祁连山林草复合流域土壤温湿度时空变化特征

利用祁连山森林生态站设在祁连山排露沟流域的青海云杉林和草地气象观测场土壤温湿度观测资料,采用对比分析及线性趋势等方法进行青海云杉林和草地2个不同下垫面土壤温湿度的时空特征分析。结果表明:(1)林草地土壤温度日变化表现为浅层(10 cm和20 cm土壤深度)土壤温度呈正弦曲线变化,深层(40、60、80 cm土壤深度)土壤温度约呈直线变化。土壤温度年变化表现为林地土壤温度7月底达到最高值,而后开始下降,翌年2月上旬达到最低值;草地土壤温度7月底达到最高值,而后开始下降,12月中旬达到最低值;林地封冻时长明显大于草地封冻时长。(2)林草地土壤湿度日变化不受太阳辐射的影响。林地不同土层土壤湿度年动态变化趋势均一致,呈现正弦曲线的变化规律;草地在土壤结冻后和未消融期间,土壤湿度较低且变化不明显;其他时间土壤湿度变化明显。(3)林地中,除40 cm深度外,其他深度土壤温湿度均保持在相对稳定的范围内,而且变化趋势基本一致。草地浅层土壤在土壤封冻前和解冻后,土壤温湿度变化趋势相反,封冻期间土壤温湿度亦保持在相对稳定的范围内,温度变化明显,湿度变化不明显;其他土层土壤温湿度总体变化趋势一致。     

青海湖流域高寒草甸季节冻土土壤温湿变化特征

根据2018—2020年青海湖流域高寒草甸野外定点监测的温度、降水、土壤水热数据，分析了高寒草甸生态系统土壤冻融特征以及不同冻融阶段土壤温度、水分的日变化和季节动态过程。结果表明：(1)基于土壤温度变化特征分析，可将冻融循环过程划分为始冻期、完全冻结期、解冻期和完全融化期。各阶段持续的天数长短依次为：完全融化期>完全冻结期>解冻期>始冻期。从表层到深层土壤，完全融化天数持续增大，完全冻结天数趋于减小，0～180 cm土层完全融化期持续天数超过半年以上。(2)冻土表现出单向冻结、双向融化的规律，土壤融化速率(5.45 cm/d)快于土壤冻结速率(2 cm/d)。整个冻融过程，不同深度土壤水分的变化比温度的变化更复杂。(3)随着冻融循环过程，土壤温湿度呈现出周期性的季节变动特征。土壤温湿度日变化具有一致性，表层日较差大，随着深度的增加，日较差变小并趋于稳定。土壤剖面的结构特征对土壤水分异质性分布具有较强的解释性。     

土壤冻结期湿度特征研究及其表层模拟

利用EM50数据采集系统,在新疆天山北坡呼图壁县军塘湖河流域采集冻结期和融雪期土壤湿度、土壤温度数据,利用SPSS 19.0,Excel,Surfer 8等软件处理采集到的数据,并对其进行分析、制图。另外利用表层土壤温度模拟土壤湿度变化。结果表明,土壤湿度存在垂直分布规律:冻结期,在土壤层的10,32,48cm处存在极小值;冻结期,土壤湿度日变化较小,融雪期,土壤湿度有显著变化,17:00—19:00时达到土壤湿度变化的峰值;利用表层土壤温度可以很好地模拟土壤湿度,在温度上升和下降阶段均有较好的模拟效果。     

不同园林植物土壤呼吸及影响因子特征

以郑州市4种园林植物（合欢、龙爪槐、紫叶李和海棠）为试材,采用动态密闭气室红外CO₂分析仪（IRGA）法测定了不同园林植物土壤根区土壤呼吸特征,并通过测定园林植物根区土壤养分含量和酶活性等土壤环境因子（土壤温度和湿度等）,研究不同园林植物根区土壤呼吸影响因子,为城市园林植被建设及景观配置提供科学依据。结果表明:（1）不同园林植物大气温度的日变化趋势均为单峰曲线;大气湿度日变化均呈“V”字形变化趋势;0—10 cm土壤温度与大气温度变化趋势相一致,在14:00左右达到峰值;土壤湿度均呈“V”字形变化趋势,在14:00达到最低,此后有所回升;（2）在日变化尺度上,4种园林植物土壤呼吸均表现为单峰型,且峰值出现的时间基本一致,在14:00左右达到最大,最低值出现在早上6:00,相同时间土壤呼吸速率基本表现为合欢 > 龙爪槐 > 紫叶李 > 海棠;（3）4种园林植物土壤呼吸与土壤温度和土壤湿度之间关系以指数方程拟合最好;（4）4种园林植物土壤养分含量和土壤酶活性的变化趋势相一致,表现为合欢 > 龙爪槐 > 紫叶李 > 海棠,而4种园林植物根区土壤全磷含量差异不显著（p > 0.05）;（5）偏相关性分析可知,不同园林植物土壤呼吸均与土壤养分和土壤酶活性呈现出一定的相关性,其中合欢和龙爪槐的相关系数高于紫叶李和海棠。     

西双版纳热带季雨林土壤呼吸变化规律及其影响因素

为了探寻西双版纳热带季雨林土壤呼吸变化规律及其影响因素,分别于2014年不同季节测定了土壤呼吸强度及相关环境因子,同时取相应点表土(0—10cm)测定土壤养分,利用指数模型和线性模型分析土壤呼吸与土壤温度和湿度的关系。结果表明:热带季雨林大气温度的日变化趋势均为单峰曲线;落叶季雨林和半常绿季雨林大气湿度日变化均呈"V"字形变化趋势;0—10cm土壤温度与大气温度变化趋势相一致,在14:00左右达到峰值;土壤湿度均呈"V"字形变化趋势,在14:00达到最低,此后有所回升,局部有所波动。在时间尺度上,2种热带季雨林土壤呼吸均表现为单峰型,且峰值出现的时间基本一致,在14:00左右达到最大,最低值出现在早上6:00,相同时间常绿季雨林土壤呼吸速率高于落叶季雨林。2种热带季雨林土壤呼吸季节性差异显著(p0.05),呈先增加后降低的趋势,均表现为秋季夏季冬季春季。2种热带季雨林土壤呼吸与土壤温度之间关系以指数方程拟合最好,土壤温度可以解释土壤呼吸强度的53.7%~71.0%;落叶季雨林土壤呼吸与土壤湿度之间关系以线性方程拟合最好,常绿季雨林土壤呼吸与土壤湿度之间关系以指数方程拟合最好,土壤湿度可以解释土壤呼吸强度的52.1%~62.3%。通过偏相关分析可知,西双版纳热带季雨林土壤呼吸均与有机质和土壤速效养分含量呈极显著的相关关系(p0.01),与土壤全氮含量呈显著的相关关系(p0.05),而与全磷含量并没有显著的相关性(p0.05),其中常绿季雨林的相关系数均高于落叶季雨林。     

黑河流域中游荒漠区沙尘暴、扬沙和浮尘监测及其与气候因子的关系

[目的] 分析黑河流域中游荒漠区沙尘暴、扬沙以及浮尘频次和时长的月变化和年变化，并分析其与主要气候因子的关系，为区域沙尘天气的早期预警和荒漠区的经营和管理提供依据。[方法] 利用黑河流域红沙窝荒漠化综合防治试验站的2010—2019年的沙尘天气监测数据和气象数据进行分析。[结果] 沙尘频次和时长主要集中在春季，其次是冬季，春冬两季的频次和时长各占全年的82.3%和79.4%。10 a间沙尘暴和扬沙频次总体变化趋势逐渐减少，而浮尘频次总体变化趋势逐年增加；沙尘时长总体变化趋势逐年增加。沙尘频次月变化与土壤湿度（10 cm）和大气湿度之间呈极显著负相关（p<0.01），与风速之间呈极显著正相关（p<0.01）。扬沙年际发生频次与土壤温度（5 cm）之间呈显著负相关（p<0.05），与大气温度之间呈极显著负相关（p<0.01）。[结论] 近10 a来，黑河流域中游荒漠区的沙尘天气主要发生在春季和冬季，破坏性较大的沙尘暴和扬沙逐年减少，而浮尘逐年增加。沙尘频次的月变化主要影响因素是浅层土壤湿度、大气湿度和风速。春季的浅层土壤湿度影响了沙尘暴和扬沙年际频次变化，浅层土壤温度影响了浮尘年际频次变化；冬季的浅层土壤温湿度和降水量影响了沙尘暴的年际频次变化，浅层土壤温度和大气温度影响了扬沙的年际频次变化。     

青藏高原中部BJ站土壤湿度不同时间尺度的变化

青藏高原土壤湿度的时空变化在高原能水循环中起着重要作用。利用GAME-Tibet期间观测的青藏高原中部BJ站2001年1月1日~2005年12月31日00:00~230:0逐时高分辨率土壤湿度资料,分析了4~210 cm深度土壤湿度的日、季节和年际等不同时间尺度的变化特征。结果表明:(1)4 cm深度土壤湿度日变化显著2,0~210 cm深度土壤湿度日变化微弱;土壤湿度日振幅随土壤深度的增加逐渐衰减,但在210 cm深度又出现增加的趋势;4 cm、20 cm、60 cm、100 cm1、60 cm和210cm深度土壤湿度的平均日振幅分别为0.97%、0.22%、0.03%、0.01%、0.01%和0.03%。(2)根据土壤湿度在时间尺度和垂直剖面上的变化特征,将土壤湿度年内的变化过程划分为积累期(3~8月)、衰减期(8~12月)和相对稳定期(12~3月)3个阶段。(3)2001~2005年,BJ站4 cm、20 cm、60 cm、100 cm和160 cm深度土壤湿度8月的平均值表现为线性增加的趋势,210 cm深度土壤湿度8月的平均值则呈现出线性减小的趋势;湿季,土壤湿度显著地受到降水的影响,干季,土壤湿度主要受土壤温度的影响。     

青海地表始冻期和解冻期对气候变化的响应

通过对青海省8个农气观测站的土壤表面始冻期和解冻期连续观测资料的分析,结果表明：青海各地土壤表面始冻期和解冻期存在着明显的地域差异,多数站点的封冻期呈现出缩短的趋势,互助、德令哈略有延长.始冻期变化受气候变化的明显影响,当3-9月平均气温升高1℃,除贵德、诺木洪、互助站响应不明显外,其余站点的始冻期推迟1.5～7.5d,平均推迟2.3d;当3-9月日照时数增多10h,诺木洪地区始冻期提早0.5d,其余站点的响应不明显;当上年10月至当年2月平均气温升高1℃,除门源、德令哈站的解冻期响应不明显外,其余站点提前2～13d,平均提早2.5d;降水量增多10mm,除诺木洪推迟12d,其余站点推迟2～6d,平均推迟2.3d;当上年10月至当年2月平均气温升高1℃,封冻期日数除河南、门源、贵德响应不明显外,其余缩短2.4～23.1d,平均缩短1.8d.     

多年冻土区土壤湿度的动态变化及影响

气候变暖导致高纬度多年冻土退化,引起多年冻土区冻融过程和土壤水热过程发生变化,土壤湿度变化对气候和生态系统产生重要影响。运用ERA-Interim再分析的土壤湿度数据,结合气象数据,采用数理统计方法,分析了1979—2017年东北多年冻土区土壤湿度的年际、季节和空间变化,土壤湿度变化的影响因子及土壤湿度变化所带来的影响。研究表明:年际变化上1979—2017年,东北多年冻土区7 cm和28 cm深度年均土壤湿度呈下降趋势,并且年平均土壤湿度在2008年达到最低;在季节变化上,不同深度土壤湿度在夏秋季节会达到一年中的最大值,7 cm和28 cm深度处土壤湿度呈现两个峰值(4月份、8月份),土壤湿度最大值出现在8月份;在空间变化上,东北多年冻土区中部土壤湿度在1979—2017年变化最大,且为土壤湿度下降明显区。在气候变暖和降水持续减少的背景下,土壤水分可能成为影响东北多年冻土区植被生长的主要因子,使东北多年冻土区植被生态系统发生变化,分析东北多年冻土区土壤湿度的时空变化对进一步理解该区生态系统变化和多年冻土碳反馈效应具有重要意义。     

黑河流域中游荒漠区沙尘暴、扬沙和浮尘与气候因子的关系

[目的]分析黑河流域中游荒漠区沙尘暴、扬沙和浮尘频次和时长的月变化和年变化及其成因,并分析其与主要气候因子的关系,为区域沙尘天气的早期预警和荒漠区的经营和管理提供依据。[方法]利用黑河流域红沙窝荒漠化综合防治试验站的2010—2019年的沙尘天气监测数据和气象数据进行分析。[结果]沙尘频次和时长主要集中在春季,其次是冬季,春冬两季的频次和时长各占全年的82.3%和79.4%。10 a间沙尘暴和扬沙频次总体变化趋势逐渐减少,而浮尘频次总体变化趋势逐年增加;沙尘时长总体变化趋势逐年增加。沙尘频次月变化与土壤湿度(10 cm)和大气湿度之间呈极显著负相关(p0.01),与风速之间呈极显著正相关(p0.01)。春季期间,沙尘暴年际发生频次仅与土壤湿度(10 cm)之间呈极显著负相关(p0.01),扬沙年际发生频次仅与土壤湿度(10 cm)之间呈显著负相关(p0.05),浮尘年际发生频次与土壤温度(5 cm)之间呈显著正相关(p0.05);冬季期间,沙尘暴年际发生频次与土壤温度(5 cm)之间呈显著负相关(p0.05),与土壤湿度(10 cm)和降水量之间呈极显著负相关(p0.01);扬沙年际发生频次与土壤温度(5 cm)之间呈显著负相关(p0.05),与大气温度之间呈极显著负相关(p0.01)。[结论]近10 a来,黑河流域中游荒漠区的沙尘天气主要发生在春季和冬季,破坏性较大的沙尘暴和扬沙逐年减少,而浮尘逐年增加。沙尘频次的月变化主要影响因素是浅层土壤湿度、大气湿度和风速。春季的浅层土壤湿度影响了沙尘暴和扬沙年际频次变化,浅层土壤温度影响了浮尘年际频次变化;冬季的浅层土壤温湿度和降水量影响了沙尘暴的年际频次变化,浅层土壤温度和大气温度影响了扬沙的年际频次变化。     

基于小波变换的最大冻深期气温与土壤水盐特征分析

土壤冻融过程中水分和盐分的耦合迁移一直是土壤水科学研究的难点和热点。为了解最大冻深期日最低气温与土壤水盐的尺度变化关系,该文利用墨西哥帽小波变换分析方法对内蒙古河套灌区1994-2006年最大冻深期(2月)日最低气温、0～40cm土层平均水分和盐分的时间-频率的尺度变化特征进行了分析。结果表明:在所研究的时间域内,该地区最大冻深期日最低气温、土壤水盐变化具有周期性特征;最大冻深期日最低气温以3a周期振动最强,土壤水盐均以2a周期振动最强;日最低气温、0～40cm土层水分和盐分有比较好的对应关系,即气温偏高期对应水分偏低期和盐分偏高期;日最低气温、0～40cm土层水分和盐分的周期性突变点位于1997年和2000年左右;盐分表现出不同时间尺度的振动变化,较日最低气温和水分变化更为复杂。该研究可为进一步研究干旱寒冷地区节水改造和盐渍化的防治提供参考。     

Surface and profile soil moisture spatio-temporal analysis during an excessive rainfall period in the Southern Great Plains,USA

In this work we analyze the temporal stability of soil moisture at the field and watershed scales in the Little Washita River Experimental Watershed (LWREW), as part of the remote sensing Cloud and Land Surface Interaction Campaign (CLASIC07) during June 2007 in south-central Oklahoma. Temporal stability of surface and profile soil moisture data were investigated for 20 LWREW soil moisture measurement stations. In addition, daily surface and profile soil moisture measurements were obtained in four 800 m by 800 m fields (remote sensing footprint), including two rangeland sites and two winter wheat fields. The work aimed to analyze the temporal stability of soil moisture at the watershed and field scale and to identify stations within the watershed, as well as locations within each field, that were representative of the mean areal soil moisture content. We also determined the relationship between sites found to be temporally stable for surface soil moisture versus those determined stable for average profile soil moisture content. For the unusually wet experimental period, results at the watershed scale show that LWREW stations 133 and 134 provided stable underestimates, while stations 132 and 154 provided stable overestimates of the watershed mean at all depths. In addition, station 136 had very high non-zero temporal stability at the 25 cm and 45 cm depths indicating that it could be used as representative watershed site provided a constant offset value is used to acquire a watershed mean soil water content value. In general, the deeper depths exhibited higher soil moisture spatial variability, as indicated by the higher standard deviations. At the field scale, measured average profile soil moisture was higher in the winter wheat fields than the rangeland fields with the majority of the winter wheat depth intervals having high non-zero temporal stability. Field scale temporal stability analysis revealed that 4 of the 16 sampling sites in the rangeland fields and 3 of the 16 sampling sites in the winter wheat fields either under or overestimated the field means in the 0–5 and 0–60 cm depth intervals. Field sites considered temporally stable for the surface soil moisture were not stable for the profile soil moisture, except for the LW45 field where two sites were stable at both the surface and profile soil moisture. This finding is significant in terms of soil moisture ground-truth sampling for calibrating and validating airborne remotely sensed soil moisture products under extremely wet conditions. In addition, identification of temporally stable sites at the watershed and field scales in the LWREW provide insight in determining future measurement station locations and field scale ground sampling protocol, as well as providing data sets for hydrologic modeling.     

基于温度差监测西北地区的土壤相对湿度

在2012年黑河生态水文遥感试验（HiWATER）观测资料的基础上,结合卫星的地表温度产品计算观测点的垂直温度差及温度的日较差,并分析了不同时间尺度上温度差与浅层土壤相对湿度（包括土层深度2 cm,4 cm和10 cm的土壤相对湿度）的相关性。为检验温度差在区域含水量监测中的效果,利用经度、纬度和海拔高度对气温进行插值。同时为消除温度的区域性差异,将各温度差进行归一化处理,最后将归一化后的垂直温度差区域分布与土壤相对湿度进行了对比。结果表明:在各温度差中,地表温度和气温计算的垂直温度差与浅层土壤相对湿度的相关性最好;在时间尺度上,温度差与浅层土壤相对湿度的相关系数随时间尺度的增加而增大;在各土层深度中,温度差与4 cm的浅层土壤相对湿度相关性更好;在气温插值中,在纬度和海拔高度基础上插值出的气温与实测值之间更为接近;区域尺度上,归一化后的垂直温度差有效地解决了地理位置和下垫面对垂直温度差的影响,可以很好地监测月尺度上土壤湿度的变化的情况。     

不同生育期水分胁迫对设施延后栽培葡萄土壤温度与果实品质的影响

[目的]探讨河西荒漠绿洲区(以甘肃省张掖市为代表)水分调控下土壤温度的基本变化特征以及土壤温度与果实品质之间的联系,为设施延后栽培技术研究提供理论依据。[方法]将设施延后栽培葡萄分为5个生育期,在各个生育期设1个土壤含水率下限为田间持水率(θf)的55%的中度水分调控处理(GS,VS,FS,ES,CS),开展了上述设定条件下的研究。[结果](1)随着土层深度的增加,设施延后栽培葡萄土壤温度均表现为5cm10cm15cm20cm25cm。且在葡萄全生育期内各个土层土壤温度变化规律均为先升高后降低的趋势,水分胁迫不仅提高了该生育阶段的土壤温度同时对其下一生育阶段的土壤温度也具有十分重要的作用。(2)果穗质量和单粒重均GS处理最高,可溶性固形物FS处理最高,总糖含量CS处理最多,可滴定酸含量CS最低。[结论]设施延后栽培葡萄土壤温度受环境影响明显,在白天土壤温度是由表层向深层传递,且水分胁迫具有增加土壤温度的作用。要提高葡萄甜度同时降低酸度,增加成熟度需在生育后期即果实膨大期以及着色成熟期适当程度的提高土壤温度。     

黄土区梯化坡地不同土地利用方式对土壤理化性质的影响

[目的]研究覆膜作物、牧草地和撂荒地模式下梯化坡地不同土地利用方式对土壤理化性质的影响,为黄土区梯化坡地优化农业生产管理提供科学依据。[方法]以黄土区甘肃省陇西县梯化坡地为研究对象,选择5种土地利用方式(玉米地、苜蓿地、撂荒地2 a,撂荒地4 a和荒草地)按不同坡位(挖方段、中间段、填方段)进行土壤取样,对0—40 cm土层土壤理化性质进行研究。[结果]在5种土地利用方式下,土壤含水量、容重均随土层深度增加而增大,其中玉米地土壤含水量最高,容重最小;土壤机械组成均表现为:细砂粒黏粒粉粒粗砂粒;土壤含水量、容重、黏粒和粉粒均表现为:挖方段中间段填方段,而粗砂粒、细砂粒、有机碳、速效钾和水解性氮则呈现相反的趋势。土壤pH值均值变化为苜蓿地最大,撂荒地最小,且方差分析差异不显著(p0.05)。土壤有机碳、速效钾和有效磷均值均表现为玉米地最大,水解性氮均值表现为:苜蓿地玉米地撂荒地2 a荒草地撂荒地4 a。[结论]覆膜玉米地表现出对土壤含水量、容重及养分的促进作用均优于其他土地利用方式,且填方段的土壤更加肥沃,耕作中应注重加强对挖方段的施肥。     

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。     

免耕对黑土春夏季节温度和水分的影响

通过田间定位试验,研究免耕与常规耕作对东北黑土区玉米和大豆生长早期土壤温度和水分的影响。研究结果表明:播种前,由于免耕与常规耕作(秋翻)覆盖率和含水量不同,免耕处理的玉米和大豆小区土壤的白天5cm地温均低于常规耕作处理,夜间差异不大;相同深度的玉米和大豆秋翻处理土壤日平均温度分别比免耕高0. 7℃和0. 5℃;随土壤深度的增加,土壤温度的差异逐渐减小。播种后,除了下午免耕5cm地温略低于秋翻外,下午至夜间免耕的10cm和15cm地温,均略高于秋翻的土壤温度。这是由于免耕下土壤水分增高引起的土壤热容量加大,从而缓解夜间降温和寒流影响,减缓土壤温度下降的结果。播种前,免耕处理的玉米和大豆地土壤水分分别比秋翻处理高2. 4%和1. 8%。播种后的一个月期间,免耕大豆土壤含水量比秋翻高2. 3%。初步的研究结果表明,免耕可以在一定程度上缓解春季黑土墒情不好的问题,这对保证出苗和幼苗的健康生长非常重要。