二、结果与讨论
（一）坡面表层土壤容重空间变异特征
1．土壤容重沿坡面变化及经典统计统计特征
图6-5显示了41m×5m径流小区坡面土壤容重变化。图6-5是利用Surfer8．0软件经Krige插值后绘制的表层土壤容重坡面分布线框图。从图6-5可以看出，表层土壤容重在坡面的变化无明显规律，呈波动状分布，总体上坡上部位的平均土壤容重小于坡下位。
图6-5 坡面表层土壤容重分布
经典统计对变异特征的分析主要以变异函数Cv为参数进行，变异函数可定义为：
式中：S为标准方差；
为变量均值。根据变异性分级，Cv≤0．1属于弱变异，0．1＜Cv＜1属于中等程度变异，Cv≥1属于强变异。表6-1是表层土壤容重的经典统计结果。由表6-1可知，表层土壤容重变化范围在1．27～1．42g·cm－3之间，平均容重为1．35g·cm－3，变异系数Cv＝0．0263，小于0．1，属弱变异性。
表6-1 坡面表层土壤容重分布经典统计（g·cm﹣3）
2．坡面表层土壤容重的随机分布特征
图6-6是表层土壤容重概率分布直方图。根据图6-6中概率分布，可以认为土壤表层容重基本上呈正态分布，但还要进行检验。图6-7、图6-8分别是假设土壤容重符合正态分布的P—P检验图和Q—Q检验图。P—P检验是根据变量的实测累积概率与所指定的理论分布的期望累积概率绘制的图形，是一种探查样本数据是否符合某个概率分布的直观检验手段，Q—Q概率图检验原理与P—P相似，但Q—Q概率图是根据变量分布的分位数对所指定的理论分布分位数所绘制的图形。对于P—P和Q—Q两种检验手段，如果被检验的数据符合所指定的某种概率分布，根据实测累积概率和期望累积概率所绘制的关系曲线应该与y＝x直线重合，两条线的吻合程度越高，说明实测的概率分布越符合假定理论概率分布。
图6-6 表层土壤容重概率分布
图6-7 正态分布P—P检验
图6-8 正态分布Q—Q检验
P—P概率图和Q—Q概率图均显示坡面表层土壤容重计算的概率分布特征散点线与理论正态分布计算的概率分布线非常吻合，证明了坡面表层土壤容重的随机分布特征符合正态分布。
3．坡面表层土壤容重的空间变异结构分析
坡面表层土壤容重是符合正态分布的随机变量，但表层土壤容重是纯随机变量还是具有空间自相关性的随机变量，有待进一步分析。
从坡面表层土壤容重空间变异的半方差变化（见图6-9）可以看出，半方差随滞后距离的增加而增加，但很快就达到了稳定，且稳定的距离较短，此后随滞后距离的增加发生漂移和波动，这说明坡面上的表层土壤容重在很短（约7m）距离内具有自相关特征，符合平稳条件，而在整个坡面上不符合平稳条件。运用DPS数据处理系统根据四种单一结构半方差模型拟合土壤容重半方差变化，并对拟合的模型参数进行t值检验，拟合结果见表6-2。
图6-9 坡面表层土壤容重空间变异结构分析
表6-2 坡面表层土壤容重空间变异模型参数
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根据四种单一结构模型拟合的参数及t值检验置信水平，指数模型拟合的基台值和参数a均未达到显著水平，高斯模型和直线模型拟合的参数a也未达到显著水平，四种模型中只有球形模型拟合的三个参数均达到显著水平，且拟合的变程也与半方差图揭示的实际变程相符，说明球形模型可以用来描述坡面表层土壤容重的空间变异规律。
根据以上分析，坡面表层土壤容重在坡面的正态分布不是纯随机分布，而是具有一定空间结构的正态分布，其自相关特征长度为7．6m。
（二）坡面表层土壤饱和导水率空间变异特征
1．土壤饱和导水率沿坡面变化及经典统计特征
土壤饱和导水率是土壤质地、溶质、孔隙分布特征的函数，其中孔隙分布特征对饱和导水率的影响最大。在田间条件下，由于土壤干湿交替、冻融、根孔、虫洞、土壤裂隙等因素的影响常导致土壤大孔隙的存在，虽然大孔隙比例可能很小，但可以导致土壤水的快速流动，使导水率显著增大（Waston和Luxmoore，1986）。图6-10显示了41m×5m径流小区坡面表层120个土样饱和导水率在坡面的分布情况，从图6-10可以看出，表层土壤饱和导水率沿坡面呈波动状分布，其波动强度从坡上到坡中、坡下逐渐降低，土壤饱和导水率的最大值和最小值均产生在坡上位。坡中位的平均导水率均低于坡上位和坡下位，波动强度依次降低的原因可能与径流产生时上方泥沙在下部淤积有关。
图6-10 坡面表层土壤饱和导水率空间分布
表6-3显示了表层土壤饱和导水率的经典统计结果。从表6-3可看出，表层土壤饱和导水率在坡面上变化范围比较大，为17．68～149．27cm·d－1，最大值与最小值之间相差近一个数量级。表层土壤饱和导水率在坡面的变异系数Cv也比较大，属于中等程度变异。根据土壤饱和导水率大小程度分级，120个点中饱和导水率处于16～40cm·d－1之间属于“中”的占15%；处于40～100cm·d－1之间属于“高”的占73%，大于100cm·d－1属于“很高”的占12%。坡面表层土壤饱和导水率总体上比较大，具备良好的导水能力，这与所研究区域的土壤质地总体较粗有关。
表6-3 坡面表层土壤饱和导水率经典统计
2．坡面表层土壤饱和导水率随机分布特征
Mertens和Jacques（2002）在80m×20m小区内研究了120个点的土壤饱和导水率的统计特征后得出了土壤饱和导水率呈对数正态分布的结论，Mohanty等（1994）、Zavattaro等（1999）、Jacques（2000）经过研究也得出了相同的结论。而Unlu（1989）研究认为土壤饱和导水率开方后呈正态分布。
将120点测定的土壤饱和导水率分别进行不转换、对数转换和开方转换概率分布统计，并进行P—P图检验。三种转换类型下的概率分布直方图和P—P检验图分别为图6-11～图6-13上。从图6-11可看出，未经转换的土壤饱和导水率直方图基本不呈对称分布，P—P检验也发现在中间位置测定的累积概率与正态理论分布的期望累积概率相差较大，说明未经转换的土壤饱和导水率不呈正态分布。土壤饱和导水率经对数转换后的概率分布直方图基本呈对称分布，P—P图也显示实测累积概率与正态理论分布的期望累积概率非常一致，开方后的土壤饱和导水率尽管概率分布直方图的对称性非常好，但经P—P图检验，在中间部实测累积概率与期望累积概率的吻合程度低于对数化的吻合程度。综上所述，本文认为在三种处理方法中，对数化的表层土壤饱和导水率（logKs）最符合正态分布，平方根化的饱和导水率
基本上也符合正态分布，但符合程度没有logKs高，未经转换的表层土壤饱和导水率（Ks）也不符合正态分布。
图6-13 平方根化饱和导水率概率分布特征及正态分布P—P检验
图6-11 饱和导水率概率分布特征及正态分布P—P检验
（a）概率分布特征；（b）正态分布P—P检验
图6-12 对数化饱和导水率概率分布特征及正态分布P—P检验
3．坡面表层土壤饱和导水率空间变异结构分析
坡地表层土壤饱和导水率在41m×5m空间内以1m为基本滞后距离的空间相关半方差变化显示在图6-14上。从图6-14中可看出，半方差随滞后距离的增加变化不大，基本上围绕一条水平线上下波动，表现出纯金块效应，这说明坡面表层土壤饱和导水率在41m尺度内不存在自相关特征，土壤饱和导水率在41m尺度内是纯随机变量。Mertens和Jacques（2002）在研究坡面土壤饱和导水率时认为自然对数化的土壤饱和导水率（lnKs）在空间上表现出自相关距离为2．85m空间结构特征，Russo等（1997）也得出lnKs在空间上存在自相关特征的结论。图6-15显示了将土壤饱和导水率自然对数化后的空间结构分析半方差随滞后距离变化，从图6-15中可发现自然对数化后的土壤饱和导水率的半方差变化依然表现出纯金块效应，不具备空间结构特征。以上分析表明坡面表层土壤饱和导水率在41m尺度不具备空间结构特征，属纯随机变量。
图6-14 坡面表层土壤饱和导水率空间变异
图6-15 坡面表层土壤lnKs空间变异