变化环境下横断山区参考作物蒸散量时空分布及成因分析

为了确定变化环境下横断山区科学高效的灌溉制度,利用MATLAB编程对横断山区1960-2013年31个气象站点逐月气象资料计算处理,得到横断山区逐月参考作物蒸散量。并通过GIS、完全相关性分析、EOF分析及MORLET小波分析等方法揭示横断山区参考作物蒸散量时空分布及其成因。结果表明:就空间特征而言,横断山区1960-2013年年平均参考作物蒸散量为945.20 mm;呈"南部高于北部,东部高于西部,盆谷地高于山地"分布;海拔低、纬度低、平均温度高、日照相对充足、风速大、相对湿度小及降水少的区域,参考作物蒸散量相应较大,反之较小;横断山区西北部与东北部反向变化趋势明显,保山-大理一线与南部及中部空间变异性显著。就时间特征而言,横断山区1960-2013年平均参考以4.5 mm/10 a递增;1969、1984及2004年为横断山区年平均参考作物蒸散量的转折点;横断山区年平均参考作物蒸散量主周期为27 a,横断山区四季平均参考作物蒸散量除冬季外均保持与横断山区年平均参考作物蒸散量周期一致性。     

达尔罕茂明安联合旗地表水-土壤水-地下水同位素含量时空分布特征分析

为探明达尔罕茂明安联合旗地表水-土壤水-地下水时空分布特征,应用被视为水体"DNA"探索的同位素示踪方法,对达尔罕茂明安联合旗4个典型区进行地表水、土壤水和地下水进行采样分析,并根据同位素检测结果对各水体的时空分布特征进行探究,揭示出研究区地表水、地下水和土壤水的主要补给来源及其时空变化规律,发现研究区地表水、土壤水和地下水主要补给来源为大气降水,仅在部分时段和区域产生互补,从时空变化来看研究区地表水、地下水随时间变化不大但随着自西向东的空间变化同位素含量逐渐变大,而土壤水则是随着空间的变化不大,在随时间变化中,0～125 cm深度土壤水受外界环境影响随时间变化较大,而深层土壤水同位素含量则逐渐趋于稳定。     

2000—2013年北部湾海岸带蒸散量时空动态特征

基于北部湾海岸带2000—2013年MOD16蒸散发(ET)数据和植被类型数据,借助于Theil-Sen中值趋势分析、Mann-Kendall检验以及Hurst指数等数理统计方法对海岸带蒸散量的时空变化特征进行定量分析,并在此基础上对蒸散量的未来变化趋势进行预测。结果表明:时间尺度上,2000—2013年北部湾海岸带蒸散量呈波动增加趋势,增速为1.41 mm/a,高于广西桂南地区,海岸东岸蒸散量增速快于全区,而丘陵地区和海岸西岸地区增速慢于全区。季节蒸散量由大到小排序为:夏季(111.88 mm)、秋季(93.45 mm)、春季(85.57 mm)、冬季(47.98 mm),分别占年内蒸散量的33.01%、27.58%、25.25%和14.16%;空间尺度上,蒸散量自东北—西南中心线呈现海岸带西岸年均蒸散量高于海岸带东岸,东南地带年均蒸散量达到全年最小值的态势,ET_sen趋势度介于-50.93~51.76 mm/a,海岸带蒸散量在空间上呈现出减小的趋势;空间波动性上,海岸带蒸散量的变异系数较大,其值介于0.02~0.39。海岸带中部以及东南部蒸散量处于高波动状态,而海岸带西岸和西北部处于低波动状态,其中合浦县的南流江三角洲蒸散量的波动性最大;未来变化趋势上,海岸带蒸散量Hurst指数的范围为0.25~0.93,平均值为0.68,呈现单峰右偏分布,Hurst指数反持续序列(7.58%)小于持续性序列(92.42%),说明研究区ET未来变化呈持续性减小的趋势。     

基于Budyko假设的岷江流域实际蒸散模拟研究

基于Budyko假设,采用傅抱璞模型对1980—2010年岷江流域实际蒸散进行模拟,将Mann-Kendall检验法、Pettitt突变检测法、反距离权重插值法用于分析实际蒸散的时空变化特征,以灵敏度及Pearson相关系数为指标分析了岷江流域实际蒸散的主要影响因子。结果表明,基于Budyko假设的傅抱璞模型对岷江流域实际蒸散的模拟效果较好。岷江流域多年平均实际蒸散在空间上呈自东南向西北逐渐减少的分布特征;在研究时段内,流域的多年平均实际蒸散呈显著下降趋势(通过99%置信度检验),并于1991年发生显著性突变(通过90%置信度检验)。岷江流域实际蒸散的变化是多种因素共同影响的结果,其中降雨是主要的气候影响因素。     

基于稳定同位素的干旱半干旱地区杨树水分来源研究

作物水源是土壤-植物-大气连续体和农业节水的重要研究对象。为深入研究干旱半干旱地区杨树水分来源情况,利用稳定氢氧同位素技术对不同水源氢氧同位素组成的变化规律进行分析,并应用多元混合模型定量分析杨树的水分来源。结果表明:土壤水线与当地的大气降水线斜率与截距都小于全球大气降水线,表明研究区土壤水、降水受到强烈的蒸发影响发生不平衡的分馏;随着季节变化,生长初期杨树主要利用0～80 cm的浅层土壤水,快速生长期杨树主要利用80～120 cm的中层土壤水同时开始利用地下水,生长末期杨树主要利用160～220 cm的深层土壤水同时利用地下水,表明杨树能够根据水分条件逐渐的调整对各潜在水源的利用率。     

葫芦岛市实施保护性耕作的必要性和可行性

1 实施保护性耕作的必要性 葫芦岛市地处辽西走廊,全市辖6个县(市)区,土地总面积10415 km2,自然地势总的特征是西北高、东南低。全市有耕地面积22.5万km2,占土地总面积的21.6％。有可机耕地14.4万hm2,占耕地面积的64％。其农业自然条件特点是:1.1 降水偏少制约农业发展。据气象记载,从1959年至1998年平均年降水606.5 mm,一般年降水徘徊在563～643 mm之间。1999年     

华北冬小麦-夏玉米农田水分动态模拟研究

冬小麦-夏玉米连作是华北地区主要的粮食作物种植模式。根据华北季节性冻土区的特点,将全年划分为作物生长期与越冬期,分别建立了作物生长条件下农田水分运移模型、冻融条件下土壤水热运移模型。前一模型主要包括参照腾发量计算、腾发量分配、作物根系吸水、土壤表面蒸发、土壤水分特征参数和土壤水分运动等子模型;后一模型主要包括冻土水热耦舍迁移、地气水热交换等子模型。应用以上模型对冬小麦-夏玉米连作条件下的土壤水分过程进行模拟,根据北京永乐店试验资料对模型进行检验。模拟了不同降水水平年、不同灌溉处理下的农田灌溉制度及土壤水分过程,分析了降水、灌溉对农田蒸散、土壤水利用、深层渗漏等的影响。     

基于称重式蒸渗仪的温室秋茬礼品西瓜蒸散特征及影响因子

以"京秀"西瓜为试材,基于称重式蒸渗仪研究了温室秋茬礼品西瓜蒸散规律及其与环境因子的相关性,旨在为温室秋茬西瓜精准灌溉提供依据。结果表明:礼品西瓜全生育期蒸散量为114.79 mm,日均蒸散量为1.11 mm/d。礼品西瓜的需水规律表现为前期小-中期大-后期小的变化规律。其中:苗期、伸蔓期、开花坐果期、果实膨大期和成熟期的日蒸散强度分别为:1.04、1.20、1.34、1.08、0.81 mm/d。环境因子显著影响秋茬礼品西瓜的蒸散量变化,其中光合有效辐射、太阳辐射、饱和差、最高温度、平均温度、最低温度均与西瓜日蒸散量呈极显著正相关关系,相关系数依次为0.813、0.777、0.742、0.618、0.434和0.290。而相对湿度与西瓜日蒸散量呈极显著负相关关系,相关系数为-0.517。建立了基于光合有效辐射、太阳辐射和相对湿度的秋茬礼品西瓜日蒸散量经验模型,经检验R2达0.706,可对秋茬礼品西瓜的日蒸散量进行估算。     

RZWQM2模型对中国北方农牧交错带青饲玉米模拟适用性评价

为评估RZWQM2模型对中国北方农牧交错带青饲玉米模拟的适用性，率定出一套适宜于本地区青饲玉米的模型参数，选取位于中国北方农牧交错带中段张北县境内的实验样地进行了为期两年的田间试验（2020、2021年）。基于大型蒸渗仪实测蒸散数据、气象数据、土壤物理参数、作物遗传参数和田间管理措施等数据，对青饲玉米不同土层土壤含水量、作物生长状况以及生育期内田间蒸散量进行模拟。结果表明：(1)RZWQM2模型较好地模拟土壤水分的动态趋势，不同土层（20 cm、40 cm、60 cm和80 cm）土壤含水量均方根误差RMSE在0.019～0.029 cm3/cm3之间，一致性指数d在0.609～0.789之间，决定系数R2在0.717～0.940之间；(2)模型对青饲玉米生长情况模拟结果较好，2020、2021年青饲玉米株高模拟的一致性指数d分别高达0.919和0.952，青饲玉米叶面积指数和生物量的d值在介于0.731～0.816之间；(3)青饲玉米生育期内田间蒸散量模拟值与实测值均呈现先升高后降低的变化规律，在吐丝期蒸散量达到最大，最大值分别为6.550 mm和8.246 mm,2020、2021...     

近50a来黄河流域温度和降水基本特征和变化趋势分析

利用黄河流域87个代表气象站1961－2010年的逐日温度和降水观测资料,采用算术平均、线性倾向估计、滑动平均方法对流域年、季和年代际温度和降水特点和变化趋势进行分析。结果表明：流域多年平均温度为6.96℃,总体呈东高西低、南高北低的空间分布特征。年平均温度呈明显上升趋势,线性倾向率为0.03℃/a;流域季节温度均呈明显增加趋势,冬季温度增加较为明显,夏季温度增加相对较低。流域多年平均降水为448mm,降水空间分布由东南向西北呈带状递减趋势。流域年平均降水呈不显著的增加趋势,线性倾向率为-0.97mm/a,流域季节降水增减变化趋势不明显,变化较为复杂。     

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。     

淤地坝在流域水土保持措施中的贡献研究

淤地坝既能拦截泥沙、保持水土、又能淤地造田、增产粮食,在黄土高原地区已经有上百年的历史。研究淤地坝在流域水土保持措施中的贡献,已成为泥沙研究和水土保持研究的一项重要课题。本次研究以黄土高原典型流域马家沟为例,分析淤地坝在水土保持措施中的的贡献,研究结果表明：1990~2007年年均减沙量最大的是淤地坝,其次是梯田,依次为林地和草地。坝地的减沙量贡献率在1990~2000年为41.51%,在2001~2007年平均达到了46.58%。     

中国不同气候区模拟土壤含水量的时空特征分析

基于水文模型（VIC）模拟的1951~2010年逐日土壤含水量数据,分析了全国土壤含水量的空间分布特征及不同气候区土壤含水量年内变化规律、持续性特征和年际变化趋势。结果表明：1）空间分布上,全国土壤含水量由西北向东南递增,与降水分布较一致;2）年内变化上,湿润区季节变化最大,半干旱区次之,干旱区不明显;3）持续性上,干旱区最强,半干旱区次之,湿润区最弱,且各气候区深层土壤含水量持续性比浅层强;4）年际变化趋势上,干旱区呈增加趋势,半干旱区呈先增后减趋势,而湿润区变化不显著。不同气候区土壤含水量的时空特征对干旱指标选取和干旱特征分析有十分重要的意义。     

土壤湿度指数在黄土高原的适宜性评价

利用1992—2000年间黄土高原地区逐月降雨量、实测土壤湿度数据,结合GIS遥感技术、相关分析等方法,对基于TU-Wien变化检测算法,从ERS散射计数据反演获取的土壤湿度指数(SWI)或表层土壤湿度(SSM),从点和面2个尺度进行了验证。结果表明,在不同的土地利用、土壤质地和地形条件下,SWI或SSM与降水呈正相关(P<0.01)。时间序列方面,降雨、实测值和SWI或SSM基本上呈现出相同的变化趋势;空间分布上,降水和SWI具有相似的分布特征。在点尺度上,选取的7个站点的SWI与降水呈正相关(P<0.01),SWI和实测值的相关性随土层深度加深而下降,仅在10cm处达到显著水平(P<0.01)。对表层10cm的实测数据而言,降水和SWI的相关性要好于其与实测值的相关性。在黄土高原区域尺度上,SWI或SSM能够较为准确地揭示该地区表层土壤湿度的演变和空间分布特征。有长达20年(1992—2011年)之久的数据积累,并且可以免费及时获取的SWI或SSM,对于大范围实测土壤湿度数据匮乏的黄土高原地区而言,是一种具有较高利用价值的土壤湿度监测数据产品。     

保护性耕作下土壤水分变化特征模拟研究

为了对陇中黄土高原沟壑区不同保护性耕作措施下的土壤含水率进行差异性分析,利用长期定位试验,设置春小麦/豌豆、豌豆/春小麦轮作序列下传统耕作、免耕、传统耕作秸秆覆盖和免耕覆盖4种耕作措施,以当地月平均气温、月降水量、月平均辐射量、月平均蒸发量、月作物耗水量作为输入,以0～200 cm 土层土壤含水率作为输出,建立基于长短...     

河南省冬小麦各生育期水分亏缺的空间分布及降水量突变检验

为探明河南省冬小麦不同生育阶段缺水量情况,将其冬小麦生育阶段划分为生育前期(播种—三叶期)、分蘖—越冬期、返青—成熟期,根据河南省20个基准气象站点1951—2013年旬值气象资料,利用CROPWAT模型计算了冬小麦不同生育阶段有效降水量,用P-M公式计算了冬小麦需水量,进而得到了冬小麦缺水量;利用Arc GIS10.0绘制了有效降水量、需水量、缺水量空间分布图,并分析了其空间变异性;利用Mann-Kendall非参数秩次相关检验法分析了冬小麦各生育阶段降水量时间序列变化趋势。结果表明,(1)不同生育阶段有效降水量整体呈由东南向西北递减趋势,部分地区略高于周边地区;不同生育阶段冬小麦需水量整体呈由西北向东南递减趋势,分蘖—越冬期降水量分布无明显规律;不同生育阶段缺水量整体呈由西北向东南递减趋势,部分地区略低于周边地区;(2)冬小麦全生育期、生育前期、分蘖—越冬期、返青—成熟期多年平均有效降水量分别为201.80、25.04、45.91、130.85 mm,多年平均需水量分别为432.52、39.23、104.22、289.07 mm,多年分别平均缺水量分别为230.72、14.19、58.31、158.22 mm;(3)Mann-Kendall检验结果表明,冬小麦全生育期降水量随时间整体呈降低趋势;而生育前期降水量则整体呈升高趋势;分蘖—越冬期降水量整体呈降低趋势;返青—成熟期降水量整体呈降低趋势,期间各生育阶段降水量亦随UF曲线变化而变化。故河南省冬小麦返青—成熟期缺水量较多,西北部安阳、新乡等地缺水量严重,南部驻马店、信阳等地水分充足;除生育前期外,各生育期降水量随时间整体呈下降趋势。     

Soil water dynamics and deep soil recharge in a record wet year in the southern Loess Plateau of China

Terrestrial water cycles are influenced by hydrologic and textural properties of the deep loess layer in the Loess Plateau. Analyses of soil water profile distributions are needed to understand the regional water cycle processes and to guide agricultural production and sustainability. The objective of this study was to quantify the extent of deep soil water recharge and soil water profile dynamics during 1987-2003, especially in a record wet year of 2003, in common cropping systems in a semiarid-subhumid region of the southern Loess Plateau. The Chinese Ecological Research Network (CERN) site and a long-term rotation experiment site in a flat tableland were selected for this study. Soil moisture profiles were measured by a neutron probe to a depth of 6 m in 2003. The precipitation of 954 mm at the Changwu County Meteorological Station in 2003 was 63.4% higher than the long-term average (584 mm), and was a record high since 1957. Although cropping systems affected deep soil water recharge, the persistent dry soil layer formed between 2- and 3-m depths in croplands, resulting from many years of intensive cropping, was fully replenished in all cropping systems in 2003. Further frequency analysis indicated that the desiccated layer between 2- and 3-m depths would be fully recharged at least once in about 10 years for all existing cropping systems excluding continuous alfalfa. This finding should alleviate concerns about the formation of a permanent deep-soil desiccation layer as well as its potential impact on the long-term sustainability of the existing intensive cropping systems in the region.     

覆膜和降雨强度对玉米耗水过程及土壤水分入渗的影响

【目的】研究农田作物生长过程中,覆膜和降雨特征等因素对玉米耗水过程和土壤入渗产生影响。【方法】根据北京地区典型年降雨量设计和模拟春玉米生育期降雨过程,利用群集式测坑和挡雨棚及附设人工降雨装置,开展了不同地表覆盖条件下降雨强度对玉米耗水及水分利用效率的影响研究。降雨强度包括小雨强0.5 mm/min和大雨强1.5 mm/min,覆盖和种植条件包括膜下滴灌(MDI)、地面滴灌(SDI)和对照无作物种植(NP)。【结果】①MDI处理水分利用效率较SDI处理高13.5%。与SDI处理相比,MDI处理作物耗水量减小了40.6 mm,覆膜主要提高20～60 cm土层储水量。②大雨强条件下土壤深层渗漏量增多了3.4%～15.6%;降雨和灌溉对土壤水分影响深度主要为0～150 cm土层,相对于SDI处理,MDI和NP处理土壤储水量大大增加。③小雨强时表层0～20cm土壤入渗NP处理最快,大雨强时MDI处理入渗最快。作物根区40 cm深度处,小雨强时MDI处理的土壤水分最快达到峰值,而大雨强时NP处理最快达到峰值。60 cm深度处不同覆盖条件下在2种雨强时土壤水分变化速率一致,达到峰值速率表现为NP处理>MDI处理>SDI处理。【结论】覆膜具有较好的节水增产效应;降雨强度越大,土壤水分下渗越快;相同降雨量时小雨强降雨更有利于土壤水存储。不同的降雨强度对土壤水分入渗和再分布影响不同。研究结果可为雨水资源的合理利用从而提高农田水分利用效率提供理论依据。     

保水剂对土壤特性长效影响的研究

基于田间试验,研究了保水剂对土壤理化性质的长效性影响。结果表明,施用保水剂可明显增加土壤微团粒结构,增大土壤持水率和表层土壤pH。保水剂施用1～5年期间,表层土壤(0～10cm)中0.05～0.01mm粒径质量分数增加了0.81%～7.74%,0.01～0.005mm粒径质量分数减少;施用保水剂第3年时表层土壤0.05～0.01mm粒径质量分数提高最显著,且保水剂施用后第3年土壤的控水能力最强。施用保水剂0～10、10～20、20～40cm土层土壤持水率比对照增加6.54%、6.22%、8.50%,饱和含水率分别比对照增加了1.3%～30.7%、2.4%～28.7%和0.8%～21.7%,保水剂连续施用第3年性能最佳。     

黄土高原典型区雨水资源化潜力模拟与评价

为充分利用雨水资源应对黄土高原水土流失和干旱缺水的问题,引入分布式水文模拟技术,构建具有物理成因机制的分布式雨水资源化潜力评估模型,解决雨水资源利用的核心问题--评价当地的雨水资源化潜力。通过研究黄土高原典型区域黄河河口镇至龙门段(河龙区间)的雨水资源情况,定量评估该区域雨水资源化潜力,结果表明:在气候变化和人类活动的双重背景下,20世纪80年代后,黄河流域河龙区间的地表径流量、土壤有效水增量和雨水资源化潜力呈现上升趋势;河龙区间大部分地区雨水资源呈增长趋势,雨水资源可基本满足现有条件下区域植被恢复的用水需求。气候变化对雨水资源化潜力起正影响作用,贡献率为63.4%,土地利用/覆盖变化则为负影响,贡献率为-36.6%。人类活动对区域雨水资源利用的影响不容忽视,应大力发展干旱半干旱区降雨-径流调控技术,提高雨水资源化利用率,以保障区域生态-经济协同可持续发展。