土壤水热状况与土壤系统分类

讨论了气象资料与土壤水热状况的关系及其转换。就吉林省而言,土壤水分状况可分为5个区域;土壤温度状况除个别地区外,主要属冷冻土壤状况。可为土壤系统分类提供较确切的土壤水热数据。     

陕西省土壤温度和水分状况估算

土壤温度和水分状况是中国土壤系统分类的两个重要诊断特性。土壤的水热状况受近地表温度和降水的直接影响,可以通过气候因素来估算土壤水分和温度状况。以陕西省85个气象台站连续30年的地面气象数据为基础,采用地统计与纽荷模型(JNSM)相结合的方法研究了陕西省土壤温度和水分状况及其空间分布。结果表明,土壤温度状况表现为:秦岭山区及其以北为温性,汉江河谷地区及其以南为热性;土壤水分状况表现为:长城以北为干旱,陕北黄土高原地区和关中盆地为半干润,秦岭以南为湿润,常湿润仅在最南端镇巴县和镇坪县的小部分南部地区存在。     

河北省秦皇岛市石门寨区域土壤系统分类

为推广应用中国土壤系统分类 ,本文对自然地理野外实习基地—河北省秦皇岛市石门寨区域的土壤进行系统分类研究。结果如下 :土壤诊断层有淡薄表层、水耕表层、雏形层、水耕氧化还原层、粘化层 ,诊断特性有砂质沉积物岩性特征、石质接触面、半干润土壤水分状况、湿润土壤水分状况、人为滞水土壤水分状况、氧化还原特征、冷性土壤温度状况、温性土壤温度状况 ,土壤类型归属为人为土纲、淋溶土纲、雏形土纲和新成土纲。并与原土壤地理发生分类进行参比及总结地理分布规律     

地表滴灌条件下水热耦合迁移数值模拟与验证

土壤水热分布状况是作物优质高产的关键环境条件之一,基于土壤水、热运动基本方程,结合地表滴灌水分运动特点,建立了地表滴灌水、热运移数学模型,利用HYDRUS-2D软件对构建的数学模型进行了数值求解,并对数值模拟得到的土壤水热值与田间实测数值进行了对比验证。结果表明, 所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动和土壤温度变化及分布的动态变化具有较好的模拟效果;当土壤、气象以及灌水资料等可知时,利用该数学模型可以较准确地预测地表滴灌条件下水热耦合迁移与分布规律,模型可用来适时监测和调控地表滴灌条件下作物生长所需的土壤水、热环境条件。此外,数值模拟值和实测结果都显示,地表滴灌条件下上层土壤的水分和温度值较下层土壤易受到土壤蒸发和大气温度剧烈波动的影响。     

基于不同估算方法的贵州省土壤温度状况

土壤温度状况是土壤系统分类重要的土壤诊断特性,是土壤某些分类单元的划分依据。以贵州省86个气象站点(1951/71—1980)地面气候资料为基础,应用不同的土壤温度估算方法(土温内插法、土温直接估算、纽荷模型估算、气温回归估算法、纬度海拔回归估算法),判定贵州省各县(市)的土壤温度状况。结果表明,5种方法的估算结果基本一致,"不同海拔的贵州省经纬度海拔回归估算"方法在贵州省土壤温度状况估算中的应用更为广泛。贵州省土壤温度状况包括温性、热性和高热性三种土壤温度状况类型;有80个县(市)的估算结果属于热性土壤温度状况;威宁、大方属于温性土壤温度状况;有4个县(市)估算结果处在不同土壤温度状况临界值附近,存在两种土壤温度状况,其中水城、开阳和习水存在温性和热性两种土壤温度状况,而罗甸则存在高热性和热性两种土壤温度状况。将贵州省土壤温度状况作为诊断特性应用于土壤系统分类时,应综合考虑成土环境条件。     

河北省土壤温度与干湿状况的时空变化特征

土壤温度和干湿状况是表征土壤特性的重要参数,在土壤系统分类中作为诊断土壤某些亚纲、土类及亚类划分的参考依据。基于河北省142个气象观测站1951—2010年的日值气象数据,利用GIS空间分析技术,对河北省近60年的土壤温度和干湿状况的时空变化规律进行了分析。结果表明:(1)1951—2010年的平均土温和平均干燥度指数呈现上升趋势,且1981—2010年的上升速率均高于1951—1980年。(2)河北省主要有冷性和温性两种土壤温度状况,与1951—1980年相比,1981—2010年的温性土壤向北有所移动,移动的距离和面积大约为14.26 km和5 665 km2。(3)河北省的土壤干湿状况分布具有明显的地域差异,地表干湿状况可分为湿润、半湿润和半干旱三个等级;东部和北部区域气候湿润状况优于西部和南部,也间接表明了土壤的干湿分布状况。该研究结果为土壤系统分类定量化的诊断特性取代传统土壤分类中的地带性概念提供参考。     

黑河中游农田荒漠过渡带土壤冻融过程中水热动态

以黑河中游典型农田荒漠过渡带为例,对过渡带3种景观单元冻融期土壤水热动态进行了野外定位监测。结果表明:(1)土壤温度随气温剧烈变化,变幅随土壤深度的增加而减小,3种景观单元土壤温度变幅由剧烈到平缓的顺序为:荒漠农田防护林,并依次形成60,100和80cm深的冻土层;(2)受土壤性质和地表覆盖的影响,冻融过程中,农田、防护林土壤含水量变化明显,且农田土壤水分含量4月初达到最大值,而荒漠土壤含水量则基本保持不变;(3)土壤水分变化滞后于土壤温度的变化,防护林土壤水和温度变化较农田缓慢;(4)浅层地下水位在冻结期下降,融化期回升,且回升速率大于下降速率。冻融过程可有效减小土壤水分的蒸发和渗漏,冻后聚墒明显,利于下层土壤水分的保持,对于来年植物生长具有一定的意义。     

梭梭和沙拐枣对风沙土壤水热盐动态的影响

为揭示塔克拉玛干沙漠公路防护林不同植物类型下土壤水热盐运移规律,于2015年5—9月采用CS656土壤水热盐三参数传感器对防护林内梭梭和沙拐枣根区土壤水分、盐分和温度进行实时监测,分析了气温与土壤温度的相互关系和土壤水盐动态变化规律。结果表明:(1)梭梭和沙拐枣根区土壤温度基本一致,气温与土壤温度呈极显著相关(p0.01),各土层间土壤温度相关性随深度的增加逐渐减弱;(2)受灌溉制度影响,防护林土壤水盐呈现出明显的周期性变化规律,梭梭和沙拐枣根区土壤水盐动态变化趋势相似。在垂直方向上呈单峰曲线,其峰值分别位于30,10cm土层处。其中,梭梭林下土壤可分为水分速变层、弱变层和稳定层3个土壤层次,而沙拐枣林下土壤可分为水分速变层和弱变层2个土壤层次;(3)灌溉后土壤湿润体均呈"半椭球形"分布,梭梭和沙拐枣根区土壤灌溉水影响深度分别为60,150cm,而土壤盐分呈"表聚型"分布,但尚未造成土壤盐渍化(1.0 mS/cm);(4)6—9月份梭梭根区土壤平均贮水量(116.34mm)略大于沙拐枣(100.99mm),土壤水分亏缺明显,都大于270mm。     

土壤水热耦合模型的研究

将二维有限元方法和遗传算法结合起来，求解土壤水热耦合方程，获取土壤含水量数据。通过遗传算法来反演水热耦合边界条件，再应用二维有限元方法来正演土壤水热耦合方程，并以遥感数据作为方程的初始条件，实现对土壤水分的时空监测。通过使用内蒙西部研究区的土壤温度和土壤水分数据对此模型进行模拟和检验，结果表明此方法是合理的，应用效果令人满意。     

土壤水分和温度状况的估算

本文探讨了用于土壤系统分类的土壤水分和温度状况的简易推算方法。由Penman干燥度公式计算年、月干燥度间按确定土壤水分状况等级,公式中的E₀值取水文站E₆₀₁蒸发器实测值,或由气象站20cm口径蒸发器实测值经折算而得。根据当地土温与气温的相关性,由气温资料推算年平均土温和冬夏季土温差,从而确定土壤温度状况等级。     

青藏高原多年冻土区土壤冻融期间水热运移特征分析

以唐古拉监测点气象及活动层土壤水热资料为基础,对青藏高原高海拔多年冻土区冻融期活动层土壤的水热特征进行了分析。研究结果表明:不同土层的土壤温度变化规律基本一致,土壤温度的变化滞后于气温的变化,而且滞后时间随着土层深度的增大而增大,表层土壤温度变化波动较大,随着深度的增加,土温温度变化趋于平缓;气温的降低引起了土壤温度的降低,从而引起水分的迁移;在冻结期,水分向上下两个冻结锋面迁移,而活动层中部则被疏干,在融化期,活动层底部水分含量高,水分向相变界面附近迁移。拟合了冻结期未冻水含量与土壤温度的关系,相关系数R2平均值为0.89,结果基本能反映实际情况。该研究结果为高海拔多年冻土区冻融土壤水热耦合模拟的研究提供了基础理论依据。     

用水平土柱和修正的Green-Ampt模型确定土壤的入渗性能

土壤入渗能力和降雨产流过程及地下水密切相关。土壤入渗过程决定了灌溉/降雨过程中水分进入土壤的过程,影响了化肥、农药及其他污染物随水分迁移过程以及坡面水文与土壤侵蚀过程等。该研究根据水流在水平土柱中运动的能量要求以及实际测量得到的土壤水分分布,对Green-Ampt模型中含水率分布呈活塞运动推进(即湿润锋内部土壤水分为恒定值)的假定进行了修正。采用更符合实际的呈线性分布的土壤水分分布模型,基于水量平衡和土壤水动力学原理,提出了对应的土壤入渗性能的计算模型。给出了利用修正模型估计土壤入渗性能的方法,计算模型以及计算过程。结果表明,利用修正模型估算得到的土壤入渗性能回归的入渗水量与实际供水量的相对误差为0.66%,说明该修正模型和计算方法具有很高的精度。该文提出的修正模型很好地描述了水分在土壤中的分布,较Green-Ampt入渗模型中的活塞模型更符合土壤水动力学中关于土壤水分运动的分析。将该修正模型与水平土柱试验结合,可以大大地提高土壤入渗性能计算的精度,为以后的土壤水分运动,地表产流计算以及土壤侵蚀等方面的研究提供非常有效的工具。     

河套灌区土壤水盐和作物生长的HYDRUS-EPIC模型分布式模拟

土壤水盐是影响干旱灌区作物产量的主要因素。分布式模型可综合考虑土壤、水文和气象因子在灌区的时空变异特征,为评估区域尺度土壤水盐与作物生长状况提供有效工具。该文以河套灌区解放闸灌域为研究区,根据气象-土壤-作物-灌溉等因子的空间分布特征进行均质单元划分,建立基于一维农业水文模型HYDRUS-EPIC的灌区尺度分布式模型。利用2012年和2013年定点观测数据(土壤水分、盐分、叶面积指数和作物产量)进行模型率定与验证;进一步应用模型以求探明现状灌溉条件下研究区土壤水盐与作物生长状况及存在的问题。结果表明:生育期内灌区根区土壤(0~100 cm)有效饱和度为0.44~0.90,基本满足作物耗水需求;根区土壤溶液平均盐分浓度为3.1~13.5 g/L,相应地作物的相对产量为0.35~1.33,土壤盐分过高成为限制研究区作物产量的主因。为调控根区土壤水盐状况,对地下水深埋区(东北部)需进行灌水量的适宜补充,宜将浅埋区(西北、西南等)地下水平均埋深控制在1.3 m以下。     

石羊河中游荒漠绿洲区土壤水分的分布特征

通过田间实验,研究了不同土壤层颗粒组成、土壤水分的分布特征及不同土壤层间土壤水分的关联性。结果表明：（1）土壤颗粒组成决定了不同土壤层的持水性能,是导致土壤水的分布及运动方式发生变化,影响水分在土壤中滞留时间的根本原因,土壤层中的砂砾所占百分数越大,粘粒含量就越少,含水率就越小,壤土中的土壤水分滞留时间远大于砂质土壤。（2）试验区3m内土壤层可分为水分散失带、水分滞留带和水分过渡带,水分滞留带是土壤水分暂时贮存的重要土层,也是为植被提供深层土壤水分的直接来源,对植被的生长及农作物生产有重要的影响,而土壤中粉砂质粘粒含量的高低决定了水分过渡带的形成及其对水分调节能力的强弱。（3）在地下水深埋区,灌溉是土壤水分重要的补给来源,也是影响土壤水分重分布的主要因素,在天然降水量大部分为无效降水的情况下,灌溉水是土壤水唯一的补给源。补给水分滞留带的灌溉水量的多寡,直接影响着水分滞留带的调节能力及作物和植被的生长。     

四川省土壤温度状况空间分布特征

土壤温度状况(STR)在现代土壤系统分类中是确定土壤分类单元的重要诊断特性。利用四川省160个气象站点的多年年均和月均地面气候资料与数字高程模型数据,分析不同气象因子与地形因素对土壤温度(土温)的影响,然后以显著影响的因子为辅助变量,采用回归克里格法预测四川省STR的空间分布,依据中国土壤系统分类高级与基层分类划分标准中有关STR的定量诊断指标,对四川省STR及其空间分布特征进行分析。结果表明,气温、经度、纬度与海拔对土温有显著影响,在高级分类划分标准下,四川省STR以热性、温性、寒性为主,部分区域为永冻、冷性、高热;在基层分类划分标准下,四川省STR以热性、温性、冷性为主,部分地区为高寒性、近寒性、亚寒性、高热性。四川省STR分析为四川土壤系统分类与土壤资源的合理利用提供了科学依据。     

滴灌灌水频率对土壤水热分布和夏玉米产量的影响

通过大田试验研究了北京地区夏玉米滴灌灌水频率对田间土壤水、热分布及夏玉米生长的影响。结果表明,整个生育期内,高频滴灌下土壤水分变化波动较小,土壤水分保持在一个比较稳定的范围;土壤温度受土壤含水率、气温及作物生育阶段的影响较为明显,表层土壤温度(10 cm以上)的变化受气温的影响比较显著,50 cm土层深度及以下的土壤温度基本趋于稳定,但会随气温上升而缓慢升高;高频滴灌下作物产量最高,但其水分利用效率较低。研究表明:华北地区夏玉米宜采用中频滴灌模式。     

土壤温度与气温及纬度和海拔关系的研究

土壤温度影响植物根系的生长和分布,影响土壤化学过程的速度和成土母质中原生矿物的风化,所以在美国土壤系统分类中,把在土表下5 0cm深度处的年均土壤温度作为分异特性,用于不同分类级别的区分[1] ,在我国的土壤系统分类中也采用了此办法,把土壤温度状况作为土壤分类的重要依据     

基于GIS的土壤水分运动模型

我国北方灌溉农田区土壤水分空间差异较大,一维水分模型无法计算土壤水分的空间分布,本研究在V isualBasic环境下结合ArcOb jects控件技术,利用ArcG IS的空间分析能力,开发出一个基于G IS的三维区域土壤水运动模型。该模型以R ichards方程和Van Genuchten公式为基础,通过简单的数据输入及参数设定便能快速的计算出土壤含水量、土壤导水率和土壤水势,对土壤水分空间运动进行模拟,并分别利用参考文献数据及实测数据对模型进行验证,证明计算结果可靠。     

滨海低平原干旱区全膜覆土穴播冬小麦田 水热特征和产量效应

为研究全膜覆土穴播栽培技术在环渤海低平原区对冬小麦田土壤水分、盐分、温度、热量状况和冬小麦产量的影响,采用田间试验法,于2014—2015年在中国科学院南皮生态农业试验站,设置全膜覆土穴播(PM)和常规旋耕播种(CK)冬小麦试验,定位监测了耕层土壤温度、水分、盐分和热通量数据动态,并分析了冬小麦产量。结果表明:PM在越冬期和返青期可以有效保持土壤水分,平均土壤含水量比CK高16.4%,达显著性差异(P0.05);但是,覆膜也阻隔了后期降水对土壤水分的补充,最大含水量差异可达10.0%。PM处理10 cm深土壤日均温度始终高于CK处理,平均增幅3.8%,差异不显著(P0.05);同时,PM减小了土壤温度日较差0.5℃。PM有利于土壤吸收和储存热量,白天具有较高的向下地面热通量,日均土壤热通量比CK显著增加数倍。温度和热通量变化均表明覆膜增强了土壤抵御外界温度变化的能力。PM的土壤电导率显著低于CK24.2%(P0.05),特别是在春季返盐期,PM的土壤电导率比CK降低39.7%。PM较CK增加了冬小麦穗粒数和千粒重,增产10.4%,但均未达显著水平。因此,全膜覆土穴播冬小麦栽培技术能改善土壤水热状况,降低土壤盐分对小麦的危害,这为全膜覆土穴播冬小麦栽培技术在环渤海低平原干旱区农业生产中的应用提供理论与技术支持。     

干旱内陆河灌区田间土壤水分利用效率

通过负压计、中子仪、地下水埋深监测研究,得出生育期田间水分变化规律及土壤水分利用效率;5次灌水均有深层渗漏,土壤都能达到饱;在生育期间,土壤水和地下水相互转换关系活跃。