陇东黄土高原土壤干旱特征分析

通过对黄土高原典型残塬"董志塬"麦田不同时期土壤各层次水分含量的分析,揭示了陇东黄土高原塬区土壤干旱特征,逐月分析了干旱的季节分布以及不同季节水分在土壤各层次的分布特征。分析认为2m土层干旱概率明显高于0.5m土层,但0.5m土层重旱出现概率明显偏高,各层次干旱出现频率均未超过45%。干旱的季节分布特征表现为:3月～6月土壤水分持续减少,干旱持续发展,6月上中旬是陇东麦田最干旱的时期。小麦收获后,7月分土壤水分开始回升,7月～9月为土壤水分恢复平衡阶段,10月为土壤水分恢复平衡后相对稳定阶段。收墒期降水可以使2m土层土壤水分基本恢复到适宜状态,土壤储水主要分布在2m土层,即2m为土壤水库下限深度。8月开始,麦田中下层土壤水分运动方向发生逆转,由前期的向上运动转变为向下运动。麦田涝渍现象出现在秋季,主要出现在土壤中下层。早春和晚秋麦田重旱发生概率较低,秋季是陇东麦田土壤水分含量最高的时期,晚秋2m土层平均含水量超过早春,土壤水分于秋季恢复平衡,晚秋-早春,即越冬期降水量小于土壤蒸散量,土壤水分有一定损耗。     

黄土区小尺度坡面土壤含水率时空变异性研究

土壤含水率在水平和垂直方向上均具有高度的时空异质性,关于水平方向变异的研究取得了很大进展,而对垂直方向变异的研究较为缺乏。为掌握土壤含水率在剖面上的垂直变异特征,采用经典统计、地统计及分形分析相结合的方法,研究了黄土高原典型坡地剖面土壤含水率的时空变异性。结果表明:不同测定时间下的剖面土壤含水率均服从自然对数正态分布,在空间上均表现为中等变异性,沿土层深度方向的变化趋势均为增长型,且这种变化规律具有时间稳定性;剖面土壤含水率在整个研究区域尺度、微尺度上的半方差函数均可用指数模型进行很好地拟合,均表现出强烈的空间依赖性,并且这种规律几乎不随时间的变化而变化;不同测定时间下剖面土壤含水率在整个研究尺度上均表现出有限的自相似性,在小于2.00 m的间距尺度下具有稳定的自相似性,大于2.00 m间距尺度的自相似性比较微弱,分维数的大小与控制土壤含水率的主要过程有关;不同测定时间下剖面土壤含水率的空间自相关性基本一致,即当滞后距离小于3.20 m时为空间正自相关,大于3.20 m时为负自相关,等于3.20 m时为不相关,而在剖面土壤含水率之间的相关性达到了极显著水平。     

基于SPEI的贵州省近60年干旱时空特征分析

基于贵州省19个气象站点1960—2013年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI),通过计算各站历年逐月的SPEI指数值,统计近60年各站点出现的干旱过程,分析了贵州省历年、历年各季尺度上的干旱年际变化趋势、四季变化趋势和干旱频率,揭示了贵州省干旱发生的时空演变特征。研究结果表明:近60年来尤其是1990年以来贵州省干旱化趋势较为明显;在空间尺度上,贵州省在年和春、夏、秋、冬尺度上均有干旱发生,干旱频率较高的区域主要集中在遵义市东部地区、铜仁大部分地区、黔东南北部和习水、赤水地区;在年代际变化方面,贵州省以2009—2013年干旱最为严重,发生干旱高频区向东北部和西部转移。干旱事件的发生呈现明显的季节性和区域性,总体分布呈现从西南向东北递增的特点。     

干旱矿区废弃地重金属生境土壤种子库时空动态

通过不同季节野外调查取样和室外萌发试验,分析了干旱矿区重金属生境土壤种子库的时空动态。研究结果表明,该区域土壤种子库储量随季节变化存在差异。土壤种子库储量10月最高,5月份减小至最低。土壤种子库物种种类随时间的变化与土壤种子库储量相似;土壤中种子主要分布在0-5 m土层中,该层种子比例平均占种子库全部种子数量的76.5%。随着土层深度的增加,种子数量逐渐减少。5-10 cm土层中种子比例平均只占种子库全部种子数量的23.5%。10 cm以下土层几乎没有种子分布。     

遥感监测土壤含水率模型及精度分析

土壤含水率是决定农作物产量的最重要的因素之一.该文通过对2003年10月到2005年3月宝鸡峡二支渠灌区的土壤含水率进行实地调查,并对TM5和TM7波段数据进行归一化处理,再与参考点归一化土壤湿度指数求差后,建立遥感影像对土壤含水率的监测模型.并以2005年6月28日遥感影像为例,用建立的模型对土壤含水率进行定量反演.结果表明,反演精度可达80%以上,反演效果最好的土壤深度是0～40 cm.应用此归一化土壤湿度指数模型监测土壤含水率,可以满足灌区大范围宏观监测要求.     

基于作物水分亏缺指数的春玉米季节性干旱时空特征分析

季节性干旱是影响湖南春玉米生产最突出的气象灾害,分析其时空分布特征和发生的规律,可为湖南春玉米生产的发展和合理布局提供技术支持。该文基于湖南省96个气象站点1961－2007年地面气象观测资料,采用FAO于1998年推荐的Penman-Monteith 方法计算了参考作物蒸散量、玉米的作物需水量。考虑盈余降水对水分亏缺指数的影响,修正了的水分亏缺指数计算方法,并依据玉米的水分亏缺指数,分析了季节性干旱发生频率的时空特征。并选取不同区域典型站点分析了水分亏缺指数年代际变化特征。结果表明,湖南春玉米生长季节内干旱呈现明显的季节性和空间区域分布特征：干旱频率较高的时段主要在玉米抽雄－吐丝阶段及其后的生育阶段,且随生育期后移干旱频率明显增加,以轻旱程度为主。空间分布特征是以湘中南的衡阳及周边一带干旱频率最高,其次为湘东、湘北一带次高,湘西等地春玉米干旱频率低。各年代之间比较,以20世纪80年代干旱较严重,90年代干旱相对较轻。     

金沙江流域气象干旱与农业干旱的时空演变特征

[目的]金沙江流域作为西南高山峡谷区的重要生态区域,近年来干旱事件频发,研究其干旱的时空变化特征及传播规律对流域水资源管理、农业生产安全和生态保护具有重要的理论与实践意义。[方法]气象干旱是由于某一区域长期缺乏降水而导致的一种异常现象,而农业干旱是指土壤水分不能满足植物不同生长阶段需水量的一种不良现象。采用金沙江流域1985—2015年40个站点的气象数据及CCI土壤数据集,基于标准化降水指数（SPI）和标准化土壤湿度指数（SSMI）以及Morlet小波分析等方法探究流域内气象干旱和农业干旱多尺度时空特征、周期性变化及传播规律。[结果]（1）年尺度上,流域在气象和农业方面均存在干旱化趋势。在季节尺度上,SPI的变化趋势在4个季节存在较大差异,秋季干旱化趋势最为严重;SSMI的变化趋势没有显著的季节差异,干旱化和湿润化的趋势并不明显。在空间上,气象和农业分别在41.0%和38.5%的区域有干旱化的趋势,均分布在流域南部;41.4%和43.4%的区域有湿润化趋势,均分布在流域北部,呈现“北湿润化南干旱化”的分布格局,干旱的发生有明显的空间性和季节性差异。（2） 1985至2015年间,该流域气象干旱主要表现出9a的主周期,而农业干旱则表现为18a的主周期;2000年后干旱频率和强度增加,气象和农业均呈现出向干旱化发展的趋势。（3）从干旱发生频率上看,气象干旱主要集中在流域北部和南部,农业干旱没有明显的空间分布特性。气象干旱在春夏季高发,无旱和轻旱发生频率最高。农业干旱在夏秋两季高发,轻旱发生频率最高。（4）气象干旱向农业干旱的传播时间主要集中在1～2个月,流域高海拔地区（上游）两种干旱之间的传播时间较长,而低海拔地区（下游）的传播时间较短。传播强度具有一定的时空差异性,时间上春、夏季节干旱传播强度最大,DPI>1的区域分别占43.0%和51.0%。空间上流域北部和南部传播强度最大,农业干旱对气象变化的响应更为敏感。[结论]金沙江流域不同地区不同季节气象干旱与农业干旱发生的特征差异明显,未来应更多关注下游地区夏、秋季节的干旱变化,提高该地区的抗旱减灾能力。     

基于水分盈亏指数的四川省玉米生育期干旱时空变化特征分析

四川省地形地貌复杂多样,常年多旱灾,玉米是该省主要粮食作物之一,在粮食生产中占有重要地位,但干旱一直是制约四川省玉米生长发育和产量形成的重要因素,常年春、夏、伏旱频发重发,造成玉米年际间产量不稳定。评估四川省玉米生育期干旱状况,分析其时空变化特征,可为相关部门制定农业生产计划、防灾减灾措施以及保险部门确定保费率提供科学依据。本文利用四川省144个玉米种植区气象台站1970—2010年逐日气象数据,以水分盈亏指数作为干旱指标,分析四川省6大玉米种植区域(盆南丘陵区、盆中浅丘区、盆西平丘区、盆周边缘山地区、盆东平行岭谷区和川西南山地区)玉米生育期内干旱频率的时空变化特征及干旱发生风险度的空间分布。结果表明:从时间变化看,各区域干旱频率变化趋势不同,但大部区域从20世纪90年代后期开始明显增加,其中拔节—乳熟期干旱站均次数变化趋势除盆东平行岭谷区随年代呈下降趋势,其余各区都呈上升趋势,乳熟—成熟期干旱站均次数变化趋势盆南丘陵区、盆西平丘区及盆周边缘山地区呈明显上升趋势;从空间分布看,盆南丘陵区轻旱发生次数最高,盆中浅丘区中旱发生次数最高,盆西平丘区及盆东平行岭谷区发生干旱次数相对较低;干旱发生风险度空间分布为:全生育期干旱风险重度区主要集中在盆中浅丘区、盆东平行岭谷区大部及盆南丘陵区部分区域,拔节—乳熟期重度风险区主要集中在盆地北部及盆中浅丘区大部,乳熟—成熟期重度干旱区域分布在盆北、盆东南及盆中浅丘区部分区域。     

基于SPEI的广西甘蔗生育期干旱时空演变特征分析

干旱是影响甘蔗生产最严重的农业气象灾害之一,在气候变化背景下,甘蔗生育期干旱时空演变特征对于蔗糖生产的防灾减灾具有重要意义。该文以中国甘蔗主产区广西为研究区,利用1971-2017年气温和降水量数据,采用标准化降水蒸散指数SPEI(standardized precipitation evapotranspiration index)作为干旱指标,在充分验证其对干旱监测适用性的基础上,以甘蔗不同生育期为时间尺度,同时考虑研究区甘蔗播种期差异,分析广西甘蔗不同种植区各等级干旱时空演变特征及规律,结果发现:1)利用SPEI可以较客观的反映甘蔗生育期干旱。SPEI与甘蔗种植区典型干旱事件的时间、强度吻合度较高,甘蔗各生育期及全生育期SPEI与不同深度的土壤湿度多呈显著相关,多数通过了0.01水平的显著性水平检验。2)1971-2017年,甘蔗各个生育期多呈干旱化趋势。其中,分蘖期干旱化趋势最强,苗期次之,茎伸长期干旱化趋势最弱,工艺成熟期呈湿润化的变化趋势。3)甘蔗不同生育期干旱周期变化明显。在10～15 a时间尺度上,多有4～6个干-湿循环,5 a时间尺度下则有更多的干-湿循环交替,相较于分蘖期和工艺成熟期,茎伸长期、苗期周期变化更明显。4)甘蔗各个生育期干旱空间分布特征差异较大。甘蔗工艺成熟期干旱发生频率最高,分蘖期干旱最低,茎伸长期和苗期相当。甘蔗各个生育期均以轻旱为主,重旱和特旱发生频率较低,其中茎伸长期和工艺成熟期中旱频率明显高于其他生育期。对于甘蔗苗期和茎伸长期,桂北地区干旱发生频率高于其他地区,而对于分蘖期和工艺成熟期,桂中地区干旱发生频率较高。     

基于多时相土壤线一致性修正的土壤含水率反演

传统上依赖改进型垂直干旱指数（modified perpendicular dryness index,MPDI）进行土壤水分反演时每个时期的影像反演都需要依赖于地面实测数据进行校准。为降低土壤含水率反演对实测数据的依赖,该研究利用2020—2021年间的哨兵2号卫星数据,分析了近红外与红光波段特征空间中土壤线斜率的变化及其影响因素。并推导了土壤线斜率变化对土壤含水率反演的影响,揭示了MPDI反演土壤含水率时每期都依赖实测数据校准的根本原因,最终提出了一种土壤线一致性修正方法。基于这种修正,该研究构建了一个能够多时相比较的再修正干旱指数（re-modified perpendicular drought index,RPDI）。结果表明,经过统一率定的RPDI与土壤含水率的回归方程在不同时相的影像上均适用,反演结果显示了良好的精度,率定集决定系数R²为0.49,无偏均方根误差为2.88%,验证集决定系数R²为0.54,无偏均方根误差为3.05%,与MPDI每期单独构建回归方程反演相比,RPDI基于统一方程反演与其保持了相近的精度水平,极大减少了在遥感土壤含水率估算中对地面实测数据的依赖,有效提升了遥感技术在土壤水分监测中的应用价值。研究可为光学遥感数据在大范围连续土壤水分反演领域的应用研究提供参考。     

减缓丘陵红壤旱地季节性干旱影响的综合配套技术

阐述了低丘红壤地区季节性干旱的特点,提出了一些减缓季节性干旱影响的农业综合配套技术和建议。试验结果证明,在丘陵缓坡地下部打井、建蓄水池、营建农田防护林、等高种植、修梯田、轮作、覆盖和施用有机肥等有明显的增产效果。     

墒情监测取样方法的研究

该文对北京通州区辖800多km²范围内3 022点的土壤墒情测量数据进行了统计分析,验证了土壤墒情符合对数正态分布,给出了计算类似区域合理取样数目时的估值方法,目的是以合理的取样数目和适合的取样方法指导区域性墒情（旱情）监测站点的建设。同样,以北京昌平一个农场的墒情分布,给出了计算类似地块合理取样数目时的估值方法,以此来指导节水灌溉。     

连续干旱条件下黄土高原几种人工林存活能力分析

近年来黄土高原地区的连续干旱气候对该地区的林木生长造成威胁,一些地方出现了树木干梢或成片林死亡的现象。以位于黄土高原典型半干旱丘陵区绥德县辛店沟的油松、侧柏、榆树和柠条人工林为研究对象,测定分析了0～9.9m深土层的土壤含水量,以探求不同树种在连续干旱条件下的存活能力。结果显示,油松存亡的临界土壤湿度在4.5%～5.2%之间,对应的临界相对湿度27.6%～31.9%;榆树存亡的临界土壤湿度在5.2%～5.8%之间,临界相对土壤湿度31.9%～35.6%;侧柏和柠条土壤湿度分别为4.3%和4.2%,相对湿度分别为26.4%和25.8%,但二者还在正常生长。     

墒情监测与预测预报方法研究进展

就墒情监测与预测预报方法研究进行了阐述,分析了墒情监测的意义以及国内外在墒情监测方面的研究动态,重点分析了土壤墒情预测预报模型和各自适用的条件以及各模型应用的不足,同时也分析了土壤墒情监测与预测预报方法研究对促进我国农业灌溉水资源高效利用的重要意义,为我国墒情监测的研究提供一定的理论参考。     

东北黑土区地域界定及其水土保持区划探析

针对陕北1997—2001年连续5a干旱,通过对陕西省绥德县各种植物存活、生长情况实地调查,取样测定各层土壤水分含量,分析了该区干旱的因素。结果表明,该区土壤水分极低,干层加大,土壤干化严重,草地、农耕地0—100cm以内土壤含水量均低于4.2%,林地0—180cm内仅3.6%,刺槐林地0—500cm平均仅4.2%。导致植物大片死亡,农作物减产,有的作物不能适时播种甚至绝收。调查发现一些植物如侧柏、枣树、柠条、臭瓜、绿豆、高粱等表现出高度的耐旱特性。为今后防旱抗旱、退耕还林(草)及作物布局和品种的选择提供借鉴作用和科学依据。     

科尔沁地区不同类型沙地土壤水分的时空异质性

应用半干旱区科尔沁沙地2006-2010年5-9月份土壤水分定点观测资料,研究农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分的时空变异性。结果表明:2006年5月-2010年9月,(1)农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分都在7月份最高;农田7月份土壤水分与5、6月份的差异显著,沙质草地7月份的与8、9月份的差异显著,而固定沙丘7月份的与生长季其他月份的都有显著差异;(2)3个样地土壤水分随年份有逐渐增加的趋势;(3)农田、沙质草地和固定沙丘0-160cm平均土壤含水量分别为20.69%,7.63%,3.61%,农田土壤水分明显高于沙质草地和固定沙丘,而且3种样地间土壤水分差异显著;(4)3个样地土壤水分随土层厚度增加呈"先增加后减少,最后又增加"的趋势;农田0-20cm土壤水分与20-40cm,40-60cm,120-140cm及140-160cm的差异显著;沙质草地0-20cm土壤水分除与140-160cm有显著差异外,与其他土层均无显著差异;固定沙丘土壤水分只有100-120cm与140-160cm的差异显著;(5)研究区降雨的季节分配极不均匀,主要集中在4-10月的生长季,占全年降雨量的92.58%;0～5mm降雨占全年降雨事件的73.29%,但其降雨量只占全年降雨量的25.1%;降雨间隔期以0～10d为主,占全年无降雨期的37.6%;0～10d降雨间隔期出现的频数最高,占全年间隔期频数的86.9%;(6)当土壤水分较高时,其变异性会随着土壤水分的增加而减小,而当土壤水分较低时,其变异性随土壤水分的增加而增加。     

一种基于NIR-RED光谱特征空间的干旱监测新方法

土壤水分作为干旱监测的重要指标,一直是干旱遥感监测研究的重要内容。本研究利用MODIS数据的EVI、红波段反射率、近红外波段反射率数据构建了基于Nir-Red反特率光谱特征空间的EPDI模型进行土壤水分的反演。利用野外同步测量数据对PDI、MPDI、EPDI三种干旱指数模型获取的拉萨河流域土壤水分进行了验证和对比分析,研究结果表明EPDI能够更准确地反演土壤水分,其样本点的相对误差仅为0.1040,线性相关系数为0.9181,反演精度相比PDI、MPDI(0.1646、0.1472)分别提高了36.83%和29.35%,为利用遥感影像数据进行大尺度的干旱动态监测提供了新途径。并且相比MPDI,EPDI模型参数更容易获取,模型构建受人为因素影响小,从而为模型的大范围推广提供了可能,具有很好的应用意义。     

宁夏半干旱地区梯田土壤水分动态变化规律研究

水平梯田是控制坡耕地水土流失和实现旱作区农业高产与稳产的根本措施之一,我国梯田建设已有几千年的历史,在分析和总结现有资料的基础上,对彭阳县水平梯田土壤水分的时空变化规律进行定点观测,分析,阐述梯田土壤水分季节变化的4个时期和垂直变化的3个层次变化规律。提出了不同时期梯田的水分情况为作物栽培提供依据。