有无遮蔽条件下季节性积雪分层物理特性对比分析

【目的】融雪径流是干旱内陆河流重要的补给组成。季节性积雪对环境变化极为敏感,研究影响季节性积雪积累与融雪过程的关键因素并进行调控,对变化环境下流域安全与水资源可持续利用具有重要意义。【方法】通过对新疆天山北坡乌鲁木齐河流域试验区2017年11月—2018年2月有无遮蔽条件下(林冠下、开阔地)季节性积雪层分层物理特性进行观测,分析季节性积雪层分层物理特性差异特征。【结果】①观测期开阔地气温略高于林冠下气温,而林冠下相对湿度高于开阔地;②林冠下积雪平均深度小于开阔地,分层积雪中深霜层与粗粒雪层深度比例较大;③林冠下与开阔地分层积雪密度垂直廓线变化特征基本一致,雪层密度从新雪层向下逐渐增大,至粗雪层(开阔地)与中粒雪层(林冠下)达峰值;④林冠下与开阔地分层雪温和分层液态含水率均自新雪层至深霜层呈上升趋势;⑤林冠下与开阔地雪水当量变化趋势基本一致,且开阔地雪水当量值明显大于林冠下。【结论】雪表温度是显著影响林冠下及开阔地积雪液态含水率的因素。     

基于SWAT的积雪消融对高寒区农田土壤水分影响模拟

为明确我国高寒区积雪消融对春季农田土壤水分的作用,针对气象站点监测数据、遥感及陆面模式同化数据在时空分辨率方面存在的不足,以地处黑龙江省中部的呼兰河流域为例,利用SWAT(Soil and water assessment tool)模拟流域降雪、积雪、融雪等过程,研究流域内降雪、积雪、融雪的时空变化特征及其对春季农田...     

秸秆覆盖对季节性冻融期土壤水分特征的影响

以北方高寒区典型城市哈尔滨市为研究区域,通过冬季大田试验(试验周期2013-11-01—2014-04-30),设置自然无覆盖、覆盖秸秆厚度5、10、15 cm 4个处理,分别测定不同处理下20、40、60、100、140、180 cm深度土壤液态含水率以及气象数据,分析季节性冻融期秸秆覆盖对土壤水分变化特征的影响。研究结果表明:秸秆覆盖使0~60cm土层内液态含水率增加或减小的时间拐点发生延迟,随着秸秆覆盖厚度的增加其延迟效果越明显,但土壤冻结期的延迟效果比冻土融化期明显;秸秆覆盖阻碍了冻土融化初期融雪水入渗,使自然无覆盖处理液态含水率在20、40、60 cm土壤深度出现短暂的峰值,而在冻土融化末期秸秆覆盖抑制了土壤水蒸发,使各秸秆覆盖处理液态含水率在20、40、60 cm土壤深度又高于自然无覆盖。秸秆覆盖可有效平抑冻融期0~60 cm土层土壤液态含水率的变化幅度,且随着土壤深度的增加其平抑效果具有减弱趋势;积雪融水和秸秆覆盖的双重作用能够有效增加土壤墒情,但其增墒能力随着土壤深度的增加而降低,不同秸秆覆盖处理对0~60 cm土层的平均增墒能力由大到小排序依次为:15、10、5 cm。     

气象因子与黑枸杞叶水势的关系及其灌水周期

以黑枸杞叶水势与气象因子之间的关系为基础,进一步研究叶水势和土壤含水率对黑枸杞形态指标的影响,目的是确定黑枸杞的最长灌水周期。黑枸杞不同灌水期的气象因子(气温、相对湿度、风速、大气压、太阳辐射、紫外线辐射)、土壤温度及叶面温度与叶水势之间的关系进行了分析。结果表明:黑枸杞叶水势与气象因子之间存在密切的关系,因此,以黑枸杞形态指标、叶水势与土壤含水率的变化过程作为依据确定了最长的灌水周期。根据土壤含水率的变化过程与黑枸杞形态指标的影响可知:当地黑枸杞的最长灌水周期不能超过22d。为确定黑枸杞灌水次数及灌水周期提供依据。     

不同积雪覆盖条件下冻融土壤水分运动规律研究

积雪覆盖作为中国北方高寒黑土区土壤冻融期最普遍的上边界条件,直接影响土壤水分分布、迁移过程及土壤温度、冻结深度、冻结速率等。通过野外试验,对哈尔滨地区的季节性冻融黑土在裸地、自然积雪、压实积雪、加厚积雪4种不同覆盖条件下的土壤水分迁移规律进行动态观测。从时间、空间角度分析土壤含水率变化,结果表明:积雪厚度和密度都可以很大程度上影响积雪对土壤的保护作用,在仅考虑积雪自身沉降造成密度增大的情况下,积雪厚度越大保护效果越好,土壤含水率对气温变化的响应及土壤解冻时间依次延后,延后程度随土壤深度增加而增大;当人为改变积雪密度时,相较于单纯增加积雪厚度,密度大的积雪可以更好地保护土壤,使气温对土壤的直接影响更小。当遇到冬季降雪量较小的情况时,可以考虑采用人为压实积雪的方法,加强对土壤的保护作用。     

改进双层积雪模型在澜沧江上游的应用

采用改进的双层积雪模型,以澜沧江上游积雪区为例进行了模型的应用,并从模型原理、模型适用条件、模拟效果等方面与传统的度日模型进行了对比分析。结果表明：以能量平衡和质量平衡为基础的双层积雪模型,在融雪物理机制上更加完善;模型不仅能模拟积雪区融雪产流量,还能模拟融雪过程中冠层对降雪的截留量、蒸发中的汽化和升华损失量、冠层对地面的二次降水量、积雪层中融雪水再结冰量等各个子物理过程;通过对双层积雪模型的改进,使融雪产流模拟结果更符合实际情况,可为寒区冰雪水文过程的研究提供借鉴。     

积雪覆盖下土壤热状况及其对气象因素的响应研究

为研究季节性冻土区在积雪覆盖条件下,土壤温度变化趋势及气象因素对土壤热状况的影响,以野外实测试验数据(2013年11月8日—2014年4月28日)为基础,分析裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖条件下5、10、20、40、60、100、140 cm深度土壤温度变化特征,采用灰色关联度分析的方法筛选出影响土壤热状况的主要气象因素,进而统计土壤温度与气象因素之间的相关关系。结果表明:积雪的存在阻碍了环境与土壤之间的能量交换,引起土壤温度和土壤冻融过程的差异;随着积雪覆盖深度的增加,土壤的冻融日期会出现延迟现象,土壤温度相对稳定在较高水平,并且地、气之间温差增大;冻融过程中土壤温度变化的主要影响因素为环境温度,积雪覆盖使得气象因素与土壤温度的关联度减弱。     

花前干旱胁迫对冬小麦生长指标的影响

[目的]研究干旱胁迫对冬小麦生长指标的影响.[方法]选用周麦22为试验材料,在拔节期和抽穗期分别设置轻度干旱(土壤含水率控制在田间持水率的60％～70％)、中度干旱(土壤含水率控制在田间持水率的50％～60％)和重度干旱(土壤含水率控制在田间持水率的40％～50％),对比分析了冬小麦根系形态、根系分布、株高及叶面积的变...     

基于灰色关联分析-BP神经网络的冻融土壤蒸发预报模型

根据冻融期气象资料和土壤蒸发量实测资料,利用灰色关联分析与BP神经网络相结合的方法,对冻融期大田土壤蒸发量进行了模拟预报。采用灰色关联度方法分析了影响冻融土壤蒸发的9个因子的关联度,确定了降水量、日平均气温、水面蒸发量、地表土壤温度和地表土壤含水率5个主要因子,并将其作为冻融土壤蒸发量预报模型的输入层进行模拟预测。结果表明:模型预测值与实测值的平均相对误差为9.9078%,决定系数为0.93,所建模型合理可行,可较好地用于冻融土壤蒸发预报。     

阿克苏地区成龄枣树气孔导度 对气象因子的响应

探究不同水分处理条件下阿克苏地区成龄枣树的气孔导度变化规律及其对气象因子的响应,以期为红枣精准灌溉决策提供数据支撑和理论依据。以阿克苏地区进行地表滴灌的6年生红枣树为研究对象,通过田间试验测定日尺度及灌水周期内不同水分处理条件下的气孔导度变化曲线。[300,450 m~3/hm~2]灌溉水量区间内,枣树气孔导度在单日尺度内对风向最为敏感;在一个灌水周期内,影响气孔导度最主要的气象因子是太阳辐射。不同时间尺度气孔导度对气象因子的响应程度及方向具有差异性,在日尺度条件下气孔导度对气象因子的响应不受土壤含水率控制,灌溉周期尺度上,不同土壤含水率决定了气象因子对枣树的影响。     

科尔沁沙地南缘不同林草措施土壤抗冲性及其与物理性质的关系

【目的】研究水蚀风蚀交错区土壤抗侵蚀特性对不同林草措施的响应。【方法】采用室内抗冲槽原状土冲刷和土壤物理性质分析相结合的方法,研究了科尔沁沙地南缘不同林草措施土壤抗冲特性及其与物理性质的关系。【结果】土壤冲刷过程中,不同林草措施下出现产流后的4 min之内变化较大,随着冲刷试验的进行逐渐降低,并逐渐达到相对稳定状态;不同林草措施土壤冲刷过程平均径流含沙量表现为荒草地>花生地>灌木林地>樟子松林地;不同林草措施土壤抗冲性变化与土壤冲刷过程含沙量呈反比,随冲刷时间延长,总体来说与冲刷时间越长,抗冲性能越强的规律相符合,且这种变化规律不受林草措施变化而改变。径流结束时不同林草措施下的土壤抗冲性表现为花生地<荒草地<灌木林地<樟子松林地。土壤抗冲性与土壤体积质量极显著负相关,与土壤孔隙度显著正相关,土壤抗冲性指数与砂粒极显著负相关、与粉粒和黏粒正相关,但均不显著,与土壤持水性并无显著性关系。【结论】林草措施能够显著提高土壤抗冲性能,以樟子松效果最强。     

黑土区农田尺度田间持水率的空间变异性研究

[目的]探究黑土区农田田间持水率的空间变异性机制.[方法]利用传统统计学和多重分形方法量化了田间持水率的空间变异强度,分析了造成田间持水率空间变异性的局部信息;利用联合多重分形方法确定了田间持水率与土壤基本物理特性在多尺度上的相关性.[结果]研究区域田间持水率具有多重分形特征,随土层深度增加,田间持水率的空间变异程度先...     

基于最大有效持水率的区域土壤墒情监测点布设方法

【目的】准确获取区域土壤墒情,有效提升农业用水管理水平,支撑现代农业发展。【方法】基于经典统计学和地统计学方法,以土壤最大有效持水率为关键参数,构建土壤墒情监测点的优化布设方法,并以北京市大兴区冬小麦田为例进行验证。【结果】试验区土壤最大有效持水率在土层深度为0～20、20～40、40～60、60～80 cm以及0～40、0～80 cm的均值都表现为中等程度变异;0～40、0～80 cm土层深度的空间区域合理监测数分别为6个和4个,且确定了监测点的位置坐标;优化布设点监测值与全区域61个监测点实测平均土壤墒情相比,误差均在10%以内。【结论】基于最大有效持水率的区域土壤墒情监测点布设方法能够在保证区域土壤墒情监测精度的情况下,大幅减少监测点布设数量。     

季节性冻土的水热作用机制研究——以古尔班通古特沙漠南缘为例

【目的】阐明新疆干旱区冻融土壤的水热耦合关系,建立在冻结融化过程中土壤水热耦合模型。【方法】以土壤水动力学、冻土物理学和统计学为理论基础,利用土壤水分与温度测量系统对不同土层深度土壤的温度和湿度进行测量,比较土壤含水率和温度随时间与深度的变化情况,研究了新疆典型干旱区细土平原区与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同土层深度土壤在冻结期、融化期的水热变化特征。【结果】土壤冻结融化过程中,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本一致,但随着土层深度增加,土壤温度和含水率的变化趋势均在逐渐减弱;深层土壤的液态含水率在冻结融化过程中基本不随环境温度升降发生变化,浅层5、20 cm土层的温度和含水率之间具有耦合效应。【结论】季节性冻土的水分和温度之间具有耦合效应。     

土地利用方式对喀斯特峡谷区土壤水稳性团聚体的影响

【目的】全面评价土地利用方式对喀斯特峡谷区土壤结构退化的影响。【方法】采用空间代替时间的方法,开展了不同土地利用方式对土壤水稳性团聚体分布特征及稳定性的研究。【结果】①不同土地利用方式均以>0.25 mm粒径水稳性团聚体为主,其量变化、MWD、GMD均表现为林草间作地>荒草地>退耕还草地>耕地;②在不同土层中,不同土地利用方式土壤水稳性团聚体量总体上随粒径的减小呈先增加后减少再增加的变化趋势,其中0~20 cm土层,土壤各粒级水稳性团聚体量分布及稳定性差异具有一定显著相关性,20 cm至母质层差异不显著;③5 mm粒径团聚体成为土壤团聚体从微团聚体向大粒径团聚体团聚化过程中关键的临界点;④GMD可以作为喀斯特峡谷区整个剖面土壤水稳性团聚体稳定性评价指标。【结论】林草间作模式能够增强喀斯特峡谷区土壤结构的稳定性,对防止土壤结构退化具有重要作用。     

豫北潮土灌区土壤肥力特征与作物产量的关系研究

【目的】了解豫北潮土水浇地土壤肥力特征及其与作物产量的关系,为建立豫北潮土区水浇地合理耕层评价指标提供基础数据支撑。【方法】本研究对豫北潮土区62个样点进行了抽样调查,调查指标包括:耕层深度、犁底层厚度、土壤体积质量、紧实度、土壤p H值、土壤电导率、土壤有机质、速效磷、速效钾以及耕作方式、播种、灌水、施肥。【结果】豫北潮土区田整体耕层深度16.8 cm,犁底层厚度11.2 cm;低产田耕层深度在15.2 cm,犁底层厚度11.9 cm,高产田耕层深度20.0 cm,犁底层厚度9.8 cm;高、中、低3种产田耕层土壤的平均紧实度分别为1 725、1 449、1 831 kPa,土壤的平均土壤体积质量分别为1.46、1.51、1.53 g/cm~3,pH值分别为8.47、8.39、8.39,有机质量分别为12.34、11.81、10.67 g/kg,速效磷量分别为16.05、12.84、10.89 mg/kg,速效钾量分别为156.69、157.20、120.56 mg/kg,养分主要分布于0～40 cm土层土壤;产量与耕层深度及耕层土壤速效钾、有机质、速效磷均呈显著正相关关系,与犁底层厚度、土壤紧实度及耕层土壤体积质量均呈显著负相关关系;产量与深层土壤pH值显著负相关,与深层土壤速效钾、有机质显著正相关。【结论】豫北潮土区影响作物产量的主要因素为耕层深度、犁底层厚度以及耕层土壤速效钾、有机质量,对作物产量的贡献大小为耕层深度>犁底层厚度>速效钾>有机质。     

滴灌方式对南疆沙区成龄红枣土壤水分的影响

【目的】确定南疆沙区红枣适宜的滴灌制度和滴灌方式。【方法】以7 a生矮化密植骏枣树为材料,设置枣树根部1个滴头灌水和多点滴灌灌水2种滴灌方式,每种方式设置3个灌水量(900、1 050、1 200 mm),进行了田间小区试验。【结果】多点滴灌方式下,不同灌水量土壤剖面水分分布有显著规律,表现为50 cm以上土层同层水平距离20 cm土壤含水率小于水平距离40 cm,50 cm以下土层则相反。110 cm土层以下单点滴灌土壤水分显著高于多点滴灌,110 cm以上土层单点滴灌土壤水分显著低于多点滴灌。受灌水量和滴灌方式的影响,同一处理不同土层土壤水分随时间推移其变化规律并不一致。【结论】单点滴灌与多点滴灌土壤水分分布规律差异显著,但耗水量无显著差异。     

不同灌溉控制指标对冬小麦生长及耗水特性的影响

【目的】探究冬小麦适宜的计划湿润层深度和土壤含水率控制下限的组合模式,为冬小麦田间用水管理及自动灌溉控制决策提供理论依据。【方法】以冬小麦为研究对象,采用大田试验,设置3个土壤含水率控制下限(L:40%,M:50%,H:60%)和3个计划湿润层深度(60、80、100 cm),共9个处理(T60L、T60M、T60H、T80L、T80M、T80H、T100L、T100M、T100H),研究了不同计划湿润层深度与土壤含水率控制下限对华北地区冬小麦生长发育和水分利用的影响。【结果】计划湿润层深度及土壤含水率控制下限的不同改变了处理间灌水定额及灌水次数,计划湿润层深度过高或土壤含水率控制下限过低均不利于冬小麦植株的生长发育。随着计划湿润层深度(60~100 cm)和土壤含水率控制下限(40%~60%)的增大,冬小麦花前及花后的干物质累积量呈先增大后减小的趋势。产量随土壤含水率控制下限增高呈增加趋势,当计划湿润层深度为80 cm时,产量相对最高,同时耗水量也越多,而计划湿润层深度为60 cm时耗水量最少。计划湿润层深度越低,土壤含水率控制下限越高,冬小麦水分利用效率则越高。T60H处理的水分利用效率最大,为19.96 kg/(hm²·mm),比最小值T100L大21.0%。【结论】本试验条件下,计划湿润层深度为60 cm,土壤含水率控制下限设置为土壤有效含水率的60%时,冬小麦节水高产效果相对最优。     

黑土区玉米地土壤温度的时空变异性研究

【目的】研究农田土壤温度的时空变异机理。【方法】以哈尔滨市向阳试验基地一块面积为96 m×96 m的农田为研究对象(共设置32个测点),利用传统统计学与地统计学方法,分析了黑土区玉米地不同生育时期土壤温度的空间变异性。【结果】随生育时期变化,不同深度的土壤温度平均值先增后减;不同深度土壤温度的空间变异性均为弱变异,不同深度土壤温度变异程度的变化趋势有所差异,5 cm深度变异程度的变化趋势不明显,10 cm和25 cm深度先增后降,15 cm和20 cm深度逐渐降低;土壤温度的空间相关范围在10、15、20 cm和25cm深度先增后减,土壤温度在玉米灌浆期5 cm深度与拔节期10 cm深度具有中等空间相关性,其他生育时期及不同深度具有强烈的空间相关性,5 cm和15 cm深度空间相关性变化趋势不明显,10 cm和20 cm深度先增后减,25 cm深度先减后增。【结论】土层深度和时间对研究区域土壤温度的空间变异性具有明显影响。