冻融期积雪覆盖下土壤水热交互效应

为了研究季节性冻土区土壤水热时空分异特征,揭示冻融过程中的水热相互作用机理及其复杂性。在松嫩平原黑土区,以野外实测试验数据为基础,分别建立裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖处理条件下20 cm土层土壤含水率和温度的耦合模型,并通过对比模型的预测效果研究土壤水热变化的复杂程度,采用差异性分析和基于小波变换的分形理论方法定量研究含水率与温度序列的变异波动性和分维指标,进而验证不同覆盖处理条件对于土壤水热空间变异复杂性的影响。结果表明:冻结期,积雪阻碍了环境因素对于土壤水热迁移过程的影响,土壤含水率和温度的耦合效果较好,并且预测值与实测值能够较好的吻合,裸地、自然降雪、积雪压实、积雪加厚处理条件下的相对误差分别为0.42%、0.31%、0.13%和0.06%,随着积雪厚度的增加和密度的增大,含水率和温度的差异性减弱,复杂程度逐渐降低;融化期,积雪覆盖区的融雪水入渗抑制了土壤温度稳定提升,含水率出现骤然升高的现象,自然降雪、积雪压实、积雪加厚条件下的含水率变化分别为14.31%、15.90%和16.91%,土壤温度变化范围分别为-5.9~5.3、-3.6~6.9和-3.1~3.8℃,二者的互作效应减弱,并且随着积雪覆盖量的增加,土壤的水热时空迁移复杂程度逐渐增强。同时,采用基于小波变换的分形理论研究土壤含水率和温度的时间序列复杂性精度较高、结果可靠。该研究对于揭示冻土区土壤水热迁移动态规律,准确预测春播期土壤温度和墒情,合理高效地利用松嫩平原的土壤水资源具有重要的理论价值和现实意义。     

积雪与地表联合覆盖条件下冻融土壤水盐运移规律

为探索石河子灌区冻融季节积雪与地表联合覆盖条件下土壤水盐运移的变化规律,2015—2016年通过田间小区试验,进行了秸秆、地膜、活性炭3种地表覆盖和裸地对照在整个季节性冻融期土壤水盐时空动态变化规律研究。结果表明;地表覆盖比裸地具有更好的保墒、降盐效果。冻结土壤完全融通后,秸秆、活性炭覆盖出现含水量增幅的最大土层范围分别是0—30,0—40cm,反映出这2种覆盖经历冻融过程后更有利于土壤水分的保持和融雪水的高效利用;活性炭、秸秆、地膜覆盖和裸地在0—30cm土层含盐量相比初始值的增幅分别为18.08%,20.30%,30.91%,32.81%,可见活性炭覆盖下抑制盐分向上运移效果最为显著,秸秆覆盖次之;经历冻融过程,土壤水分和盐分变异性随土壤深度的增加而呈现递减趋势。     

冻融期不同覆盖和气象因子对土壤导热率和热通量的影响

为了研究冻融期不同覆盖和气象因子对土壤导热率和土壤热通量的影响,在2015年11月-2016年4月期间,设置了裸地(BL)、自然积雪覆盖(SC)、6 000 kg/hm~2秸秆+积雪覆盖(SM1)、12 000 kg/hm~2秸秆+积雪覆盖(SM2)和18 000 kg/hm~2秸秆+积雪覆盖(SM3)5种不同的处理,测定了20、40、60和100 cm土壤含水率和温度,并计算出土壤导热率和土壤热通量。研究结果发现:在土壤冻结期,土壤导热率随着土壤的冻结而增大,直至完全冻结后基本保持不变,而在土壤融化期则逐渐减小。冻融阶段,积雪和秸秆覆盖会延缓土壤导热率的变化,减小土壤导热率的变化。冻结期,裸地处理的土壤导热率最大,平均为1.55 W/(m×K);融化期,裸地处理的土壤导热率最小,平均为0.79 W/(m×K)。在冻结期,土壤热量向上传递,传递量先增加后减小;在融化期,土壤热量向下传递,传递量逐渐增加。积雪和秸秆覆盖可以减小土壤热通量及其变化。积雪和秸秆覆盖条件下的土壤热通量比裸地少4.73~8.84 W/m~2。裸地处理的土壤导热率与水汽压的相关性最好,相关系数为-0.84,与风速的相关性最差,相关系数为-0.43。积雪和秸秆覆盖条件下的土壤导热率与环境温度的相关性最好,相关系数为-0.67~-0.73,与风速的相关性最差,相关系数为-0.18~-0.25。土壤热通量与太阳辐射的相关性最好,相关系数为-0.88~-0.91,与风速的相关性最差,相关系数为-0.44~-0.53。整体而言,积雪和秸秆覆盖会减小大气环境对土壤导热率和热通量的影响。     

秸秆覆盖对冻融期土壤墒情影响试验

为了研究秸秆覆盖对冻融期土壤墒情的影响,该文设置裸地、玉米秸秆覆盖厚度为5、10和15cm的4种地表处理,进行了冻融期的土壤水分迁移试验。结果表明,冻融期秸秆覆盖的保温效应改变了土壤冻结状,使覆盖厚度15cm田块未出现冻层,覆盖厚度5和10cm地块的土壤初冻时间比裸地分别滞后16和25d,且冻层厚度较裸地减小了29和42cm。受冻融作用的影响,裸地在40cm处出现聚墒区,秸秆覆盖田块在地表处和30～50cm处出现聚墒区。冻融期内玉米秸秆覆盖厚度为5、10和15cm田块地表水分波动幅度分别比裸地减小了1.12、6.46和8.7百分点;土壤融化后其地表0-10cm土壤平均含水率分别比裸地高9.45、9.04和8.99百分点。研究成果可为季节性冻土分布区实施秸秆覆盖措施提供参考依据。     

毛乌素沙地地膜—地布覆盖下土壤水势动态

在毛乌素沙地东南缘风沙滩区进行为期1年的野外连续定位观测试验,设置3组覆垄沟渗处理,即地膜加防草地布覆垄(MB)、防草地布覆垄(DB)和无覆垄空白对照(CK)。利用MPS-6水势温度传感器监测沟表下5,15,30 cm深度30 min间隔的土壤水势和土壤温度。结果表明:(1)3组处理的土壤水势日变化均呈现余弦曲线变化特征,在5 cm土层处土壤水势日变幅较大,土壤水势值为-600～-120 kPa,呈MBCKDB;在15 cm土层处,土壤水势较高且变幅较小,变化在-180～-90 kPa,呈DBCKMB;在30 cm土层处,土壤水势保持基本稳定,MB与DB处理的水势较高,稳定在-100 kPa左右,CK较低,稳定在-285 kPa左右;(2)土壤水势年内变化存在2个低谷,主要发生在土壤水处于冻结状态的冬季和蒸发强烈的夏季;3组处理土壤水势年均值表现为:5 cm处,MBCKDB;15 cm处,DBCKMB;30 cm处,MB=DBCK,主要原因是覆盖条件下,白天土壤积温较高,夜间向上的温度梯度大,15 cm处土壤水分上移速度较快,地表膜布下积水,无膜布则蒸发,故表现为地表以下5 cm处MB水势较大,15 cm处水势较小;同时,MB条件下降雨入渗量最大,表层水分大;30 cm处MB和DB条件下,水势近似相同,但都大于裸地,主要原因是该地区降雨量较小,大部分降雨在无覆盖条件下不能下渗至30 cm处;(3)3组处理在0—30 cm土层,冻融期土壤水势受大气相对湿度及风速影响较大,非冻融期土壤水势受风速影响最大,其次是大气温度与相对湿度。试验表明5 cm土层MB保湿效果更好,而15 cm土层DB的保湿效果更好,30 cm土层MB和DB条件下水势接近,此结果可为沙漠地区固沙和植被恢复提供参考。     

宁夏龟裂碱土水盐运移及时空分布特征

为了探明龟裂碱土水盐时空分布特征,该研究对龟裂碱土水盐进行跟踪监测,分析在自然条件下土壤水盐时空分布和运移特征。结果表明:0～20 cm土壤含水率最小,变异系数最大;80～100 cm土壤含水率较大,变异系数较小。土壤全盐和碱化度变异性强,空间分布不均,0～40 cm土壤全盐和碱化度的变异系数分别为60.4%和67.6%,40～100 cm土壤全盐和碱化度变异系数较小。0～20 cm土壤全盐和碱化度最大,20～100 cm土壤全盐和碱化度逐层降低。0～40 cm土壤含水率随季节变化幅度较大,40～100 cm变化幅度较平稳,土壤含水率逐年减小。土层0～20 cm全盐和碱化度极显著高于其他土层,土层0～40 cm土壤脱盐、积盐交替,盐分变化活跃,土壤全盐和碱化度逐年呈增加的趋势。结果为龟裂碱土改良水盐调控提供依据。     

冻融期秸秆覆盖量对土壤剖面水热时空变化的影响

为了揭示季节性冻融期秸秆覆盖量对土壤剖面水热时空变化的影响,分析对比了裸地和5种不同玉米秸秆覆盖厚度(5、10、15、20和30 cm)地块的土壤剖面含水率和土壤温度等值线变化特征,采用数理统计分析方法对土壤剖面水热变化进行了统计学分析。结果表明:在季节性冻融期,裸地最大冻结深度为52 cm,土壤剖面水热变化较为剧烈,0~40 cm属于水热变化活跃层,覆盖厚度为5和10 cm时的土壤剖面水热变化活跃层分别为0~20和0~10 cm。秸秆覆盖厚度为15 cm时可平抑土壤剖面水热的变化,并能达到良好的保温效果。秸秆覆盖厚度为5 cm时,在土壤冻融作用和秸秆覆盖的双重效应下,耕作层土壤水分较其他地块高,储水保墒效果显著。当秸秆覆盖厚度大于15 cm时,土壤保墒保温效果不随秸秆覆盖量的增加而增强。从预防冻害和蓄水保墒角度出发,最佳秸秆覆盖厚度为10~15 cm。研究成果对于季节性冻土地区冬春季节农田秸秆覆盖的科学实施具有重要的指导意义。     

降雨对不同土地利用类型土壤水氮变化特征的影响

以2018年6—10月降雨条件下园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的标准径流小区为研究对象,裸地为对照,通过研究降雨对园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量与土层深度和时间的变化特征,经野外试验数据统计分析,提出降雨对园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量与土层深度和时间变化特征的影响。结果表明:降雨增加园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地土壤含水率,加速土壤总氮、硝态氮和铵态氮水解转化硝化和反硝化速度,影响土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量,降雨与土壤含水率、总氮、硝态氮、铵态氮呈显著相关性(P0.05)。降雨条件下园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的土壤含水率随土层深度增大而增大,土层深度100 cm处土壤含水率最大,分别为30.34%,27.67%,24.98%,24.03%和21.95%,总氮随土层深度增大呈先增大后减小,在土层深度为60 cm土壤总氮含量最大,分别为1.02,0.99,0.90,0.86,0.75 g/kg,硝态氮和铵态氮含量随土层深度增大而减小,在土层深度为100 cm硝态氮和铵态氮含量均最小,其中硝态氮含量分别为9.01,7.89,7.25,6.10,5.22 mg/kg,铵态氮含量分别为9.41,9.14,6.40,5.38,4.37 mg/kg。土壤含水率随时间的延长先减小后增大又减小,呈正余弦变化趋势,8月土壤含水率最大,分别为22.97%,22.01%,19.87%,19.03%和17.98%,总氮随时间的延长先增大后减小,8月总氮最大,分别为1.09,1.01,0.94,0.84,0.76 g/kg,硝态氮和铵态氮含量随时间的延长而逐渐减少,6月硝态氮和铵态氮含量均最大,其中硝态氮含量分别为13.40,12.37,11.20,10.39,8.67 mg/kg,铵态氮含量分别为18.89,17.02,14.54,12.02,8.36 mg/kg。不同土地利用类型土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮平均值与土层深度和时间关系由大到小依次为园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地,研究结果为农田土壤水肥流失控制和养分利用提供理论技术支持。     

不同植被覆盖类型黑土水分动态变化特征

采用中子水分仪定位监测方法,研究黑土区平水年大豆地、草地和裸地3种覆盖类型土壤水分变化特征.结果表明:土壤水分空间垂直动态变化随深度增加而降低,基于变异系数(CV)将土壤水分垂直变化分为4层,即水分速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层.不同覆盖类型下,土壤水循环深度依次为大豆地>草地>裸地,土壤水循环强度依次为草地>大豆地>裸地;3种覆盖类型的土壤剖面含水量在作物生长季节内呈增长型变化特征,裸地0～20 cm土层各时段土壤含水量均高于草地和大豆地;30 cm土层以下土壤水分含量依次为草地>裸地>大豆地.该区土壤储水量主要受降雨调控,3种植被覆盖类型下,土壤水分的总蒸散量依次为草地>大豆地>裸地.     

季节性冻融条件下草地入渗特性的试验研究

通过对比分析季节性冻融条件下草地与裸地入渗试验结果,得到了草地冻融条件下的入渗规律。结果表明,在冻融各阶段,地表0~40 cm深度范围内,草地地温均高于裸地,但土壤含水率低于裸地;在土壤初冻和融化阶段,草地入渗90 min累积入渗量大于裸地,但其初始入渗强度小于裸地初始入渗强度;在土壤完全处于冻结状态时,草地与裸地的入渗过程、入渗量基本相同。研究结果为草地冻融土壤入渗特性的进一步研究奠定基础,为区域水土保持与生态修复工程及季节性冻土区冬春灌溉提供参考。     

黄土丘陵沟壑区土壤水分垂直分布研究

以黄土丘陵沟壑区燕沟流域为研究对象,对流域内2006年不同类型土壤水分垂直变化进行了分析.结果表明,在实验设计条件下,不同层次的土壤水分变幅较大,坝地、梯田和坡地各层土壤含水量变化与降雨量的季节性变化呈现出较一致的趋势,而苹果地除0-100 cm外,100-200 cm随着降雨量的季节性变化出现较大波动;不同类型土地的土壤含水量变化程度不同,同一类型土地的土壤含水量变化幅度也有差异,10 cm处土壤含水量变异系数最大,随着土层深度的增加变异系数逐渐递减.根据土壤含水量变异系数分析,将不同类型土壤含水量垂直变化划分为速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层4个层次;并建立了不同类型土地各层土壤含水量变异系数回归方程.     

有机物覆盖地面对土壤物理因素影响的研究(Ⅰ)——有机物覆盖层下土壤湿度的变化

利用有机废弃物覆盖地面是在自然种植条件下调节土壤水分以促进作物生长的农业技术措施。以田间实验为基础，分析了在不同有机物覆盖层厚度下不同位置处土壤湿度的变化。与对照处理相比，有机物覆盖使覆盖带中部土壤表层的湿度显著提高，同时覆盖带具有显著的边缘效应。覆盖对土壤湿度的作用效果随着土壤深度的增加而减小，在２０ｃｍ土壤深处覆盖层对土壤湿度无显著的影响     

东北低山丘陵区季节性积雪特性研究

为探究东北低山丘陵区冬季积雪物理特性变化过程,利用超声雪深监测仪和Snow Fork雪特性分析仪采集积雪物理特性(积雪深度、积雪密度、液态含水率)数据,分析积雪深度、密度和液态含水率随时间的变化特征及其在垂直剖面上的变化过程。结果表明:主要积雪期为11月下旬至翌年2月中下旬,积雪深度与雪层温度、气温呈显著负相关关系,与降雪量呈正相关关系。积雪消融主要集中在10:00—18:00之间,且积雪消融相对于气温表现出滞后性,滞后时间约为4h。积雪初(12月1日观测),雪底层密度为0.198g/cm~3,表层为0.126g/cm~3,从底层至表层呈逐渐减小趋势。随着雪底层形成深霜,中间层5—10cm的积雪密度大于表层和底层。积雪0—5,5—10,10—15cm层平均液态含水率分别为0.308%,0.319%和0.205%,中间层最高,整体表现为单峰型。积雪液态含水率与积雪密度呈显著正相关关系(r=0.866,p0.05)。研究结果将为融雪径流形成、融雪侵蚀防治以及季节性积雪区生态系统功能评估提供基础数据。     

不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量深层变化的影响

[目的]黄土高原地区水资源短缺,探究不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量变化的影响对区域水资源优化配置理论探索具有重要意义。[方法]基于甘肃省庆阳市南小河沟径流场自然降雨条件下的实测数据资料及4种土地利用方式(农、林、草、裸)覆盖下的降雨前后观测数据,分析了不同土地利用方式下5种不同次降雨等级的土壤含水量深层变化特征。[结果](1)土壤含水量的动态变化与土地利用方式关系较为密切。在4种土地利用方式中,林地比裸地的蓄水能力好,但裸地的土壤含水量在不同等级降雨影响下的波动最大。随着土层深度的增加,表层土壤含水量对降雨的响应比较明显,中间层和深层具有一定的滞后性。(2)特定降雨条件下,土壤不同深度的水分交换存在明显的水分活跃层分界点。大雨和暴雨条件下,在40 cm土层深度处出现明显的水分活跃层分界点;中雨条件下,除了农地雨后含水量差异较大之外,其他土地利用方式下,从60 cm处开始土壤含水量出现明显的水分活跃层分界点。(3)不同土地利用方式下降雨特征因子与表层土壤含水量的关联性都最小,与中间层和深层土壤含水量的关联性都较高;4种土地利用方式中相对于裸地,林地、草地和农地对土壤水分的调控作用较...     

青海省刚察县吉尔孟地区不同厚度土壤水分研究

通过土壤含水量测定,对青海湖西部天然草地不同厚度土壤含水量等问题进行了研究.结果表明,吉尔孟厚土层和薄土层土壤含水量均呈现随深度增加而逐渐降低的趋势.在相同土壤厚度条件下,低草地土壤含水量比高草地含水量高.在植被相同条件下,厚土层含水量比薄土层的含水量高.草地厚土层在80 cm深度出现土壤干层,指示当地的土壤下部水分不足.30 cm厚度的薄土层高草地和30 cm厚度的薄土层低草地分别在21和24 cm出现了含水量低于11％的干化现象.厚土层上部30 cm含水量比30 cm厚度的薄土层含水量高12.4％.吉尔孟土壤水分的突出特点是上部含水量高,说明该区土壤水分具有在上部聚集的特点,这是该区土壤冻结期较长和蒸发及蒸腾较少造成的,土壤水分在上部聚集对草原植被生长是有利的.由于该区土壤下部水分不足,该区应该发展耐旱牧草和其他耗水较少的草原植被,不适于发展深根系耗水较多的植被.     

长江三峡山地集水区土壤水分空间变异特征

为阐明亚热带湿润气候区山地坡面土壤水分的时空变化及影响因素,以三峡库区针叶林覆盖的中山凹坡为研究对象,采用经典统计学和地统计学的方法,对2019-2020年5 m×5 m网格点监测的117个点位0-70 cm土层深度的土壤水分数据进行分析,研究了湿润和干旱条件下典型凹坡集水区内土壤含水量的统计学特征与环境因子的相关性,以及土壤含水量的空间变异特征。结果表明:(1)水平方向上,集水区内各层土壤水分均表现为中等变异(10%相似文献   

MATLAB及其在黄土丘陵区土壤水分研究中的应用

介绍了ＭＡＴＬＡＢ及其有关功能,并利用ＭＡＴＬＡＢ对宜川黄土兵陵区的空旷地、采伐地和油松林地３类不同地表植被土壤水分长期观测数据进行综合分析研究。结果表明,油松林地土壤水分含量在土层深度４０－６００ｃｍ是三者中最低的,其主要用水层在４０－６００ｃｍ之间,采伐地土壤水分在０－４００ｃｍ一般高于空旷地,４００－６００ｃｍ低于空旷地,空旷地地表土壤水分是三者中最低的。     

有机物覆盖地面对土壤物理因素影响的研究(Ⅱ)——有机物覆盖对土壤孔隙度的影响

土壤孔隙度表明土壤中空隙的体积，与含水量一起共同决定土壤中空气的含量，进而影响土壤中各种变化的进程和作物的生长。利用有机物覆盖地面可影响土壤孔隙度的变化并改善土壤的特性。通过田间实验，确定了在不同厚度有机物覆盖层下土壤孔隙度的变化。与无覆盖对照处理相比，有机物覆盖使０至５ｃｍ土壤表层的孔隙度降低，却使５至２０ｃｍ土壤层的孔隙度增加。