青海湖流域生长季土壤水分空间分布特征研究

【目的】土壤水分作为水文循环过程的重要环节,是影响青藏高原生态环境演变的关键因素之一。青海湖是维系青藏高原东北部生态安全的重要水体,了解青海湖流域土壤水分空间分布特征对于维护区域生态系统稳定具有重要意义。【方法】本研究基于2019—2021年7～8月青海湖流域75个采样点的土壤水分实测数据,分析了不同植被类型和海拔高度的土壤水分空间分异,辨识了不同深度土壤水分变化的主要影响因素。【结果】结果表明：(1)青海湖流域土壤水分平均值及其变异系数在垂直方向上均随深度增加而减小,深层(60～100 cm)土壤水分空间分布更均匀。(2)不同植被类型和海拔高度下的土壤水分垂直分布表现出不同的特征。四种典型植被类型土壤水分平均值由高到低依次为高寒草甸、灌丛、高寒草原、温性草原;除高寒草甸土壤水分平均值随深度增加逐渐减小外,其余三种植被类型均呈先增大后减小趋势。土壤水分随海拔升高而增大,3 600 m以上地区土壤水分变异系数呈“W”型变化。(3)不同环境条件下土壤水分变化的主要驱动因素各不相同。高寒草原和温性草原土壤水分受气温影响较大,两者在60～80 cm深度同气温相关系数分别为-0.509和-0.7...     

若尔盖湿地土壤特性空间变化研究

若尔盖湿地是青藏高原高寒湿地生态系统的典型代表,近年来湿地急剧萎缩和退化。根据若尔盖湿地分布特点,采用野外调查和室内试验分析相结合的方式,对在6个样区采取的349个土壤样品进行测试分析,研究若尔盖湿地土壤质地、土壤水分、养分空间特性变化,探讨湿地生态系统演化对土壤状况的影响。研究结果表明:若尔盖湿地土壤质地变化在空间和垂向上差异较小,花湖地区主要为壤土,纳若桥、达水曲、排水沟、哈丘湖为砂壤土,喜马拉也地区则为壤砂土。土壤pH值的变异系数最小,空间变异性相对较弱,有机质的变异系数相对较大,其次为速效磷和速效钾;有机质从表层到80 cm处呈降低趋势,有机质含量花湖纳若桥排水沟哈丘湖达水曲喜马拉也。不同区域的土壤水分特征曲线Van Genuchten模型参数差异显著,喜马拉也和达水曲区域的A和n值明显高于其余区域,土壤水分持水性能较弱。研究结合不同区域的土壤性质、水分及养分特性变化,对若尔盖未来湿地保护和管理的重点方向和区域进行指导和建议。     

基于PDI的湖北漳河灌区土壤含水量遥感监测

选择湖北漳河灌区作为研究区域,利用经过大气校正的Landsat ETM+近红外(NIR)、红光(Red)波段反射率建立NIR-Red光谱特征空间,计算垂直干旱指数(PDI),并与5~20 cm实测土壤水分数据相比较,结果表明:模型观测值与实测土壤水分的相关系数为0.76,其变化曲线和实测土壤水分变化趋势保持一致。NIR-Red光谱特征空间法具有比较明确的生物物理意义,能够反映地表覆盖、水热组合及其变化。建模简单实用,易于操作和获取,适宜于在南方湿润地区土壤水分快速监测中推广应用。     

裸岩石砾地覆土厚度对土壤水分的影响

覆土厚度与土壤水分的关系密切,直接影响到土地的整治与利用效果。设置一试验小区,在分析土壤水分的时间动态分布特征及空间变化特征的基础上,研究了裸岩石砾地不同覆土厚度对土壤水分的影响。结果表明:覆土厚度在50 cm以内时,土壤水分的时间变异性较大,土壤水分随土层深度的增加而增加,覆土厚度对表层土壤水分含量影响较大;覆土厚度超过50 cm后,土壤水分含量相对稳定,时间变异性较小,土壤水分随土层深度的增加呈先增大后减小趋势,表层土壤水分含量变化不大。通过分析得出,为保障土壤水分含量,在裸岩石砾地整治中,覆土厚度不宜小于50 cm,研究成果为类似地区土地整治中覆土厚度的确定提供了一定的理论依据。     

被动微波遥感土壤水分反演研究进展

准确获取区域土壤水分时空分布和变化对于水文过程模拟、洪旱灾害监测等方面具有重要意义.近几十年,快速发展的遥感技术为大区域地表土壤水分连续观测提供了机遇.尤其,被动微波遥感具有诸多优势,被认为是进行大区域表层土壤水分连续监测的最有潜力的手段.国内外学者对被动微波遥感土壤水分反演开展了大量的研究.为了更好了解国内外研究前沿...     

黄土高原北部淤地坝区域土壤水分模拟及水分有效性——以六道沟流域为例

为揭示黄土高原北部淤地坝区域土壤水分变化特征及其有效性,以黄土高原北部六道沟流域的一处淤地坝区域为研究区,基于实测的水文、气象数据,利用Penman公式和Penman-Monteith公式分别推求参考作物的蒸散发以及草地蒸散发,并对水分有效性进行评估;基于非饱和土壤水分运动方程式(Richards formula)构建了一维土壤水分计算模型,并对土壤水分进行模拟。结果表明:计算时段内,研究区的水分有效性参数值受同期表层土壤含水量和蒸散发的影响较大;淤地坝区域的水分有效性参数均值(0.31)比坡面均值(0.17)大;构建的一维土壤水分模型模拟精度较高,实测值与模拟值之间的相关系数以及模型的纳什效率(Nash-Sutcliffe efficiency(NSE))系数在0.90以上。研究结果可为黄土高原北部淤地坝区域蒸散发和土壤水分运动的深入研究提供基础数据和方法上的借鉴。     

基于SMOS数据的三江源土壤水分时空变化

基于SMOS卫星和GNSS-MET地面土壤水分监测数据,采用皮尔逊相关、滑动平均、反距离权重法等方法,评估SMOS土壤水分数据在三江源地区的适用性,分析土壤水分的变化特征及其影响因素。结果表明:(1)SMOS土壤水分数据能反应研究区(4月-10月)基本规律,其值略低于地面实测值;(2)SMOS卫星升轨土壤水分值大于降轨土壤水分值,6月-8月SMOS土壤水分值高于其它月份;土壤水分季节性差异明显,夏季显著高于春季;(3)三江源区土壤水分空间分布差异较大,空间格局明显,总体上澜沧江源区相对湿润,长江源区相对干旱。     

土壤水力参数的单一参数模型

以甘肃省河西走廊石羊河流域为例，在78个土壤样品试验数据的基础上，建立了土壤水分特征曲线、土壤水分扩散率和土壤导水率的单一参数模型，并对模型中的参数特征进行了分析。研究表明，单一参数模型具有一定的拟合精度，模型中的唯一参数能够描述土壤水力参数曲线，可以作为描述这些参数空间变异的变异系数，是进行大尺度区域土壤水力参数空间变异研究中比较理想的模型。     

太行山山地丘陵区雨季土壤水分动态规律研究——以崇陵流域为研究区

以河北易县崇陵丘陵山区为研究对象,在实验的基础上,针对主要土壤质地、坡度和植被,研究不同下垫面条件下土壤水分变化规律,得到典型土壤质地的物理参数,并对土壤水分的动态变化规律进行了研究。实验结果表明,土壤质地对土壤物理参数和土壤水分变化影响非常大,明显强于植被和坡度。土壤质地对表层和深层水分的变化影响很大,活跃层受质地影响相对较小。     

区域墒情特征的研究

本文基于地质统计学和空间分析知识，对北京通州区域内土壤水分的分布特征、空间变化趋势、空间相关和各向异性等根据土壤墒情调查数据进行分析。结果表明：区域土壤含水量的分布符合对数正态分布规律，其变化有全局趋势，空间上存在方向性，并且有各向异性，不同深度的土壤含水量存在层与层之间的共线性。最后，在ArcGIS上采用普通克里格法生成了北京市通州区旱情形势图，为开展旱情监测、固定监测站点建设、预测预报研究以及科学指导抗旱提供依据。     

松嫩平原黑土区冻融期表层土壤含水量对环境因子时空变化的响应分析

为探究寒区冻融期表层土壤含水量和环境因子时空变化特征,明确环境因子扰动引起区域融化期表层土壤水分的波动情况,以松嫩平原黑土区为研究区,利用2000—2011年遥感和模拟数据产品资料,采用一元线性回归方法分析其时空变化特征,并通过敏感系数和贡献率法计算了环境因子变化对表层土壤含水量的影响。结果表明:研究区在冻融期表层土壤含水量均值变化自东向西依次递减,而多年变化趋势表现为南增北减状态。多年雪深呈增加趋势,气温、地温在积雪累积期呈增加趋势,但融化期回升速率降低。同时,降雨呈降低趋势,导致积雪覆盖时间相应得到延长。而多年春季表层土壤含水量对降雨最为敏感,其它依次为地温、气温和积雪。受空间异质性的影响,研究区南部春季表层土壤含水量对降雨敏感,其北部对积雪敏感;多年地温的负贡献率是导致表层土壤水分变化的主导因子。同时,返浆水在短时间内对表层土壤含水量产生影响,但长时间尺度会被温度因素所掩盖,即温度升高,表层土壤含水量降低。     

采煤塌陷对土壤水分损失影响及其机理研究

摸清采煤塌陷对土壤水分作用是塌陷区退化生态系统恢复、重建的前提。根据相似可比原则,应用空间对比法研究毛乌素沙地东南缘井工矿———补连塔0~100 cm层土壤含水量对采煤塌陷的响应,探索半干旱风沙区采煤塌陷地土壤水分的空间变化,为困难立地土地复垦提供理论指导。     

垂直干旱指数在湖北漳河灌区遥感旱情监测中的应用

遥感技术具有覆盖范围广、空间分辨率高、重访周期短、数据获取快捷方便等优点,遥感干旱监测已经成为干旱监测的重要研究方向之一。詹志明（2005）、阿布（2004）等假设裸露土壤的光谱特征满足线性分布,在NIR Red光谱特征空间中提出了垂直干旱指数（PDI）,并在我国西北干旱区宁夏固原地区进行了模型验证。为了进一步验证PDI在茂密植被覆盖条件下的可行性,选择长江中下游流域的典型灌区湖北漳河灌区作为研究区域,采用ETM+数据计算PDI,与2～5cm平均土壤水分相比较,结果表明：模型观测值变化曲线和实测土壤水分变化趋势保持一致,2～5cm平均土壤水分相关系数为0.76,与实测干旱指标基本吻合。PDI模型能够有效地反映地表覆盖和水热组合,简单实用,具有通用性和普适性,适宜于复杂下垫面条件下的遥感旱情监测。     

民勤灌区土壤特性与地表覆被的关系研究

选取民勤绿洲东湖灌区土壤的水分、全盐含量、碱解氮、速效磷、速效钾5个指标作为其空间变异的随机变量,进行实地采样和室内试验,采用统计插值分析的方法研究了该区土壤特性。结果表明:土地利用变化对土壤水分、养分、盐分有明显的影响;退耕还林地中出现了土壤水分的贫乏现象,电导率的最大值出现在荒地中,其次是退耕还林地,氮磷钾在不同的土地利用类型中表现出不同的特征。     

基于CLDAS数据和机器算法模型的大清河流域地表土壤湿度降尺度研究

土壤水分是"四水"转换的纽带,农业生产的基础,传统的野外定点测量土壤水分的方法难以实现空间上的展布,现代微波遥感数据可以得到大尺度的土壤水分,但分辨率低。本文利用CLDAS数据,将机器算法应用到遥感影像指数运算中,开展土壤水分的降尺度研究。论文分别采用OLS算法、Bagging算法、BRT算法和随机森林算法模型建立MODIS光学遥感数据(LST、Albedo、NDVI、ET)与土壤水分的关系模型。研究结果表明:四种算法中随机森林算法的拟合效果更优(R~2=0.961 28,RMSE=0.006 99)。利用该算法算出降尺度后的土壤体积水分,可以得到大尺度且空间分辨率更高的土壤水分数据。大清河流域西北部土壤含水量高于东南部,土壤含水量差异可达0.2 mm~3/mm~3,在流域土壤含水量空间分布的季节变化显著,3月土壤水分低至0.16 mm~3/mm~3,9月土壤水分高达0.33 mm~3/mm~3。     

土壤水分测试技术及应用分析

土壤水分的测试方法很多 ,在诸多测试方法研究中 ,利用张力计测试土壤含水量 ,具有不破坏土壤结构 ,避免空间变异性的影响 ,既能反映土壤水分的数量 ,又能指示土壤水的状态。     

甘肃陇东地区坡改梯土壤水分动态变化特征

通过对泾川县城关乡的坡改梯研究,结果表明:裸地土壤水分变化受降雨影响较大,在不同时段表现形式不同。随着土壤剖面深度的增加,土壤水分受气候影响特别是降水波动的影响逐渐减少,随着季节变化的特点增强。坡向与坡位对裸地土壤水分有着较大影响。从坡向看,阴坡向梯田土壤水分全年平均值比坡地高,阳坡向则是坡地比梯田高。从坡位看,土壤水分变化是坡上部>坡中部>坡下部。作物地生育期土壤水分随着作物生长发育的加快而迅速下降,梯田与坡地的差异也逐步增大,作物收获后进入蓄墒期,土壤水分的差异又逐步缩小,梯田甚至超过坡地,特别是夏作物小麦,胡麻地土壤水分的变化大于秋作物洋芋,而且梯田大于坡地。梯田与坡地土壤水分横断面分布不一样,坡地是中间低,两边高,水分分布呈V字形,而梯田是坎下高,坎边低,水分分布呈阶梯式～。     

基于SWAT模型的五化灌区灌溉用水效率评价

南宁市五化灌区是广西典型的平原代表灌区。通过构建五化灌区SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式农业水文模型,探究其在灌区水管理措施下的水文循环规律,并对灌区尺度灌溉水均衡及水分生产率进行分析与评价。结果表明,研究区丰水年灌溉量小,枯水年灌溉量大;作物产量沿着主渠道北侧分布向北有减少趋势;该区域降水融雪对土壤水分的补给占主导作用;灌溉水分生产率主要表现为逐渐下降且趋于平稳,且研究区域边界的灌溉水分生产率较大,而研究区域中部的较小;作物水分生产率与总流入水分生产率随时间增长无明显变化,且两者的空间分布与作物产量空间分布相似。     

区域土壤水资源评价研究进展

土壤水作为水资源的一种,其研究意义与应用价值逐步得到重视,但土壤水资源评价的研究仍显不足。土壤含水量可通过直接计算或间接反演获得,评价方法应以区域水量平衡为基础,采用循环量或可更新量等指标来表征资源的数量,并区分天然补给和人工灌溉对土壤水分变化的影响。在此基础上,采用分布式水文模型、遥感等工具,耦合土壤水分运动模型,实现尺度转换,结合土壤水资源质量评价获取不同时空尺度土壤水资源的分布。     

喀斯特峰丛山体土壤水分变异特征及其与地形因子的关系

土壤水对于喀斯特地区生态环境具有重要的影响,研究喀斯特山体土壤水分的空间变异性及地形因子对土壤水分的影响规律,为喀斯特地区开展生态恢复和石漠化防治等工作提供重要的参考依据。以贵阳市斗篷山小流域代表性山体为研究对象,通过时域反射仪(TDR)测定山体东北、西北、正东、正西、正南5条样带0～10、10～20、20～30 cm 3个土层深度的土壤水分,分析喀斯特峰丛山体土壤水分变异特征及其与地形因子的关系。结果表明:(1)自然状态下土壤水分由表层到深层逐渐增大,表层和深层较中间层变异大,土壤水分含量随变异系数(CV)值的增加而减小;(2)坡度对表层土壤水分影响较大,土壤水分随坡度的增大呈减小的趋势;(3)土壤水分随坡位的变化规律主要表现为下坡位中坡位上坡位,坡位对中间层和深层的土壤水分影响较表层大;(4)坡向对土壤水分的影响主要表现为,北坡较高,南坡较低,降雨事件的发生会扰动这种规律,坡向对不同层次土壤水分无显著影响。