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导语：在土壤剖面的概念的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
（1宁波市种植业管理总站，浙江宁波315000；2宁波市农业监测中心，浙江宁波315000；3宁海县农业技术推广总站，浙江宁波315600）
摘要：有机质水平常用作评价土壤肥力的首要指标，而土壤有机碳在全球气候变化研究中有重要作用。新垦耕地表土中有相当比例的>2 mm砾石。为了准确评价新垦耕地的土壤肥力及其碳贮量，以宁波市宁海县14 个新垦耕地表土(0~30 cm)土样为例，对表土有机质和有机碳含量计算方法进行了比较研究。结果表明：当这些样品的计算包括大于2 mm的砾石时，有机质水平下降了22%（平均值从23.1 g/kg下降到18.0 g/kg）；按照美国农业部的计算方法，表土(0~30 cm)有机碳含量在1.97~8.97 kg/m2间，参照加拿大农业-农产品部评价标准，这些样品的有机碳含量属于低的水平。
关键词 ：土壤有机质；土壤有机碳；计算方法；累积指数；砾石；新垦耕地
中图分类号：S158.2 文献标志码：A 论文编号：2014-0698
基金项目：农业部测土配方施肥项目(财农[2012]99 号)。
第一作者简介：王飞，女，1968 年出生，浙江舟山人，高级农艺师，硕士，主要从事土肥技术研究与推广工作。通信地址：315000 宁波市宝善路220 号宁波市种植业管理总站，Tel：0574-87130748，E-mail：veg-wf@163.com。
收稿日期：2014-07-14，修回日期：2014-10-05。
0 引言
为加强耕地质量建设与管理，根据国土资源部农业部《关于加强占补平衡补充耕地质量建设与管理的通知》、农业部《关于补充耕地质量验收评定工作规范》和浙江省农业厅《关于规范和加强补充耕地质量评定工作的通知》等文件精神，农业部门开展了新垦耕地质量评定工作，即通过对开发造地项目工程和肥力要素的调查分析，来综合评定新垦耕地是否符合农业生产基本条件。根据《浙江省耕地质量评定与地力分等定级技术规范（试行）》（以下简称《规范》），“耕层有机质含量”即是最重要的肥力要素。由于大多数低丘缓坡开发垦造的耕地表土中，砾石占了相当大的比例。如何计算其表土有机质和有机碳含量，对正确评估土壤肥力、指导作物合理施肥具有重要意义。
土壤与岩石的主要区别是有机质。土壤有机质(SOM)也称作“土壤腐殖质”，其定义是除了土壤中未分解的各种动、植物残体外的有机部分。有机质的品质和性质决定土壤形成过程方向以及生物化学、化学、物理和土壤肥力性质。有机质影响所吸附的阳离子的组成和活性以及土壤颜色、能量平衡、容重、结持性和固相比重。有机质含量影响许多土壤性质，如持水量、交换性盐基、团聚体稳定性、土壤通气性以及供应氮、磷和微量养分的能力。因此土壤有机质含量是评价土壤质量的重要指标之一。然而实验室测定土壤有机质含量时，一般仅包括通过2 mm筛部分，因此，是难以定量地估计一个土壤有机质含量的[1]。
土壤有机碳通过土壤生物和植物根系呼吸排放CO2，是决定陆地生态系统碳平衡的主要因子。土壤有机碳较小幅度的变化，都有可能影响到碳向大气的排放，结果以温室气体影响全球气候变化。因此早在20 世纪70 年代，国际上就有学者开始对全球土壤有机碳进行估算，一般按土壤类型[2]、植被类型[3]、生命带[4]或以模型法[5]作统计，并提出了土壤剖面有机碳密度的概念。由于各研究之间计算方法不一致，因此各研究结果之间差异较大。20 世纪90 年代，中国开始对中国土壤有机碳总量进行计算。由于不同研究者所采用的资料来源和统计样本容量不同[6-9]，以及不同研究者所采用的深度标准、统计方法存在差异[10-13]，对土壤有机碳的估计差异也很大。
中国历来对土壤有机质含量以通过2 mm筛部分为基数进行计算[14]，至今仍以此方法作为评价土壤有机质含量分级标准[15]。但对丘陵山地砾石含量高的土壤，按此法所测得的土壤有机质含量普遍较高，因而被赋予较高的农业生产能力，这不符合客观事实。因此，笔者以宁波市宁海县2013 年低丘缓坡垦造耕地项目为例，参照美国农业部[1]和加拿大农业-农产品部[16]有关标准，对表土有机质和有机碳含量计算方法进行了比较研究，旨在为准确估算土壤碳库和合理施肥提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
宁海县位于浙江省东部沿海、宁波市的南部，地处北纬29°06′—29°32′，东经121°09′—121°49′之间，属沿海低山丘陵地区。总面积1843 km2，山地面积945 km2，平原面积805 km2。拥有耕地3.5万hm2，林地10.8万hm2，滩涂2.6万hm2，素有“七山二地一分田”之称。
宁海属亚热带季风性湿润气候区，常年以东南风为主，气候温暖湿润，四季分明，日照充足，雨水充沛，年平均气温15.3~17℃，年日照1900 h 左右，平均相对湿度78%，年平均降水量1000~1600 mm，无霜期230天。
1.2 供试土壤
根据1994 年浙江省土壤普查办公室所编著的《浙江土壤》[17]一书中浙江省土壤分类及中国国家标准《中国土壤分类与代码》(GB/T 17296—2009)[18]，本研究的土壤分类属红壤土类黄红壤亚类砂泥质黄红壤土属黄泥砂土土种（代码A1321611）。此土种在浙江省分布广泛，因此有一定代表性。
1.3 土壤样品的采集和测定
根据《规范》要求，采集0~30 cm土层(30 cm×30 cm×30 cm)土样，用筛分法，计算粒径≥2 mm固体颗粒的重量百分比。
土壤样品按农业部的农业行业标准中规定的方法进行检测：按NY/T 1121.4—2006环刀法测定<2 mm土壤容重；按NY/T 1121.1—2006 土样制备方法和NY/T 1121.6—2006 重铬酸钾容量法进行<2 mm土壤有机质含量测定。
1.4 土壤有机质和有机碳含量计算方法
（1）以<2 mm土壤干土重为基数的土壤有机质含量计算方法，见NY/T 1121.6—2006[15]。
（2）以包括>2 mm砾石为基数的土壤有机质含量计算方法：<2 mm土壤有机质含量(g/kg)×(100->2 mm砾石含量)/100。
（3）按美国农业部自然资源保护局的土壤有机碳(C)累积指数的计算方法[1]：土壤有机碳累积指数(kg/m2)=Wtoc×0.1×p×Hcm ×Cm
其中：Wto为以<2 mm土壤为基数的有机碳(C)含量百分数(%)；0.1为转换因子，常数；p 为<2 mm土壤容重(g/cm3)；Hcm 为土层厚度(cm)；Cm为>2 mm砾石转换系数，如无砾石，Cm=1；如有砾石，Cm计算如下：Cm =(100->2 mm砾石体积%)/100
>2 mm砾石体积%计算如下：
P>2 mm={(A/B)/[(A/B)+(100-A)/C]}×100
其中：P>2 mm为>2 mm砾石体积%；A为>2 mm部分重量百分数(%)；B 为>2 mm部分容重(g/cm3)，如无测定值，可用2.65 g/cm3；C为<2 mm土壤容重(g/cm3)，如无测定值，矿质土壤可用1.45 g/cm3。
1.5 土壤有机质和有机碳含量评价标准
（1）采用《规范》中“工程与肥力要素评价标准”，对测定的土壤有机质含量（<2 mm土壤，g/kg）进行生产能力赋值：＜5 g/kg，0.2分；5~10 g/kg，0.4分；10~15 g/kg，0.6 分；15~20 g/kg，0.8 分；>20 g/kg，1 分。
（2）对包括大于2 mm砾石为基数计算的有机质含量(g/kg)进行生产能力赋值，标准同上。
（3）按加拿大农业-农产品部土地和生物资源研究中心标准对表土0~30 cm 有机碳(C)含量(kg/m2)进行评价，从低到高分级为：<1.7 kg/m2；1.7~4.9 kg/m2；4.9~14 kg/m2；14~35 kg/m2；35~69 kg/m2；>69 kg/m2[16]。
1.6 数据分析
采用Excel 2003 进行数据处理与分析。
2 结果与分析
2.1 表土土壤有机质含量计算方法的校正及评价由于有机碳是土壤有机质的主要成分，因此NY/T 1121.6—2006 标准中，用测定土壤有机碳来间接地求得有机质，即用测得的有机碳值乘以范贝梅伦系数(Van Bemmelen Factor=1.724）来计算有机质含量。
由于用NY/T 1121.6—2006 标准测定的是以<2 mm土壤为基数的有机质含量，不包含>2 mm砾石含量，因此有必要对测定值进行校正，即将>2 mm砾石含量计算在内。
从表1 可以看出，以包括>2 mm砾石为基数计算时，14 个采样点土壤有机质平均含量已由测定时的23.1 g/kg 降至18.0 g/kg，降幅达22%，生产能力赋值也由0.86 分降低到0.71 分，降幅达19%。尤其是8 号土样>2 mm砾石含量达44%，该土壤应划为粗骨土类酸性粗骨土亚类[17]。
2.2 土壤有机碳按累积指数法的计算及评价
1995 年美国农业部自然资源保护局在《土壤调查实验室信息手册》第一版中就提出了土壤有机碳累积指数accumulation index)的概念和计算方法[19]，到2011年该手册第二版得到进一步规范[1]：这一计算方法的另一术语是碳贮量(C stocks)，其定义是碳库(carbonpool)含有的碳的数量，意思是贮藏库或系统中累积或释放碳的能力，以土层深度为1 m时，每平方米所贮存的有机碳(C)数量(kg/m2)来表示。
宁海县低丘缓坡垦造耕地表土(0~30 cm)有机碳含量按累积指数法计算结果见表2，按加拿大农业-农产品部标准[16]，除3 号和4 号土样的有机碳含量在4.9~14 kg/m2 外，其余12 个土样的有机碳含量均在1.7~4.9 kg/m2范围内，可见总体上来说，所分析的土样有机碳含量是低的。
3 结论与讨论
3.1 土壤有机质含量计算的改进
对于砾石占比大的土壤如新垦耕地等，以包括大于2 mm的砾石含量为基数进行有机质含量计算，其值较为符合实际生产能力。中国第二次土壤普查时也有类似情形，如浙江省的酸性粗骨土亚类石砂土（砾石含量28%，2~0.02 mm砂粒含量50%）<2 mm部分有机质的含量高达53 g/kg[17]，但这些土壤的农业生产能力均为低下。
另外，中国在20 世纪50 年代至70 年代土壤粒级及质地分类用的是卡庆斯基制，即＞1 mm为砾石；到第二次土壤普查时改为国际制，而中国土壤系统分类用的是美国农部制[20]，都以＞2 mm为砾石；但中国在采用国际制质地分类时并未考虑砾石含量。因此笔者认为，对砾石占比大的土壤质地分类及其有机质含量计算方法有必要进一步研究和明确，并在有关标准中予以规定。
3.2 土壤有机质含量的表达方式
范贝梅伦系数假定土壤有机质含有58%有机碳，实际上该系数在土壤与土壤之间，以及同一土壤剖面的不同深度，都会有所变化。从土壤学发展的观点看，土壤成分数量表达的统一系统是必不可少的。因此，有机碳含量一词比有机质含量更好，因为后者不是一个适宜的或准确可量度的实体[21]。
为准确评估土壤碳库，笔者认为应从国家层面上建立统一的土壤碳贮量计算方法。本研究引入土壤有机碳累积指数的概念，可供参考。
值得注意是，加拿大表土(0~30 cm)碳含量图上还标出了3 种图例：100%岩石（转换系数为0），100%冰和100%水[15]。100%岩石在第二次土壤普查时，浙江省称为“岩秃”，据统计浙江省“岩秃”面积达27888 hm2，占浙江省土壤面积的0.29%，这部分面积当时均归到酸性粗骨土亚类中石砂土，这就是说石砂土有机质含量没有原统计值高。另外，中国青藏高原等地的冰川（永冻土）的有机质含量计算也值得进一步研究[22-23]。
3.3 本研究在作物施肥上的应用
对于无砾石的土壤，<2 mm土壤有效氮、磷、钾等养分测定结果可基本上反映该土壤养分供给能力；但对于含有砾石的土壤，有必要循本文思路，对其测定值进行换算，并及时补充有关养分。但肥料一次不能施用太多，因过量施肥会引起土壤养分浓度过高，造成伤苗，甚至减产。
3.4 结论
综合以上对土壤有机质含量计算的比较分析表明，以包括＞2 mm的砾石含量为基数的有机质含量计算值，要优于仅包括过2 mm筛的测定值；而引进的土壤有机碳累积指数的计算方法，对土壤碳贮量从体积上有了统一而又较为准确的计算方法，值得推广和应用。
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网络出
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基金项目：水资源与水电工程科学国家重点实验室开放研究基金（2012B093）;中国水利水电科学研究院科研专项（1232）;国家自然科学基金（51209225;51409270）;国家国际科技合作专项资助（2013DFG70990）
作者简介：赵娜娜（1985-），女，河南灵宝人，助理研究员，博士，主要从事农田作物耗水规律、水文学及水资源方面研究。E-mail：
通讯作者：于福亮（1953-），男，北京人，教授级高级工程师，博士，主要从事水文学及水资源方面研究。E-mail：
摘要：时间稳定性是分析土壤水分时空变异性的重要因素，对土壤水分时间稳定性的分析可为区域土壤墒情的预测及水资源量的评估、以及水文模型的发展等提供依据。在2 m2坡面尺度上，采用EC-5土壤水分传感器对四种土地利用类型（玉米、小麦、草地和裸地）在两种坡度（5°、15°）下浅层土壤水分的时间稳定性进行分析。基于相对差分法和Spearman秩相关系数分析法研究得出：不同植被类型、坡度下浅层土壤水分具有一定的时间稳定性，其不同深度的平均相对偏差（MRD）及其标准差均很小;不同坡度间的土壤水分时间稳定性差异不显著，而植被类型对土壤水分时间稳定性影响较大，相比而言，玉米和草地的土壤水分标准差相对较大，土壤水分时间稳定性明显低于小麦和裸地。
关键词：土壤水分;时间稳定性;植被类型;坡度;spearman秩相关系数;相对差分法
中图分类号：P333 文献标志码：A 文章编号：
1672-1683（2015）04-0765-06
Temporal stability of soil water under different soil coverages
ZHAO Na-na1，2，3，LI Chuan-zhe1，2，LIU Jia2，MU Wen-bin2，YU Fu-liang2，XING Jiu-ping4
（1.State Key Laboratory of Water Resources & Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan 430072，
China;2.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin，Institute of Water Resources
and Hydropower Research，Beijing 100038，China;3.Research Institute of Wetland，Chinese Academy of Forestry，
Beijing 100091，China;4.Hebei Provincial Water Conservancy Bureau，Shijiazhuang 050021，China）
Abstract：Temporal stability is an important factor to analyze the spatial and temporal variability of soil water，so its study can provide reference for the prediction of local soil moisture，evaluation of water resources，and development of hydrology modelling.According to the real-time monitoring of soil moisture data collected by EC-5 sensors in the hillslope scale of 2 m2，the temporal stability of shallow soil water under four different vegetation covers （spring maize，wheat，ryegrass，and bare land） were analyzed using the relative difference method and Spearman rand correlation coefficient method.Results showed that the temporal stability occurs in the shallow soil water under different vegetable types and slopes with small MRD and standard deviation values at various soil depths.There was no significant difference for the temporal stability of soil water under different slopes，but obvious difference under different vegetation types.The temporal stability of soil water for maize and ryegrass was obviously lower than that of wheat and bare land with smaller MRD and standard deviation values.
Key words：soil water;temporal stability;vegetation type;slope;Spearman rand correlation coefficient;relative difference
1 研究背景
土壤水是水文循环过程中的关键状态变量，对水文过程，如降雨入渗、蒸发、径流形成过程等有重要的作用，同时，土壤水也是农田生态系统维持和区域灌溉制度制定的基础和依据。然而，由于土壤类型、结构、质地等的空间变异性及区域气候、植被、地形等因素的影响，土壤水分具有一定的时空变异性，而如何对土壤水分时空变异性进行定量分析和描述也是影响流域水文模型模拟精度的重要因素之一。因此，准确分析区域土壤水分的时空动态变化对于水文模型的发展以及区域水资源的评价、保护和管理等都是很有必要的。
国内外许多学者对土壤水分的时空变异性，尤其是土壤水分的空间变异性进行了大量的研究[1-4]，而这种研究实际上是基于土壤水分在时间上具有一定的稳定性。所谓土壤水分的时间稳定性， Vachaud[5]通过土壤水分的试验研究发现：将所有测点的土壤水分含量按高低排序后，不同测量时间下这些测点的顺序基本没有变化或变化不大，这种土壤水分的空间格局随时间相对稳定的现象就是时间稳定性（time stability），一些学者将时间稳定性定义为：在既定的土壤类型中，空间位置和经典的统计参数在时间上相对不变的联系。Kachanoski[6]和de Jong[7]将时间稳定性重新定义为土壤水分在不同空间形式上表现出的时间一致性，是与空间尺度有关的空间分布结构或模式在时间上持续性，空间某点的土壤含水量是各种水文过程在不同空间尺度上共同作用的结果。
由于土壤水分实时测量需要先进的测量技术，耗时多、成本高，许多研究者试图寻找、提出一种新的、可以减少用以描述研究区域内土壤水分特性所需的实测点的方法，从而节省成本提高效率。因此，如何使用较少的实测点并能够代表研究区域或流域的平均土壤水分，这对流域的径流模拟精度具有很大的影响。通过对土壤水分时间稳定性的分析，可利
用最少的土壤水分数据测量来表征山坡或流域尺度的平均土壤含水率，因此，土壤水分时间稳定的概念一经提出就得以广泛研究和应用。一些研究学者已经证实了时间稳定的测点位置可以很好地表征小流域的平均土壤含水率。Grayson和Western[8]应用时间稳定性的概念对流域进行研究，发现在研究区域内存在一些可以连续地表征整个研究区域平均土壤水分状况的位置，将其称之为流域平均土壤水分监测点（CASMM）。Martinez和Ceballos[9]也提出了相似的概念RMSM，即典型平均土壤水分实测点，这些代表性的实测点可以代表整个流域的平均土壤水分状况。我国的一些学者也针对不同区域的土壤水分时间稳定性进行研究，如黄土高原地区土壤水分时间稳定性的尺度性及其尺度性研究[10-11]，干旱、半干旱荒漠化地区的浅层土壤土壤水分时间稳定特性[12]，四川盆地丘陵地区[13]等，而针对华北地区不同下垫面类型下的土壤水分时间稳定性特征研究相对较少。本文通过室内试验，采用相对差分法及Spearman 秩相关系数分析法对华北地区不同下垫面的土壤水分时间稳定性特征进行分析和研究，以期为该区域水文模型的发展、农业水管理及生态环境建设等提供研究依据。
2 材料与方法
2.1 试验布设
为了研究不同下垫面类型的土壤水分动态变化过程，试验采用6个可自动调节坡度的坡面径流试验装置（长×宽×高= 200 cm ×100 cm ×60 cm），采用分层回填的方式每隔
5 cm进行分层装土，土壤干容重控制在1.41 g/cm3左右，总土层厚度为50 cm，可基本视为各向同性、均质土壤。为了观测降水过程中的地表径流及壤中流产流情况，土槽出口的纵剖面用铁质的百叶窗封装，同时在百叶窗内侧安装纱网，防止降水过程中的土壤侧漏。装土完成后将土槽调整到试验设定坡度（5°和15°），洒水加速土壤沉积以更接近于原状土的性状。同时在试验土槽中分别种植小麦、玉米及黑麦草，并设置两个重复，以研究坡度、土地利用类型对土壤水分变化的影响。此外，为了便于有无植被覆盖下的土壤水分分布的对比分析，将其中一个土槽设为裸荒地，其坡度为5°。
试验主要采用室内人工模拟降雨的方式，降雨结束后将土槽移至野外天然条件下以观测蒸散发过程中土壤水分的动态变化过程。试验阶段内的降水量见图1，人工模拟降雨的设计雨强为0.45 mm/min和0.7 mm/min，其中小麦和玉米整个生育期内进行了6场人工降雨，为了研究土壤接近饱和情况下的土壤水分运动过程，对草地和裸地总共开展了11场人工模拟降雨，设计雨强及降雨历时详见表1。试验过程中在各土槽中随机选取采样点，用环刀取土，进行土壤理化性质的测定，见表 2。
为了实时监测土壤水分动态变化过程及坡面内土壤水分时空变化规律，沿土槽的坡长方向，在距土槽顶端30 cm、100 cm和170 cm处（即A1-A3、B1-B3剖面）分别埋设三组土壤水分传感器，埋设深度为10 cm、20 cm、40 cm（见图2），以观测不同坡位、不同土壤深度的水分动态变化过程。试验采用的土壤水分传感器的型号为EC-5（Decagon，USA），其基本原理是通过测量土壤中的介电常数来计算土壤体积含水率，测量精度可达到±1%～2%[14-15];此外，由于该传感器体积小，其主体部分长度仅为5 cm，适合长期埋设在野外进行土壤水分的长期监测而被广泛用于体积土壤含水率的测定[16-17]。土壤含水率数据主要采用配套的EM50数据采集器（Decagon，Pullman，Washington，USA）于2013年3月至2013年9月对各测点进行采集，数据监测时间频率为1 h。同时，采用传统的取土烘干法对EC-5土壤水分传感器的监测数据进行率定和校准，其校准方程为：θcorr=0.9249θabs，R2=0.997。
2.2 研究方法
（1） 相对差分法。
相对差分法主要通过计算平均相对差分（MRD）和绘制平均相对差分的标准差图（σi，j）来分析土壤水分时间稳定性，通过平均相对差分图可以显示出估算区域平均土壤水分的实测点位置。根据Vachaud[5]及Grayson和Western[8]推荐的方法，对本研究试验研究的4种不同下垫面处理的时间稳定性进行分析。其中相对差分的计算公式为
式中：Si，j为在j时间测点位置i的土壤水分实测值;j为j时刻的土壤水分平均值;δi，j为j时刻测点位置i的土壤水分相对差分值;n为观测点的个数;MRDi为测点位置i的平均相对差分值;m则为观测的样本时间的数量;σi为测点位置i的相对差分的标准差。
计算每一个测点位置的平均相对差分值（MRD），以相对差分的标准差作为误差，按照顺序排列绘制成图来确定哪个实测点位置可以代表/估算流域的平均土壤水分值。通常有两种判定标准来选择理想的平均土壤水分测点：一种方法是测点位置周围的平均相对差分为0，说明该测点能够精确地估算山坡的平均值，另一种方法是标准差很小（即误差条较短），则说明其估算值变差较小。如果一个测点同时具备了上述两种特性，可以认为该测点位置能够很精确地估算山坡/流域的平均土壤水分。
（2）Spearman秩相关系数法。
采用Spearman非参数检验法分析不同测点的秩随时间变化的一致性和稳定性，主要反映测量样点的空间模式在时间上的相似性，其值越接近于1说明土壤水分的空间模式在时间上越相似，即土壤水分的时间稳定性越强，其计算公式如下：
ρ=1-6∑d2n（n2-1）（5）
式中：d为观测序列的等级差，即同一观测点在不同观测时刻的秩的差;n为观测点个数。ρ越接近于1，说明其稳定越好。
3 结果与讨论
3.1 相对差分
根据式（1）-式（4）计算试验阶段内各个下垫面不同测点各深度的土壤含水率平均相对差分值MRD及其标准差σ，将不同深度的土壤含水率平均相对差分由小到大进行排列，绘制相对差分图，分析其时间稳定性。图3至图5即为小麦、玉米、草地、裸地在生长期3月-9月不同位置的土壤水分观测点的平均相对差分图，平均相对差分值为正，说明相应的测点位置与实测平均值相比较为湿润;负值则相反，说明该点土壤含水率相对较低。标准差σ越小说明样点的时间稳定性越强，而 Spearman 系数越接近于 1，表明土壤水分的空间模式在不同时间越相似。
由图3-图5可以看出，同一土地利用类型下，10 cm，20 cm，以及40 cm不同深度平均相对差分MRD变化范围差异不大，总体上40 cm深度的土壤水分稳定性略高，土壤层时间稳定性随深度增加而增强，可能是由于植被根系吸水、林冠影响土壤蒸发、地形引起的变异以及降水等对表层土壤的影响较大，并且较深层的土壤结构以及土壤的持水能力相对更加稳定，这说明影响土壤水分时间稳定性的因素存在深度上的依赖性。图中的误差线为相对差分值的标准差，其大小说明了各测点土壤含水率与平均含水率之间相对差分的离散程度，标准差越小说明土壤水分时间稳定性越高。由图可以看出：而标准差则随着深度逐渐增加（如小麦三个不同深度的标准差的平均值分别为0.062，0.066和0.092），这可能是由于试验土槽底部的设计为封闭型，使得土壤在饱和或者接近饱和后降雨入渗的水分更容易在土壤底部集聚，从而使深层土壤含水率相对较高，而使其稳定性相对较弱。高磊[10]在对黄土高原小流域的土壤水分时间稳定性进行分析时也发现：低含水量的样点往往有更强的时间稳定性，而高含水量的样点更趋于不稳定，但同时也指出测量点含水量的高低和时间稳定性强弱之间并没有必然的关系。
不同土地利用类型下，土壤水分监测点各深度的土壤水分有相对较强的时间稳定性，所有的MRD值都非常低，说明不同下垫面条件下土壤水分具有很好的整体时间稳定性。5°麦地0～10 cm的土壤水分平均相对偏差变化范围为-5.9%～10.9%，20 cm为-9.1%～7.7%，40 cm为14.5%～17.3%;15°三个不同深度的平均相对差分变化范围分别为-13.2%～6.8%、-6.4%～6.8%、-5.1%～5.2%。5°玉米0～10 cm的土壤水分平均相对偏差变化范围为-5.5%～7.3%，20 cm为-7.3%～7.8%，40 cm为-4.6%～9.9%;15°则分别为-9.7%～5.7%、-9.7%～5.0%、-7.5%～4.5%。草地10 cm、20 cm、40 cm的土壤水分平均相对差分值变化范围分别为-4.1%～7.3%、-11.6%～4.2%、-6.1%～3.7%，裸地则分别为-4.9%～2.7%、-2.0%～2.2%、-2.0%～1.8%。同时，不同土地利用类型之间，玉米、草地的土壤水分标准差明显高于其它小麦和裸地，可能与土壤水分观测期正是春玉米、黑麦草的主要生长阶段有关，也说明了植被对土壤水分的变异性和稳定性有明显影响，与Hupet和Vanclooster[18]的研究结果基本相符。
根据MRD接近于0且标准差很小的原则可判断不同坡度、深度的最佳土壤水分观测点位置，即可以代表整个区域的平均土壤水分值。小麦5°处理中10 cm及20 cm深度的平均土壤水分观测点为A2，40 cm深度则为B1;15°中10 cm、20 cm、40 cm深度则分别为A2、B2、B2，总体上对于小麦而言，坡中位置应为土壤水分最佳监测点，能够容易较好地估算整个坡面的土壤水分平均值。玉米不同坡度下各深度的土壤水分最优观测点差异较大，5°条件下10 cm、20 cm、40 cm深度分别为A1、A2、A1，15°条件下则为B1、A2、A2，这可能与玉米生育期内初始土壤含水率较低有关，整体上5°处理的玉米其土壤水分观测点可选为A1，即坡顶位置，而15°则为坡中位置（A2）。草地则为坡顶位置（A1/B1），裸地为坡中（A2）位置最佳。
3.2 Spearman秩相关系数
采用Spearman秩相关系数ρ对相同植被类型、不同深度、坡度的MRD进行比较，结果如表3-表6。总体上相关系数相对较高，表明浅层土壤水分具有一定的时间稳定性。麦地5°只有10 cm和20 cm，20 cm和40 cm深度，及15°中20 cm和40 cm深度有较高的相关系数外，其余深度间的相关性并不显著。而玉米不同深度间也没有显著的相关性，草地和裸地在20 cm和40 cm深度的相关性达到极显著水平
（置信水平为0.01）。这很可能是由于不同下垫面的土壤含水率的差异引起的，Penna[19]等通过实测数据分析认为气象条件的差异也可能是造成表层与深层数据差异的主要原因。此外，不同的前期土壤湿润条件也会对各深度的MRD值及标准差产生影响[20]。
4 结论
文中采用了两种相对比较广泛应用的相对差分法和Spearman秩相关系数分析法对2 m2小尺度上不同下垫面类型的浅层土壤水分时间稳定性进行分析，研究结果表明：10 cm、20 cm和40 cm深度的土壤水分具有明显的时间稳定性，且这种稳定性随着深度的增加逐渐增强。土地利用类型对土壤水分的时间稳定性影响很大，相同土壤和气候条件下，玉米和草地的土壤水分变异性明显高于小麦和裸地，Hupet 和 Vanclooster[18]认为玉米生长阶段的变化也会引起较大土壤水分的变异性，Gomez-Plaz等[21]也对植被和地形因素对土壤水分的时间稳定性的影响进行分析表明植被会使土壤水分在空间分布结构上具有较大的变异性。而不同坡度间土壤水分时间稳定性差异并不明显，可能与回填的土壤表面相对平整、的洼地等因素有关。不同深度的Spearman
秩相关系数对比，总体上相关系数相对较高，表明浅层土壤水分具有一定的时间稳定性，但可能受降水及植被的影响，仅部分深度之间有明显的相关性，不同下垫面的各深度的土壤水分没有明显的相关性。同时，不同坡度间的很低的MRD的秩相关系数也说明了地形因素对土壤水分的时间稳定性影响很小，这与相对差分法的分析结果一致。
通过不同土地利用类型下土壤水分时间稳定性在不同土壤剖面的分布特性的试验分析和研究，验证了小尺度上浅层土壤水分时间稳定性的存在及不同土地利用类型对其的影响，但是由于土壤水分的影响因素具有明显的时间和尺度依赖性，本文的研究仅对植被和坡度因素的影响进行初步分析，而不同尺度以及土壤深度下土壤水分时间稳定性及其影响因素还需进一步定量分析和探讨。
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长江流经宜昌段后，沿荆江进入一个相对低缓的地带。其间河网密织、湖泊星罗棋布，形成了我国长江流域特有的湖泊型湿地景观。明清以来，迫于人口压力，人们对该湿地地区进行了不同形式的开垦，使之逐渐发展成为我国农业的发达地区。针对这片开垦地域农业面临的各方面的问题，从20世纪90年代以来，不少学者将国际上的“湿地”概念引入到对本地区农业的研究上，相继提出了要发展湿地农业的思想[1～5]。我们在完成中日技术合作“湖北省江汉平原四湖涝渍地综合开发计划”和湖北省“九五”重大科技计划项目“江汉平原涝渍地综合开发研究”的过程中，对江汉平原农业发展中所面临的若干问题进行了研究，希望对建立我国南方湿地农业技术体系作一些有益的探索。版权所有
1“湿地农业”的提出
“湿地农业”的概念是在“湿地”概念的基础上发展起来的。多水（包括地下水、地表水）是湿地的基本特征。国际上提出湿地的概念，主要是鉴于该类自然资源对调节自然环境和保护生物物种的绝对重要性，即所谓“大地之肾”的特点提出来的，其核心是要加强对湿地的保护[6～7]。但对我国江汉平原乃至长江流域来讲，近600年来，已有大片的湿地被开垦成了以水稻田为主的人工湿地，该湿地的主要功能已转变成农业经营的基础条件、生产农产品的功能上来。在该地区农业经营中，除要保护好依然存在的部分自然湿地、发挥湿地的生物和生态功能外，农业的经营本身还或多或少受到本区湿地特征的影响，如何根据其特点进行农业经营、处理好湿地开发、利用与保护之间的关系，是湿地农业所要解决的关键问题。很早以前，我国劳动人民针对南方多雨的特点，在有效排水和农业利用上就创造了一套成功的方法，在珠江三角洲形成了著名的“桑基鱼塘”系统，在长江下游地区则有所谓“圩田”利用方式。而在长江中游的两湖平原，则是以湖垸形式的土地利用方式占优势。而且这部分地区在我国农产品生产上的地位十分突出。相对于我国北方干旱地区的干旱农业而言，我国南方湿地季风气候条件下湖泊湿地地区的湿地农业，还面临着一系列特有的问题与挑战。开展湿地农业研究意义十分重大[8～13]。
2江汉平原湿地农业的特点
在低湿地上之所以短期内发展了出色的农业，固然与人口压力密切相关，但也与其具有独特的优点息息相关。江汉平原地势平坦，土地肥沃；光热水资源丰富，雨热同季，宜于农作；交通发达，综合经济实力雄厚，湖北省综合经济实力百强县大都位于江汉平原地区之内。但是在20世纪50～80年代期间，江汉湖泊数量和面积急剧减少，耕地面积骤增，生态环境日益脆弱化。农业灾害，包括洪、涝、渍、干旱、病虫、冷热等日益严重，农业耕作和生活的设施水平与条件十分恶劣，农业的结构单一，劳动生产力与土地生产力徘徊不前，农业资源浪费严重，比较效益低下。形成了江汉平原湿地农业的基本背景[10，12]。江汉平原的湿地农业还具有一些具体特点。
2.1垸田特征
江汉平原湿地垦殖所产生的直接结果是大量垸田的产生。所谓垸田，就是人为地由湖边向湖心通过建立堤坝、排干湖水，建立相应的水利设施，即所谓“围湖造田”形成的农田。最后在地貌上就自然形成了一个个由人工开挖形成的水系相对独立的垸落。从大的方面来看，垸田由于开垦历史不同，所属各异，因而垸落与垸落之间形成各种人为的隔离和阻碍，道路和水系混乱，不利于农田作业以及灌溉、排水与行洪。每逢5～10年一遇的大雨，往往形成大面积内渍[1，14]。
垸田的另一特征是土壤长期接纳河流冲积物和湖渍物，因而表现为土体深厚、有机物丰富、土壤潜在肥力高但有效肥力低。由于其土地平整与水利设施大都不充分，因而排水不良。春季土壤升温慢，形成所谓“冷渍田”。此外，还有一部分低湖田表现为土壤粘粒成分含量高、土壤结构不良。从土壤营养上来看，该地区土壤严重缺磷和缺锌[4，15]。
2.2地貌和生态上的分异特征
江汉平原的农田多由湖泊开垦形成，在地貌和生态上呈现出有规律的变化。王克林等在对洞庭湖湿地进行探讨时指出了洞庭湖区具有碟形盆地圈带状立体景观结构的特点。并将该湿地归纳成3个圈次，即1）内环敞水带；2）中环季节性淹没带；3）外环渍水性淹没带[2，8]。蔡述明等在江汉平原四湖地区监利新兴垸进行的研究阐明了四湖地区“湖垸同体”，从湖边到湖心可分为9种农业利用地貌类型的规律[4]。我们通过对典型碟形洼地——高场示范区的剖析，观察到一个没有彻底完成垦殖过程的低湖地在多个土壤特征上（地下水位、土壤剖面结构、土壤机械构成、土壤营养、土壤温度和综合土地质量）存在明显的梯级递变，因而其适宜的农业利用价值也是不同的。
2.3灾害加剧与生态脆弱化特征
由于本地区独特的地理气候特点，近几十年来自然灾害的频率和程度日益加剧。主要灾害有洪灾、涝渍、干旱和病虫灾害等[16～18]。叶柏年等在分析湖北省旱涝发生情况时，论述了进入上世纪80年代以来，灾害日益加重，如1980、1982、1983、1991、1993、1995、1996、1998年均为特大洪涝年，每年因洪涝使农田成灾面积均超过66.7万hm的标准，平均两年就遇一次，其中1991年农作物受灾174.97万hm，农业损失55亿元。80年代与50年代相比，旱灾面积增加1.28倍，涝渍面积增加1.67倍。
王学雷等对江汉平原的生态脆弱性进行过专题论述[19]。除上述以洪涝为主体形成的各种自然灾害外，江汉平原还面临严重的生态脆弱化问题。包括，1）耕地面积日减，人口骤增，土地的承载压力越来越大；2）土壤有机质含量逐年下降，物理结构劣化，生产性能下降；3）生物多样性下降，时有暴发性或毁灭性病虫害发生；4）水体面积减小，湖水水质下降，渔农矛盾日渐突出；5）农业内部结构单一，农业经营比较效益低，农业经济再生产难以完成；6）农业设施老化，基本建设严重落后，农民生活得不到应有保障，等等，应该说湿地地区的农业面临着一系列严峻的挑战。
3湿地农业技术体系探讨
局部性、季节性水环境恶化是南方低湿地的一个带普遍性的问题。位于该地区的以湖泊为主体的自然湿地既是当地农业的重要环境，又在该地区整体的水资源调度和控制中发挥着越来越重要的作用。必须从整体上来认识南方低湿地区存在的各种问题，大力开展湿地农业技术研究（图1）。
附图
图1“湿地农业”构成图
3.1湿地农业关键技术的探讨
“九五”期间，我们对农业湿地中的主体——涝渍地合理开发利用技术进行了较深入的研究，关键技术包括：
（1）涝渍地农业小区综合整治开发规划与实施研究建立了两个分别代表典型“湖积地”和“冲积地”的涝渍地改良综合开发示范区，在示范区的综合整治与开发规划中提出了以“单元水系”为基本单位整治涝渍地的观点，将农田基本建设作为整治涝渍地的先决手段。规划中还引入了日本区域排水规划的数理模型与土地分析的“数量化理论ⅰ”，实践证明上述两种方法对江汉平原湿地地区微地域特点的分析具有较好的适用性。研究还将高场示范区的开发模式总结为“农田整备+梯级开发”，岑河示范区的开发模式为“农田整备+优化模式”[22～24]。
（2）涝渍地排水改良技术
湿地农业中农田的排水是一项关键技术[25～27]。研究开发和引进了适合于湿地农业小区排水的数学模型以及农道、沟渠、土地平整的工程技术参数。深入探讨了农田涝渍相随的作用过程和主要作物棉花、大豆、油菜在关键生育期的排渍标准和涝渍排水综合控制指标[28]。
（3）涝渍地土壤肥力特征及改良技术
选择典型地域对近20年来大范围的江汉平原湿地农田土壤肥力动态演替进行了分析和评价，采用土壤系统分类法，对涝渍地的土壤类型进行了重新划分，找出了不同类型涝渍土壤的特征与利用方法。探讨了涝渍地土壤的分布与肥力演变规律。
（4）适生生物种质资源的发现、引进与鉴定
对多种水生经济植物莲藕、芡实等的适宜特性进行了鉴定。发掘并开发了新鱼种——月鳢，继续扩大了对适宜于湿地的早熟西、甜瓜品种的筛选，选出适合于大面积推广的新品种“黄宝石”、甜瓜“丰甜1号”。引进筛选出“两优培九”和“丰两优1号”等品种作为湿地高产优质水稻换代“组合”。
（5）主要作物抗涝渍的机理及抗渍高产栽培
重点对水稻、油菜等作物不同抗（耐）性品种间差别产生的机理进行了探讨，并总结出一套本地区水稻的抗渍栽培技术体系。研究认为栽培上应重点抓好品种筛选和育苗技术两个环节[29]。
（6）涝渍地作物病虫草害的发生规律及综合防治技术
重点对涝渍地上易发生的稻飞虱、稻螟和纹枯病、白叶枯病的发生特点进行跟踪调查，以有效排水和节水灌溉为出发点，探讨了病虫草害综合防除策略。
（7）涝渍地生态环境异化评价及生态恢复技术
湿地环境异化程度在日益加重，环境异化的根源在于人类对湿地资源的过度和不合理的利用。环境治理策略既要注重缓解环境压力，也要注意照顾当前经济发展，要做到二者的良性互动。
（8）涝渍地高效农业模式研究
湿地良好的土壤潜在肥力和充裕的光、温、水等自然资源为本地区农业的主体产品开发和农田多熟制提供了十分难得的自然条件[5，30～32]。以“麦—瓜—稻”模式为基础，面对新的农村形势，新创了4种高效农业模式。这4种模式是系统针对本地区爽水型高产水田、旱田、农牧肥结合以及保护地栽培方式分别形成的，在生产中已得到迅速推广。
3.2湿地农业综合开发典型模式探讨
湿地农业模式总体上可分成农田高效农业模式，农林间（混）作模式，水体养殖模式，种养加一体化模式和碟形地域梯级开发模式等5类。每一类有若干种形式的模式。主要模式可以归结为如下几种：
（1）适宜于中小水面的分层混养模式；
（2）适宜于连片池塘的鱼、猪—禽复合混养模式；
（3）适宜于大中型水面的网箱养鱼与流水围栏精养模式；
（4）野生水生植物人工种植园模式；
（5）适宜于河滩湖滩季节性淹水带的耐渍经济植物模式；
（6）低湖田鱼—稻—藕共生模式；
（7）湖区生态公园观光农业模式；
（8）适宜于大面积低湖田的一季中稻模式；
（9）适宜于典型碟形洼地的梯级开发模式；
（10）适宜于高产爽水区的多种农田高效种植模式，包括：麦—瓜—豆—稻模式；油—瓜—稻模式；菜—甜瓜—杂交棉模式；大麦=玉米+绿豆—晚稻—畜禽模式。
优化模式的实施产生了良好的生态、经济和社会效益。其中经济效益尤为显著[3，5，33～36]。
3.3湿地农业的若干技术难题
纵观江汉平原过去几十年来的研究，湿地农业的技术研究多集中在点、区或者局部技术环节上，成绩很大但有所偏颇。今后应加强如下重大关键问题的研究。
（1）关于湿地农作区国土综合整治，即生产、泄洪和湖区水面面积的合理比例及其规划建设问题。进入20世纪90年代以后，湖泊面积还在继续减少，减少的部分主要用来作渔业养殖用。与低湖农田的利用方式相比，渔业养殖兼顾了蓄水、生产和调节生态环境等多方面功能，生态与经济效益显著，因而显示出较大的优越性。但江汉平原全域内土地面积如何在生产、泄洪和湖区水面之间分配出一个合理的比例，并通过具体地规划、布局（该布局还应该与相关的水利、农业设施相匹配），是今后湿地农业中必须要解决的一个首要问题。应该学习日本“土地改良区”的做法，大范围统一规划，整体分区建设；通过立法，集中来自于国家、地方和农业经营者的有效投资；规划与建设必须遵循统一的技术规范，做到资源的可持续利用与开发、保护的有机结合。版权所有
（2）关于拳头产业的选择与培育。要在减轻涝渍为害的同时，充分发挥湿地地区多水与土地肥沃的优势，培育特色产业，建立相应的优质、名牌商品基地。而这一方面恰好是江汉平原湿地农业过去的薄弱环节。具体来讲，需水较多的水稻、油菜，水生动物（鱼、鸭、鹅等）养殖，水生经济植物产品是本地区农业发展的潜在优势，但一直以来未形成相应的产业和产品优势，今后应重点研究其从基地化生产到加工、包装和销售一体化的技术，形成湿地农业的特色。
（3）关于恢复优美环境与确保食物安全。江汉平原的地理特点决定了该地区各种用水可能在不同区域之间产生多次循环使用，而且人畜饮水、农业灌溉用水与生活排水之间极易相互混杂。以水作媒介，农药、化肥及有机污染物容易得到迅速传播与分布，从而导致对环境的大面积污染，进而导致对农产品的污染。在江汉平原这个传统的农业集约区和国家农产品生产基地，如何保证农村广大土地以及农产品免遭污染，改善农业从业者的生产与生活环境，将是今后湿地农业技术体系中的一个难点。
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关键词：地理信息系统；地统计学；多学科融合
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）18-0083-03
随着计算机、网络和通信技术在科学交流中的广泛应用，不同学科间的纵横交叉与相互渗透已成为现代科学发展的趋势。学科之间关系的动态发展往往通过知识流动的形式来维系，正是这些动态变化的知识流动促进了学科发展，加强了学科联系，同时也传导着学科变化。另外这些新兴技术越来越完善的理论体系化与应用广泛性逐渐影响着一些传统的专业学科，实现多学科融合，多学科相互促进共同发展正成为目前学科发展的主要趋势之一[1]。这一发展结合了传统专业雄厚的知识背景与新兴专业的科学技术优势，实现传统学科与新兴技术共同发展与进步的双赢局面。而《土壤地理学》课程正是其中受到影响的学科之一。《土壤地理学》是研究土壤与地理环境相互关系的学科，是土壤学和自然地理学之间的边缘学科，它是以土壤与地理环境之间的特殊矛盾为对象，研究土壤的形成、分类、分布规律、土壤资源的评价与开发利用以及土壤资源保护的科学[2]。随着现代空间信息技术的高速发展与扩张，特别是近年来空间数据的急剧增长，不论是自然地理数据或者社会经济数据都以井喷式的速度涌现出来，能够合理利用现代空间信息技术和空间数据可以会为《土壤地理学》课程的学习和研究提供便利。
一、传统土壤地理学概况
1.土壤地理学自身特点。土壤地理学是土壤学中最早出现的一个分支学科，它主要研究土壤形成分类、调查制图、分布规律、土壤资源的评价和开发利用以及土壤资源的保护等，是综合性大学、高等师范院校地理专业和高等农业院校农业资源与环境专业的基础课程之一。土壤地理学是土壤学与自然地理学之间的边缘科学，它以土壤与环境之间的这一特殊矛盾为研究对象，研究土壤的发生、发展、分异和分布规律，为调控、改造和利用土壤资源提供科学依据，具有较强的区域性和综合性[3]。为此土壤地理学自身的特性要求学生不仅掌握基础的土壤学知识，还应该具有一定的空间探索性与属性信息的空间化，而对于土壤属性信息的空间化是传统土壤学所不具备的知识，为此需要学生在掌握好传统土壤信息的基础上应该更好地理解与应用地理信息系统的知识以及地统计学的知识，从而使学生摆脱纯粹性学习和接收知识的阶段，进入自我学习与探索的过程，为学生以后从事科学与科研工作奠定基础。因此，从土壤地理学自身的特性以及学科发展的趋势和教学的目标来说，立足于传统土壤学基础上，实现多学科融合，从更全面合理的角度来教授土壤地理学课程是势在必行的，并且反过来可以让学生更好地掌握土壤信息的空间化以及土壤发生、发展、分布的规律性。
2.土壤地理学多学科融合的必要性。土壤学作为一个传统的基础学科有其深厚的学术背景知识，土壤地理学作为一个跨学科的专业需要在保留原有的土壤学的基础之上尽可能地发挥多学科的优势，使其为科研与学术研究而服务。土壤地理学作为土壤学与自然地理学的边缘学科有其自身的优势所在，为尽可能地发挥其优势并培养全能型的人才，需要学校进行合理的课程设置，并制定合适的、具有应用性的课程目标，从而为社会提供适应性强的人才，为科研院所提供多学科背景知识的学生。目前随着地理信息技术的迅速发展以及其应用的广泛性，运用GIS技术来进行数据管理与图形可视化显示，以及运用地统计学知识进行空间分析与统计分析是土壤地理学自身学科发展的需求，同时也是满足社会和科研院所人才需求的重要选择。由此可见，多学科融合在土壤地理学中起到重要的作用，是其自身发展与人才培养的必经之路。
二、多学科融合对土壤地理学发展的优势
1.GIS技术在土壤地理学中的地位。地理信息系统简称GIS，是20世纪60年代中期开始发展起来的新技术，主要是指在计算机软硬件支持下，把地理数据以一定的格式输入、编辑、存储、更新、显示、制图、综合分析和应用的技术系统。地理信息系统具有强大的处理空间数据的能力，如图形数字化、地理数据的空间分析、地形数据的三维模拟、虚拟场景、地图输出等。地理信息系统这一技术自问世以来，便得到了迅速的发展和广泛的应用，近几年该技术已经突破地学的范畴，在管理学、交通运输、医学、军事等领域具有广阔的应用前景[4]。GIS技术的发展和日益成熟的理论体系为研究性教学提供了技术支持，它的数据管理、图形显示、空间分析等知识可以很好地应用到土壤地理学的教学和研究中，实现土壤图等专题地图的制作与空间显示，从而可以更好地辅助学生对于土壤学知识的理解和认识，从空间角度上理解土壤自然地理特性，同时可以进一步结合不同地理位置的自然条件（气候、植被、地形和母质）来理解土壤属性的空间差异性，进而结合土壤属性的空间异质性和变异性来理解土壤属性空间分布的特性。
2.地统计知识在土壤地理学中的应用。地统计学是以具有空间分布特点的区域化变量理论为基础，研究自然现象的空间变异与空间结构的一门学科。它是针对像矿产、资源、生物群落、地貌等有着特定的地域分布特征而发展的统计学。地统计学的主要理论是法统计学家G.Matheron创立的，经过不断完善和改进，目前已成为具有坚实理论基础和实用价值的数学工具[5]。地统计学的应用范围十分广泛，不仅可以研究空间分布数据的结构性和随机性、空间相关性和依赖性、空间格局与变异，还可以对空间数据进行最优无偏内插，以及模拟空间数据的离散性及波动性。地统计学由分析空间变异与结构的变异函数及其参数和空间局部估计的Kriging（克里格）插值法两个主要部分组成，目前已在地球物理、地质、生态、土壤等领域应用。土壤地理学作为一门结合自然地理学的学科，而且由于土壤空间属性的存在，结合地统计学的知识对其进行一定的空间探索、模拟与预测具有重要的意义，可以根据已知的变量进行未知变量的预测和模拟，可以在一定程度上减少人力和物力，并能对土壤属性空间分布规律的研究有一定的帮助。为此将地统计知识应用到土壤地理学的教学中可以帮助学生具有更多的科研与创新精神，在一定程度上从单纯的学习知识上升到自我探索与研究的阶段，具有不可忽视的意义。
3.多学科融合在土壤地理学教程中的优势。土壤地理学因其区域性、综合性的特点，为研究性学习提供了广阔发展空间。在土壤地理学的教学中可以先从理论到实践，然后从实践再到探索，再从探索回归理论。首先分析区域文献资料并通过野外观察对成土环境、土壤剖面及其诊断特性、土壤利用进行研究，运用地理比较法和相关分析法，把握区域土壤地理分异规律，绘制区域土壤图，采集土壤标本、分析样品。在此过程中若引用GIS技术与地统计技术则主要表现为以下几个优势：首先利用GIS技术可以管理土壤空间属性数据，并且可以根据自然地理数据资料生成不同的专题地图，以此来辅助对区域土壤地理分异规律的研究。其次，借助于GIS软件可以有助于学生根据实地调查资料绘制区域土壤图，以此来形成土壤属性分布空间上的概念，从而加深对于土壤地理分布规律的理解和应用。第三，借助于地统计知识可以使学生独立思考土壤属性空间分布规律的原因，并结合已知观测点来预测未知区域的土壤属性，同时可以进一步分析土壤属性空间分布具有变异性和异质性的原因。通过以上的分析可以得出，若基于多学科融合的知识进行土壤地理学的教授课程可以使学生能够更加直观形象地理解土壤地理分布规律，并且增强其动手能力和思考能力，从而为社会输送适应性强的人才，为科研单位培养具有创新性和多学科知识背景的学生。
三、土壤地理学研究性教学理论方法
1.传统土壤地理学教学理论方法。传统土壤地理教学方式比较单一，以教师的讲述为主，简单地辅以地图挂图和多媒体资料介绍，不能有效帮助学生建立土壤地理空间概念和深入理解土壤的发生、发展、分异和分布规律，学习往往流于机械性记忆，很大程度上影响了土壤地理的教学质量与效果。有鉴于此，应用研究性学习理论方法，进行土壤地理教学改革研究具有积极的现实意义
2.基于GIS的应用性土壤地理学教学方法探讨。GIS技术主要的优势是可以呈现土壤属性资源的空间特征，借助于深厚的土壤学背景与一定的自然地理资源可以帮助学生方便地制作出不同的土壤属性专题地图，实现土壤属性的空间图形化。为此在此教学过程中主要注重学生的软件操作与地理信息知识的学习过程。目前在GIS行业中可以应用的软件较多，主要为ArcMAP，MAPGIS，SurperMAP等，鉴于目前应用较多和可操作性强的特点，建议在课程中选择ESRI公司的ArcGIS软件，课程的主要目的是使学生学会基本的地理信息技术，掌握基本的空间数据的编辑与专题地形图的制作。因此可以以某一个案例作为研究对象，选取一个区域进行土壤自然特征属性的调研，并通过所拥有的土壤背景知识以及自然地理资料进行区域土壤类型的诊断，然后画出粗略的土地利用现状图以及土壤类型图，然后通过GIS软件转绘，通过进行坐标的校正以及文件的编辑，制作专题地图，从而实现土壤属性专题地图的掌握。这一案例的实现不仅可以帮助学生了解GIS软件的基本操作以及在土壤地理学方面的应用，同时可以使学生掌握多背景知识，通过探索GIS软件的其他功能来辅助土壤地理学课程的学习。
3.基于地统计学的科研性土壤地理学教学方法探讨。地统计学的主要用途是研究对象空间相关结构（或空间变异结构）的探测以及变量值的估计和模拟。由于土壤属性具有较强的空间依赖性和变异性，会受到自然地理位置以及周围景观特征的影响而产生不同的特征。为此在进行土壤地理学的土壤属性的研究时可以根据已知观测点的数据资料来完成未知点的预测和模拟以及土壤属性之间关系的探索。运用地统计学进行空间分析包括以下几个步骤，即数据探索性分析，空间连续性的量化模型，未知点属性值的估计，对未知点局部及空间整体不确定性的预测。学生在掌握了基本的地理信息技术之后，可以实现基本的地统计知识的探索以及简单模型的构建，通过地统计模型的模拟与预测实现简单的土壤属性专题地图的制作。这一学习过程的掌握不仅可以帮助学生对土壤属性整体空间特征的把握，而且还可以更好地实现根据自己的需求完成土壤属性的预测和模拟，从而也可以培养学生的自我探索与学习过程。
4.多学科融合对土壤地理学教学的影响。教学的重点是使学生能够在掌握基础知识的同时，能够做到举一反三，培养良好的发散性思维，并且能够做到学以致用，使自己学习到的知识应用到以后的科研或者工作中，这样才能实现教育的价值。而本文关于土壤地理学的教学探讨在基于基础的土壤知识不变的前提下，结合最新最先进的GIS技术在土壤地理学中的应用，让学生接触到更多关于新兴技术在自身专业中的应用，同时结合地统计学知识在土壤地理学中的应用，发挥学生独立学习、思考与创新的精神，真正做到学以致用。本课程的改革具有以下几个特性：
（1）以学生为主，重视学生的独立性。实现多学科融合之后的土壤地理学，不再是单纯的灌输式教学模式，而是集动手、思考与创新于一体的新兴教学模式，这样可以尽可能地发挥每个学生的最大特点，让他们选择自己喜欢的方向进行探索，同时该课程也不仅仅局限于一方面，而是创造多元化的学习环境与提供多种教学平台，使学生能够根据自己的特点与喜好选择自己的研究方向，如果动手能力操作性强可以注重在GIS软件方向的发展，如果对于科研知识感兴趣，可以在地统计学基础的前提下进一步进行探索与研究。
（2）多种模式相结合，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识。课程改变了以前只是老师单纯教授的模式，重新融合了多种案例在课程中，既可以从野外土壤属性调查中学习怎样在实践中进行课程的学习，也可以通过课堂上软件的操作实现通过GIS软件来制作专题地图，还可以通过多种案例来发挥学生独立思考、创新的意识。在此种模式下让学生所学的知识不单纯是为了应付课程考试或者是专业知识的学习，而是尽可能地扩大了知识的应用面，让学生通过多元化的思考与学习，可以在掌握基础知识的同时，更多地选择自己以后要从事的方向以及发展规划。
四、结束语
经过多学科融合之后的土壤地理学不再是传统的、一味灌输的教学模式，结合了野外实习调查、室内软件操作以及案例分析等特征，帮助学生从多方面来掌握土壤地理学的基础知识。优化了土壤地理教学过程，提高了学生对土壤地理信息的收集、处理能力，帮助学生学会分析土壤地理信息，应用信息解决土壤地理问题，提高其地理信息素养，同时加强学生对土壤地理中空间概念的感知，加深了学生对土壤的发生、发展、分异和分布规律的认识，培养学生的空间想象力等地理核心能力，值得在土壤地理教学领域推广。同时将目前国内外应用较为广泛的地理信息技术以及地统计学的知识运用到土壤地理学的课堂中，充分发挥学生动手能力、思考能力，培养多元化、创新型的人才，为社会和科研单位输送更多合适的人才。
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