林分立地和林种对土壤水分的影响

坡向和坡位对林地土壤水分有一定影响.林分相同时,阴坡林地的土壤水分含量高于阳坡. 阴坡河北杨林、柠条灌木林和沙棘灌木林的土壤水分含量分别比阳坡高约2.53%～3.20%,0.7 7%～1.01%和2.35%.坡向和林分相同时,坡下部林地的土壤水分含量相当于、略高于或明显高于坡上部和中部.阴向峁坡下部柠条灌木林的土壤水分含量与峁顶、峁坡上部和中部无明显差异;东坡和西北坡下部油松林的土壤水分含量比坡上部仅分别高0.95%, 1.46%(4月)与1.28%,0.35%(6月);沟坡下部沙棘灌木林的土壤含水量则分别比沟坡上部和中部高14.79%和7.27%(5月)与9.21%和5.42%(11月).林种对土壤水分亦有一定影响. 在相同降水量区域,5个不同林种之间的土壤水分含量差值为0.58%～2.77%;选择适当的造林树种和密度可以改善林地土壤水分状况.     

基于AMSR-E的黄河源区表层土壤水分时空变化

黄河源区生态环境和水文过程对气候变化的响应是该区域研究的热点问题,但相对于其他环境和水文要素而言,大尺度长序列的土壤水分时空分布特征研究不足.本文基于AMSR-E被动微波遥感数据和地面实测数据,首先采用引入Qp模型的双通道反演算法校正AMSR-E土壤水分数据,获得的土壤水分产品(SMD)精度高于官方提供的土壤水分产品(SMo),但其波动范围与实测数据有差异.之后采用逐月回归分析法对SM0进行二次校正,其土壤水分产品(SML)具有更高的精度且变化趋势与实测数据一致.基于SML土壤水分产品,对黄河源区及其5个自然分区表层土壤水分的时空变化特征及其影响因素进行分析.黄河源区年平均表层土壤水分为0.140～0.380 cm3/cm3,在2003-2010年间呈下降趋势,在东南部土壤水分较高的若尔盖丘状高原区、黄南山地区和果洛玉树高原宽谷区土壤水分呈下降趋势,其中若尔盖丘状高原区的下降速率最快,而在西北部土壤水分较低的黄河源宽谷湖盆区和柴达木东缘山区呈增加趋势;春季土壤水分呈下降趋势,夏季呈增加趋势,秋季的波动较大,冬季的变化的不大,其中9月土壤水分增加率和5月减少率最大.土壤水分受降水和植被指数的影响最大,气温表现为在年高温月份与土壤水分呈负相关,在年低温月份呈正相关.研究结果为AMSR-E土壤水分数据的研究与应用提供了依据,有助于深化对区域尺度土壤水分格局及其对气候变化响应的研究,对高原生态环境建设有重大意义.     

黄土高原丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分动态变化

在黄土丘陵沟壑区选择典型植被油松林、沙棘、苜蓿、农田和自然草地,对其土壤水分进行观测分析,得出结论:观测期内植被类型、土壤剖面和生长季节对土壤水分具有显著影响(P<0.01).植被生长季节前期,土壤水分变化平缓;在植被生长季节中期,土壤水分变化具有显著差异.通过方差分析,不同植被类型间土壤水分存在极显著差异(P<0.01),不同植被类型间,沙棘的土壤水分最大,农地次之,而油松林的土壤含水量最小;不同植被在试验区生长适宜性顺序为:草地>沙棘>苜蓿>油松.     

应用15N示踪技术研究土壤水分对氮素有效性的影响

在有防雨设施的试验田里,设置不同的土壤水分处理,应用15N示踪技术研究土壤水分对氮素有效性的影响.试验结果表明:冬小麦对肥料氮素的利用率随土壤水分提高而提高;土壤供应的有效性氮素(A值)在土壤水分由田间持水量的50%提高到60%时出现"跃迁",土壤水分超过田间持水量的60%以后,A值差异不显著,表明土壤氮素有效性对土壤水分存在一个阈值反映.节水、节肥高效的土壤水分下限应控制在土壤田间持水量的60%以上.     

科尔沁地区不同类型沙地土壤水分变化分析

于2005-2008年5-9月,利用中子水分仪对科尔沁沙地的流动沙丘、固定沙丘和沙质草地的不同深度(0-160 cm)的土壤水分进行了为期4 a的定期观测.采用方差分析和多重比较等方法,并采用变异系数对土壤水分的时空变异进行了分析.结果表明,可将土壤水分剖面的变化划分为3层:土壤水分剧变层(0-40 cm),稳定层(41-130 cm),活跃层(131-160 cm).在0-40 cm土壤层,3种类型沙地土壤水分表现为随深度增加而增加,在41-130 cm土壤层则随深度增加而减小,而在131-160 cm土壤层流动沙丘表现为继续减小,但其它两种沙地的土壤水分则随深度增加而增加.同时土壤水分变异系数表现为:流动沙丘>固定沙丘>沙质草地.土壤水分在不同月份的变化表现为:7月>8月>6月>9月>5月,各月之间总体上差异性显著;各类型沙地土壤水分的年变化为:固定沙丘总体表现出逐年减小的趋势,沙质草地有变化但差异不大,而流动沙丘则随降雨的变化而变化.     

SPAC中的水分运动

本文对土壤-植物-大气连统体(SPAC)中水分运动的诸多方面,如非饱和土壤水分的导水参数,植物根系吸收土壤水分,植物根系中的水分运动.SPAC中的水流阻力及水容,土壤水分有效性动力学,滞后效应以及SPAC中水流的电模拟等.进行了介绍,评述和论述.     

神木水蚀风蚀交错带退耕坡地土壤水分空间变异性研究

运用统计学方法,对黄土高原神木水蚀风蚀交错带退耕坡地土壤水分空间变异性及其影响因子进行研究. 结果表明(1)土壤水分含量在垂直剖面方向表现出随深度增加,土壤水分含量呈增加趋势,在100 cm土层内变异最大,在100 cm以下其变化的梯度基本趋于稳定;(2)土壤水分含量沿坡长方向(即坡顶到坡下)呈波浪状递增趋势,且在各坡位变异程度不一,呈现出变异程度为坡上＞坡中＞坡下的趋势;(3)土壤水分含量沿垂直于坡长方向表现为阴坡＞山脊＞阳坡的明显趋势,其变异程度表现为阳坡＞阴坡的趋势.本文对神木水蚀风蚀交错带退耕坡地土壤水分的研究有助于了解退耕地土壤水分的变异特征,为区域环境治理和植被建设提供科学依据.     

华北平原典型干旱年土壤水分及灌溉特征遥感分析

华北平原作为我国的粮食主产区,土壤水分是制约作物生长的主要限制因子.本文首次运用土壤水分指数数据,对华北平原土壤水分以及灌溉特征进行空间分析,旨在为区域尺度农田旱情以及农作物产量的实时监测与预报提供相关参考.研究基于1993-2002年华北平原逐旬降雨数据和主动微波遥感反演的土壤水分指数数据,应用地统计分析方法,分析典型干旱年(1999年)该区表层土壤水分时空变异特征,并提取和分析小麦生长期内的灌溉信息;通过对逐句的降水和土壤水分数据的空间叠置分析,提取区域内的灌溉信息.结果表明:1999年降水量比多年(1993-2002年)平均量少约140mm;1999年土壤水分变化与降水变化整体保持一致,低于多年平均水平,春季和夏季,土壤水分减少尤为明显,土壤干旱非常普遍;小麦生长期内,大部分地区均存在不同程度的灌溉,其中中部地区灌溉次数最少,占研究区面积的65％左右的南部和北部地区灌溉次数多为2～3旬次.采用降水量和遥感水分监测数据,可以分析土壤水分变化的原因,提取灌溉的范围和时间特征,并可为旱情遥感监测提供科学参考.     

塔中沙漠地区Guilspare(R)抑制土壤蒸发的效应研究

塔克拉玛干沙漠地区自然条件异常恶劣,土壤水分蒸发极为强烈,土壤水分损失严重,沙漠公路防护林的管护极其困难,因此林带节水保水乃当务之急.对新型土壤水分蒸发抑制剂Guilspare0的保水效应进行了试验研究.结果表明.Guilspare(R)可有效抑制土壤蒸发,保持土壤水分,改善土壤和植物水文环境,对林带节水保水具有重要意义.(1)Guilspare(R)对沙漠土壤蒸发有明显的滞缓作用,抑制土壤蒸发累积量最大可达21.06 mm,初始抑制效率达70%左右;(2)Guilspare0对O-5 cm层土壤含水量的影响较大,对5 cm以下土层影响相对较小;(3)一个灌溉周期后植物水势随着Guilspare(R)浓度的增加而逐渐降低,植物的水文环境得到了较大的改善.     

红壤水分条件对柑橘叶片氨基酸及多胺含量的影响

本文以第四纪红黏土发育的红壤、2年生宫川温州蜜柑(Citrus unshiu Marc.cv.Miyagawa Wase)盆栽幼树为材料,采用土壤水分探头(FDR)实时监测土壤水分含量,控制土壤含水量为SWC30、SWC45、SWC60,SWC75和SWC90 5个处理(分别代表土壤最大田问持水量的30%、45%、60%、75%和90%),研究土壤水分对柑橘叶片氮含量、氨基酸含量和多胺(PAs)等氮代谢次生产物的影响.结果表明,缺水和水分过多都会降低柑橘叶片对氮素的吸收.游离氨基酸总量(y)随土壤相对含水量SWC(x)的增加而下降(y=-0.028 2x+12.049;R2=0.8524*;n=50);Pro含量(y)在SWC<75%处理的土壤水分条件下,与SWC(x)呈显著负相关(y=-0.015 2x+4.224;R2=0.860 5*;n=50):腐胺(Put)含量在SWC75处理时最低;亚精胺(Spd)含量随土壤水分增加呈抛物线变化,在SWC45处理时含量最高;精胺(Spin)含量在土壤水分SWC60处理时最高;Spd含量(y)与Put含量(x)之间呈显著正相关(y=0.240 4x2-51.337x+2 976.4;R2=0.858 6*;n=50);(Spd+Spm)/Put的比值(y)在SWC<75%的土壤水分条件时,与SWC(x)呈显著线性相关(y=0.011 2x+0.173;R2=0.851 8*;n=50).柑橘受土壤水分胁迫时产生的PAs对生理起调节作用的主要是Spd与Spin,(Spd+Spm)/Put的比值决定了柑橘受土壤水分胁迫影响的程度,初步提出该比值可能是柑橘响应土壤水分胁迫程度的一个潜在的敏感度指标.     

AMSR-E遥感土壤湿度产品在青藏高原地区的适用性

卫星遥感土壤湿度产品有广泛的应用前景,但其精度已引起学术界的高度关注。针对被动微波遥感反演土壤湿度的准确性问题,该文对比分析了3种国际上比较广泛关注的高级微波扫描辐射计/地球观测系统(AMSR-E/EOS)土壤湿度产品(JAXA,NASA及VUA)。首先,利用试验观测数据评价了3种土壤湿度产品的精度,分析了不同植被覆盖和降水对被动微波遥感反演土壤湿度精度的影响。结果表明:在平坦裸露地表,被动微波遥感反演土壤湿度具有较高精度,卫星降轨数据估算土壤湿度与实测值相关系数大于0.7,均方根误差小于0.16,但在高密度植被区域误差较大,相关系数小于0.7,均方根误差最大可达到0.2。然后,分析了降水发生时刻土壤湿度产品的精度,结果表明:3种产品精度均有不同程度下降,但NASA产品的相关系数仍然能够达到0.69。在此基础上,基于青藏高原土壤湿度观测网,制作了青藏高原地区土壤湿度时空分布图,对比了3种产品对青藏高原地区土壤湿度时空分布特征描述的准确性,分析了其适应性,发现NASA与VUA产品在空间分布上符合青藏高原地区土壤湿度的空间分布特征,但在土壤湿度值的变化范围上仍均存在较大误差,在具体的应用中,可以利用实测数据对产品进行线性回归校正,以消除系统性误差。该研究可为基于AMSR-E土壤湿度产品的应用与研究提供参考。     

风云卫星系列及CLDAS土壤水分产品多尺度精度验证与评价：以青藏高原那曲地区为例

对风云卫星（FY-3B、FY-3C）系列土壤水分产品和中国气象局陆面数据同化系统CLDAS-V2.0（Chinese Land Data Assimilation System Version 2.0）土壤水分产品展开精度验证与评价,旨在明确中国土壤水分产品的时空序列精度特征,以期为后续土壤水分产品精度校正与反演模型改进提供参考。验证实验在青藏高原那曲地区开展,基于那曲地区大（1°×1°）、中（0.3°×0.3°）、小（0.1°×0.1°）三个尺度观测网中观测站点0-5cm、0-10cm和10-40cm土壤水分逐日观测资料进行评价,并加入全球陆面数据同化系统GLDAS-1（Global Land Data Assimilation System Vision 1.0）Noah土壤水分产品作为对比。结果表明：（1）时序性上,CLDAS-V2.0土壤水分产品表现出良好的时空连贯性,FY系列土壤水分产品空值普遍存在,在冰冻期尤为显著。FY及CLDAS-V2.0土壤水分产品多数时间存在高估现象,在降水事件发生后和植被生长期高估尤为明显。（2）各土壤水分产品在不同尺度观测网中的统计结果一致。但相较于大中尺度稀疏测站,各产品在小尺度密集观测网的评价结果更加稳定和优异。（3）0-5cm深度,CLDAS-V2.0土壤水分产品质量整体优于FY系列土壤水分产品,FY系列土壤水分日间观测产品精度高于夜间观测产品。10-40cm深度,CLDAS-V2.0土壤水分产品精度高于GLDAS-1 Noah土壤水分产品。结果表明中国自主研制的土壤水分产品数据集质量较为稳定、可靠。     

Three-dimensional visualization of preferential flow patterns in two soils

Visualization techniques are helpful in finding spatial relationships of parameters which are otherwise difficult to detect. In this study, visualization techniques were used to examine the basis of moisture distribution patterns in a clay soil and a water repellent sandy soil. In the clay soil, spatial distributions of moisture contents and macropore networks were investigated with computed tomography (CT) images. The macropore networks were determined from CT images from a dry soil core, and the moisture content patterns from CT images after which KI enriched water was applied. Soil moisture and bulk density were investigated and measured in a water repellent sandy soil by intensive sampling of an area 1.2 m long and 0.6 m wide. The measured parameters were visualized in three dimensions using IRIS Explorer on a SGI-Indigo and a SGI-Onyx computer. The 3D computer representations showed that there exists a strong correlation between the moisture content distribution and the geometrical structure of the macropore network for a clay soil. Moisture contents higher than 30% were mostly found inside the upper part of the macropore network and lateral branches of the macropore network were significant drier than the downwards directed branches. The visualizations of the water repellent sandy soil revealed several 10 to 20 cm wide “fingers” starting around 10 cm depth at locations with the highest bulk densities.     

基于累积分布函数匹配的多源遥感土壤水分数据连续融合算法

数据融合是解决不同来源遥感数据无法直接对比分析这一瓶颈的有效方法。实时更新的SMOS土壤水分数据(soil moisture and ocean salinity)可开展实时干旱评价(2010年至今),但由于序列短无法开展频率及演变分析。CCI(climate change initiative)土壤水分数据是联合了多种主被动遥感数据合成的长序列数据产品(1979—2013年)。为提高不同来源遥感数据的融合精度,该研究基于累积分布匹配原理构建了多源遥感土壤水分连续融合算法,将SMOS和CCI融合成长序列、近实时的遥感土壤水分数据。经验证分析,累积概率曲线相关性中表征干旱的低值区纳什效率系数由0.52提高到0.99,且融合后土壤水分数据可以较准确地反映当地的干旱事件。该研究提出的多源遥感土壤水分连续融合算法显著提高了现有融合算法的融合精度。     

青藏高原冻融荒漠化退化区分布及影响因素

[目的]青藏高原由于其高海拔、气温低、冻融侵蚀强烈的特点,是冻融荒漠化的主要发生区。探究青藏高原冻融退化区分布及其原因,对该区水土保持工作和生态环境保护具有重要参考意义。[方法]选择植被覆盖度、冻融循环次数、土壤温度日较差、土壤含水量、年降水量和坡度作为冻融侵蚀因子,对2000—2019年青藏高原冻融侵蚀敏感性进行了评价,结合研究期内青藏高原荒漠化趋势,构建了一种判定冻融荒漠化退化区域的方法。[结果]2000—2019年青藏高原冻融侵蚀区总面积为1.531×10⁶ km²,中度及以上敏感性区域面积为9.131×10⁵ km²,占青藏高原总面积的35.92%。青藏高原冻融荒漠化退化区域面积约为1.113×10⁵ km²,主要分布于高原西南部,退化程度以中度退化为主,面积占比为44.35%。[结论]气温上升、湿润指数下降和净太阳辐射增强是青藏高原冻融荒漠化发生的主要自然驱动因素,高原南部部分地区由于气候条件的差异,三者发挥了相反的作用。     

基于主被动遥感数据融合的土壤水分信息提取

为改善西北半干旱地区的土壤含水率监测精度,该文选择张掖地区黑河流域为研究区,提出了一种基于主被动遥感融合数据贝叶斯网络分类的土壤水分信息提取方法。该方法依据光学与雷达遥感数据本身在反演土壤水方面的各自优势,首先利用小波变换与IHS结合的算法将TM5、4、3与ASAR数据融合,融合规则采用局部距离最大替代法,在突出融合影像细节的同时,一定程度上保留了TM数据的光谱信息。然后构建BN网络进行分类,以融合后新的R'、G'、B'分量和TM6波段作为网络的输入,输出为5个不同的类别,分别对应5个不同等级的土壤水分含量。经实测数据对融合前后分类结果的比较分析,结果表明,此方法在植被区能取得更好的效果,分类精度达到76.1%,对荒漠区效果欠佳。因此该方法在植被覆盖区对提取区域土壤水分信息是可行的、有效的。     

青藏高原温泉地区土壤黏粒含量剖面分布模式及其影响因素

以青藏高原温泉地区作为研究区域,通过野外土壤调查,获取了58个深度大于1m的土壤剖面,分析了变异系数最大的黏粒剖面分布模式及其与气候、地形、植被和成土母质等环境变量之间的关系。结果表明:青藏高原温泉地区土壤砂粒含量最大,占80%以上,但黏粒的变异系数最大;温泉地区黏粒含量的剖面分布模式可分为递减型、先增后减型、先减后增型和不规则型4类;递减型分布模式的主控因子是坡度、坡向和冷季地温,先增后减型分布模式的主控因子是暖季和冷季地温,先减后增型分布模式的主控因子是高程、地形湿度指数和NDVI,不规则型分布模式的主控因子是地形湿度指数、平面曲率和高程。研究表明,青藏高原温泉地区气候和地形因素是影响土壤黏粒剖面分布模式的决定性因素。     

干旱半干旱煤矿区土壤水分研究进展

本文重点评述了干旱半干旱煤矿区土壤水分与生态环境效应研究进展,系统总结了土壤水分运移机理与动态模拟方法。采煤塌陷会破坏土壤含水层构造并导致地下水位下降,间接改变了土壤含水率空间分布特征;露天采矿与复垦过程中机械压实导致土壤孔隙数量减少、连通性减弱,土壤水分入渗受阻;土壤重构与植被重建技术能够有效改善土壤结构,缓解土壤水分流失。在未来研究中,应进一步丰富势能理论体系、完善数值模拟技术并引入动态指标;结合干旱半干旱煤矿区环境的特殊性加强土壤水分运移规律及其机理研究;基于土壤-植被-水分间耦合关系优化调控措施,促进干旱半干旱煤矿区复垦与生态修复。     

宁夏固原云雾山天然草坡土壤电阻率和含水率的关系及其空间变异

为了解黄土区坡面土壤水分的空间分布,于2010年5月初选择宁夏固原云雾山2个典型草坡上利用多电极电阻仪法(ERT)测定了土壤电阻率的坡面空间分布。分别在长约400m的东南坡向坡面和圆丘坡面的4个长约100m坡向上设置纵向样线,并在样线上多点同步地测定了土壤含水率和电阻率,结果表明:土壤电阻率沿纵向坡面的空间连续性和变异性总体较好,阴坡半阴坡(西北、东北)的土壤电阻率小于阳坡半阳坡(东南、西南),并随土层深度增加而逐渐增大。同时,土壤电阻率随着体积含水率增大而几乎线性降低,其相关关系较好,说明利用土壤电阻仪测定值计算土壤含水率的空间连续发布是定量了解黄土坡面土壤水分空间分布非破坏性的一个适合技术途径。     

麦田土壤水分时空变异特性及CA-Markov模型模拟预报

为揭示农田土壤水分时空变异特征,精准预测土壤墒情,该研究以河北省太行山山前平原井灌区典型麦田为例,在监测土壤水分的基础上,采用时间稳定性指数法、空间自相关性评价法研究土壤水分时空分布规律,构建了适用于模拟预报田间水分时空变化的CA-Markov 模型,并将该模型的模拟预报效果与HYDRUS 模型进行比较。结果表明：随着土层深度的增加,土壤水分等值线由密变疏,变异系数逐渐减小。随着小麦生育期的推移,前期监测的土壤水分稳定性高于后期;在土壤较湿润的情况下,土壤水分空间相关性较强,土壤水分全局Moran''s I 指数随小麦生育期的推移呈现先增大后变小的规律。CA-Markov 模型模拟预报的各土壤相对湿度等级面积误差的平均值为1.61%,比HYDRUS 模型模拟预报的面积误差平均值（10.86%）小9.25个百分点; CA-Markov 模型对研究区4月下旬、5月上旬的土壤水分干旱等级预测的空间分布Kappa 系数分别为 89.31%、91.46%。该模型可综合考虑麦田墒情的时空变化及随机特性,模拟预测土壤墒情的精度较高、效果良好,可以作为麦田水分管理的重要工具。