淮北平原夏玉米生长期土壤水对降水和地下水的响应

降水-土壤水-地下水的相互转化关系对水资源评估、供需预测、合理开发利用水资源和节水灌溉都有十分重要的意义。基于在淮北平原五道沟试验站进行的作物生长期土壤水分、降水和地下水位的实时监测试验,采用特征参数算法和相关分析方法研究了淮北平原砂姜黑土区土壤水分对降水和地下水的响应。结果表明,雨强较小的降水仅对表层土壤含水量有扰动;作物生长期内土壤水分变化趋势与地下水埋深变化呈相反趋势。夏玉米生长期内50 cm土壤含水率最低,70 cm土壤含水率最高;生长期降水量少时,土壤水和地下水交替更频繁。研究区降水与土壤水的相关系数较低,降水与土壤水之间的关系不能用简单的线性相关来表述。10、50、70 cm土壤含水率都与30 cm土壤含水率相关性最好。地下水埋深与各层土壤含水率都呈负相关,且与30 cm土壤含水率的相关系数最大。     

甘肃河东玉米地土壤温湿变化特征研究

利用甘肃河东地区代表站玉米地土壤含水量、地温、降水资料,运用统计模拟方法,分析了土壤贮水量、温度的变化特征及水热耦合效应。结果表明,甘肃河东地区玉米地100cm土层的贮水年变化呈抛物线状,6月上旬至中旬土壤贮水量达到最低值。地温自20世纪70年代以来呈上升趋势,其中冬季上升幅度最为明显。水热交互作用与土壤含水量的变化有显著相关关系。一年内玉米地土壤温湿变化特征表明,土壤贮水量主要有2个低值阶段：5～6月及7～8月,不同时间温湿匹配对玉米生长造成不同影响。     

覆膜栽培条件下土壤水分动态及运行机制分析

本文以玉米为试材。在半干旱地区设置地膜覆盖栽培试验。结果表明，采用覆膜栽培，在作物生长前期具有显著的保水效果。0～10cm、10～20cm和20～30cm土层的土壤含水量分别比裸地增加13．77％、6．67％和8％；在玉米拔节以后，覆膜土壤表现为深层含水量低于裸地，lm土层覆膜土壤储水量平均比裸地减少36．5mm，减少了水分“库存”。分析认为，覆膜栽培条件下的耕层土壤水分主要补充源是自然降水、上升毛管水和汽态水，而在地下水位较深的旱地上汽态水似更为重要，地膜的保水作用，主要在于汽态水在土壤表层凝结、集聚，而使表层含水量增加。     

秦岭火地塘林区油松生长季土壤呼吸研究

【目的】阐明秦岭火地塘林区油松林生态系统土壤呼吸对其影响因子变化的响应机制。【方法】2010年6-11月,利用LI-6400便携式光合作用测量系统,测定秦岭火地塘油松林在生长季的土壤呼吸速率,并利用LAI-2000植物冠层分析仪测定油松林的叶面积指数,同时还测定了5cm深处的土壤温度以及土壤含水量。【结果】油松林土壤呼吸速率存在明显的季节变化,土壤呼吸动态呈单峰型变化:8月下旬达到最大值3.69μmol/(m2.s),最小值出现在11月下旬,为0.52μmol/(m2.s),整个生长季的平均值为1.82μmol/(m2.s)。土壤呼吸速率与5cm深处的土壤温度变化基本保持一致,二者呈三次函数关系,相关性极显著;土壤呼吸速率与油松叶面积指数呈S型函数关系,相关性显著;土壤呼吸速率与土壤含水量呈S型函数关系,二者相关性不显著。油松林生长季土壤呼吸的温度敏感性指数Q10值为3.63。【结论】影响秦岭火地塘林区油松林土壤呼吸速率的最主要因子是5cm深处的土壤温度,其次是叶面积指数,土壤含水量对土壤呼吸速率的影响不显著。     

滨海盐碱地刺槐林降水与土壤水盐运动规律相关性研究

以滨海盐碱地33年生刺槐纯林为对象,研究不同土层土壤水盐年份变化,分析年际降水与土壤水盐运动规律的相关性。结果表明:表层土壤同期含盐量低,土壤含盐量随土层深度的增加逐渐升高;雨季表层土壤同期含水量高,土壤含水量随土层深度增加逐渐降低,随蒸发量的增大,表层土壤含水量逐渐低于深层土;年份降水主要集中在夏季,占全年降水量的66%;土壤含水量与降水量呈显著正相关,土壤含盐量与降水量呈显著负相关,不同土层之间含水量与含盐量呈负相关;不同土层之间含水量相关性显著,在3月份0～20 cm表层土与60～80 cm土层土壤含水量差异显著(P=0.034 1<0.05);不同土层之间含盐量相关性显著,差异不显著(P=0.125 2>0.05)。     

辽宁西部地区玉米作物生长季降水特征及对作物的影响

利用1961—2012年辽宁西部地区16个气象观测站的历史逐日降水资料,应用降水趋势分析、降水距平百分率和莫莱(Morlet)小波函数,对玉米作物各生长阶段及整个生长季的降水特征及其对作物的影响进行分析。结果表明:辽西地区在玉米作物播种期、苗期的降水呈增加趋势,发生春旱的概率降低;拔节孕穗期、抽雄吐丝期、灌浆成熟期降水均呈减少趋势,发生夏旱、秋旱的概率增大;玉米作物在整个生长季内的降水总体上呈减少趋势;玉米作物各生长期和整个生长季均存在小尺度为2~3年的短周期,大尺度为14~16年的长周期。综合大尺度的周期变化嵌套小尺度的周期变化,结合降水年际、年代际变化特点,得出玉米作物在整个生长季的降水量在近2年处于偏多期,有利于玉米作物增产;播种期和苗期降水在近2年处于偏多期,对玉米播种非常有利;拔节孕穗期降水在近2年处于偏少期,应加强灌溉及人工增雨作业;抽雄吐丝期降水虽呈加速减少趋势,但综合分析显示,近2年的降水处于偏多期,对玉米增产至关重要;灌浆成熟期降水在近2年处于偏少期,缺水可造成穗粒质量降低,进而导致减产,因此应根据玉米作物需水情况,科学制定需水管理措施。     

暖温带马尾松茎干径向变化特征及其对环境因子的响应

探究短时间（月、日）尺度上马尾松生长动态变化及其与环境因子之间的关系,为理解和预测气候变暖对马尾松生长的影响提供科学依据。从2019年6月-2020年5月,通过树干径向生长测量仪（DENDROMETER）和小型气象站,对马尾松茎干年内径向变化和同期环境数据进行连续监测。结果表明:1)马尾松茎干径向日变化呈现昼缩夜胀的基本规律,马尾松茎干半径在8:00-16:00下降到最小值,16:00至次日8:00上升到最大值,年内径向变化范围为-54.4~38.1 μm。2)马尾松月累积茎干径向变化量存在2个峰值,分别出现在6月和9月,为943.3 μm和823.6 μm。3)在非生长季（11月至次年2月）,马尾松日径向变化量与土壤含水量、空气湿度、降水量存在正相关关系（P<0.05）,与VPD存在负相关关系（P<0.01）。在生长季初期（3-5月）,马尾松日径向变化量与空气温度、土壤温度和VPD呈极显著正相关（P<0.01）,与土壤含水量呈极显著负相关。但在生长季中后期（6-10月）,马尾松日径向变化量与空气温度、土壤温度和VPD的相关关系由正转负,与土壤含水量的相关关系由负转正。这种转变主要是因为生长季初期,较高的温度和土壤含水量有利于马尾松日径向变化量的增加,而生长季中后期,过高的温度和较低的土壤含水量则抑制马尾松日径向变化量的增加。研究结果有助于进一步了解暖温带马尾松树木茎干的径向变化及其对环境变化的响应特征,为判断马尾松未来的生长趋势提供科学依据。     

垄作覆盖条件下灌溉方式与灌溉量对夏玉米田土壤呼吸的影响

在垄作覆盖条件下,研究了夏玉米生长季中常规灌溉(沟沟灌溉)和隔沟交替灌溉2种灌溉方式对土壤呼吸作用昼夜变化、阶段变化规律及不同水分胁迫下土壤含水量与土壤呼吸速率的相关关系.结果表明,夏玉米拔节期土壤呼吸速率最小,抽雄期最大,之后缓慢回落;昼夜动态变化呈单峰变化趋势,高峰、低谷分别在14:00和6:00左右;在同一水分条件下,交替灌溉方式土壤呼吸速率高于常规灌溉,处理间最大差异平均可达3.46 μmol·m-2·s-1,交替灌溉方式下土壤呼吸速率昼夜变化幅度小于常规灌溉方式下土壤呼吸速率;不同水分胁迫条件下,土壤呼吸速率呈现出轻度亏缺处理>中度亏缺处理>重度亏缺处理;玉米生长期较高土壤含水量促使土壤呼吸增强,尤其在玉米生长中期土壤呼吸速率与耕层土壤含水量呈极显著的正相关关系.     

滨海盐碱地刺槐林土壤水盐、酶及养分动态

以滨海盐碱地31年生刺槐纯林为对象,研究了刺槐林不同土层土壤水盐年份变化,土壤酶活性及养分的季节变化,分析了年降水与土壤性状的相关性。结果表明,表层土壤含盐量低,深层土壤含盐量高,含水量与含盐量呈负相关;随着土层逐渐加深,土壤酶活性逐渐减弱,土壤养分含量逐渐下降;年降水主要集中在夏季,占全年降水的66%。不同土层含水量、含盐量、土壤酶活性及养分存在明显相关性,且与降水呈显著相关。     

黑龙江省不同土地利用下季节降水-径流-土壤水响应关系研究

为剖析黑龙江省降水、径流、土壤含水量响应关系,以季节为时间尺度,计算全省网格降水、径流和土壤含水量相关系数及比值.其中,降水和径流四季的相关系数均值及春夏秋三季径流与降水比值分别为0.39、0.85、0.55、-0.08和0.23、0.20、0.10;降水和土壤含水量四季相关系数均值及春夏秋三季土壤含水量与降水比值分别为0.31、0.66、0.50、-0.02和0.25、0.08、0.24;四季径流和土壤含水量相关系数均值及春夏秋三季土壤含水量与径流比值分别为0.37、0.58、0.47、0.02和1.12、0.40、2.42.黑龙江省降水-径流、降水-土壤含水量、径流-土壤含水量的响应程度因季节而不同,其响应程度由强至弱为:夏季>秋季>春季>冬季,且冬季相关性极弱,为研究黑龙江省区域各水源转化和季节水资源优化配置提供参考.     

全膜双垄沟播玉米不同覆膜时期水分生产效率研究

为进一步探索全膜玉米不同时期覆膜对水分生产效率的影响,选择4种不同覆膜时期,在玉米关键生育期测定0～100 cm土层含水量,研究生育期耗水、生育期降水、年降水的生产效率.结果表明:冬季土壤封冻到春季土壤解冻采取秋覆膜可减少27.6%的土壤水分损耗;土壤解冻到玉米播种采取顶凌覆膜的可减少16.0%的土壤水分损耗.全膜秋覆膜较顶凌覆膜生产能力提高9.27%、生育期降雨生产效率提高0.16kg/mm,顶凌覆膜较播前覆膜生产能力提高7.44%、生育期降雨生产效率提高0.13 kg/mm.     

北方农牧交错带不同退耕方式下土壤水分变化特征

研究退耕还林、退耕还灌、退耕还草不同退耕方式对土壤水环境的影响.结果表明:北方农牧交错带植被耗水主要靠降水满足;3种不同退耕方式的植被生育期内土壤水分含量均随降水量而变化;土壤表层(0～30 cm)水分含量相差不大;在30～100 cm土层,林地土壤水分含量始终高于灌木地和草地,草地的最低;对于0～100 cm土层,林地相对于灌木地和草地能更好地维持土壤水分;2005年3种退耕方式的植被在生长季中对水分的消耗均超过降水补给.     

地表覆盖及等高线种植玉米对坡地红壤水热生态效应研究

 1999年在云南高原坡耕地红壤上进行了地表覆盖及等高线种植玉米试验。结果表明,玉米苗期,裸地等高线种植对提升坡地红壤土温有明显作用,盖膜有好的增温效果。采用覆膜等高线种植措施有明显的调节水分功能,使坡耕地红壤水分含量变幅较小,起到了防旱防涝的作用,但雨水多时保水效果差,加剧坡耕地红壤的水分流失。采用盖草及结合翻耕、免耕等保护性措施,并未明显导致低土温,且有利于蓄积降水,气候持续干旱时也有好的保水作用。地表覆盖及等高线种植良好的水热生态效应是提高玉米产量的重要因素。     

基于降水量的黑龙江省玉米种植适宜性研究

利用黑龙江省63个气象站点1965~2014年降水资料,运用降水距平百分率、Mann-Kendall突变检验和标准化降水指数等研究方法,分析黑龙江省近50年来不同区域间降水变化趋势和特点,结合玉米生长需水特征判断玉米易缺水时段。结果表明,近50年全省玉米生长季降水量平均值约457.7 mm,可满足玉米生长发育对水分基本需求;黑龙江省各区域中,中南部地区、三江平原区和北部地区生长季降水量高于全省平均值,西部地区低于全省平均值,特别是泰来和肇源,生长季降水量平均值低于375 mm,必须依靠灌溉维持玉米正常生长;黑龙江省中南部地区和北部地区生长季降水量年际间变化较小,三江平原地区和西部地区则波动较大,易发生水旱灾害;黑龙江省近50年生长季降水量主要发生2次突变,分别在20世纪80年代初期和90年代中后期;黑龙江省西部地区玉米生长期基本均处于缺水状态,需灌溉补充水分,其他地区缺水期主要在6月和7月。研究可为黑龙江省降水研究和玉米种植区水资源配置等提供参考。     

阿瓦提丰收灌区零通量面的形成变化规律研究

以新疆阿瓦提县丰收灌区为例，通过负压计、地下水埋深监测，研究了在干旱内陆河灌区地面灌溉条件下零通量面形成变化规律和田间水的运动转化过程。分析结果表明：灌溉季节开始前，在地表下100cm处形成稳定、单一的发散型零通量面（ZFP）；冬灌后，在同样土层深度形成单一的聚合型ZFP。灌溉季节，头水和第2水期间，最终在地表下100cm处形成稳定的单一发散型ZFP。第3水至第5水期间，灌水后早期有多个ZFP，晚期ZFP消失，土壤水和地下水的运动表现为地下水补给土壤水的全蒸发型运动状态。     

种植玉米与休闲对土壤水分和矿质态氮的影响

【目的】研究不同种植模式下，农田土壤水分和矿质态氮的动态及其相互关系，对优化作物种植方式和养分资源管理，调控农田土壤硝态氮淋溶有重要意义。【方法】在黄土高原南部有大量氮素残留背景的田块上，研究了夏季多雨季节，种植作物与休闲对土壤水分与矿质氮的影响。【结果】在降水（含灌水82 mm）364 mm的夏季，休闲可使0～200 cm土层的贮水量达到600 mm，比播种前高204 mm，比种植作物高39 mm。种植作物的土壤水分可下渗至180 cm深的土层，休闲土壤中则可下渗到260 cm深处。种植作物时0～200 cm土层的硝态氮残留量为78 kg·ha-1，比休闲时减少89 kg·ha-1，且硝态氮主要分布在60 cm以上的土层。休闲时硝态氮却被淋到了220 cm深的土层。【结论】硝态氮向下层土壤的移动显著滞后于水分，夏季种植玉米可有效防止硝态氮向下层土壤的淋移。     

晋西黄土区不同水文年土壤水分特征及其主要影响因子分析

  目的  晋西黄土区生态环境脆弱,土壤水分是制约植被生长的重要因子。为深入了解该区域土壤水分年际变化,明确制约该区域土壤储水量的关键因子,探讨晋西黄土区不同植被类型在生长季节内土壤含水量的变化。  方法  以定位观测法为主,对人工刺槐Robinia pseudoacacia林、天然三角槭Acer buergerianum林和野艾蒿Artemisia lavandu-laefolia草地生长季(5?10月)内0~400 cm土壤含水量进行监测;在此基础上,根据含水量标准差对土壤进行活跃层划分,并通过生长季前后储水量的对比探究年际土壤储水量盈亏状况;测定了典型样地的土壤性质,并结合地形、不同水文年旱涝特征对土壤储水量的影响因子进行冗余分析。  结果  ①人工刺槐林、天然三角槭林和野艾蒿草地平均土壤含水量分别为8.36%~9.63%、10.01%~13.19%和15.43%~19.17%,野艾蒿草地表层土壤含水量显著高于人工刺槐林和天然三角槭林(P＜0.05)。②天然三角槭林土壤水分活跃层最深可达180 cm,人工刺槐林和野艾蒿草地土壤水分活跃层较浅;中等湿润年土壤水分活跃层最深,严重干旱年土壤水分活跃层次之,平水年土壤水分活跃层最浅。③严重干旱年,人工刺槐林、天然三角槭林和野艾蒿草地土壤水分亏缺土层深度分别为100~300、0~200和0~100 cm;平水年土壤水分的输入和输出达到平衡;中等湿润年0~200 cm土层水分得到不同程度补给,而200~400 cm土层的水分补给量接近于0。④不同深度土层土壤储水量受不同环境因子影响,其中植被类型和土壤容重是0~100 cm土层水分的主导因素,100~200 cm土层水分主要受容重和坡向控制,而不同水文年旱涝程度、土壤黏粒和粉粒含量是200~400 cm土层水分的主导因素。  结论  干旱水文年土壤水分亏缺严重,平水年及湿润年亏缺现象有所缓解,植被类型对土壤储水量影响最大。今后黄土高原地区的造林,不仅要考虑树种的耐旱能力,更应充分考虑地形、土质及生长季降水的分配情况带来的影响。图5表5参33     

Determining placement criteria of moisture sensors through temporal stability analysis of soil water contents for a variable rate irrigation system

Developing placement criteria for soil moisture sensors is crucial in increasing the practical functionality of a variable rate irrigation (VRI) system. In this field study, the temporal stability pattern of soil water content was compared between VRI and uniform rate irrigation (URI) treatments during growing seasons of winter wheat and summer maize to determine the placement criteria of soil water sensors. The 1.64-ha experimental site located in a highly variable alluvial flood plain was divided into four management zones according to the available water holding capacity ranging from 152 to 205 mm within the 0.6 m soil profile. In each zone, two sub-zones were created to represent VRI and URI treatments. A temporal stability analysis of soil moisture was conducted by regularly measuring soil water contents at 62 locations in the field during the growing seasons. Results showed that the VRI management changed the overall similarity of soil moisture spatial patterns when crop water consumption was provided mainly by irrigation water rather than precipitation. In each management zone, every measuring position was a time-stable location with respect to the mean soil water content. Significant linear regressions were detected between the mean clay percentile in each management zone and the clay percentile representing the mean soil water content sites, and a nearly equivalent value of fitted equation coefficient was obtained for winter wheat (1.15) and summer maize (1.19). These results demonstrated that the temporal stability of soil water content spatial patterns still existed in each management zone with the VRI management, and the clay percentile supplied a priori identification for placement of soil moisture sensors.     

祁连山排露沟流域土壤水分时空分布

对国家重点野外科学观测试验站——祁连山森林生态站排露沟流域土壤水文时空分布特征进行了研究,结果表明:(1)排露沟流域土壤水分年动态具有明显的季节变化,一个水文年分为前蓄墒、失墒、后蓄墒和稳定4个阶段;降水影响生长季节土壤表层水分变化,森林植物影响根系层土壤水分变化,森林植物影响大于降水影响;(2)土壤水分垂直分布随深度而变化,土壤类型间有差异;(3)土壤水分空间分布高海拔多,阴坡次之,阳坡最少。     

不同降水年型施肥量对旱地玉米生长及水分利用效率的影响

在旱地玉米产量大幅提升以及逐步采用简化栽培措施的生产形势下,采用田间小区试验的方法,研究连续3a不同降水年型施肥量对旱地玉米生长及水分利用效率的影响。结果表明,一次底施过多肥料会抑制玉米的生长,特别是在底墒较差或生育期降水偏少的年份,但这种抑制作用会随着玉米生育进程的推进逐步减轻。生产中应采用一次性分层深施缓释或长效肥的施肥方式来减轻这种不利因素。在底墒较好的降水正常年份,施肥具有明显的增产和提高水分利用效率(WUE)的作用,低肥、中肥和高肥的经济产量分别较不施肥增加31%、36%和63%,水分利用效率分别增加27.7%、29.8%和53.2%。但在底墒较好的偏旱年或底墒很差的丰水年,施肥的上述作用不明显,有时反而会出现负效应,2008年高肥处理产量反而显著低于中肥,较中肥低6.3%。旱地农业生产中应在已知底墒的基础上,通过预测降水量,"以水定肥、以水定产",合理实行水肥耦合运筹。