降雨对岩溶峰丛洼地不同地貌部位土壤水分及温度的影响研究

土壤水热因子是影响岩溶区植被恢复、生态修复和水土保持等的主要因素，降雨变化是限制土壤温度和水分变化的一个重要因素，因此在典型峰丛洼地不同地貌部位选择监测点，对不同降雨条件及20、50、80、110cm深度土壤温度和水分进行连续监测，探讨峰丛洼地区降雨变化对土壤水分和温度的影响机制及其两者耦合关系。结果表明：随土层深度增加土壤水分变异系数增大，土壤温度变化幅度减小。洼地土壤水分对不同条件下的降雨均有响应，但坡地土壤水分对中雨以上级别的降雨发生降雨响应，且坡地土壤水分响应程度较洼地土壤水分强烈。土壤温度日变化特征仅存在于小雨或中雨，大雨或暴雨时，其变化呈现逐渐下降的趋势。土壤水分和温度的相关性在洼地和坡地呈相反的变化。     

黑龙港地区降雨与土壤含水率的动态变化

黑龙港地区土壤剖面含水率变化规律为双峰型,降雨对土壤含水率主要影响深度在0～30 cm土层;降雨前后土壤含水率的变化主要是受到土壤特性、土壤初期含水率和降水影响,其中降水对当地土壤含水率的主效应约为85%;0～190 cm深土壤内降雨入渗产生的土壤水分占自然降雨的85%～90%,在玉米生长期次降雨影响周期大约为5 d.     

广西喀斯特地区耕作对土壤水分及降雨响应机制的影响

为揭示耕作方式对土壤特性及土壤水分的降雨响应过程的影响,以广西喀斯特地区粉垄耕作和免耕甘蔗种植地为研究对象,利用田间定位监测系统对0～10、10～30、30～50 cm土壤含水量及降雨量进行连续观测,并对土壤的基本理化性质进行测定.结果表明:①粉垄耕作的土壤总孔隙度增加,容重降低.在0～10、10～30、30～50 cm土壤有机质含量分别增加35.4％、69.7％、46.2％,差异显著(P<0.05).②两种处理土壤水分对降雨的响应程度均呈现随土壤深度增加而降低的趋势.在中雨事件下,免耕仅在0～10 cm层土壤水分对降雨有较为明显的响应.在大雨和暴雨下,免耕10～30 cm层对降雨的响应时间分别滞后于粉垄耕作9 h和3 h,30～50 cm层分别为2 h和5 h.粉垄耕作的土壤含水量与降雨表现出明显的同步性,对降雨有着极为显著的响应过程.③土壤含水量变异系数整体上呈现随土壤深度先变大,后减小的趋势.在中雨、大雨和暴雨事件发生前,粉垄耕作30～50 cm的土壤平均含水量均低于免耕,而降雨发生后30～50 cm层土壤含水量及变异系数均大于免耕,表明在降雨发生后粉垄耕作的深层土壤水分能够得到及时有效的补充.综上,粉垄耕作改善了土壤环境,显著提升表层土壤的含水量及各层次土壤水分对降雨的响应程度,从而使各层次土壤水分在降雨发生时得以快速有效补充.     

覆膜和降雨强度对玉米耗水过程及土壤水分入渗的影响

【目的】研究农田作物生长过程中,覆膜和降雨特征等因素对玉米耗水过程和土壤入渗产生影响。【方法】根据北京地区典型年降雨量设计和模拟春玉米生育期降雨过程,利用群集式测坑和挡雨棚及附设人工降雨装置,开展了不同地表覆盖条件下降雨强度对玉米耗水及水分利用效率的影响研究。降雨强度包括小雨强0.5 mm/min和大雨强1.5 mm/min,覆盖和种植条件包括膜下滴灌(MDI)、地面滴灌(SDI)和对照无作物种植(NP)。【结果】①MDI处理水分利用效率较SDI处理高13.5%。与SDI处理相比,MDI处理作物耗水量减小了40.6 mm,覆膜主要提高20～60 cm土层储水量。②大雨强条件下土壤深层渗漏量增多了3.4%～15.6%;降雨和灌溉对土壤水分影响深度主要为0～150 cm土层,相对于SDI处理,MDI和NP处理土壤储水量大大增加。③小雨强时表层0～20cm土壤入渗NP处理最快,大雨强时MDI处理入渗最快。作物根区40 cm深度处,小雨强时MDI处理的土壤水分最快达到峰值,而大雨强时NP处理最快达到峰值。60 cm深度处不同覆盖条件下在2种雨强时土壤水分变化速率一致,达到峰值速率表现为NP处理>MDI处理>SDI处理。【结论】覆膜具有较好的节水增产效应;降雨强度越大,土壤水分下渗越快;相同降雨量时小雨强降雨更有利于土壤水存储。不同的降雨强度对土壤水分入渗和再分布影响不同。研究结果可为雨水资源的合理利用从而提高农田水分利用效率提供理论依据。     

微喷带灌溉对燕麦和箭筈豌豆混播土壤水分和温度的影响北大核心

为明确高寒荒漠区饲草混播下灌水对土壤水分和土壤温度的变化规律,通过微喷带灌溉模式下灌水对土壤水分和土壤温度的影响进行了研究。以燕麦和箭筈豌豆为试验材料,设置全生育期不灌水、拔节期+开花期灌水2个处理,采用土壤墒情仪测定土壤水分和土壤温度。结果表明:①不灌水与灌水处理0~60 cm土壤水分在饲草整个生育期内变化趋势一致,但变化幅度却有所不同,不灌水处理的变化幅度为14.46%;灌水处理变化幅度为10.89%。土壤含水量变化幅度随着土层深度的加深逐渐减小,0~20 cm土层的土壤含水量受灌水和降雨的影响变化幅度最大达到20.04%。②不灌水与灌水处理0~60 cm土壤温度在整个生育期内的波动受气温的影响大于灌水处理,土壤温度变化幅度分别为15.96和14.61℃,说明灌水在一定程度上能够平稳地温。土壤温度日最大值出现的时间随着土层深度的增加逐渐推迟。③灌水与不灌水处理下土壤含水量与土壤温度之间的Person相关系数表明,各土层含水率与土壤温度之间均存在负相关关系,相关系数最大达到0.626。     

微喷带灌溉对燕麦和箭筈豌豆混播土壤水分和温度的影响

为明确高寒荒漠区饲草混播下灌水对土壤水分和土壤温度的变化规律,通过微喷带灌溉模式下灌水对土壤水分和土壤温度的影响进行了研究。以燕麦和箭筈豌豆为试验材料,设置全生育期不灌水、拔节期+开花期灌水2个处理,采用土壤墒情仪测定土壤水分和土壤温度。结果表明:①不灌水与灌水处理0～60 cm土壤水分在饲草整个生育期内变化趋势一致,但变化幅度却有所不同,不灌水处理的变化幅度为14.46%;灌水处理变化幅度为10.89%。土壤含水量变化幅度随着土层深度的加深逐渐减小,0～20 cm土层的土壤含水量受灌水和降雨的影响变化幅度最大达到20.04%。②不灌水与灌水处理0～60 cm土壤温度在整个生育期内的波动受气温的影响大于灌水处理,土壤温度变化幅度分别为15.96和14.61℃,说明灌水在一定程度上能够平稳地温。土壤温度日最大值出现的时间随着土层深度的增加逐渐推迟。③灌水与不灌水处理下土壤含水量与土壤温度之间的Person相关系数表明,各土层含水率与土壤温度之间均存在负相关关系,相关系数最大达到0.626。     

降雨级别对农田蒸发和土壤水再分布的影响模拟

在野外人工模拟了6级降雨强度(小雨P1、中雨P2、大雨P3、暴雨P4、大暴雨P5和特大暴雨P6),通过分析麦田0~100 cm土壤含水率在3个时期的变化,旨在探讨不同降雨强度土壤蒸发和雨水入渗土壤后的水分分布规律。结果表明,气象条件一致时,不同降雨级别处理的土壤蒸发过程具有相同的变化趋势。土壤日蒸发量随降雨级别的增加均呈对数函数方式增长;不同处理白天土壤蒸发有显著的差异,晚上土壤蒸发差异不显著;冬小麦各生育期日均土壤蒸发量及阶段蒸发量由大到小依次为返青期、拔节期和灌浆期。在3个生育期,不同降雨级别冬小麦土壤蒸发占降雨量的比例(E/P)大小排序相同,均为P1处理P2处理P3处理P4处理P5处理P6处理。降雨入渗后土壤水分再分布规律相似,供水结束后,表层0~20 cm内土壤含水率急剧降低,大雨级别以上处理20~60 cm土层的含水率呈先增大后减少的趋势,60 cm以下土层的含水率变化较小。降雨级别越大,土壤水再分布影响的土层就越深,同时水分再分配过程所需的时间越长。另外,同一降雨级别,土壤初始含水率较低时,土壤水分运移再分布较慢。受作物根系生长发育影响,返青期0~100 cm土层土壤水分变化幅度不如拔节期、灌浆期变化明显。降雨级别越大,转化成土壤水的水量越多,大雨和暴雨转化效率最高。     

降雨灌溉入渗条件下土壤水分运动

根据中科院栾城农业生态系统综合试验站和栾城县气象站的常规观测资料，运用SWAP软件对太行山山前平原—河北省栾城县田间土壤水分运动进行了数值模拟。从土壤含水量及土水势等方面，初步分析了降雨入渗补给条件下土壤水分运动的规律，运用实际观测资料与数值模拟结果进行了初步分析，论述了降雨与土壤水、地下水之间的转换关系。通过分析和讨论，探求了大埋深条件下降雨入渗过程，初步揭示了降雨入渗对地下水位变化的影响。     

次降雨有效降雨量的影响因素及其估算模型

利用沧州市南皮生态农业试验站点2011—2013年不同土层深度的含水率及降雨量和降雨时间,结合由植株叶面积指数得到的不同生育期植株的截留容量,分析了最大容水量S和最大降雨强度二者与降雨有效性的相关关系,并在此基础上建立了次降雨有效降雨的估算模型。结果表明,土壤初始含水率与降雨有效性线性相关,且在不发生溢流情况下,可以用土壤最大容水量S作为是否考虑土壤初始含水率折减作用的分界点;另外,对于降雨强度I≥0.7 mm/min的降雨,降雨强度与降雨有效性相关性显著,并且随最大降雨强度的增大,降雨有效性逐渐减小;最后将运用传统模型和新估算模型计算的有效降雨量值与实测有效降雨量值验证对比,新模型比传统模型更加贴近实测有效降雨,并且降雨量较大时差别更加明显。     

考虑降雨有效利用的水稻灌溉模式的优化

为充分利用有效降雨挖掘农业节水潜力,以湖北漳河灌区为例,提出一种考虑降雨有效利用的水稻灌溉模式的优化方法,根据长系列历史气象数据对传统淹灌模式进行分阶段优化,改变各生育阶段控制水层深度,寻找最大利用降雨兼顾减少灌水次数的最优水层深度组合并分析节水原因及效果.结果显示,优化后适宜水层下限比优化前低10 mm,降雨后最大蓄水深度比优化前深10 mm,而优化后适宜水层上限分蘖前期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期优化后适宜水层上限分别为50,50,40,25 mm.与传统淹灌模式相比,优化后平均降雨利用率提高3.78%,其中分蘖前期增幅最大,为6.41%,灌水次数减少4.60次,其中乳熟期减少最多,为2.44次,灌溉定额减少25.50 mm,节水率为5.14%,其中拔节孕穗期节水率最高,为7.23%.     

集雨限量补灌条件下带田玉米土壤水分时空动态研究

对旱地小麦/玉米带田集雨限量补灌条件下玉米带0～90cm土层土壤水分时空动态及其生长发育进行了分析,认为玉米全生育期不同土层土壤含水量变化较为一致,基本上呈以小喇叭口期为峰值的"单峰"曲线。并建立了0～30、30～60、60～90及0～90cm土层土壤含水量随时间变化的数学模型,以此来预测试验条件下套作玉米带土壤水分随时间变化的动态。     

基于人工降雨的土壤水分入渗研究

以半干旱区农田水循环为出发点,以西辽河半干旱区建平县为代表,通过人工模拟降雨及三因素三水平正交试验设计,对不同农田下垫面处理方式对降雨入渗的影响进行研究。为全面了解情况,共选取雨强(10、20、30mm/h)、土壤初始含水率(田间持水率的50%、60%、70%)及农田下垫面处理方式(平整裸地、起垄不覆膜、起垄覆膜)3个降雨入渗影响因素。结果表明:农田下垫面处理方式变化对降雨入渗的影响受控于降雨强度,雨强为最大降雨累积入渗量的首要影响因素,土壤初始含水率的影响较小。起垄覆膜对降雨入渗的影响主要体现为加快湿润锋推移,缩短入渗时间,减少降雨累积入渗量。     

考虑空气影响的干旱区土壤水分运移模式研究

在前人研究的基础上,根据石河子垦区的实际情况,确定模型特定的边界条件及参数,建立适合该区的包气带-饱和带水、气二相流的质热传输模型,模拟土壤水分、温度的动态变化,并利用实测土壤温度、土壤含水率数据进行模型检验。结果表明:模拟的土壤温度和含水率能够较好地反映实测值的变化规律,各土层模拟精度评价指标表明考虑空气影响的模拟结果更接近实测结果。对于9.7 mm日降水量的入渗深度,耦合模型可影响20 cm深土壤含水率,单相模型可影响到30 cm深左右。降水当日考虑空气模拟的蒸发速率比不考虑空气模拟的蒸发速率大7.7%;降水后1 d,不考虑空气影响导致蒸发速率比考虑空气的小3.19%。计算模拟期2种模型土壤总蒸发量,相差不大。根据2种模型水量平衡分析结果对比蒸发量的计算值与模拟值,发现考虑空气影响的模型模拟结果更可靠。     

季节性冻土的水热作用机制研究——以古尔班通古特沙漠南缘为例

【目的】阐明新疆干旱区冻融土壤的水热耦合关系,建立在冻结融化过程中土壤水热耦合模型。【方法】以土壤水动力学、冻土物理学和统计学为理论基础,利用土壤水分与温度测量系统对不同土层深度土壤的温度和湿度进行测量,比较土壤含水率和温度随时间与深度的变化情况,研究了新疆典型干旱区细土平原区与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同土层深度土壤在冻结期、融化期的水热变化特征。【结果】土壤冻结融化过程中,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本一致,但随着土层深度增加,土壤温度和含水率的变化趋势均在逐渐减弱;深层土壤的液态含水率在冻结融化过程中基本不随环境温度升降发生变化,浅层5、20 cm土层的温度和含水率之间具有耦合效应。【结论】季节性冻土的水分和温度之间具有耦合效应。     

西北枣林土壤水分自然修复及其模拟

以节水型修剪下矮化密植枣树为研究对象,设置4种不同初始土壤含水率,在雨养条件下连续2 a观测土壤水分、生物量,结合HYDRUS 1D模型分析评价了林地水分修复。结果表明,自然降雨条件下,4个小区土壤水分趋向一个稳定值,该值大小取决于当年降雨量。基于HYDRUS 1D模拟的枣园土壤水分相对误差为1.52%,均方根误差未超过0.5,决定系数平均达94%,说明该模型在该地区具有较好的适用性。HYDRUS 1D模拟节水型修剪下的枣林土壤水分显示在今后60 a可以保持多数年土壤水分处于良好水平。     

土壤质地对坡地土壤水分运动与转化特征的影响研究

通过室内模拟降雨试验,研究了杨凌塿土、安塞黄绵土和神木绵砂土的水分迁移特征。结果表明,随着土壤粘粒含量的增加,坡面产流开始时间提前,坡地平均径流系数、径流量和泥沙量呈增加趋势,入渗率和累计入渗水量呈减少趋势。3种土壤降雨入渗率均可用Kostiakov公式拟合,塿土、黄绵土和绵砂土坡地的平均入渗率分别为0.32、0.83和0.88 mm/min。湿润锋运移速度应该与土壤砂粒百分含量和土层含水量的增量呈正相关关系。为了提高雨水利用率,减少水土流失量,建议加强塿土坡地的保护性耕作措施。     

高寒荒漠区混播草地土壤水热分布特征

探究土壤水热变化规律及特征有助于人工草地高效利用水热资源。利用数理统计和多重分形理论，对比分析了青海省乌兰县藜麦毛苕子混播和燕麦箭筈豌豆混播草地土壤水热变化对降雨的响应及其分布特征。结果表明，降雨对草地土壤含水率的影响具有明显的延迟效应；土壤含水率变化属于中等强度变异，呈“薄尾”分布，土壤含水率的变异主要由高值分布造成，并且主要为短距离变异；与燕麦箭筈豌豆混播相比，藜麦毛苕子混播土壤含水率较高，并且对降雨的表蓄作用较强。降雨对深层土壤温度的影响具有一定的延迟性；土壤温度属于中等强度变异，呈“厚尾”分布，其中0～10 cm土层变异强度最大，深层土壤温度主要为短距离变异，土壤温度变异主要由高值分布造成。与燕麦箭筈豌豆混播相比，藜麦毛苕子混播土壤温度较高，并且受降雨影响较小。综上，混播模式对草地土壤水热的影响存在差异，藜麦毛苕子混播较燕麦箭筈豌豆混播在土壤水热利用方面具有一定优势。该研究结果可为高寒荒漠区人工草地充分利用土壤水热资源提供理论依据。      

青海湖农场水分研究

根据对青海湖刚察县沙柳河镇的油菜地进行了土壤含水量测定和粒度分析,研究了土壤水分的变化特征、成因与适于发展的植被等问题.结果表明,研究青海湖农场地区的土壤粒度均以粗粉砂为主.在2009丰水年该区土壤上部含水量丰富,油菜地重力水可达130cm左右,土壤含水量随着深度增加呈降低的趋势.由于灌溉原因其平均含水量大于12％,无干层发育.但该区如草地,灌木丛等地的土壤干层发育广泛,为防止入湖水位的持续下降,应以发展耐旱牧草以及其他耗水量少的作物为主,控制耗水多的油菜种植面积,限制入湖水资源的开发利用.