土壤水分的空间变化主要是对土壤不同深度含水量的变化规律进研究。在不同人工植被区不同深度的土壤水分含量变化不同，由于受降雨、蒸发、气候和植被等多因素的影响，从而导致土壤水分的空间变异性。在0-60cm深度土壤水分变化频繁和剧烈，其土壤水分含量变化范围在2.3%～13.8%。60-160cm处通常被认为是上层土壤的潜在供应库，该层次受外部降雨、植被蒸腾和土壤蒸发的影响较小，通常降雨量较大或者上次土壤处于长时间干旱情况下，该层才发生变化，为土壤水分相对稳定层。深层土壤主要分布在160cm以下，属于水分稳定层。对沙坡头区柠条样地0-200cm土壤水分含量分层进行研究得出，表层20cm处的土壤水分含量明显高于其他层次，200cm处土层的含水量较低且波动较小。在0-40cm和100-200cm中，随着深度加深土壤含水量逐渐下降，40-100cm土层中，随着深度的加深土壤水分含量逐渐增加。在湿润年份0-100cm处为土壤水分变化剧烈层，而在干旱年份0-20cm处为土壤水分变化剧烈层。对毛乌素沙地不同飞播年杨柴灌木林土壤剖面水分变化特征进行研究得出，在0-180cm范围内，林龄为38a的样地土壤体积含水量显著高于30a和15a样地，30a和15a样地差异不显著。随着土层深度的增加，林龄为38a和30a的样地土壤体积含水量分别在80-100cm和20-40cm间达到最大值，分别为8.21%和7.85%，15a样地则呈现降低的趋势。土壤体积含水量最大值随着林龄的增加有向深层次运移的趋势，并且最小值均出现在140-180cm。随着杨柴灌木林林龄的增加，0-20cm土壤层水分呈现减小趋势，20-100cm土壤层水分基本呈现增大趋势，100-180cm土壤层水分出现先减小后增大的趋势。降雨量与土壤水分空间变异性呈显著的正相关关系，降雨越大空间变异性越大。对沙坡头人工固沙植被区1956年建植的植被区进行研究，得出15mm的降雨事件下，0-15cm深度土层水分含量的变异系数为20.26%，0-30cm深度土层水分含量的变异系数为16.43%，13mm的降雨时间下，该深度土层含水量变异系数为16.06%。在长时间无雨的环境下0-15cm深度土层水分含量变异系数降到4%，0-30cm深度土层水分含量变异系数降到4.35%，说明0-15cm土层比0-30cm土层的空间变异性对降雨强度和土壤水分含量响应更强烈。

对沙坡头区人工固沙植被区土壤0-200cm深度不同土层水分含量进行研究，发现60-80cm土层平均水分含量最高，80cm以下土壤含水量逐渐降低，0-5cm土层水分含量最小。对不同土层的空间变异质性进行分析后得出，160-180cm深度土层水分变异系数为0.72，180-200cm深度土层的变异系数是0.73，这两个层次的变异最大，表层0-5cm处变异系数也较大为0.66。0-200cm各土层的水分空间异质性明显各土层水分有效变程存在差异且无规律，在60-80cm深度的土层变程最小，为7.04m。20～40cm处最大，为19.71m。环境改变与人类活动影响沙地植物群落的在不同尺度上的配置格局，因此改变了土壤水分的分布格局。对科尔沁沙地草场、禁牧的半流动沙地和被重度干扰的丘间洼地土壤含水量在降水后进行了空间异质性分析，研究表明随着植被盖度的增加降水后土壤水分含量变异幅度逐渐减小，但沙质草场表层与亚表层土壤水分的空间结构差异大，表层含水量有较强的空间依赖性，丘间洼地表层土壤水分含量在空间变异的差异相对较小。

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