毛乌素沙地固定沙丘表层土壤水分时间稳定性特征

土壤水分在干旱半干旱地区的水文过程和植被恢复中具有重要的决定性作用,探究毛乌素沙地固定沙丘表层土壤水分的时间稳定性特征,对该地区水资源调控和生态环境改善具有重要意义.在毛乌素沙地东南缘选取固定沙丘迎风坡、背风坡和坡顶进行网格化布点,于2019年7月至10月使用土壤温湿度记录仪(TMS)对表层(0～5 cm)土壤含水量进行测定,分析表层土壤水分的时空变异性与时间稳定性特征.结果表明:研究期内表层土壤含水量的均值为21.00％,时空变化总体上具有中等变异性特征.表层土壤含水量的空间模式在观测时间上具有较弱的相似性,各日期对之间均具有较低的相关系数.土壤含水量的相对差分平均值(MRD)在-17.24％～18.80％之间,相对差分标准差(SDRD)和时间稳定性指数(ITS)的平均值分别为12.70％和14.20％,表层土壤含水量具有较好的时间稳定性.土壤含水量高于平均值的观测点,SDRD与ITS均较低,较高土壤含水量观测点的时间稳定性优于较低土壤含水量观测点.通过土壤含水量的时间稳定性特征分析判定,观测点77可以较好的代表研究区内表层土壤含水量的平均水平(决定系数为0.8769).     

草甸草原降水影响土壤水分渗透分析

本文通过对内蒙古呼伦贝尔草甸草原区鄂温克族自治旗和额尔古纳市两地,2013—2017年585组过程降水数据分析,得出了降水量与土壤重量含水率(θg)变化之间的关系。结果表明:降水量与各层θg响应显著相关,仅0~10cm模型中X2响应效果不同,其它层次θg对降水的响应和降水量及降水前θg值成正向关系,降水越大,降水前θg值越高,能够响应的概率越大,同时,控制其它因素,额尔古纳降水每增加1mm,各层θg对降水的响应概率增加2.683、1.781、1.213、1.226、1.152倍;鄂温克降水每增加1mm,各层θg对降水的响应概率增加2.215、1.881、1.369、1.325、1.212倍。θg增量与降水量成正向相关关系(P<0.01),随着深度增加相关系数变小。田间持水量较高地区(额尔古纳)20cm~50cmθg增量与上一层土壤状况显著相关,田间持水量较低地区(鄂温克)除10cm~20cmθg增量与降水量无明显显著相关外,其它层次均有相关关系。     

广西山丘坡地土壤墒情时空变异特征及时间稳定性分析

广西较多耕地属于山丘坡地,土壤非均质性和地形起伏造成了耕地墒情具有较强的时空变异性,给田间尺度的墒情监测和管理带来了极大的困难。以广西崇左60个试验小区2017年定期采集的TRIM管土壤墒情数据为研究对象,统计了其时间和空间维度的变异性,分析了土壤墒情时空变异性与相关因素的关系,研究了土壤墒情的时间稳定性。结果表明,广西山丘坡地年平均土壤含水量在0.10～0.60之间变化,与地形、土壤质地等因素有较大的关系;坡地空间平均土壤含水量随时间在0.21～0.30之间波动,且与降雨和蒸发等气象条件密切相关,9-11月有较大概率出现土壤水分胁迫。时间稳定性分析表明3-2号试验小区观测的土壤含水量可以较好地代表整个坡地的平均土壤墒情。研究结果表明,广西山丘坡地土壤墒情有强烈的时空变异特征,变异统计、相关性分析、时间稳定性分析等工具可以用于广西山丘坡地土壤墒情的变异性评价和观测点优选。     

秸秆还田下土壤水分时间稳定性与玉米穗质量的相关性

为揭示黑土区秸秆还田条件下农田土壤水分时间稳定性与玉米穗质量的相互关系,基于TDR法测得的土壤含水率(2017年6—9月)及称量法测得的玉米穗质量,在确定秸秆还田条件下农田土壤水分时间稳定性特征的基础上,量化分析其时间稳定性与玉米穗质量在单一尺度和多尺度上的相关特征。结果表明:随土层深度增加,土壤水分时间稳定性逐渐增强,且较深土层(40～60 cm、60～80 cm)土壤含水率较高的测点时间稳定性较强;随土层深度变化,土壤水分代表性测点有所不同,利用代表性测点土壤含水率可确定研究区域土壤最低含水率、最高含水率和平均含水率等信息,可为土壤水分估算与调控提供科学指导;时间稳定性与穗粒质量、穗轴质量相关程度随土层深度的变化趋势在单一尺度和多尺度上不同,大部分土层土壤水分时间稳定性与穗粒质量、穗轴质量的多尺度相关程度均大于单一尺度相关程度。多尺度相关分析能更深入地确定土壤水分时间稳定性与穗质量的相互关系,进而为深入揭示土壤水分对作物产量的影响机制提供理论依据。     

农田土壤含水率空间变异的时变特性研究

农田土壤含水率的空间时变特性对土壤墒情监测及灌溉预报有重要影响。在天津市武清区北靳庄和西吕村两个试区布置两套墒情监测系统,每套系统包括1台基站、3个测点,每个测点连接两个土壤水分传感器(埋设于地表下30和60 cm处)。测得两个深度的土壤含水率数据,利用线性公式计算得0～60 cm平均含水率,利用统计学方法分析土壤含水率的变异系数(C_V)随时间的变化特性,分析试区测点土壤含水率之间的相关关系。结果表明,C_V随时间有显著的变化,C_V变化较大时,相应时段的土壤含水率较小,通常为灌溉时期;C_V较小时,土壤含水率较大,普遍为降雨量较大时期;本试区C_V呈弱变异和中等变异;相关系数在一定程度上能够反映空间变异性大小,随着研究尺度的增大,测点之间土壤含水率的相关系数在减小。     

不同灌水定额条件下土壤水分空间变化特征研究

通过时域反射仪,对不同灌水定额下土壤含水率的变化进行了试验研究,分析了不同灌水定额下的土壤含水率随深度变化的曲线特征。因灌水量不同,土壤水分曲线从"3"型到"7"型再到"2"型曲线,规律性地揭示了灌水量对不同深度土壤水分变化曲线的渐变影响。同时研究了土壤水分运移的时间效应和垂直分布特征,通过图表规律的汇总将0~180 cm土层按其土壤水分运移规律进行划分。土壤湿度的垂直变化可分为4层:活跃层(0~30 cm);贮水层(30~60 cm);缓变层(60~100 cm);均稳层(100~180 cm)。利用克立格法对各试验小区在N-S方向上进行了空间插值分析。采用多项式拟合与峰值拟合探讨这2种拟合方程在土壤含水率垂直分布上的应用。     

覆膜滴灌条件下棉花根层土壤盐分时间稳定性研究

为揭示膜下滴灌棉田主根区土壤盐分的时间变异特性,基于2013—2014年田间实测数据,采用变异系数、平均相对偏差和标准差等方法研究了不同土层土壤盐分的时间稳定性,并进一步确定了可以反映各土层土壤平均含盐量的代表性测点。结果表明,研究区域0~40 cm土层土壤盐分随时间序列的变异性只有少数几个测点属于强变异,其余均属于中等变异;在棉花主根层(40 cm)内,土壤盐分的时间稳定性随土层深度增加呈现先增强后略微减弱趋势,在30 cm土层深度稳定性最强,平均相对偏差浮动范围最小、且其平均标准差最小;反映各土层平均含盐量的代表测点分布较为集中,可选取代表地块对区域土壤含盐量进行估算(决定系数R2为0.791 2~0.917 1)。棉田主根层土壤盐分时间稳定性研究有利于指导田间灌溉;选取少量且具有代表性的测点可为区域合理布设土壤盐分监测点提供理论依据。     

膜下滴灌田间土壤水分时空变异规律研究

在新疆库尔勒市包头湖农场48 m×56 m的范围内,布置土壤水分监测点共计63个,采用经典统计和地统计方法进行了时空变异性分析。结果表明,每次灌水前,整个地块土壤含水率均符合正态分布,呈现中等变异性;沿毛管方向和沿支管方向的田间土壤含水率均呈中等程度的空间自相关性,变异性主要由随机因素引起,变程分别为30.7~37.9 m和10.5~14.2 m;随着时间的推移(灌水次数的增加),土壤水分的空间变异性逐渐减弱,分布更趋均匀。因此,根据第1次灌水前田间土壤水分空间分布情况,设计的监测点布设方案可以满足其后各次灌水的墒情监测要求。     

棉花膜下滴灌田间土壤水分的时空变异规律研究

在新疆库尔勒市包头湖农场48 m×56 m(一根支管控制)的范围内,布置土壤水分监测点共计64个.利用地统计学方法,研究了棉花膜下滴灌条件下田问土壤含水率在空间和时间上的变异规律,以便为棉花膜下滴灌自动化灌溉系统中墒情监测传感器的合理布设及墒情预测提供理论依据.结果表明,各测次的田间土壤含水率具有中等程度的空间相关性;随着土层深度的增加,土壤含水率空间相关度降低.灌水前的空间相关度略小于灌水后的空间相关度;随着时间的推移,土壤含水率的空间相关度降低.     

生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响

为探明生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响,在大豆全生育期生长条件下,研究了东北黑土区草甸黑土5种生物炭添加量(0、25、50、75、100 t/hm2)下土壤物理性质(包括:土壤水分特征曲线、土壤含水率常数、土壤水分扩散率)和单次降雨土壤含水率变化特征,分析了生物炭对黑土区草甸黑土耕层土壤持水能力及雨后水分动态变化的影响。结果表明,施用生物炭能降低土壤残余含水率,增加土壤饱和含水率和田间持水量,其中对残余含水率的影响最显著,100 t/hm~2生物炭处理使残余含水率最多降低27.6%;施用生物炭能明显降低土壤水分扩散率,随生物炭添加量的增加依次比对照组减少34.8%、37.5%、71.4%和58.9%;在单次降雨过程中,施用生物炭能减小土壤含水率的变化幅度,使土壤含水率在降雨之后更快地由迅速下降期进入缓慢下降期,并能明显提高缓慢下降期对应的土壤含水率;施用生物炭可以提高大豆产量,以75 t/hm~2生物炭处理最高。研究结果可为黑土区农业水土资源高效利用与保护提供理论依据。     

云南省土壤墒情变化特征分析

分析云南省土壤墒情变化特征。利用2008-2012年云南省13个土壤墒情监测站的土壤重量含水量和日降水数据,分析其土壤墒情的时空变化特征。结果表明:滇东南和西北部的土壤墒情较高,而滇中的土壤墒情较低。不同深度的土壤含水量呈显著线性相关,且整体上表现为深度越深土壤含水量越大。土壤含水量与降水量大致呈正相关;土壤含水量最大值出现在6-10月,且基本上滞后降水最大月份1个月;土壤含水量最小值出现在1-4月。     

小型红壤坡面土壤含水率时空特性研究

为了探索小型红壤坡面土壤含水率的时空分布规律,在桂林市雁山镇平均坡度14°、坡长12 m、宽度5 m的红壤坡面布设14个观测点,分别对0~60 cm土深的6个土层进行了为期1 a的土壤含水率观测,并用统计学方法及时间稳定性概念进行了分析。结果表明,随着土壤深度的增加,各土层平均土壤含水率总体逐步上升,各土层含水率变异系数的均值总体逐步减小,各土层的含水率更加均匀;随着平均含水率的增加,各土层含水率的波动幅度先增大后减小;不同坡位的土壤含水率在干湿2季表现出不同的特点,湿季0~10 cm土层的含水率为下坡位中坡位上坡位,其余土层均表现为上坡位中坡位下坡位,干季0~10 cm土层含水率沿坡位的变化特点与湿季相同,而其余土层未表现出相同的规律。在时间特性上,红壤坡面土壤含水率与降雨量及降雨频次的关系密切,气温和空气湿度也是影响含水率的重要因素;随着土层的加深,土壤含水率的时间稳定性增强;除0~10、40~50 cm土层外,全序列所得时稳最强点对土壤平均含水率的代表性优于其他序列,干季序列所得各点的时间稳定性指数与全序列更为接近,同时干季序列所得时稳最强点对土壤平均含水率的代表性也明显优于湿季序列;植被根系对含水率的时间稳定性有一定影响,40~50 cm土层植被根系最多,使得全序列所得时稳最强点对所在土层平均含水率的代表性较差。     

生物炭对东北草甸黑土水分运动参数的影响

为探明添加生物炭对东北草甸黑土水力学特性的影响,研究了以5种生物炭体积比(0、2%、4%、6%、8%)施入土壤后的土壤水分运动参数。采用土壤的VAN GENUCHTEN模型和MUALEM理论,推导出添加生物炭土壤的水分特征曲线、相对导水率和水分扩散率方程,并用试验校验理论推导结果。理论和试验结果表明,添加生物炭土壤的饱和度随基质吸力的变化接近无添加的土壤;当基质吸力低于2 000 cm时,添加生物炭能够大大提高土壤的含水率,当基质吸力高于8 000 cm时,土壤的含水率不一定增加;水平土柱吸渗试验表明,生物炭能够抑制土壤水分的水平扩散;数值模拟降雨后的土壤含水率与田间实测数值相比误差小于13.3%。研究可为东北黑土区农业水土保护和利用提供理论依据。     

墒情监测研究进展综述

墒情监测是实施农田土壤水分有效调控的基础和前提。回顾总结了国内外墒情监测的方法以及墒情监测研究发展现状,并进行了对比分析。在此基础上,对现有研究中存在的问题及发展趋势进行了展望。     

黑龙港地区土壤含水量的垂向分布研究

黑龙港地区是河北省为落实"2020年我国新增粮食500亿kg"的规划而划定的粮食主产区之一,土壤水的开发利用是未来粮食增产的重要措施。为探讨黑龙港地区土壤含水量垂向分布情况,以河北省农林科学院旱作农业研究所衡水试验站土壤为观测点,分别利用FDR、TDR、烘干法测量了不同深度的土壤含水量。结果表明在0~110cm深度上土壤含水量整体上呈现先增加后减少再增加的趋势,这种趋势主要是由于不同土层的不同性质所决定的,而土壤垂向剖面存在的两个潴育层是土壤水分含量呈现这种变化趋势的主要原因。     

TDR在土壤盐分测试中的试验研究

提供了用TDR土壤水分测试仪在测试土壤含水率的同时可测到土壤含盐总量的方法。以黄河上游宁夏惠农县典型的黄河淤积平原的主要质地土壤为基础。利用德国产TRIME-T3管式TDR土壤水分测量系统在测试田间土壤含水率时表示出的VOL和LEVEL值．经过与电导法测定的土壤含盐总量的拟合，得出它们与土壤含盐总量的函数关系。通过统计原理对该方程的检验．表明了方程的显著性和可用性。     

间隔覆盖条件下玉米土壤水分研究

基于野外试验,研究了间隔覆盖条件下种植作物的坡面土壤水分时空分布及蓄存状况。结果表明,间隔覆盖法可以显著提高覆膜区土壤含水率,其中玉米生长中期最为明显;玉米生长前期覆膜处理下种植区土壤含水率高于对照处理种植区,中期相反,后期相差不大。坡面相同位置表层土壤含水率变化剧烈,且与降雨量变化趋势基本一致;对照处理下深层土壤含水率波动较小,覆盖处理波动较大,坡面上部覆膜使坡面下方较深层土壤含水率增加。间隔覆盖法在作物需水关键期可以显著增加种植区土壤蓄水量。     

基于回归等值线法的不同下垫面红壤水分时空变化规律研究

基于回归等值线法对百喜草覆盖、百喜草敷盖和对照处理的红壤水分时空变化进行了比较分析。结果显示,从年初到年终,随时间的推移,各处理各层土壤含水量均表现出"先减小,后增大"的趋势。在测定深度内,随土层深度增加,各处理各层土壤含水量却表现出"先增大,后减小"的趋势。百喜草覆盖处理,特别是上中层土壤含水量,随时间变化较大,与气候和百喜草生长密切相关,但随深度变化,层间土壤含水量变化较慢;百喜草敷盖和对照处理,土壤含水量受土层深度因素影响更明显。对于百喜草敷盖处理,随深度变化,层间土壤含水量变化较慢,但对于对照处理,随深度变化,层间土壤含水量变化较大。