山东省土壤相对湿度时空分布特征研究

【目的】明晰山东省耕地0～50 cm土壤相对湿度（相对于田间持水量）时空变化特点及其与气象要素的关系,为农业生产发展提供支持。【方法】使用山东省气象部门布设的139个土壤水分自动观测站观测的2013～2019年逐日土壤相对湿度数据和气象观测数据,用反距离权重空间插值法插值绘图探讨不同时段不同深度土层相对湿度的空间变化,并对其与气象要素的关系进行相关性分析。【结果】山东省各时段耕地土壤相对湿度分布整体呈现由西向东逐渐减小的趋势,垂直分布呈现随土层加深而增加的趋势;一年内0～30 cm土层土壤相对湿度1月～8月逐步升高,8月～翌年1月逐步降低,而30～50 cm土层土壤相对湿度变化较小。各土层年均土壤相对湿度表现出逐年下降的趋势。夏、秋两季各土层月平均相对湿度与当月降水量之间显著正相关。【结论】山东省月平均耕地土壤相对湿度水平、垂直方向变化明显,主要发生在0～30 cm土层;年平均土壤相对湿度2013～2019年间呈现出逐年下降的趋势,土壤相对湿度主要受降水量影响。     

陇西县土壤氮储量的空间分布特征及其影响因素研究

以陇西县600份土壤全氮含量数据为基础，应用地统计学研究陇西县土壤氮素的空间分布特征并计算了该区域的氮储量，采用相关性分析、主成分分析等方法探讨了影响全氮空间分布的影响因素。结果表明，陇西县土壤全氮含量为（0.734±0.306） g/kg，变异系数属于中等程度变异；氮密度平均值为0.091 kg/m²，氮储量为7.6×10⁶ kg，其中0—10，10—30，30—50 cm土层氮储量分别占到0—50 cm土层氮储量的35.97%，7.06%，56.97%。陇西县土壤全氮含量及氮储量空间分布相似，主要呈斑块状分布，高值区主要集中在研究区南部的首阳镇、和平乡，低值区主要集中在研究区东部的权家湾乡；从垂直分布来看，土壤全氮含量随着土层深度的增加而减小。土壤表层10 cm的全氮含量与纬度、高程、坡向、坡度、降雨、地温、气温呈极显著或显著相关，但随着土层深度的增加，土壤全氮含量与环境因子相关性逐渐减弱；主成分分析表明，经度、纬度、降雨、地温、气温、相对湿度、蒸发量是影响土壤全氮含量的重要环境因子；通过聚类分析可以把陇西县土壤分成5类，除第Ⅳ类土壤全氮含量极显著高于其他4类土壤外，其余4类土壤全氮含量均无极显著差异，土壤全氮含量属于第五类标准的土壤占到了全部样地的70.35%。     

冬小麦干旱的下垫面孕灾环境研究——以淮河流域为例

基于1961—2019年淮河流域140个气象站点的日尺度降水数据和2000—2016年的月尺度的地表温度(LST)、归一化植被指数(NDVI)数据,利用表征气象干旱的标准化降水指数(SPI)挑选确定冬小麦不同生长期的典型干旱年份;利用表征农业干旱温度植被干旱指数(TVDI),借助Landsat-8数据提取淮河流域冬小麦种植面积,进一步深入分析格网化后的高程、坡度、水系、土壤类型、土壤相对湿度和浅层地下水埋藏深度等下垫面孕灾环境条件与冬小麦干旱之间的相互关系及其影响,为冬小麦干旱防灾减灾研究提供理论依据和技术支持。结果表明:(1)1961—2019年,冬小麦不同生育期的降水变化趋势不明显,冬前生长期和灌浆成熟期降水呈现略微上升趋势,各气象站点上升下降趋势均不显著。根据SPI确定典型干旱年份,冬前生长期的典型干旱年份为2010年,越冬期为2011年,返青抽穗期为2006年,灌浆成熟期为2001年。(2)淮河流域农业干旱程度总体大于气象干旱,空间分布总体一致,但存在部分地区不一致的现象,即冬小麦干旱还受到下垫面孕灾环境的较大影响。(3)冬小麦干旱与水系、表层土壤相对湿度和浅层地下水埋深相关性较高,与高程、坡度、土壤类型相关性较小。淮河流域冬小麦干旱易发生在海拔相对较高、坡度较陡、土壤类型为半水成土、远离河流、表层土壤相对湿度较低和浅层地下水埋藏深度为1 m的区域,干旱程度主要呈现沿海至内陆递增、南高北低的特征,有必要加强此类地区防灾抗旱能力,增加人工灌溉设施。     

黄土丘陵枣林非生育期土壤水分 损失及其剖面气态水分析

针对黄土丘陵半干旱区枣林地土壤干化缺水严重的现象,利用2012—2015年土壤水分、温度等实测数据,分析枣林土壤水分损失的运动规律及其机理。结果表明:休眠期是枣林地土壤水分损失十分严重的阶段,0—200cm土层土壤水分损失量达到85.64~92.34mm,大约是同期降雨量的2倍。蒸发是休眠期土壤水分损失的主体。在垂直剖面上,休眠期土壤水分损失自上而下呈现减少趋势,土壤水分由地下向上运移,最终在近地表以气态水形式散失到大气。土壤气态水运动的活跃层在0—11cm土层间,最大深度为540cm。受温度、相对湿度等因素的影响,土壤气态水通量随土壤深度增加而减少。     

遥感分析天山北部植被覆盖对气候变化的多时间尺度响应

为分析植被-气候关系在时间上的多尺度特征,该研究首次以1981-2009年29 a归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和同期降水、温度数据为基础,采用小波互相关分析研究了中国新疆天山北部额尔齐斯河流域、天山北坡、准噶尔西部山地、博尔塔拉谷地和伊犁河谷区5个分区、29 a植被覆盖变化特征及其对区域降水、温度变化在不同时间尺度和时滞下的响应关系。结果表明:各分区降水和温度变化对NDVI变化存在明显的多时间尺度响应关系和时滞效应。对于降水,除准噶尔西部山地,其他各区域最能反映响应关系的时间尺度为15旬,时滞为5旬(准噶尔西部山地时滞为2旬);对于气温,各区域最能反映响应关系的时间尺度为15旬(准噶尔西部山地时间尺度为10旬),时滞为2旬。各区域NDVI变化与前期温度变化的相关性(0.587)高于与前期降水变化的相关性(0.456)。该研究对于监测植被覆盖变化、研究地气相互作用具有重要意义。     

艾比湖流域土壤有机质垂直空间变异特征

利用沿土壤深度方向的垂直滞后空间相关系数和经验正交函数分解方法研究了新疆艾比湖流域土壤有机质含量的垂直空间分布结构。结果表明:垂直滞后空间相关系数和经验正交函数分解方法能够有效分析空间区域土壤有机质垂直分布的相关性和空间异质性;垂直滞后空间正相关或负相关的集聚区域指示了相似或相反的有机质垂直分布模式,并且土壤有机质含量相关性随土层深度间隔增大而衰减;流域不同区域土壤有机质沿土层深度的垂直分布呈现分异特征,流域东部和西部地区有机质含量随土层深度增加而升高,但中部区域有机质含量随土层加深而降低,而且土壤有机质含量沿垂直方向递增或递减的速率在流域内亦表现出空间异质性。     

长江三峡山地集水区土壤水分空间变异特征

为阐明亚热带湿润气候区山地坡面土壤水分的时空变化及影响因素,以三峡库区针叶林覆盖的中山凹坡为研究对象,采用经典统计学和地统计学的方法,对2019-2020年5 m×5 m网格点监测的117个点位0-70 cm土层深度的土壤水分数据进行分析,研究了湿润和干旱条件下典型凹坡集水区内土壤含水量的统计学特征与环境因子的相关性,以及土壤含水量的空间变异特征。结果表明:(1)水平方向上,集水区内各层土壤水分均表现为中等变异(10%相似文献   

区域蒸散和表层土壤含水量遥感模拟及影响因子

以甘肃省武威市为研究区域,应用灌溉前后两景Landsat TM-5卫星遥感数据,采用SEBAL模型进行了区域蒸散估算,综合应用归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts),计算了该区域的条件植被温度指数(VTCI),并估算了表层土壤含水量(0～20 cm)。在获得区域净辐射通量、地表温度以及植被覆盖度空间分布的基础上,进一步对灌溉前后两景影像中日蒸散和表层土壤含水量的影响因素进行了分析。结果表明,区域蒸散和表层土壤含水量的遥感估算与地面同步观测值比较,能较好地反映研究区域的蒸散和地表含水量的空间变异特征。当土壤较干时,区域蒸散的空间分布变异较大,而表层土壤含水量的空间变异较小。在灌溉前后两景影像中,日蒸散与净辐射通量、地表温度和覆盖度之间都有极显著的相关性,决定系数均在0.90以上,而日蒸散量与表层土壤含水量的相关性以灌溉后较高。此外,表层土壤含水量与地表温度、覆盖度都呈显著的相关性,但比较而言,地表温度指数关系的离散性较小,相关系数也大。但地表温度、覆盖度与表层土壤含水量的相关性都依赖于土壤干湿程度,通常土壤越湿,相关性也越高。     

喀斯特浅层裂隙土壤垂向渗透性及影响因素

为探究喀斯特浅层裂隙所赋存土壤各土层渗透性特征及影响因素,测定了喀斯特典型的浅层裂隙中赋存土壤0—10,10—20,20—30,30—50,50—70,70—100 cm土层的饱和导水率、机械组成、容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔隙度和有机碳含量等土壤属性。结果表明:(1)喀斯特浅层裂隙中各土壤属性均随着土层深度变化呈现出递增或递减的趋势,其中容重、黏粒含量、毛管孔隙度均随着土层深度而增长,饱和导水率、有机碳、非毛管孔隙度等土壤属性随土层深度的变化规律相反,呈递减趋势。(2)喀斯特浅层裂隙中土壤饱和导水率变异系数高于非喀斯特地区,且随土层深度变化呈波动增长趋势;其随土层深度变深而减小的趋势可用对数函数进行模拟(R^2=0.9462)。(3)通过Pearson相关性分析,裂隙中所赋存土壤的饱和导水率除了与机械组成中黏粒含量、粉粒含量为显著性相关(P<0.05),与砂粒含量相关性不显著以外(P>0.05),与其余各土壤属性均呈极显著性相关(P<0.01),且非毛管孔隙度相关性最高(P=0.898)。浅层裂隙土壤非毛管孔隙是影响其渗透性的主要因子,而裂隙中深层土壤拥有较多善于贮存植物所需水分的毛管孔隙。因此,对于土地资源匮乏的喀斯特地区,充分合理利用裂隙中深层土壤的水分成为今后研究的重点。研究结果可为喀斯特地区水分运移、石漠化治理及植被恢复提供科学依据。     

半干旱地区果园土壤Cl-迁移积累与环境因子的关系

为揭示环境因子对果园表层土壤氯离子迁移累积的影响,为预防和改良土壤次生盐渍化提供理论指导和相关依据,研究果树生育期表层土壤不同土层氯离子的变化与环境因子（土温、土壤水分、蒸发量、降雨量、水分亏值、气温、空气相对湿度）的相互关系。结果表明：在土壤0~25cm土层的微域范围内,不同土层对氯离子的迁移与累积具有不同的功能。0~5cm土层为氯离子聚集层,10~15cm土层为氯离子传导层。认为10~15cm土层是半干旱地区环境因子对土壤性质直接作用与影响的临界深度。     

基于ArcGIS空间插值的河套灌区土壤水盐运移规律与地下水动态研究

为探明河套灌区盐渍化半封闭小型灌域作物生育期土壤盐分和地下水变异规律,选取巴彦淖尔市五原县盐渍化土壤典型区域作为研究区。采用区域土壤—地下水信息定点监测法,选取149个采样点,30口地下水观测井,获得各项指标数据,并结合经典统计学、空间插值、相关性回归分析等方法,研究了土壤盐分及地下水动态空间变异性、不同深度土壤空间变化特征及其与地下水埋深相关性。结果表明:4—10月各土层土壤含盐量平均降幅为5.53%,研究区1 m深土壤处于脱盐状态,耕作层土壤盐分向深层土壤运移。地下水埋深主要影响因子为引黄灌溉水量、蒸发作用和研究区地势;在春灌期(4—6月)地下水矿化度平均值由2.81 g/L降至2.38 g/L,6—10月地下水矿化度平均值逐渐增加至2.66 g/L,地下水矿化度一般在春灌前期4—5月较大,春灌期较小,秋收后在二者之间。在春灌和作物生长双重抑盐作用影响下,0—20 cm土壤盐分平均值秋收后较春播前下降32.08%,生育期内土壤盐分向深层土壤(40—100 cm)运移,土壤盐分含量与土层深度成反比,且随土层深度增加对土壤盐分分布变化的影响逐渐减弱。0—20,20—40 cm土壤盐分在同时期大于4.0 g/kg的盐分分布面积在4月分别为85.63%,9.71%,在10月分别为42.37%,15.86%,40—100 cm随土层深度增加土壤盐分减小的趋势趋于平缓。随浅层地下水埋深的增大土壤盐分逐渐减小,采取有效措施将地下水埋深降低0.2 m,控制在1.8～2.2 m更佳。     

亚热带毛竹林土壤热通量变异特征

选取2010年12月1日—2011年11月30日的土壤热通量实测数据,通过研究,分析了亚热带（浙江省）毛竹林土壤热通量与三层土壤温度、三层土壤含水量以及净辐射的关系。结果表明：土壤热通量有明显的季节变化特征,而日变化均为“S”形,有一个峰值和一个谷值,月均值差异较明显。年尺度上土壤是热源,土壤热通量为-7.52 MJ m-2,占全年净辐射的-0.289%,正向最大值出现在7月（18.71MJ m-2）,负向最大值出现在1月（-19.33MJ m-2）。不同时间尺度和不同土壤深度进行回归关系分析,在月尺度上,土壤热通量与土壤5 cm温度的相关性最好,达极显著水平;在日尺度上,土壤热通量与土壤5 cm含水量相关性达极显著水平,但相关系数不高;在月尺度上月均值土壤热通量与净辐射极显著相关,在半小时尺度上相关性也为极显著水平,且时间上无延滞现象。     

几种干旱遥感监测模型在陕北地区的对比和应用

利用陕北20个测墒站不同土层深度的土壤湿度和对应的MODIS卫星资料,分析了3种干旱遥感指数即改进型能量指数(MEI)、垂直干旱植被指数(PDI)和地表含水量指数(SWCI),由此得到陕北旱情空间分布图,并对其分等定级。结果表明:3种遥感干旱监测模型监测土壤水分的最佳土层深度均为20cm,其次为10cm。对2008年4-9月的植物生长季土壤相对湿度进行动态反演表明,3种指数均能及时、准确得到大范围的土壤含水量情况及旱情,适宜在当地应用推广。     

不同时间尺度下刺槐蒸腾耗水与环境因子关系

探究不同时间尺度下植物蒸腾变化与环境因子的关系,对理解植物生长的驱动机制及估算林分耗水具有重要的理论意义。以晋西黄土区蔡家川人工刺槐纯林为研究对象,于2021年5—12月采用热扩散探针(TDP)测定8株样树树干液流,并同步监测太阳辐射、空气温度、降雨量、土壤温度、土壤含水量等环境因子,分析不同时间尺度(小时、日、月)下刺槐蒸腾特征及其对环境因子的响应。结果表明:(1)环境因子对刺槐蒸腾耗水的影响在不同时间尺度下存在差异,整体上随着时间尺度的变大,土壤含水量成为影响刺槐蒸腾的主要因子,并且短时间尺度是主要取决于表层土壤水分,长时间尺度不仅为表层同时也取决于较深层土壤含水量。小时尺度下,刺槐蒸腾随太阳辐射、空气温度、水汽压亏缺、土壤温度变化而变化,但蒸腾峰值与环境因子的峰值均存在时间差异性,并无完全同步,差异时长可达-180~30 min,在各环境因子中太阳辐射与空气温度对刺槐蒸腾的影响较大;日尺度下,刺槐蒸腾速率主要取决于浅层土壤含水量,并随浅层含水量的增加而增大;月尺度下刺槐蒸腾耗水则取决于浅层与深层土壤含水量的共同作用;(2)构建了不同时间尺度下环境因子与刺槐蒸腾耗水的模型,各时间尺度下模型拟合度均较高。(3)在短历时尺度下可使用测定植物蒸腾的仪器直接测定与计算蒸腾耗水,而较大时间尺度下可以通过监测较少的环境因子应用建立模型进行蒸腾耗水的计算,可大大提高效率且可减少蒸腾耗水监测的成本。     

近40年青海浅层地温的变化特征

利用1971-2010年青海25个观测站5-20cm土层的逐月平均地温资料,采用气候统计诊断分析方法,对近40a青海年、季平均地温的气候变化趋势及突变特点进行研究.结果表明,近40a青海5-20cm土层年平均地温呈上升趋势,大柴旦升温幅度最大,为0.79℃/10a(P ＜0.01).5、10、15、20cm 4个土层年平均地温均呈上升趋势,升幅最大值为0.77～0.82℃/10a(P＜0.01),均以大柴旦升温幅度最大,10cm土层自1981年以来增温尤为明显.近40a四季平均浅层地温均呈上升趋势,增幅为0.30 ～0.53℃/10a(P ＜0.05),以夏季增幅最大,冬季最小.1971-2010年大部站点各层在1997年发生了气候突变,浅层地温与地表温度和气温均呈明显的正相关,气温、地表温度的显著升高在很大程度上解释了浅层地温呈明显升高趋势的原因.研究结果对合理利用气候资源,调整农作物种植结构并合理安排农业生产布局具有参考价值.     

临夏市玉米田土壤墒情监测浅析

选择临夏市不同土壤类型的玉米田,建立10个土壤墒情监测固定点,定期对各监测点0～20 cm、20～40 cm土层土壤墒情进行测定。结果表明,土壤墒情的变化规律与自然降水量、地区气温变化、作物的生长期及生长规律密切相关。土壤墒情总体上随降水量的增多而增加,土壤体积含水量的变化与本区域的降水规律相吻合。不同时期各监测点20～40 cm土层土壤体积含水量高于0～20 cm土层。     

黄土区不同土层饱和导水率空间变异与影响因素

为掌握黄土区区域尺度不同土层饱和导水率(K_s)空间分布特征,在典型黄土高原地区网格布设243个样点,获取0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土壤K_s及相关环境因子。采用经典统计学与地统计学方法,分析了K_s的空间分布规律、变异特征及影响因素。结果表明:(1)区域尺度不同土层K_s均呈中等程度变异,K_s随土层深度增加而逐渐降低,且不同土层K_s平均值表现为林地草地农地;(2)0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层K_s半方差函数最佳拟合模型分别为球状模型、高斯模型和球状模型,且均具有强烈的空间自相关性;(3)气候、土壤、地形和土地利用方式是影响黄土区区域尺度K_s空间分布的主要因素,可作为模拟区域K_s空间分布状况的预测变量。     

海水倒灌农田土壤盐分空间变异特征

以海南省海口市三江农场为研究区域,采集并化验海水倒灌后土壤样品191份,利用地统计学方法和空间插值法对区域土壤盐分空间变异特征进行了研究。结果表明:14个土层中土壤盐分的均值最大的为0~5 cm土层,土壤盐分平均含量达到9.63 g/kg,最小的是20~40 cm土层,盐分平均含量仅为4.36 g/kg;24个土层中第一层(0~5 cm)土壤盐分含量属弱相关性,第四层(20~40 cm)土层属于剧烈空间自相关性;3各土层土壤盐分分布格局差异明显,含盐量1 g/kg的各土层均没有分布;含盐量1~3和3~5 g/kg两个级别随着土层深度的增加面积逐渐增大,9 g/kg的级别则面积逐渐减少。不同深度土壤层土壤盐分含量差异明显,空间变异特征各不相同,总体呈现土壤盐分表聚特征。     

太湖典型水稻种植区近50年来气候变化特征及其对浅层土壤温度的影响

根据常熟市 1960—2009 年的气象资料及浅层土壤温度观测资料分析了太湖典型水稻种植区近 50 年来的气候变化特征及其对浅层土壤温度的影响,其中气候变化特征分析包括气候倾向率、气候突变和气候异常年份及年代际分析。结果表明近 50 年来研究区的气候变化特征明显：①研究区气温明显升高;气压、相对湿度、风速及累积日照时数降低;降水量和蒸发量年际间波动较为明显,且各季节的倾向率有正有负;②近 50 年来研究区有 6 个气象要素发生了气候突变,其中最为明显的是平均风速;③近 50 年来研究区各气象要素中出现异常年份最多的为平均相对湿度;异常年份出现次数其次的气象要素是累积蒸发量;异常现象出现最少的气象要素为平均风速;④随着土层深度的增加,平均地温对气候变化的响应逐渐减弱,各季节中平均地温对气候变化的响应在秋季最弱。平均地表温度、平均 5 cm 地温、平均 20 cm 地温与平均气温及平均最高气温、最低气温均存在着显著的相关关系。     

三江平原土壤湿度变化及其对气象条件的响应

了解土壤湿度的时空变化特征与规律,对充分利用土壤水分资源及应对气候变化有重要意义。基于三江平原23个农业气象站1982—2017年土壤湿度、同期气温、降水等数据,采用统计分析、M-K突变检验等方法,分析了0—50 cm土壤湿度的趋势变化特征及其与气温、降水气候因子的关系。结果表明:(1)近37年来三江平原地中0—30 cm,40—50 cm土壤相对湿度呈显著降低趋势,并呈阶段性变化,突变年在1997年;30—40 cm土壤相对湿度无显著变化;各层土壤相对湿度垂直方向呈现中间层(30—40 cm)土壤相对湿度最大,上下层递减的趋势。土壤相对湿度的空间分布存在差异,土壤相对湿度由北到南、由东到西递减趋势。(2)三江平原气温、降水量对各层土壤相对湿度影响程度不同。0—20 cm土壤相对湿度主要受4—9月生长季气温、降水量的协同作用影响,20—30 cm和40—50 cm土壤相对湿度分别受4—9月生长季的气温和降水作用的影响;而30—40 cm土壤相对湿度受气温和降水作用的影响不大。总之近37年来三江平原土壤相对湿度的变化存有差异,1982—1996年、1997—2013年、2014年后各层土壤相对湿度分别处于相对较高(偏湿)、较低(正常)、较高(偏湿)阶段。4—9月生长季的气温和降水是影响三江平原土壤相对湿度变化的主要气象因子。