干旱区土壤含水率和盐分的空间变异性及其关系研究

为探明西北干旱区土壤水分和盐分的空间分布特征,在乌兰布和沙区布设38个样点,获取3个土层(0～10cm、10～30 cm、30～50 cm)的土壤含水率和土壤EC数据,利用空间信息科学——统计学,同时结合经典统计学与长序列上的谱分析,对干旱区土壤水盐参数的空间分布特征进行分析。结果表明:干旱的乌兰布和地区土壤含水率、土壤EC的变异系数分别介于38%～57%和35%～98%,均属于中等偏弱变异程度,且两者变异系数随土层深度自上而下逐渐增大;研究区0～50 cm土层的土壤含水率和EC均值分别为7.09%～12.01%和0.16～0.28μS/cm,30～50 cm土层含水率均值最大,对于整个干旱沙区,土壤水分和盐分含量普遍较小;由块金系数可知各深度土层的土壤含水率及EC值变化具有较强的空间相关性,最小变程大于采样间距,网格布设基本满足空间分析要求,但应缩小采样间距,增加采样点,以寻求最佳采样点间距;克里格插值结果显示,不同土层含水率呈逐月升高的趋势,土壤盐分则逐月降低,5月土壤表层(0～10 cm)盐分均值最大、分布最广;谱分析结果显示EC值在含水率序列上随生育期呈现先长程正相关(5月)后长程负相关(6-8月)。     

灌水对麦田水分状况及耗水量的影响

在小麦生长季降水量为101.1 mm的情况下,进行了不同灌水处理的麦田各土层不同生育期的含水率变化和小麦耗水特性试验研究。结果表明:小麦越冬期主要消耗浅层水,灌越冬水对0~60 cm土层含水率影响显著;返青期消耗土壤水量较少;拔节期0~100 cm土层是主要供水层;抽穗期灌水更有利于提高土壤水分;灌浆成熟期对深层土壤水分的利用量较大。     

土壤水分对玉米蒸腾特性的影响

针对干旱半干旱地区的农业用水短缺问题,以节水灌溉及水资源的合理利用为目标,利用包裹式茎流计对甘肃省会宁县玉米的蒸腾进行连续观测,并同步监测玉米地不同埋深下的土壤水势、土壤含水率及周围气象因子,研究土壤水分对玉米蒸腾特性的影响。结果显示:(1)在不同天气条件下,玉米蒸腾速率的日变化情况大致相同,均呈"几"字型的变化曲线。(2)不同埋深下土壤水势及含水率的日变化幅度不大,均呈缓慢下降趋势。土壤水势及含水量在晴天的变化情况比阴雨天的对称性更好;7月至8月,气温升高,玉米蒸腾耗水增加,土壤水势及含水率逐渐下降,20 cm深处的土壤水势变化幅度最大;20～30 cm深处的土壤水势与蒸腾速率的相关性稍好于10～20 cm深处的土壤水势与蒸腾速率的关系,这主要跟玉米的根系分布有关;各埋深下土壤水势与玉米蒸腾累积量的相关性都呈极显著正相关;30 cm埋深处土壤水分对蒸腾作用的影响比5 cm深处土壤水分对蒸腾作用的影响大。(3)对比发现蒸腾速率与土壤水势的相关性比与土壤含水率的好。结果表明,土壤水分是影响玉米蒸腾耗水差异的重要原因。     

洞庭湖典型洲滩湿地水分时空变化特征及其相关性分析

为了分析变化条件下洲滩内部土壤水分时空变化特征及不同深度土壤水分含量和湖水位的相关性,以洞庭湖典型洲滩断面为研究对象,利用原位监测装置连续2个月监测了湖水位、大气温度及土壤水分含量的动态变化过程。结果表明:洞庭湖洲滩水分场的分布在垂向上呈现明显的分层现象,同一位置的土壤水分含量的波动幅度随着深度的增加而逐渐减小,至深层处(大于50 cm)趋于稳定,同一深度的土壤水分含量的波动幅度随着与岸边距离的增加而逐渐减小。土壤水分含量与湖水位之间的相关性随着深度的增加呈先增强后减弱的趋势,浅层及深层的土壤水分含量和湖水位之间均呈无显著相关性,地表以下50~70 cm深度处土壤水分含量与湖水位相关性较高。研究结果有助于了解土壤水分在洲滩生态系统地下含水层-土壤-大气界面的相互作用机制,为洲滩水文过程及生态环境保护研究提供重要方法和理论参考。     

皖北杨楼流域玉米农田土壤水变化特征及驱动因子研究

为研究皖北平原北部黄潮土在玉米不同生长期内土壤水分变化特征,选取杨楼流域为研究对象,利用2010-2018年0～50 cm深度土壤水数据,结合同期地下水埋深、前期无降雨日数、水面蒸发和降雨量进行相关性分析,利用增强回归分析算法确定不同驱动因子对土壤水变化的相对贡献。结果表明：在玉米整个生长期内,随着土层深度的增加,土壤含水率减小。按变异系数可划分为2个典型土层,即活跃层(深度0～10 cm)和次活跃层(深度10～50 cm)。土壤水与水面蒸发、地下水埋深和前期无降雨日数呈显著负相关,与降雨量呈显著正相关关系。前期无降雨日数对土壤含水率的相对贡献率最大,为42.6%,其次是地下水埋深,为20.9%,作物生长期对土壤含水率的相对贡献率最小,为7.3%。该研究对了解土壤水分变化、农业水管理及水分利用率等有重要意义。     

北疆膜下滴灌棉田冻融过程中土壤水盐运移研究

为研究非生育期北疆膜下滴灌棉田在冻融过程中的土壤水盐运移规律,在石河子121团试验地开展了常规水分、盐分和温度监测试验。研究结果表明:气温对土壤温度的影响很大,随着土层深度的增加,各土层温度逐渐减小,气温对各土层的影响也逐渐变小。冻结前期,各层土壤水分随深度的增加而增加,水分主要集中在40~100 cm土层,盐分主要分布在80~100 cm土层。冻结期,水分波动较盐分剧烈,盐分大部分都集中在100 cm层。融解期,由于多次的冻融循环作用,各土层的水分含量变化比较大,而盐分在10~80 cm层变化不大,80~100 cm层盐分累积比较大。经过一个冬季,盐分主要分布在80~100 cm土层。     

红壤坡耕地不同整治方式对土壤水分物理性质的影响

土壤水分物理性质改善对于植物水分利用和土壤化学性质提升具有重要作用.以坡耕地为对照,旱作梯地、茶园地、次生草地和人工牧草地为研究对象,通过野外采样与室内实验相结合的方法,对土壤容重、饱和含水量、毛管含水量、非毛管含水量及田间持水量情况进行了研究,探讨坡耕地不同整治方式对土壤水分物理性质的影响.结果表明,各整治方式下随着土层深度的增加,土壤容重均显著增大,而次生草地显著下降,0~10 cm土层土壤容重依次是人工牧草地(0.98 g/cm3)坡耕地(1.09 g/cm3)旱作梯地(1.19 g/cm3)茶园地(1.22 g/cm3)次生草地(1.38 g/cm3);0~10 cm土层土壤饱和含水量大小顺序为次生草地(30.84%)旱作梯地(37.54%)茶园地(41.69%)坡耕地(45.40%)人工牧草地(55.08%);次生草地和坡耕地的土壤毛管含水量均随着土层增加而增加,人工牧草地、旱作梯田和茶园地则随土层深度增加而减少,表层土壤中,毛管含水量差异较小,其值分别在25.83%~21.61%、4.25%~7.38%之间波动,相互之间大体不显著;人工牧草地、坡耕地、旱作梯田和茶园非毛管含水量随土层增加而减少,次生草地则增加,0~10 cm土层中人工牧草地土壤非毛管含水量为24.02%,明显高于次生草地(3.07%)、坡耕地(11.57%)、旱作梯田(10.80%)和茶园地(10.33%);不同整治方式土壤田间持水量变化趋势与土壤毛管含水量相同,其中0~10 cm土层以人工牧草地田间持水量最大,为30.82%.不同整治方式对土壤水分物理性质影响有显著差异性,人工牧草地土壤水分物理结构最好,因此,对红壤坡耕地不同整治方式土壤水分物理性质的研究,有利于探索坡耕地整治技术,以及如何对土地进行合理配置与利用.     

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。     

巴丹吉林沙漠包气带水热特征及其关系

为了探寻干旱区土壤水热的时空变化特征及其关系,文章对试验区巴丹吉林沙漠地面以下0～200 cm深处土层的土壤含水率和温度进行长期原位定点自动监测。结果表明：不同深度土层温度年内呈现先增大后减小的季节性变化特征,浅层土壤温度逐日变化幅度较大,土壤温度的日变幅随土层深度的增加而减小;浅层土壤含水率在雨季主要受降雨、蒸发等气象因素的影响,其余时段受土壤温度和气象因素的双重作用;深层土壤含水率主要受土壤温度的影响;地面以下10 cm土层的土壤含水率和土壤温度在10月至次年1月上旬有显著的正相关关系,1-8月二者呈不相关关系,9月呈负相关关系。     

长期膜下滴灌棉田土壤水盐空间分布特征研究

为分析播种前膜下滴灌棉田土壤不同深度水分和盐分的分布特征,对1998年开始利用膜下滴灌种植技术的棉田进行大规模网格取土,主要分析了棉田土壤水盐空间分布特征。研究结果表明:在生育期初播种前,棉田土壤0~5、5~20、20~40、40~60、60~80及80~100 cm对应土层中,水分变异系数小于盐分变异系数,且都属于中等变异性;土壤各层水分和盐分含量总体都呈现出表层土壤水分和盐分含量较低,深层土壤水分和盐分含量较高的分布规律;在0~100 cm土层中,随着深度增加,水分和盐分含量呈现出先增大后减小的趋势;设置排盐沟,能够使土壤盐分向排盐沟运移,有助于棉田改良。     

砾石土质条件下葡萄滴灌生育期土壤含水率变化规律研究

为探究酿酒葡萄在砾石土质条件下的土壤含水率变化规律及合理灌溉制度,选取贺兰山东麓砾石土典型试验区,以五年生赤霞珠品种为研究对象,设计2 550、2 850、3 225、3 600 m3/hm24个不同定额的灌水处理,应用TDR土壤水分剖面仪和土壤水势仪,监测生育期滴灌前后不同土层含水率与水势变化,针对监测数据从灌水处理整体与单个生育期不同角度进行分析,研究酿酒葡萄在砾石土条件下不同滴灌定额土壤含水率变化规律,最终提出生育期适宜灌溉制度。研究结果表明:随着灌溉定额的增加,土壤含水率在0~40cm土层范围内变化较明显;不同深度土层土壤水势变化规律与灌溉定额的大小有关;1m深土壤水分蓄存比并不是随着灌水量的增加而增大,而是当灌水量达到某一定额时,随着灌水量的增加,土壤水分蓄存比减小,砾石土单次灌水量高于300 m3/hm2时,土壤水分蓄存比较低,易产生深层渗漏。     

黄土高原半干旱区山地密植枣林土壤水分特性研究

针对陕北黄土丘陵区近年来形成的大规模枣林土壤水分研究薄弱的问题,本研究采用中子仪定位观测方法,探讨了山地密植枣林0~1000 cm土层范围的土壤水分特征变化规律。研究将黄土丘陵半干旱区的密植枣林土壤水分划分为活跃层、难恢复层和稳定层。活跃层是土壤0~200 cm土层,该层土壤水分具有明显的逐月动态变化规律,在枣树生育期内,5月是活跃层,土壤水分最干燥期,7月是土壤水分提升最明显期,10月是土壤水分最高期。土壤水分提升规律和枣树耗水规律一致,即在枣树生长旺盛时期,正是土壤水分提升最快的阶段;在枣树休眠结束和开始萌芽时枣林土壤水分出现最低值。枣林土壤水分难恢复层在200 cm以下,其深度取决于枣林年龄,林龄越大该层次越深,12年生密植枣林土壤耗水深度达到540 cm,其中难恢复层厚度为340 cm。难恢复层之下是土壤水分稳定层。研究认为密植枣林土壤耗水深度小于以往研究的刺槐、柠条和苜蓿等土壤水分消耗深度,山地密植枣林模式对今后研究人工林调控土壤水分有积极意义。     

膜下滴灌棉田土壤盐分随时间变化特征

为研究膜下滴灌棉田土壤盐分随时间变化特征,通过对北疆典型棉田土壤盐分连续一年的监测,采用时间序列分析方法分析了土壤盐分随时间变化特征。研究结果表明:在监测期内,90cm以下土层为稳定积盐层,其盐分值随时间波动幅度较大;0~90cm土层土壤盐分随时间变化幅度较小,其含盐率值基本保持在0.2%上下浮动,属于非盐化土壤,有利于棉花正常生长;每年的5、7两个月,各土层土壤盐分呈现出不同程度的增大趋势。本研究可以为后续长期连续监测奠定基础,同时为北疆绿洲区棉田防治土壤次生盐渍化提供理论参考。     

黄土残塬区泻溜侵蚀土体水分物理性质研究

采用环刀法对红土泻溜侵蚀坡面0~50 cm深度和坡积物0~100 cm深度的土壤水分物理性质和贮水特征进行了对比研究,结果表明:(1)0~50 cm深度范围内,红土泻溜坡面土壤含水率、容重、总孔隙度均随土层深度的增大而增大,土层深度与土壤含水率成显著正相关关系、与土壤容重和紧实度均成极显著正相关关系,非毛管孔隙度与总孔隙度成极显著正相关关系;(2)0~100 cm深度范围内,红土泻溜坡积物的容重和孔隙度随着土层深度的增大无明显的层次变化趋势,与红土泻溜坡面相比,泻溜坡积物土体紧实度和容重显著降低,非毛管孔隙度减小,毛管孔隙度增大,而总孔隙度变化不大;(3)与同一深度(0~50 cm)的红土泻溜坡面相比,红土泻溜坡积物滞留贮水量减小了77.94%,吸持贮水量增大了28.74%,而饱和贮水量差异不大(仅增大8.28%)。     

永年区夏收农作物关键生长期土壤含水量监测与分析

为探究华北地区夏收农作物关键生长期土壤水含水量的时空变化特征,于2019年4月28日至5月21日在河北永年区进行区域土壤含水量高密度监测试验,基于实测数据利用克里金插值法进行空间变异分析。结果表明:永年区夏收农作物关键生长期各层土壤含水量均呈现东高西低的分布趋势,同期大蒜种植区的土壤含水量高于同期冬小麦种植区的土壤含水量。0～20 cm土层土壤含水量在时间和空间上呈现的动态化、斑状化特性显著,20～40 cm与40～60 cm土层土壤含水量在时间和空间变化上具有高度的相似性。此外,永年区夏收农作物关键生长期灌水时间集中在5月上旬,在5月中旬后区域土壤水变化趋势放缓,作物进入成熟期。研究成果可为区域夏收作物关键生长期土壤水分演变提供关键支撑,为区域灌溉需水管理提供参考依据。     

赣江流域气象干旱与水文干旱特征及其概率关系

为探明赣江流域气象干旱与水文干旱之间的关系,基于赣江流域1960～2018年降水和径流量资料,分别计算标准化降水指数(SPI)和径流指数(SSI),基于游程理论识别气象干旱和水文干旱事件并分析干旱特征变化过程,同时利用Copula函数和条件概率分布分析干旱重现期以及气象干旱与水文干旱概率关系。结果表明:(1) 6个月时间尺度下SPI和SSI相关性最好,水文干旱对气象干旱无滞后,水文干旱严重于气象干旱,2000年以后水文干旱呈加重趋势;(2)相同单变量重现期下,气象干旱联合重现期大于水文干旱,同现重现期小于水文干旱;(3)随着气象干旱加重,不同等级的水文干旱发生概率增加,发生气象干旱情况下引发水文干旱的概率为0.892。研究结果可为赣江流域抗旱预警提供参考。     

冻融期膜下滴灌棉田土壤水盐运移规律研究

为探究冻融期膜下滴灌棉田土壤水盐运移规律,于2016年12月～2017年4月在石河子大学节水灌溉试验站进行田间试验。结果表明:在3月4日棉田土壤最大冻深为60 cm。土壤温度受气温变化的影响随深度增加而逐渐减弱,并表现出一定的滞后性,土壤温度变化的滞后性随深度增加没有一定规律性。土壤冻结期,土壤水分由非冻结层向冻结层运移,盐分随着土壤水分自土壤深层向表层聚集;土壤消融期,在强烈地表蒸发作用下土壤表层水分下降,土壤盐分不断向地表运移,使上层土壤盐分含量升高。冻融过程使土壤各土层的水分自上而下呈现出增加-减少-增加的变化规律,形成土壤水分再分布现象。而土壤盐分呈现积盐-脱盐-返盐的规律,形成土壤盐分再分布的现象。冻融期土壤水分和土壤盐分的变异性变化趋势基本保持一致,符合盐随水走的运移规律。冻融过程中90 cm处的土壤水盐和变异系数都达到最大值。该研究结果对绿洲膜下滴灌可持续发展以及土壤次生盐碱化的防治,有着重要的意义。     

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。     

不同整治方式下红壤坡耕地土壤团聚体有机碳的变化

研究不同整治方式对红壤坡耕地土壤团聚体有机碳含量和储量的影响,有助于从碳固定的微观角度揭示坡耕地整治对土壤有机碳的影响机制。采用野外调查与室内分析相结合的方法,研究了南方红壤坡耕地不同整治方式(人工牧草地、旱作梯地和茶园地)土壤团聚体有机碳分配特征及其与总有机碳的相关关系。结果表明,相对于坡耕地,0～60 cm土壤剖面上人工牧草地、旱作梯地和茶园地土壤有机碳储量分别增加了33. 96%、9. 12%和73. 80%。0～60 cm土层垂直剖面上,不同整治方式总体呈现出随着土层加深各自土壤团聚体有机碳含量降低的趋势,同时表现出0. 25 mm微团聚体有机碳含量总和高于大团聚体的;其中0～10 cm土层,各种整治方式土壤团聚体有机碳随着团聚体粒径减小,有机碳含量呈增—减—增—减的"M"型趋势,以坡耕地团聚体有机碳含量最低。不同整治方式土壤团聚体有机碳储量随着其粒径的减小总体呈现出先减少后增加再减少的趋势,整个0～60cm土壤剖面,大团聚体( 0. 25 mm)的团聚体有机碳储量总和远大于微团聚体(0. 25 mm)的总和。在0～10 cm土层,团聚体有机碳与土壤总有机碳含量在0. 05～0. 25 mm和0. 05 mm粒径下表现显著正相关(P 0. 05); 10～20 cm土层,1～2 mm、0. 05～0. 25 mm土壤团聚体有机碳与土壤总有机碳存在显著相关性(P 0. 05),尤其在0. 05～0. 25 mm粒径下极显著相关(P 0. 01)。综上所述,多添加有机肥或补充有机质,有利于增加红壤坡耕地团聚体有机碳并增强其碳固定功能。     

淮北平原土壤水与地下水埋深及降水关系研究

为探究淮北平原夏玉米生长期土壤水与地下水埋深及降水的关系,基于五道沟实验站26 a的长系列资料,结合氢氧稳定同位素示踪法,对淮北平原夏玉米生长期的大气降水、土壤水和地下水进行了分析。结果表明：土壤平均含水率随土层深度的增加呈现出先减小后增加再减小的趋势,其中0～0.2 m土层平均土壤含水率最低,0.3～0.5 m土层土壤含水率最高。根据大气降水、土壤水和地下水氢氧同位素特征值可知：土壤水δ18O和δD平均值随土层深度的增加而减小,表明土壤水分蒸发会导致土壤重同位素富集,富集程度由土壤表层至深层递减。土壤水氢氧稳定同位素随土层深度的增加而减弱,30 cm和50 cm土层深度的土壤水变化最为明显,土壤易接受降水补给,而且土壤蒸发较为强烈。