言，樣地內(nèi)大部分區(qū)域的植被蓋度在30%40%。該樣地整體受到人為干擾程度較大，樣地東部有采石礦，西部有鐵路，樣地中北部蓋起大量牛棚，牲畜的啃食和踩踏對(duì)植被的破壞作用不可小覷，采樣時(shí)發(fā)現(xiàn)，樣地南部除風(fēng)蝕坑外還有個(gè)垃圾場(chǎng)。因此，波狀高平原地貌樣地在人為和自然等多種干擾因素影響下，樣地內(nèi)植被總蓋度不高。為了更清晰地展示每個(gè)樣地內(nèi)植被蓋度在各個(gè)等級(jí)區(qū)間的面積分配情況，特制作餅圖見圖3。由圖3可知，3個(gè)樣地內(nèi)大部分區(qū)域的植被蓋度均在30%50%范圍內(nèi)，波狀高平原樣地幾乎可以達(dá)到90

14、%；植被蓋度在60%以上的區(qū)域面積均很小，波狀高平原地貌樣地中，這部分面積僅占樣地總面積的0.032%，幾乎可以忽略不計(jì)；坡地地貌樣地內(nèi)，有接近50%區(qū)域的植被蓋度在30%50%范圍內(nèi)；低山丘陵和波狀高平原地貌樣地有一半以上區(qū)域的植被蓋度介于30%50%之間，其中，波狀高平原地貌樣地該范圍內(nèi)的面積幾乎達(dá)到樣地總面積的70%；植被蓋度達(dá)到50%以上的區(qū)域，面積最大的是坡地地貌樣地，最小的是波狀高平原地貌樣地；植被蓋度不到30%的區(qū)域中，面積最大的是低山丘陵地貌樣地，最小的是波狀高平原地貌樣地。2.1.4 植被蓋度空間插值的精度評(píng)價(jià) 通過(guò)地學(xué)統(tǒng)計(jì)理論的克里金空間插值對(duì)3類地貌試驗(yàn)樣地植被蓋度的預(yù)測(cè)

15、性制圖的過(guò)程，就是通過(guò)對(duì)采樣點(diǎn)植被蓋度數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析，得出各個(gè)空間位置的植被蓋度的相對(duì)距離和變異量，從而完成對(duì)未知點(diǎn)植被蓋度的預(yù)測(cè)19。3個(gè)樣地植被蓋度克里金空間插值結(jié)果誤差分析見表3。通過(guò)對(duì)3個(gè)試驗(yàn)樣地植被蓋度的克里金插值預(yù)測(cè)值與試測(cè)值的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，預(yù)測(cè)3個(gè)樣地植被蓋度最大值的相對(duì)誤差介于2.18%9.59%之間，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于預(yù)測(cè)最小值的相對(duì)誤差，因此，3個(gè)樣地中對(duì)植被蓋度高值區(qū)的估計(jì)要好于對(duì)低值區(qū)的估計(jì)；除低山丘陵樣地外，其他2個(gè)樣地植被蓋度的預(yù)測(cè)均值都低于實(shí)測(cè)值；3個(gè)樣地植被蓋度均值的相對(duì)誤差介于3.48%8.49%之間，坡地樣地植被蓋度均值的預(yù)測(cè)相對(duì)誤差最小，為3.48%，波狀高平原

16、樣地植被蓋度均值的相對(duì)誤差最大，為8.49%。本研究針對(duì)3類不同地貌試驗(yàn)樣地做的植被蓋度預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況基本相符，其相對(duì)誤差可以滿足本研究的要求。2.2 栗鈣土層厚度的空間異質(zhì)性研究2.2.1 3類地貌試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚度的描述性統(tǒng)計(jì)分析 3個(gè)試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚度的描述性統(tǒng)計(jì)特征如表4所示。從表4可看出，3個(gè)試驗(yàn)樣地的栗鈣土層厚度的均值都不高，最高的坡地試驗(yàn)樣地的栗鈣土層厚度均值也只有10.93 cm，最薄的是低山丘陵試驗(yàn)樣地，只有5.91 cm。3個(gè)試驗(yàn)樣地的變異系數(shù)分別為85.32%、144.50%和9.58%，坡地試驗(yàn)樣地和低山丘陵試驗(yàn)樣地的栗鈣土層厚度達(dá)到強(qiáng)變異程度，波狀高平原試驗(yàn)樣

17、地的栗鈣土層厚度的變異屬于弱變異范圍。采樣時(shí)發(fā)現(xiàn)，3個(gè)試驗(yàn)樣地內(nèi)，均有栗鈣土層厚度為0的區(qū)域存在，這些區(qū)域已經(jīng)完全被沙化，如果得不到有效控制，風(fēng)蝕沙坑的面積將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大。坡地樣地的坡頂多為裸露的地表，沒有栗鈣土層，只有沙土和大小不一的碎石，但坡中段及坡底段栗鈣土土層較厚，局部地區(qū)可達(dá)到5060 cm。低山丘陵地貌試驗(yàn)樣地內(nèi)，多年前有大量牧民居住地，因此對(duì)栗鈣土層和植被的干擾較大。結(jié)合前面植被蓋度的分析研究也可以看出，經(jīng)過(guò)多年的禁牧，植被可以慢慢得到恢復(fù)，但遭到破壞的栗鈣土層卻很難在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。3類不同地貌試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏度均為正值，表明試驗(yàn)數(shù)據(jù)在右側(cè)更為分散。坡地試驗(yàn)樣地和低

18、山丘陵試驗(yàn)樣地的峰度值均大于0，表明其栗鈣土層厚度分布均呈現(xiàn)尖峰態(tài)，波狀高平原試驗(yàn)樣地的峰值小于0，表明其栗鈣土層厚度分布均呈現(xiàn)平峰態(tài)，利用k-s對(duì)樣本進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，坡地地貌試驗(yàn)樣地?cái)?shù)據(jù)為近似正態(tài)，其他2個(gè)試驗(yàn)樣地為偏態(tài)。 2.2.2 3類地貌試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚度的空間異質(zhì)性分析 通過(guò)對(duì)3類不同地貌試驗(yàn)樣地的栗鈣土層厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析后得出（表5），坡地地貌樣地和低山丘陵地貌樣地栗鈣土層厚度變異函數(shù)曲線的變化符合球狀模型，波狀高平原地貌樣地栗鈣土層厚度變異函數(shù)曲線的變化符合指數(shù)模型。決定系數(shù)分別是0.78、0.87、0.93，擬合程度較高，表明該理論變異函數(shù)模型能很好地反映栗鈣土層厚度

19、的空間結(jié)構(gòu)特性。3類地貌試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚度的半方差值理論擬合模型如圖4所示。從圖4中可以看出，3類不同地貌類型試驗(yàn)樣地中，波狀高平原試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚度的變異函數(shù)曲線變化幅度不大，較為平緩，說(shuō)明在整個(gè)尺度上各種生態(tài)過(guò)程所起作用均不可忽視；坡地地貌樣地和低山丘陵地貌樣地的栗鈣土層厚度的變異函數(shù)曲線起伏較大，表明影響這2個(gè)樣地栗鈣土層厚度的各種生態(tài)過(guò)程在整個(gè)變程范圍之內(nèi)所起的作用重要程度大不相同。表5中列出了3個(gè)試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚度的理論擬合模型和半方差分析的各個(gè)參數(shù)。可以看出，波狀高平原地貌樣地的塊金值最大，低山丘陵地貌樣地的塊金值最??；塊金值與基臺(tái)值的比值用來(lái)描述隨機(jī)因素在變量空間變異中所起

20、作用的大小，波狀高平原地貌樣地比值最大，值為19.25%，低山丘陵地貌樣地最小，值為0.79%，坡地地貌樣地的值居中；3類地貌試驗(yàn)樣地的結(jié)構(gòu)比c/（c+c0）均大于75%，栗鈣土層厚度均表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間相關(guān)性。低山丘陵地貌樣地內(nèi)栗鈣土層厚度的空間相關(guān)性最強(qiáng)，其空間異質(zhì)性絕大部分來(lái)自自相關(guān)部分，比值已高達(dá)99.21%。以上3個(gè)參數(shù)同時(shí)說(shuō)明了一個(gè)問題，在波狀高平原地貌樣地內(nèi)，隨機(jī)因素在栗鈣土層厚度的變異化過(guò)程中起到了重要作用；低山丘陵地貌樣地的栗鈣土層雖然已遭到居民、牲畜等因素的干擾，但經(jīng)過(guò)多年的遠(yuǎn)離居民和牲畜的休養(yǎng)生息，結(jié)構(gòu)因素（如氣候、風(fēng)蝕、土壤類型等）的干擾在其異質(zhì)化過(guò)程中已經(jīng)起主要作用。較

21、大的塊金方差表明：在50 m的采樣間距上，某種過(guò)程不容忽視，可以采用縮小取樣間隔距離的方法以豐富其空間結(jié)構(gòu)信息。波狀高平原地貌樣地的基臺(tái)值最高，達(dá)到了124.70，這說(shuō)明波狀高平原地貌樣地的栗鈣土層厚度的空間變異程度最大，這也驗(yàn)證了波狀高平原地貌樣地塊金值最大這個(gè)結(jié)果。變程的大小不僅給出了變量的空間相關(guān)性有效范圍，同時(shí)也說(shuō)明了栗鈣土層厚度空間連續(xù)性的好壞。在本研究中，波狀高平原地貌試驗(yàn)樣地的變程最大，達(dá)到864.00 m，坡地地貌試驗(yàn)樣地變程最小，為341.00 m。因此，3類地貌試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚度的連續(xù)性好壞順序?yàn)椴罡咂皆孛矘拥?gt;低山丘陵地貌樣地>坡地地貌試驗(yàn)樣地。變程可以

22、用來(lái)指導(dǎo)采樣間距設(shè)計(jì)是否有效，一般的研究認(rèn)為在塊金效應(yīng)不大時(shí)，可以將變異函數(shù)變程的 1/2 作為采樣間距的上限20。因此，對(duì)于低山丘陵地貌樣地，塊金值僅為0.70，可以將采樣距離放大至282.5 m，作為采集栗鈣土層厚度數(shù)據(jù)時(shí)取樣間隔的上限值。2.2.3 3類地貌試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚度的空間分布 在栗鈣土層厚度空間變異理論及結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，利用克里金法對(duì)3個(gè)試驗(yàn)研究區(qū)內(nèi)的栗鈣土層厚度進(jìn)行空間插值分析。經(jīng)過(guò)前面的研究和數(shù)據(jù)分析可知，坡地、低山丘陵和波狀高平原3個(gè)試驗(yàn)樣地內(nèi)栗鈣土層厚度的最佳變異函數(shù)擬合模型分別是球狀模型、球狀模型和指數(shù)模型，數(shù)據(jù)經(jīng)變換后通過(guò)k-s檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行探索

23、性分析后發(fā)現(xiàn)，3個(gè)樣地的栗鈣土層厚度亦均存在一階或二階趨勢(shì)，不滿足普通克里金插值法和簡(jiǎn)單克里金插值法要求二階平穩(wěn)假設(shè)理論，因此選擇泛克里金插值法對(duì)3個(gè)試驗(yàn)樣地內(nèi)栗鈣土層厚度進(jìn)行空間插值。經(jīng)過(guò)插值后得到3個(gè)試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚度的空間分布如圖5所示。從圖5可以看出，3個(gè)樣地中，栗鈣土層厚度均較薄，低山丘陵地貌樣地的栗鈣土層厚度最薄，這與前面對(duì)栗鈣土層厚度的描述性統(tǒng)計(jì)分析中得出的低山丘陵地貌樣地栗鈣土層厚度均值最小這一結(jié)論一致；波狀高平原地貌樣地的空間異質(zhì)性最高，這與該樣地基臺(tái)值最高這一結(jié)論相符。對(duì)于坡地地貌樣地而言，東北-西南走向帶狀分布的栗鈣土層較其他區(qū)域略厚，整個(gè)樣地內(nèi)栗鈣土層厚度在1020

24、cm 范圍內(nèi)的區(qū)域約占整個(gè)樣地的50%左右；栗鈣土層厚度在5 cm以下的區(qū)域主要集中在樣地的西部偏南一點(diǎn)。低山丘陵地貌樣地內(nèi)栗鈣土層較厚的區(qū)域位于試驗(yàn)樣地的東北部，呈帶狀分布，而中部和西南部的栗鈣土層厚度較薄。波狀高平原地貌樣地內(nèi)有50%以上區(qū)域的栗鈣土層厚度在1020 cm范圍內(nèi)。樣地東部的采石礦，西部的鐵路運(yùn)輸線、中北部大量的牛棚和日益增加的載畜量等因素均對(duì)該樣地的栗鈣土厚度產(chǎn)生了較大的干擾。為了更清晰展示每個(gè)樣地內(nèi)栗鈣土層厚度在各個(gè)等級(jí)區(qū)間的面積分配情況，特制作餅圖見圖6。由圖6可以看出，3個(gè)樣地栗鈣土層厚度均很??；3個(gè)樣地內(nèi)沙地面積比例均不太大，最小的是波狀高平原樣地，僅為0.227%

25、，最大的是低山丘陵樣地，也只有3.158%；坡地地貌試驗(yàn)樣地內(nèi)栗鈣土層厚度主要集中在1020 cm，這部分面積占到樣地總面積的53.055%；低山丘陵地貌試驗(yàn)樣地內(nèi)，除了沙地和栗鈣土層厚度大于20 cm這2部分面積外，其他各等級(jí)區(qū)間多占的面積比例差距不大；波狀高平原地貌試驗(yàn)樣地內(nèi)大部分區(qū)域內(nèi)栗鈣土層厚度在10 cm以上，約占到總面積的75%，其中在1020 cm范圍內(nèi)的面積比例占該樣地總面積的61.421%。3個(gè)樣地中，栗鈣土層厚度大于20 cm的面積比例均很小，最大的是波狀高平原地貌試驗(yàn)樣地，也僅占樣地總面積的13.200%。2.2.4 栗鈣土層厚度空間插值的精度評(píng)價(jià) 3個(gè)試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚

26、度克里金空間插值結(jié)果誤差分析如表6所示。通過(guò)對(duì)3個(gè)試驗(yàn)樣地栗鈣土層厚度的克里金插值預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，預(yù)測(cè)3個(gè)樣地栗鈣土層厚度最小值的相對(duì)誤差雖均為100%，但由于其實(shí)測(cè)值均為0，因此該相對(duì)誤差對(duì)結(jié)果不產(chǎn)生影響，但對(duì)低山丘陵樣地栗鈣土層厚度的預(yù)測(cè)中丟失的低值區(qū)信息較多；預(yù)測(cè)3個(gè)樣地栗鈣土層厚度最大值的相對(duì)誤差介于0.03%1.02%之間，與實(shí)測(cè)值非常接近，因此，3個(gè)樣地中對(duì)植被蓋度高值區(qū)的估計(jì)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于對(duì)低值區(qū)的估計(jì)；3個(gè)樣地栗鈣土層厚度的預(yù)測(cè)均值都高于實(shí)測(cè)值；3個(gè)樣地栗鈣土層厚度均值的相對(duì)誤差介于 6.20%16.44%之間，坡地樣地栗鈣土層厚度均值的預(yù)測(cè)相對(duì)誤差最小為6.20%，

27、波狀高平原樣地植被蓋度均值的相對(duì)誤差最大為16.44%。 采樣點(diǎn)與預(yù)測(cè)點(diǎn)間距離的大小、采樣點(diǎn)數(shù)目多少以及采樣點(diǎn)的分布情況之間都影響其預(yù)測(cè)值的大小，采樣點(diǎn)與預(yù)測(cè)點(diǎn)的距離越近，采樣點(diǎn)數(shù)目越多，則預(yù)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差越小，精度就越高20-21。不論是植被蓋度還是栗鈣土層厚度，波狀高平原樣地的預(yù)測(cè)相對(duì)誤差均大于其他2個(gè)樣地，在以后的研究過(guò)程中，應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾硬蓸狱c(diǎn)的數(shù)目，并盡可能使其均勻分布，可以減少預(yù)測(cè)的相對(duì)誤差20-21。本研究針對(duì)3類不同地貌試驗(yàn)樣地做的栗鈣土層厚度預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況基本相符，其相對(duì)誤差可以滿足本研究的要求。2.3 植被蓋度與栗鈣土層厚度空間分布對(duì)比研究為了更直觀地了解植被蓋度與栗鈣

28、土層厚度的相關(guān)性，將3個(gè)試驗(yàn)樣地植被蓋度與栗鈣土層厚度空間分布進(jìn)行對(duì)比。從圖7至圖9中可以看出，坡地樣地和低山丘陵樣地內(nèi)植被蓋度與該樣地栗鈣土層厚度間的相關(guān)性是比較顯著的，植被蓋度較大區(qū)域栗鈣土層厚度也較厚。坡地樣地栗鈣土層厚度在5 cm以下的區(qū)域主要集中在樣地的西部偏南一點(diǎn)，與該樣地內(nèi)植被蓋度在10%以下的區(qū)域位置一致，東北部植被蓋度在50%的區(qū)域內(nèi)，栗鈣土層厚度也較深，可以達(dá)到20 cm；低山丘陵地貌樣地內(nèi)栗鈣土層較厚的區(qū)域位于試驗(yàn)樣地的東北部，呈帶狀分布，這與該樣地內(nèi)植被蓋度在40%以上區(qū)域位置一致，中西部植被蓋度和栗鈣土層厚度均較薄。植被蓋度與該樣地栗鈣土層厚度的空間分布表現(xiàn)出了較強(qiáng)的

29、一致性。這是因?yàn)檩^大的植被覆蓋度不僅可以為土壤保留較多的水分，同時(shí)也減少了下面土壤水分的蒸發(fā)，減緩甚至是防止了植被下土壤的風(fēng)蝕風(fēng)化。采樣時(shí)發(fā)現(xiàn)，坡地樣地西南部幾乎均為放牧場(chǎng)，區(qū)域內(nèi)有很多小型沙斑，土壤已完全沙化，植株低矮、蓋度較低，沙生植被已經(jīng)出現(xiàn)。低山丘陵樣地中南部牲畜對(duì)植被的干擾程度較大，北面大部分區(qū)域有蒙古柳生長(zhǎng)，栗鈣土層較厚，少有風(fēng)蝕沙斑，植被蓋度亦較好。對(duì)比波狀高平原樣地植被蓋度克里金插值圖像，可發(fā)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)植被蓋度和栗鈣土層厚度分布間除極小范圍內(nèi)略顯一致性外，幾乎沒有表現(xiàn)出兩者間的相關(guān)性，大部分區(qū)域的栗鈣土層厚度介于1020 cm之間，植被蓋度卻主要集中在30%40%之內(nèi)。這個(gè)結(jié)果

30、與該樣地內(nèi)植被受到較大人為干擾密不可分。該樣地的中北部蓋起大量的牛棚，隨著載畜量的增加，牲畜對(duì)植被的踐踏和啃食強(qiáng)度隨之增強(qiáng)，植被遭到破壞。西面鐵路線和東北的采石礦也對(duì)周邊的植被和栗鈣土層造成了較大程度的影響。但由此也可以看出，植被是探測(cè)草原環(huán)境改變中最敏感的因素，在同樣的干擾因素影響下，植被蓋度對(duì)環(huán)境作用的反應(yīng)速度要快于栗鈣土層厚度。因此，在周邊干擾因素的持續(xù)作用下，植被蓋度不僅是群落結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要參數(shù)，也是土地退化特征的一個(gè)直接的主導(dǎo)性表征，更是指示生態(tài)系統(tǒng)變化的重要指標(biāo)。3 結(jié)論本研究采用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)和地學(xué)統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法，以典型草原3類典型地貌的試驗(yàn)樣地內(nèi)的植被蓋度和栗鈣土層厚度為研究對(duì)象

31、，利用半方差函數(shù)討論了其空間結(jié)構(gòu)，研究了其空間異質(zhì)性及各向異性，最后通過(guò)arcgis 10.2地學(xué)統(tǒng)計(jì)分析模塊，采用克里金插值法對(duì)植被蓋度和栗鈣土層厚度的變異函數(shù)進(jìn)行了建模和空間插值，討論了其空間分布情況，并對(duì)3個(gè)試驗(yàn)樣地的植被蓋度和栗鈣土層厚度空間插值的精度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。通過(guò)以上研究分析，得出以下結(jié)論：（1）3類地貌試驗(yàn)樣地的植被蓋度均值較為接近，在 32.9940.77 cm之間。其變異系數(shù)cv值均小于10%，屬于弱變異性范圍。（2）坡地地貌試驗(yàn)樣地、低山丘陵地貌試驗(yàn)樣地、波狀高平原地貌試驗(yàn)樣地植被蓋度的變異函數(shù)曲線分別可用球狀函數(shù)、球狀函數(shù)和高斯函數(shù)來(lái)擬合，決定系數(shù)分別是0.66、0.71和0.60；坡地樣地植被蓋度的塊金值和基臺(tái)值均是3個(gè)樣地中最高的，這說(shuō)明了該樣地植被蓋度的空間變異程度最大，可以采取減小取樣間隔的方法來(lái)增加其空間結(jié)構(gòu)信息；c0/（c+c0） 值的大小順序是低山丘陵樣地>坡地樣地>波狀高平原樣地，因此，隨機(jī)因素在3個(gè)樣地植被蓋度的空間變異中所起的作用大小順序同上；3類不同地貌試驗(yàn)樣地的結(jié)構(gòu)比 c/（c+c0） 均大