滴灌条件下水土温度对覆砂土壤水热运移影响的数值模拟

为探究滴灌条件下水温与土温对覆砂土壤水热运移规律的影响,基于HYDRUS-2D构建了不同水土温度土壤水热运移数值模型,模拟分析了不同水土温度对覆砂土壤水分、温度动态变化的影响。结果表明:灌溉水温对土壤水热分布影响显著,随着温度升高,土壤湿润体内含水率减小,表现为35℃水温20℃水温5℃水温,灌溉水温对土壤剖面温度分布也有较大影响,表层0—15 cm范围内温度变化了5～10℃。相同水温条件下,随着土壤温度升高,土壤饱和导水率增大,湿润土体内体积含水率减小,表现为30℃土壤温度15℃土壤温度5℃土壤温度。滴灌水平和垂直湿润锋运移距离随温度升高而增大,湿润锋运移距离与时间符合幂函数F=at~b,决定系数R~2介于0.977 4～0.999 6,并建立了水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间和温度的关系模型。以期为西北干旱地区砂石覆盖生态农业的合理补灌提供理论指导。     

土壤系统分类中土壤水热状况的确定方法及应用研究——以山西省为例

土壤温度和水分状况作为表征土壤特性的重要参数,在土壤系统分类中是某些分类单元划分的重要依据。而现有的土壤水热状况估算方法存在数据不易获取、计算过程复杂等问题,在野外土壤调查及土壤系统分类工作中的适用性不强。本文提出一个基于气象数据的土壤水热状况快速估算方法,并结合山西省实地调查的75个剖面数据,对其在土壤系统分类中的应用进行探讨,以期为区域野外土壤调查及土壤系统分类工作提供借鉴和参考。结果表明:1基于气象数据的土壤温度估算方法在山西地区具有较好的适用性,其估算结果能代替土壤温度实测值来研究该区域的土壤温度状况;2基于气象数据的土壤水分状况估算结果仅适用于不受地下水影响的地带性土壤水分状况的确定,而对于受地下水影响的区域需根据土壤所处的实际水分环境状况进行分析和判定;3土壤水热状况在中国土壤系统分类中的分选性强,在野外土壤调查及土壤系统分类时,应特别注意区域土壤水热状况的差别。     

气候变化对秦岭南北植被净初级生产力的影响(Ⅰ)——近52年秦岭南北气候时空变化特征分析

根据秦岭南北54个气象站1960—2011年逐日数据,利用FAO Penman-Monteith公式计算各站的潜在蒸散量和湿润指数;采用样条曲线插值法(Spline)、气候倾向率、相关分析等方法对该区气温、降水、潜在蒸散和湿润指数的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行分析。结果表明:1)秦岭南北多年平均气温由北向南逐步上升,1993年是气温变化的转折点,1993年以前秦岭以南地区降温更明显,1994年起绝大部分站点气温显著(P<0.01)上升,秦岭南北无明显差异;2)多年平均降水量由南向北递减,1995年以前各区降水量均表现出下降趋势,秦岭以北地区降水量下降更明显,1995年以后70%以上站点降水量增多,秦岭以北地区有变干趋势,秦岭南坡微弱变湿,其余地区整体升降趋势不明显;3)潜在蒸散量呈东高西低的分布格局,各子区蒸散量呈现较为一致的下降趋势(P<0.05),但无明显转折点,秦岭以南的广大地区相对于秦岭以北蒸散量下降更明显;4)湿润指数由南向北递减,秦岭以北地区以暖干化为主,而秦岭以南以暖湿化为主,季节尺度上,4个子区表现出的变化规律较为一致,春季和秋季绝大部分站点的湿润指数呈下降趋势,而夏季和冬季则以上升趋势为主;5)湿润指数与日照时数、最高气温、平均气温和蒸散量呈显著水平(P<0.01)的负相关关系,与最低气温和风速相关关系不显著,降水量和空气湿度的增加会对湿润状况的改善起到正向作用。     

河北省秦皇岛市石门寨区域土壤系统分类

为推广应用中国土壤系统分类 ,本文对自然地理野外实习基地—河北省秦皇岛市石门寨区域的土壤进行系统分类研究。结果如下 :土壤诊断层有淡薄表层、水耕表层、雏形层、水耕氧化还原层、粘化层 ,诊断特性有砂质沉积物岩性特征、石质接触面、半干润土壤水分状况、湿润土壤水分状况、人为滞水土壤水分状况、氧化还原特征、冷性土壤温度状况、温性土壤温度状况 ,土壤类型归属为人为土纲、淋溶土纲、雏形土纲和新成土纲。并与原土壤地理发生分类进行参比及总结地理分布规律     

土壤水热状况与土壤系统分类

讨论了气象资料与土壤水热状况的关系及其转换。就吉林省而言,土壤水分状况可分为5个区域;土壤温度状况除个别地区外,主要属冷冻土壤状况。可为土壤系统分类提供较确切的土壤水热数据。     

黄土高原水蚀风蚀交错带水分和密度对人工草地土壤呼吸的影响

为研究黄土高原水蚀风蚀交错带不同水分与密度处理的人工苜蓿和沙打旺草地土壤呼吸特征,分析了人工草地土壤呼吸对水分和密度的响应及其与环境因子的关系。结果表明：水分增加能够显著促进黄土高原水蚀风蚀交错带人工草地土壤呼吸速率（P〈0.01）,土壤呼吸对不同密度处理的响应特征因草地植被类型不同而异,土壤呼吸速率的季节变化对水分增加和密度响应不敏感。土壤水分是土壤呼吸的限制因子,土壤温度与土壤呼吸速率在6-7月份（旱季后期）相关性不明显,8月份后（雨季）相关性增强。土壤呼吸与表层土壤水分和温度有着显著的耦合关系,加水减弱了苜蓿草地土壤呼吸对水分和温度的依赖,而未改变沙打旺草地土壤呼吸对表层土壤水分和温度的依赖。     

宁夏山地土壤的发育规律及系统分类研究

为全面了解宁夏山地土壤的发育特性及其系统分类归属,基于宁夏土系调查项目挖掘的典型剖面,选取10个发育在宁夏贺兰山山地(剖面编号为3、11、13、14和108)和六盘山山地(剖面编号为73、82、119、120和121)的土壤作为研究对象,结合剖面形态特征和理化性质,尝试对山地土壤的发育特征和系统分类归属进行研究。结果表明:(1)发育在宁夏的10个山地土壤高级单元归属为新成土、雏形土、淋溶土和均腐土等4个土纲,正常新成土、干润雏形土、湿润雏形土、冷凉淋溶土、湿润均腐土等5个亚纲,干旱正常新成土、简育干润雏形土、暗沃干润雏形土、冷凉湿润雏形土、简育冷凉淋溶土、斑纹湿润均腐土等6个土类,石灰干旱正常新成土、普通简育干润雏形土、普通暗沃干润雏形土、暗沃冷凉湿润雏形土、普通简育冷凉淋溶土、斑纹简育湿润均腐土等6个亚类,续分为10个土族,包括粗骨砂质硅质混合型温性—石灰干旱正常新成土,粗骨砂质长石型温性—石灰干旱正常新成土,壤质长石混合型石灰性冷性—普通简育冷凉淋溶土,砂质硅质混合型非酸性冷性—斑纹简育湿润均腐土等,10个供试剖面在土族完全分异,因而续分为10个土系,包括葡萄泉系、一堆系、滚钟口系、六盘山公园系、绿塬腰系等10个土系。(2)海拔对宁夏山地土壤的发育特征有着明显影响,表现为随海拔升高:腐殖质积累过程逐渐明显、土体淋溶过程加剧、土体石灰反应逐渐减弱直至消失;土壤水分条件逐渐改善,处于高海拔位置的山地土壤土体底部有弱氧化还原反应发生,形成铁子和铁锰胶膜;土壤pH逐渐减小,土壤酸碱性发生一定的变化。(3)受成土环境和成土因素的作用,土壤发育规律在诊断特征上的反映为随海拔高度的抬升呈现一定的垂直分异规律,其中诊断表层由淡薄表层演变为暗沃表层;土壤水分状况经干旱/半干润土壤水分状况向湿润土壤水分状况演化;土壤温度状况由温性土壤温度状况变为冷性状况。     

干湿交替条件下稻田土壤氧气和水分变化规律研究

在水稻高产栽培技术中,为合理利用水资源,改良土壤通气性,干湿交替灌溉技术已广泛应用。干湿交替灌溉技术的核心是协调土壤水分与氧气之间的平衡。本研究采用大田试验,在水稻生育后期进行干湿交替处理,同步监测稻田5 cm土层土壤氧气、水分及温度的变化,以探讨稻田土壤氧气和水分运移变化规律及其互作关系,为进一步揭示干湿交替灌溉技术的内在生理机制奠定基础。研究结果表明,干湿交替条件下,稻田土壤含水量处于饱和状态时,基本监测不到土壤含氧量;而稻田土壤在慢慢变干的过程中,5 cm土层土壤体积水分含量逐渐降低,土壤氧气含量逐渐升高。在花后19 d、24 d、29 d,当5 cm土层土壤体积含水量分别下降为25.4%、25.1%、24.7%时,土壤含氧量则分别上升到17.5%、17.4%、17.4%。在水稻生育后期不同阶段,土壤氧气含量的日变化呈现先降低再升高的趋势,谷值一般出现在14:00—15:00之间;土壤含水量随时间呈波动式逐渐降低的变化趋势;土壤温度呈现先升高后降低的趋势,峰值一般出现在15:00—16:00之间。从上午8:00到下午17:59,当土壤温度升至峰值时,土壤水分含量较低,而土壤含氧量开始升高。水稻开花期、灌浆期和成熟期的土壤氧气含量与土壤含水量均表现出极显著负相关关系,土壤温度与土壤水分间呈显著负相关关系,而土壤氧气与土壤温度之间无显著相关关系。说明干湿交替条件下,水稻生育后期稻田土壤中的水分和氧气含量存在一定的此消彼长的关系。因此,通过适度的干湿交替管理措施,可在一定程度上调节水稻根系周围的土壤水分和氧气的平衡。     

四种不同母质发育的红壤水分状况研究

在相同的地形和气候条件下,研究了我国东南部地区红砂岩、花岗岩、玄武岩和第四纪红粘土发育的4种典型红壤水分状况及其透水性能。结果表明,4种红壤的持水和透水性能存在不同程度差异,其原因是不同成土母质的土壤机械组成、土壤结构的变化造成的。除玄武岩和红砂岩发育红壤的某些层外,其他土壤各层的土壤渗漏量不随时间变化而变化。4种土壤含水量的年动态变化一般可划分为3个时期:土壤湿润期、土壤水分耗竭期和土壤水分恢复期,但不同年份的时间划分也不尽相同。     

梭梭和沙拐枣对风沙土壤水热盐动态的影响

为揭示塔克拉玛干沙漠公路防护林不同植物类型下土壤水热盐运移规律,于2015年5—9月采用CS656土壤水热盐三参数传感器对防护林内梭梭和沙拐枣根区土壤水分、盐分和温度进行实时监测,分析了气温与土壤温度的相互关系和土壤水盐动态变化规律。结果表明:(1)梭梭和沙拐枣根区土壤温度基本一致,气温与土壤温度呈极显著相关(p0.01),各土层间土壤温度相关性随深度的增加逐渐减弱;(2)受灌溉制度影响,防护林土壤水盐呈现出明显的周期性变化规律,梭梭和沙拐枣根区土壤水盐动态变化趋势相似。在垂直方向上呈单峰曲线,其峰值分别位于30,10cm土层处。其中,梭梭林下土壤可分为水分速变层、弱变层和稳定层3个土壤层次,而沙拐枣林下土壤可分为水分速变层和弱变层2个土壤层次;(3)灌溉后土壤湿润体均呈"半椭球形"分布,梭梭和沙拐枣根区土壤灌溉水影响深度分别为60,150cm,而土壤盐分呈"表聚型"分布,但尚未造成土壤盐渍化(1.0 mS/cm);(4)6—9月份梭梭根区土壤平均贮水量(116.34mm)略大于沙拐枣(100.99mm),土壤水分亏缺明显,都大于270mm。     

Geostatistics-based spatial distribution of soil moisture and temperature regime classes in Mazandaran province,northern Iran

Soil moisture regime (SMR) and soil temperature regime (STR) classes as soil classification criterions are required by US Soil Taxonomy because they affect genesis, use, and management of soils. The lack of sufficient soil moisture and temperature data requires the characterization of the pedoclimate on the basis of climatic data processed by simulation models. This research was conducted to consider the new approach for SMR and STR mapping. The objectives of this study were to compare the four interpolation schemes including ordinary kriging (OK), cokriging (Co-K), inverse distance weighting, and conditional simulation for interpolating the monthly mean total precipitation (MMTP) and monthly mean air temperature (MMAT) and to apply the Java Newhall simulation model for the MMTP and MMAT predictive values at each node of 1 km² grids across the Mazandaran province, northern Iran, for delineating the SMR and STR classes. The semivariogram analyses showed moderate to strong spatial dependence of data sets. The accuracy of interpolators varied within months for both MMTP and MMAT data sets. In most cases, OK and Co-K methods had the highest accuracy with lower mean error, root mean square error, and higher concordance correlation coefficient. The predictive maps show high diversity of SMR classes including Aridic, Ustic, Udic, and Xeric. The STR classes comprise Mesic, Thermic, and Cryic regimes. Results herein indicated that geostatistical approaches can potentially provide the opportunity for mapping of SMR and STR classes in data scarce regions.     

四川省土壤温度状况空间分布特征

土壤温度状况(STR)在现代土壤系统分类中是确定土壤分类单元的重要诊断特性。利用四川省160个气象站点的多年年均和月均地面气候资料与数字高程模型数据,分析不同气象因子与地形因素对土壤温度(土温)的影响,然后以显著影响的因子为辅助变量,采用回归克里格法预测四川省STR的空间分布,依据中国土壤系统分类高级与基层分类划分标准中有关STR的定量诊断指标,对四川省STR及其空间分布特征进行分析。结果表明,气温、经度、纬度与海拔对土温有显著影响,在高级分类划分标准下,四川省STR以热性、温性、寒性为主,部分区域为永冻、冷性、高热;在基层分类划分标准下,四川省STR以热性、温性、冷性为主,部分地区为高寒性、近寒性、亚寒性、高热性。四川省STR分析为四川土壤系统分类与土壤资源的合理利用提供了科学依据。     

1959-2009年秦岭山地气候变化趋势研究

以秦岭山地39个气象站点1959—2009年近50a来的气温、降水资料为基础,分析研究了秦岭南北坡半个世纪气温与降水的变化趋势及特征。结果表明:(1)近50a来研究区气温总体上呈增加趋势,北坡气温倾向率为0.24℃/10a,南坡为0.15℃/10a;20世纪80年代中期以后,年均温呈极显著的增加趋势,特别是北坡地区气温倾向率高达0.74℃/10a,1993年后秦岭地区气候暖化趋势显著。(2)近50a来除夏季季均气温呈微弱的减少趋势外,研究区春、秋、冬3季均温均呈极显著的上升趋势(p<0.01),尤以冬、春两季平均气温上升更为显著;但1983—2009年27a间秦岭夏季气温呈上升趋势。(3)在50a尺度内秦岭北坡年均降水量在增加,而南坡年均降水量在减少,导致南北降水量差值减少;但近15a来秦岭南北坡年均降水量均有所增加,且北坡降水量增加速度更快(230.4mm/10a),说明秦岭北坡地区气候有暖湿化趋势。     

陕西省土壤有机碳密度空间分布及储量估算

土壤有机碳是反映土壤质量以及土壤缓冲能力的一个重要指标,对于温室效应与全球气候变化具有重要的控制作用。研究以陕西省第二次土壤普查数据为主要资料,结合多年的相关研究数据,对陕西省土壤碳密度及储量进行估算,并分析了陕西省土壤有机碳密度的空间分布特征。结果表明:榆林、延安地区北部以及商洛等地区分布的风沙土、黄绵土、石质土等土壤有机碳密度最小,小于4 kg m-2;陕西南部地区的土壤有机碳密度主要在4~9 kg m-2之间;咸阳地区及渭南地区土壤有机碳密度也较高,主要在9~12 kg m-2之间;关中地区渭河及其两岸、秦岭部分山区土壤有机碳密度最大,最高达30 kg m-2以上;陕西省平均土壤有机碳密度为6.87 kg m-2,在全省的22个土壤类型中,有13个土壤有机碳密度低于全国平均水平,占全省土壤总面积的77.42%,全省土壤有机碳储量约为1.41×1012kg。本研究为我国土壤碳库和碳平衡的研究提供基础数据。     

基于TVDI和气象数据的陕西省春季旱情时空分析

陕西省居于中国腹地,受干旱影响严重,开展遥感旱情监测工作,认识旱情的时空特征具有重要的现实意义。利用MODIS产品MOD11A2和MOD13A2构建NDVI-Ts特征空间,获取陕西地区温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI),在利用土壤湿度和气象指数验证了TVDI反映旱情有效性的基础上,以TVDI为干旱指标分析了2000—2015年陕西省春季(2—5月)旱情的时空变化特征。结果表明:(1)土壤相对湿度和降水量与TVDI均呈负相关,TVDI对降水量存在一定的滞后性;(2)近16年来,陕西省年年有旱,但春季旱情总体呈逐年减轻的趋势,年内2—5月旱情会逐渐加重;(3)空间上,近16年来陕西省春旱较为严重的地区主要分布在陕北北部以及关中东北部,而陕北南部、关中西南部及陕南地区旱情较轻。     

河南雨养农业区土壤水分与气候变化的关系

利用河南省8个农业气象观测站1981—2005年的气象和土壤水分观测资料进行分析，结果表明：①河南省近25a来的年平均气温以0.05℃／a的速度上升，年降水量变化不明显；②土壤水分与气温呈极显著的负相关关系，而与降水呈极显著的正相关关系。得出：受气候变暖的影响，近25a来河南省雨养农业区土壤水分呈明显下降趋势。     

河北省土壤温度与干湿状况的时空变化特征

土壤温度和干湿状况是表征土壤特性的重要参数,在土壤系统分类中作为诊断土壤某些亚纲、土类及亚类划分的参考依据。基于河北省142个气象观测站1951—2010年的日值气象数据,利用GIS空间分析技术,对河北省近60年的土壤温度和干湿状况的时空变化规律进行了分析。结果表明:(1)1951—2010年的平均土温和平均干燥度指数呈现上升趋势,且1981—2010年的上升速率均高于1951—1980年。(2)河北省主要有冷性和温性两种土壤温度状况,与1951—1980年相比,1981—2010年的温性土壤向北有所移动,移动的距离和面积大约为14.26 km和5 665 km2。(3)河北省的土壤干湿状况分布具有明显的地域差异,地表干湿状况可分为湿润、半湿润和半干旱三个等级;东部和北部区域气候湿润状况优于西部和南部,也间接表明了土壤的干湿分布状况。该研究结果为土壤系统分类定量化的诊断特性取代传统土壤分类中的地带性概念提供参考。     

秦岭气候分界指标时空变化特征及指示意义

秦岭不仅是中国南北方地理—生态过渡带,也是中国重要的自然、经济和农业区划界线。在当前秦岭气候增暖背景下,再识别气候分界指标时空变化规律,对科学进行自然区划实践具有重要指导意义。为了明确这一气候特征,基于秦岭山地1970—2020年126个气象站点降水、气温观测资料,选取年降水量、1月和7月均温指标,采用薄盘样条插值、趋势分析方法,对研究区年降水量、1月和7月均温时空特征进行分析,进而选择秦岭太白山、伏牛山剖面探讨气候分界指标高度的趋势变化。结果表明:(1)薄盘样条插值可获得精度较高的年降水量和1月均温序列,相关系数为0.712～0.919; 误差分析表明,7月均温插值较观测值偏差为2～3℃,得到秦岭山地7月均温校正系数为0.893,经校正插值结果显著改善(误差缩小3～6倍);(2)时空趋势上,近51 a秦岭山地东部“暖干化”、西部“暖湿化”,秦岭北部、西部增暖显著(p<0.05);(3)年降水量800 mm高度变化呈“东西反向”,1月0℃和7月25℃高度变化呈“东西同向”,西部平均速率大于东部,如年降水量800 mm高度(西部:-166 m/10 a,东部:49 m/10 a)和1月0℃高度(西部:70 m/10 a,东部:37 m/10 a);(4)1970—2020年秦岭气候分界指标位置高度沿山地呈上升或下降变化,但在2010s(2010—2019年)时段,气候分界指标位置高度北坡为800～1 400 m、南坡为800～1 300 m均未越过秦岭主脊,秦岭山地气候分界作用仍具有稳定性。     

中国年均地温的估算方法研究

年均地温是土壤重要的物理性质,对区域农业生产有着重要意义。对中国1981—2010年间895个气象站的地面气候资料进行整理,按全国一级标准耕作制度分区分析。结果表明:各区5~40 cm内各深度年均地温均高于相应气象站点的年均气温。同一分区内,各气象站点5~40 cm年均地温随深度增加未表现出相同的变化规律;不同深度的年均地气温差平均值在5~20 cm深度范围内变化≤0.1℃,在20~40 cm深度范围变化较大,个别分区达0.4℃。各分区之间比较,5~40 cm年均地气温差平均值存在地域差异性:自北向南,年均地气温差平均值表现为先减小后增加的变化规律;自东向西,纬度接近的分区年均地气温差平均值逐渐增大;不同分区年均地气温差平均值的变化较大,20 cm深度为1.4~3.9℃,40 cm深度为1.1~4.3℃。利用回归方程法和年均地气温差平均值法,在各标准耕作制度一级区分别建立年均地温估算公式,回归方程法的准确性高于年均地气温差平均值法,但青藏高原区和内蒙古高原及长城沿线区的估算公式未达到很好的估算效果。对各分区5、10、15、20和40 cm年均地温观测数据完整的262个气象站的数据进行分析表明,5~40 cm深度范围内,多数分区年均地温每5 cm变化量的均值≤0.1℃,20~40 cm深度的变化量更小。对于单一估算点,其40 cm和50 cm年均地温的最大差距≤0.4℃,所以,在中国土壤系统分类中,可以考虑用40 cm的地温代替50 cm的地温。     

河南省境内以淮河为界的南北气候变化差异分析

选取河南省9个观测站1954-2007年的气候资料,基于ArcGIS等软件,利用数理统计分析、线性回归等方法,分析了河南省境内受淮河影响的气候变化差异及对全球气候变化的区域响应特点。结果表明:河南省境内的南北气候分界线为淮河最大的支流沙颍河和秦岭东部分支所连成地带即34°40′-34°50′N。分析期内南、北部总体上呈增温趋势,但具有阶段性特点,60年代以前持续升温,60年代-80年代中期为降温时期,80年代中期后,南、北部同时开始剧烈升温。在80年代以前南、北部的年降水量均递减,80年代北部骤减、南部骤增,90年代以后南、北地区均增多。80年代为气候突变时期,90年代至今,保持高温多雨水特征,南北温差不断增大。