研究土壤水分的空间变异性能为农田墒情的监测、取样方案的设计及大田试验精度的提高提供理论基础,并且为精准农业的实施及土壤与水科学等的发展提供科学指导。因此,研究农田土壤水分的空间变异性十分必要。为此,本论文以黑土区农田为例,利用传统统计学、地统计学、多重分形和联合多重分形方法,研究分析了玉米不同生育时期,降雨前后和不同取样间距土壤水分的空间变异性,利用Spearman秩相关系数和相对偏差等方法对黑土区农田土壤水分的时间稳定性进行了研究。主要得出以下结论:(1)不同土层土壤水分变异程度随生育时期的变化呈现出不同的变化趋势;不同生育时期土壤水分的空间变异程度随土层深度的增加也表现出不同的变化趋势。在玉米全生育期内,0-20 cm、40-60 cm及60-80 cm土层土壤水分空间相关程度表现出先增大后减小的趋势,而20-40 cm土层趋于增大;0-20 cm和60-80 cm土层土壤水分的空间相关范围表现出先减弱后增强的趋势,40-60 cm土层土壤水分的空间相关范围呈增大趋势,除成熟期外,20-40 cm土层土壤水分的空间相关范围保持一致。苗期至乳熟期0-20 cm土层土壤水分的空间变异性主要由低值信息引起,成熟期土壤水分的空间变异性主要由高值信息造成;灌浆期、乳熟期20-40cm土层土壤水分的空间变异性主要由高值信息造成,而其他生育时期均主要由低值信息造成;抽雄吐丝期40-60 cm土层土壤水分的空间变异性主要由低值信息造成,其他生育时期均主要由高值信息引起;成熟期60-80 cm土层土壤水分的空间变异性主要由低值信息造成,其他生育时期均主要由高值信息引起。(2)降雨前后不同土层土壤水分的变异程度均为中等变异;降雨后不同土层土壤水分的平均含量均先增加后降低,降雨后不同土层土壤水分的空间相关范围和空间相关程度的变化趋势均存在差异;降雨前后土壤水分变异程度随土层深度增加的变化特征存在差异。降雨前后0-20 cm土层土壤水分的空间变异性主要由其低值信息造成,其他土层土壤水分的空间变异性主要由其高值信息引起。降雨前与降雨后第一天不同土层土壤水分之间的多尺度相关程度,均小于降雨前与降雨后第二天对应土层土壤水分之间的多尺度相关程度。(3)不同取样间距土壤水分均为中等变异。随取样间距增大,土壤水分平均值逐渐增大,由小于取样尺度及试验误差引起的变异、空间相关程度先减小后增大,空间相关范围先增大后减小。24 m×24 m取样间距土壤水分的空间变异性主要由高值信息造成,其他取样间距土壤水分的空间变异性主要由低值信息引起。随取样间距的增大,土壤水分的空间变异程度减弱,土壤水分的合理取样数目减少。(4)黑土区农田尺度土壤水分具有良好的时间稳定性。不同测点土壤水分的时间稳定性随土层深度的增加而增强。利用确定的代表性测点能较好地预测出研究区域不同土层土壤水分的平均状况。