半湿润易旱区土壤水分时空变化特征研究

为了研究半湿润易旱区土壤水分时空变化特征,在陕西关中盆地的三原县选择试验点,对地面以下0~500cm土层水分进行原位、定点长期自动监测。根据土壤水分变化状况从垂直剖面上将土壤划分为活跃层(0~20cm)、次活跃层(20~50cm)、过渡层(50~200cm)、相对稳定层(200~500cm)。其中,活跃层、次活跃层土壤水分受到气象因素的影响较大,12月及1-3月中旬处于相对稳定期、3月下旬-5月中旬处于缓慢下降期、5月下旬-9月下旬处于增失交替期、10月初~11月末处于持续下降期;过渡层土壤水分受到气象因素的影响较小,12-3月末处于先减小后增大的变化趋势,4月初-8月中旬有一定的波动,8月下旬-11月末缓慢下降。相对稳定层土壤水分受到气象因素的影响微弱,主要受到土壤温度的影响,表现出振幅较小的正弦曲线趋势的变化特征。     

番茄根系层土壤水分变化规律及标定方法研究

研究了番茄根系层土壤含水率的变化规律及番茄根系在土层的分布状况,从而准确确定根系层耗水最强烈的区域。结果表明,番茄根系层土壤含水率及波动幅度随距植株水平距离的增加而递减。距植株5cm处土壤含水率最小值从苗期的10cm土层下降到开花结果期的20cm土层。苗期一个灌水周期内,距植株15cm处苗期土壤含水率随土层深度的变化随灌水后时间推移趋于平缓,开花结果期10~20cm土层土壤含水率达到最小。苗期和开花结果期,距植株25cm处土壤含水率均表现为10cm以上土层变化较大,10cm以下土层土壤含水率随深度变化不大。苗期到开花结果期,土壤水分低值区域范围水平方向扩大,竖直方向扩大并下移。苗期可用距植株5cm处0~10cm土层含水率,开花结果期可用距植株5cm处0~30cm土层含水率计算作物蒸腾量。     

塔里木灌区膜下滴灌棉田土壤水分动态与耗水特性

土壤水分条件是棉花生长和发育的重要因素。为了研究塔里木灌区膜下滴灌棉田土壤水分特征,于2014年4月18日至10月31日采用中子仪对膜下滴灌棉田0~120cm土壤水分进行观测,分析了不同生育期土壤含水率的时空变化,采用水量平衡原理计算了膜下滴灌棉田耗水量。结果表明:4月中旬到7月中旬为土壤水分稳定期,7月中旬到8月底为土壤水分剧烈变化期,8月底到10月底为缓慢消耗期;0~20cm为土壤水分活跃层,20~60cm为土壤水分次活跃层,60~120cm为土壤水分稳定层;灌溉入渗水主要分布在0~40cm;膜下滴灌棉田苗期、蕾期、花铃期、吐絮期的耗水强度分别为0.63、2.62、7.01、0.71mm/d。     

半干旱黄土区典型林地土壤水分消耗与补给动态研究

通过对半干旱黄土丘陵沟壑区几种典型林地生长季土壤水分进行动态监测,研究不同林种对土壤水分消耗和补给的影响。结果显示,土壤总含水率大小依次为草地、沙棘、河北杨、油松、山杏,并且这一次序主要来源于120 cm深度(相对稳定层)以下的差异;不同林地及草地土壤含水率季节变化表现基本一致,3—8月波动下降,8—10月持续上升;各林地及草地土壤水分在0~60 cm内变化活跃,60~120 cm内由上至下逐渐趋于稳定,120~200 cm内保持相对稳定;林种、土壤深度、月份3种因素单独作用和交互作用均造成土壤水分差异显著;水分补给期后各林地土壤水分仍处于一定亏缺状态。     

石羊河流域膜下滴灌土壤水盐空间分布特征

通过田间试验,研究了膜下滴灌条件下,不同灌溉定额对春玉米生育期土壤水盐空间分布特征的影响.结果表明土壤含水量的时空分布受灌溉水量的影响.在灌溉期,0~20 cm土层土壤水分含量明显增加.随灌水定额的增加,土壤脱盐深度呈增大的趋势,其中,0~20 cm土层土壤脱盐现象明显,40~100 cm土层土壤积盐现象明显.在春玉米生育后期,灌水定额对滴灌带间的土壤淋洗作用较前期明显.在非灌溉期,由于较强烈的蒸发蒸腾作用,土壤含水量持续降低,作物的主要根系吸水层0~60 cm土层土壤水分含量阶段性变化明显.土壤盐分随土壤水分向上运移,在0~40 cm土层发生积盐现象,40~100 cm土层发生脱盐现象,畦灌方式在0~100 cm土层内均发生脱盐现象.膜下滴灌条件下,春玉米在拔节期前0~100 cm土层土壤含水率和含盐率变异系数分别属于中等变异和弱变异强度,之后两者均属于中等变异强度,且土壤含盐率变异强度始终低于土壤含水率.     

黄土高原丘陵沟壑区小流域坡面土壤水分分布特征

为探明黄土高原丘陵沟壑区小流域坡面土壤水分分布状况,选取延安市一典型小流域黄土坡面设置定位观测试验,采用Trime-PICO TDR进行土壤水分观测,并分析坡面土壤水分的时空变化特征。结果表明:坡面土壤水分含量随着坡位的下降,呈逐渐增大趋势,且在湿润期增加明显,下坡位土壤水分含量比上坡位大5.33%;在季节上的差异表现为在干旱期土壤表层水分差异较大,湿润期整个土壤剖面上土壤水分含量差异均较大;在植物主要生长期(5-10月),坡面土壤水分含量呈现出增加-减少-增加-减少的循环波动趋势,且其波动程度随着坡位的下降而增大;随着土壤深度的增加,土壤水分含量的变异性减小,其中0~20 cm土层含水量的变异性最大,可达到38.1%,140~160 cm土层含水量的变异性最小,为2.9%。     

承德围场地区土壤水分扩散率的研究

通过试验研究了承德围场地区的土壤水分扩散率,结果表明:土壤剖面的水分扩散率在1.0×10-2~1.6×10 cm2/min变化,尤以第2层即耕作层土壤水分扩散率最大,第3层最小。扩散率与含水量符合经验公式D()θ=aebθ,呈指数函数变化,经统计分析均达到显著水平;土壤容重、孔隙大小、孔隙类型及土壤颗粒组成中粘粒含量对土壤水分扩散率都有一定的影响。     

春玉米适宜土壤水分下限动态指标的确定

利用田间水分试验和气象观测资料,通过相关和回归分析,研究了春玉米7个发育时段土壤水分适宜下限(田间持水率的百分比)指标和计划湿润层深度,基于发育进程和积温原理,构建了全生育期土壤水分下限指标和计划湿润层深度动态计算方法。结果表明,对于土壤水分下限和相应的土层,播种—三叶期分别为田间持水率的70%和0~20cm,三叶—七叶期分别为田间持水率的55%和0~30cm,七叶—拔节期分别为田间持水率的60%和0~50cm,拔节—抽雄期分别为田间持水率的70%和0~70cm,抽雄—抽雄后20d分别为田间持水率的75%和0~100cm,抽雄后20d-乳熟期分别为田间持水率的65%和0~100cm,乳熟—成熟期则分别为田间持水率的60%和0~70cm。土壤水分下限指标和计划湿润层深度动态方程的相关指数均在0.95以上。     

京郊平原区粮田深层土壤水分的预测

通过对北京市通州区徐辛庄镇粮田土壤剖面土壤水分的研究 ,得到了京郊平原区粮田的土壤水分垂直变异特征———各层间的变异表现出明显的层次性 ;土壤水分随深度的变化呈曲线的形式 ,但是随表层土壤水分的减少 ,其随着深度的变化近乎于直线。在研究土壤水分垂直规律的基础上对不同土层的土壤水分进行了模拟预测 ,三个层次的预测平均误差均小于 10 % ,其中以 0～ 60cm土层的预测结果最好 ;在这些预测之中相对误差小于 10 %的均占 80 %左右 ,相对误差小于 5 %的占 5 0 %以上 ,从而可以为土壤水分的有效利用与动态调控管理提供决策依据     

番茄盛果期根系层土壤水分变化规律研究

为了解温室番茄根系层土壤水分变化规律与根系之间的关系,采用TREME水分传感器测定了番茄盛果期根系层距植株不同水平距离不同土层的土壤含水率,同时测定了番茄盛果期不同阶段根的长度及数量,研究了土壤含水率在水平方向及竖直方向随时间的变化规律。同时根据番茄根系层土壤含水率等值线分布图及根系层土壤含水率低值区,分析了根系层土壤含水率变化规律与番茄根系分布间的关系。结果表明:番茄盛果期由于耗水量较大,根系得到较大发展,总根数及最长根长度均呈递增趋势,根系吸水范围扩大,主根系长度主要集中在5~20cm。盛果期0~30cm土层土壤含水率变化明显,地表以下15~25cm距植株0~10cm范围内最易出现土壤水分低值区,且随时间的推移,土壤水分低值区向外逐渐扩展。根系密集分布区易形成土壤水分低值区,根系的分布范围与土壤水分的明显变化区域具有较好的一致性,番茄根系附近的土壤水分状况可作为确定灌水量和灌水时间的依据。     

膜下滴灌棉田土壤水分空间变异规律研究

2009年,在新疆库尔勒包头湖农场智能化棉花膜下滴灌工程示范区,选择典型的一膜一管4行种植的棉花为试验区(共计20个测点),测定了各个采样点以及3个不同深度的土壤含水率。运用地统计学和经典统计学方法,分析了棉花4个生育期内土壤水分的空间变异特性。结果表明,土壤质地为砂壤土时,土壤含水率的空间变异性属于弱变异;随着棉花的生长,土壤水分的分布越来越趋于均匀化;在棉田主要生育期内,研究土壤含水率空间分布最好的半方差函数模型是球形模型;土壤含水率的大小基本上和该点与滴灌带的垂直间距成反比例关系;棉花行对棉田土壤水分的再分布起到了很大的影响,距离棉花行越远,受到的影响就越小。     

寒区春季融雪期表层土壤湿度变化与影响因素分析

为探究寒区春季融雪期表层土壤湿度时空变化及其影响因素,以松嫩平原黑土区为研究区,利用遥感和GLDAS模拟同化数据集,以温湿指数作为辅助指标,通过一元线性回归、相关分析、滑动平均及相对贡献率法,分析了融雪期表层土壤湿度时空变化特征,揭示了表层土壤湿度变化的具体驱动因素。结果表明：32年来,融雪前期表层土壤湿度空间分布均呈减小趋势,融雪后期则呈南增、北减趋势;整体而言,融雪前期表层土壤湿度主要受积雪影响,后期主要与降雨及总降水变化密切相关,只有在积雪和降雨较少的地区,温度的蒸发作用才会相对明显;融雪前期表层土壤湿度多年变化主要由温度变化趋势驱动,积雪多年变化趋势对土壤湿度变化起到一种限制作用,降雨和总降水变化趋势决定了融雪后期表层土壤湿度的变化方向;从相对贡献率分析可知,融雪前期温度的升高和降雪的减少将导致表层土壤湿度的降低趋势放大一倍,但融雪后期降雨变化趋势的积极作用在一定程度上会影响春播前期土壤湿度暖干化的反馈过程,从而对陆气间水分交换产生积极影响。     

降雨灌溉蒸发条件下苹果园土壤水分运动数值模拟

根据土壤水动力学原理和果树根区土壤水分运动特点,建立了降雨灌溉蒸发条件下含根系吸水项的二维土壤水分运动数学模型,采用有限元法求解,对降雨灌溉蒸发条件下的地表边界条件进行处理.在田间进行了灌溉蒸发条件下果园土壤水分运动验证试验,采用田间实测土壤含水率分布资料对模型进行验证,结果表明模拟值与实测值吻合较好,所建的根区土壤水分运动模型是正确的,采用有限元法求解是可行的,该模型可用于预测果园田间土壤水分运动.     

基于温度植被干旱指数的土壤水分空间变异性分析

【目的】深入探讨区域土壤水分空间变异及其尺度效应,优化灌区尺度土壤水分采样精度,并提供合理采样方案。【方法】以人民胜利渠灌区为研究区,利用Landsat 8遥感影像,构建了温度植被干旱指数,根据其与土壤水分的相关关系获得研究区土壤水分分布。利用经典统计学和地统计学分析方法对2种尺度下土壤水分分布进行了空间变异性分析。【结果】不同尺度土壤水分服从正态分布,随着研究尺度和分辨率的增大,土壤水分的空间变异系数逐步增大;地统计学分析表明小尺度的块金基台比(C0/(C0+C))小于0.25,具有较强的空间相关性,而灌区尺度的块金基台比大于0.25小于0.75,具有中等强度的空间相关性。灌区尺度所选不同分辨率下土壤水分的变异系数、变程以及块金基台比变化很小。【结论】人民胜利渠灌区尺度土壤水分的获取不适宜用插值法,比较适宜用遥感法。     

乔灌篱沟蓄沟道土壤水分运动数值模

在分析乔灌篱沟蓄沟道布置和水分运动特点的基础上,建立了乔灌篱沟蓄沟道二维非饱和土壤水分运动模型,采用Galerkin有限单元法对方程进行数值求解.室内验证试验结果表明,土壤含水率和湿润锋的模型计算值与实测值吻合较好,说明乔灌篱沟蓄沟道土壤水分运动模型正确,采用有限元法求解可行.     

Obtaining soil physical field data for simulating soil moisture regimes and associated potato growth

Soil moisture regimes under potatoes were monitored during two growing seasons in a sandy loam and a silty clay loam soil in The Netherlands. Measured moisture contents were used to validate those calculated using the simulation model SWATRE. The model requires hydraulic conductivity, moisture retention, rooting-depth and soil cover data, which were obtained in this study. Measured groundwater levels formed the lower boundary condition and precipitation and potential evapotranspiration the upper boundary condition of the model flow system. Calculated moisture contents agreed well with measured values, but only when in situ moisture retention curves were used and when the effects of cracking in the silty clay loam soil were expressed by modifying the ?-θ function. The moisture supply capacity of the sandy loam soil was highest, particularly in the first growing season and this was interpreted as a major reason for the corresponding higher yields. Simulation can be used for predicting the soil moisture supply capacity in the context of land evaluation, when soil-cover and rooting depth are standardized, for example by simulating growth of a grass crop.     

智能化土壤水分分布速测系统

从精准农林业测量的实时快速性要求出发，研制了连接GPS接收机与SWR土壤水分传感器的智能化土壤水分分布速测系统，该系统可完成GPS数据接收与处理、土壤水分采集与存储等工作。选择了合适的GPS测量方法进行试验，并应用GIS软件ArcView生成了土壤水分分布图。     

基于准静态同轴探头模型的土壤复介电测量方法

末端开路同轴探头法测量土壤复介电值用于表征土壤含水率具有准确、快捷的优点。针对目前土壤介电同轴探头集总测量模型没有充分考虑探头的参数以及土壤体积对测量结果影响等问题，基于电磁场理论，对末端开路同轴探头建立了准静态数学模型，适用于土壤的复介电常数准确测量。通过全波软件仿真和模型计算结果对比，以无水乙醇介电实测值和理论值对比，验证模型的准确性。采用本文介电测量模型对不同含水率的黄绵土进行测量计算，复介电常数实部与实测土壤含水率二阶多项式拟合决定系数大于0.965，表明本文所提土壤介电测量方法适用于土壤复介电常数和含水率的测量。     

一种土壤水分传感器性能测试的方法及应用

针对目前土壤水分传感器室内标定时很难得到含水率均匀的土样,设计了一种试验装置和测试方法。通过一系列室内试验,对3种土壤水分传感器进行了测试和标定。结果证明,这种方法对于短探针土壤水分传感器的标定切实可用,同一种传感器在不同质地土壤中标定曲线不同,给出了3种传感器在砂土、壤土、粘土中的标定曲线,并分别从线性度、敏感度、稳定性等方面对3种土壤水分传感器进行了分析比较。     

Geospatial estimation of soil moisture in rain-fed paddy fields using SCS-CN-based model

Paddy fields are characterized by standing water and saturation condition during the entire crop growth period. However, in sub-humid and semi-arid areas, scarce rainfall and intermittent dry spells often cause soil moisture depletion resulting in unsaturated condition in the fields. These distinctive characteristics of the paddy fields have significant influence on the runoff generation and soil moisture retention characteristics of the watershed. In this study, the objective is to extend the application of the Soil Conservation Services Curve Number (SCS-CN)-based models for the geospatial and temporal simulation of soil moisture to paddy field-dominated agricultural watersheds in the water scarce areas. Different SCS-CN-based models, integrated with the soil moisture balance equation, are used to estimate the surface runoff and soil moisture content wherein, the spatial variation in the soil hydraulic characteristics is used to calculate the geospatial variation in soil moisture content. Physical significance of the terms initial abstraction (I_a) and potential maximum retention (S) in these models and their influence on the estimation of runoff and soil moisture are analysed in detail. A new SCS-CN-based model for soil moisture simulation (SCS-CN-SMS), to improve the soil moisture estimation, is proposed in this paper. The proposed model is built up on the soil moisture balance equation to account for the effect of ponding condition and soil moisture variation between the dry and saturation condition. The method is tested with 3 years observed surface runoff data and crop production statistics from a part of the Gandeshwari sub-watershed in West Bengal, India. The entire study area is divided into cells of 20 m × 20 m. Various components of the soil moisture balance equation are estimated for each cell as a function of the soil moisture content. Remote Sensing Technique and Geographic Information System (GIS) are used to extract and integrate the spatially distributed land use and soil characteristics. The Hortonion overland flow concept adopted in the SCS-CN method is used to estimate the soil hydraulic characteristics of each cell in which the curve number is used to infer the spatial variation of the land use and soil characteristics. Even though the original SCS-CN method and the existing modified versions are efficient for runoff estimation, these models are found to be inappropriate for the estimation of soil moisture distribution. On the other hand, the proposed SCS-CN-SMS model gives better results for both runoff and soil moisture simulation and is, therefore, more suitable for the hydrological modeling of paddy field-dominated agricultural watersheds.