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。     

运用监测管理系统探讨土壤墒情及系数的变化规律

以三屯河灌区为例,利用“灌溉水高效利用监测管理信息系统”,对灌区的土壤温度、土壤含水率、灌溉水利用系数进行分析,结果显示:该灌区农田土壤温度在耕作层受太阳辐射影响大,土壤介质对土温有一定缓冲能力;土壤表层的含水率波动大于耕作层,滴灌土壤含水率波动周期小于常规灌;滴灌灌溉水利用系数高于常规灌。     

浅层包气带土壤水昼夜分布变化规律模拟研究

西北干旱半干旱地区,浅层包气带含水率与地温等地下水文要素的分布特征对保护旱区表生生态环境起到至关重要的作用。以鄂尔多斯风沙滩地区原位土柱试验为基础,采用HYDRUS-1 D对一维入渗过程的水蒸汽变化、含水率和温度分布进行数值模拟并通过实测值进行验证。结果表明:温度梯度对浅层包气带土壤含水率昼夜变化及水蒸汽通量分布起到主控作用;日尺度剖面水蒸汽运动过程可分为3个阶段:阶段1(1:00-7:00),阶段2(8:00-16:00)及阶段3(17:00-23:00);当温度梯度方向向上,水蒸汽通量向上运动时,含水率变小,反之,含水率变大。利用HYDRUS模型分析水蒸汽的运动规律,揭示了土壤温度对土壤水分布的影响机制,为旱区蒸发过程及生态环境保护提供科学依据。     

亚热带草地水热动态变化及地表能量分配

土壤水热变化是生态水文过程研究中的重要一环，而关于亚热带沿海地区草地土壤水热的研究相对不足。利用实地观测资料对亚热带校园区的草地土壤水热、地表能量平衡进行了研究，结果表明：(1)草地土壤水分在干湿季受降雨影响不同，降雨在干季引起的土壤水分变化会比湿季更大，研究期内12月20日，日降雨量为15.2 mm,土壤水分变化为0.12 m³/m³,5月1日时日降水量为120.3 mm,土壤水分变化仅为0.11 m³/m³;(2)在土壤水势梯度垂向变化上，湿季土壤水势梯度零通面出现在10～30 cm内，干季土壤水势梯度零通面出现在50 cm左右；(3)根据土壤水分对降雨的响应，干湿季节降雨后土壤水分运移主要发生在0～40 cm土壤深度；(4)土壤温度的变化受季节气温影响大，表层土壤温度梯度大，春夏季节，土壤温度随土壤深度的增加而减少，秋冬季节，土壤温度随土壤深度的增加而增加；(5)相邻2个月内，湿季草地蒸腾相对于干季明显减少，在能量分配上，湿季虽然降雨多，能量通量少，但是潜热通量的占比却反而升高，0:00—6:...     

秸秆地下灌溉土壤水热分布规律试验研究

通过大田试验,研究了秸秆地下灌溉条件下土壤水热的分布规律。结果表明,在工作压力0.5 m、埋管长度为80 m条件下,供水1 h内水流可到达管尾,秸秆复合管可以作为田间毛管灌溉。秸秆地下灌溉过程中,土壤水分以秸秆复合管为中心向外运动形成上窄下宽椭圆形湿润锋;在埋深20 cm时,灌溉水主要影响范围在地表下50 cm和距管水平距离0.3 m内,该区域内土壤含水率与到秸秆复合管的距离负相关,不同距离含水率的差异达到显著水平;灌水量越大、灌水时间越长,土壤含水率达到稳定的时间越久。秸秆地下灌溉主要影响地表下10～30 cm的土壤温度,灌水量对土壤温度影响明显,灌溉水水温直接影响灌溉后土壤平均温度;距离秸秆复合管水平距离相同时,土壤温度的变化随深度的增加而减小。利用秸秆复合管进行地下灌溉时,冬灌灌水量为150～250 m³/hm²,既可满足小麦需水,也不会造成土壤温度明显降低;春灌灌水量为250 m³/hm²左右,可为冬小麦生长创造较好的水热条件。     

一种由土壤剖面含水率估算土壤水力参数的方法

根据瞬时剖面法的基本思想,提出一种利用剖面土壤含水率数据推求土壤水力参数的方法。可依据不同时间和深度的土壤含水率数据,得到土壤剖面不同深度处的土壤水分通量;根据van Genuchten模型描述的土壤负压及非饱和水力传导度与土壤含水率的关系,建立水分通量和土壤水分参数间的关系,并采用非线性最小二乘法估计最优土壤水力参数。文中应用软件HYDRUS-1D模拟12种土壤所得数据和田间尺度试验数据验证了方法的实用性。结果表明,该方法预测精度较高,可以方便地应用于均质土壤水力参数的估算。     

秸秆覆盖对夏玉米农田水分状况、土壤温度及生长发育的影响

在国家粮食丰产工程深州试验区,进行了小麦秸秆覆盖夏玉米的试验研究。结果表明,秸秆覆盖条件下的土壤导水率较高,降雨入渗快,土壤含水率较高。秸秆覆盖还可以有效降低土壤温度,尤其在苗期与对照差异显著,且土壤温度日变化平缓。由于水热状况良好,秸秆覆盖下作物长势良好,叶面积和株高都高于对照。     

土壤温湿度对常绿阔叶林土壤呼吸的协同影响——以重庆缙云山国家自然保护区为例

为了分析土壤温度和湿度与土壤各组分呼吸速率的关系及其动态变化,并探讨土壤温度和湿度对土壤呼吸的协调影响,采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统,于2012年4~9月(生长季)对重庆缙云山常绿阔叶林土壤总呼吸、自养呼吸、异养呼吸和凋落物呼吸进行定位研究,同时实地测定土壤5 cm深处的温度和湿度。结果表明:除凋落物呼吸外,其他组分呼吸速率的月际变化均呈"单峰型"曲线,都在7月达到峰值;土壤温度与土壤各组分呼吸之间呈显著指数相关关系,土壤湿度与土壤各组分呼吸之间用二次曲线模型拟合较好,但相关性不显著;土壤温度和湿度与土壤各组分的综合关系用双因素指数模型拟合效果更好,说明该模型明显优于单因素模型。     

季节性冻融土壤入渗参数的多元线性预报模型

以土壤水动力学、冻土物理学、统计学等理论为基础,研究新疆典型干旱区细土平原与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同深度土层在冻结期、融化期的水热变化特征,探明研究区冻融土壤的水分入渗规律及影响因素,以期建立季节性冻融土壤入渗参数的多元线性预报模型。结果表明:土壤冻结融化过程中,深层土壤的液态含水率在冻融过程中基本不随环境温度升降发生变化,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本保持一致;冻结期相比融化期在初期短时间内渗入水量较大,达到稳定入渗所需要的时间较短;从冻结期到融化期,随着土壤中冻结水含量减少,未冻水含量增加,土壤的饱和导水率随之变大;土壤入渗能力主要与环境温度、土壤温度、土壤含水率等因素有关,并得出研究区冻融土壤的入渗能力预报模型。     

内蒙古东部黑土区覆膜玉米土壤水分及地温变化规律初步研究

文章研究了三种处理下(膜下滴灌、无膜滴灌、无膜不滴灌)不同土层土壤含水率的变化、土壤温度波动及对玉米生长的变化趋势。     

SIMULTANEOUS MEASUREMENT OF THE HEAT AND MASS DIFFUSIVITIES IN UNSATURATED MOIST SOILS USING CONSTANT HEAT FLUX METHOD

The simultaneous measurement of the heat and mass diffusivities in unsa-turated moist soils is presented by use of constant heat flux method. By integrating the analytical solutions of the equations governing the heat and mass transfer process in a one-dimensional semi-infinite moist soil sample under condition of constant heat flux with the measurement data of the temperature and the moisture content fields in the soil sample, the heat and mass diffutivities of the soil sample are obtained. The experimental results show that the developed method is timesaving and can determine the heat and mass diffusivities in a moist soil through only one test, resulting in significant advantages in practical applications. This method has potential applications to the determination of heat and mass diffusivities in moist soils and may provide a new way for the fast and accurate measure-ment of the heat and mass diffusivities in moist soils and other unsaturated wet porous media.     

Vadose-zone moisture dynamics under radiation boundary conditions during a drying process

In order to better understand the soil moisture dynamics during a drying process, a soil column experiment is conducted in the laboratory, followed by the numerical modeling with consideration of the coupled liquid water, water vapor and heat transport in the vadose zone. Results show that there are three distinct subzones above the water table according to the temporally dynamic variation of the water content profiles. Zone 1 sees a decrease in the water contents in the upper profiles （0 m-0.05 m） due to a negative net water flux in this zone where the upward isothermal water vapor flux becomes the main flow mechanism in the soils. Irl contrast, the water content within Zone 2 in the depth ranging from 0.05 m to 0.37 m sees an apparent increase over the, resulting from the positive net thermal water-vapor and isothermal liquid-water fluxes into this layer. Zone 3 （0.37 m-0.65 m） also sees an apparent decrease in the water content since the isothermal liquid water flux carries the liquid water either upward out of this region for vaporization or downward to the water table as a recharge to the groundwater.     

条带覆盖下土壤水热动态的田间试验与模型建立

描述了夏玉米生长期间麦秸条带覆盖(行间覆盖)条件下土壤水热动态的田间试验.在此基础上，采用交替方向有限差分法建立了模拟苗期条带覆盖下土壤二维水热迁移的数值模型.其中覆盖部分土壤表面的边界条件由能量平衡方程确定.模型的输入只需常规气象资料、土壤水热迁移参数及覆盖参数.数值计算结果表明，该模型具有一定的实用价值。     

运用温度示踪法确定稳定入渗补给速率

开展不同水位埋深条件下的地中渗透仪入渗实验,分析包气带温度场变化规律及其控制因素,进而采用多层介质热传导解析方程评价入渗补给速率,探讨了温度示踪法评价包气带入渗补给问题的适用性。结果表明:气温控制包气带温度场整体特征,其对温度场的影响随深度增加逐渐减弱。水位埋深影响土壤含水率,控制包气带介质比热,决定了温度场波动性。灌水改变介质热导率从而影响包气带温度场;灌水量小且灌水温差小,灌水本身的热状态对温度场的影响可以忽略。水位埋深浅时,基于多层介质热传导解析方程的入渗补给速率评价结果更为准确,旱季相对雨季,评价结果准确性整体更高;浅部包气带含水率波动性强是造成评价误差的重要原因,选取更短的评价周期和更深的计算剖面可相对提高评价结果准确性。含水率在时间尺度上的波动是温度示踪法在非饱和带应用的难点及关键。     

怒江源区小唐古拉山冻融过程水源解析

高寒地区径流的补给水源有冰雪融水、降水、地下水、土壤冻融水等类型,为了识别不同时期水源类型对水循环过程的影响,根据小唐古拉山一年野外气象观测资料与采集水样检测的同位素结果,运用统计学方法,分析研究了土壤温、湿度的变化特征以及相互之间的关系,并揭示高寒流域不同冻融过程中的水分来源。结果表明: ( 1) 土壤温度呈近似正弦曲线的周期性变化特征,与气温和相对湿度均呈极显著正相关,土壤湿度与土壤温度和气温均呈显著的正相关关系; ( 2) 依据活动层的土壤温度和土壤湿度的变化,将该区域的冻融过程划分为完全冻结期、融化过程期、完全融化期和冻结过程期; ( 3) 完全冻结期河流的水分来源主要是地下水( 山泉水) ; 融化过程期河流的水分来源主要是地下水( 山泉水) 和冰雪融水; 完全融化期河流的水分来源主要是地下水( 山泉水) 、大气降水、冰雪融水和土壤冻融水; 冻结过程期河流的水分来源主要是地下水( 山泉水) 。本研究成果可为高寒流域径流演变机理识别及适应气候变化提供支撑。     

山西临汾麦田土壤水分动态模拟研究

田间土壤水变化的概念性模型包括根区土体水量平衡、根区下界面水分通量和作物蒸发蒸腾量等模型。根据山西临汾灌溉试验站2009年与2010年冬小麦试验资料,采用田间试验与理论分析相结合的方法,利用作物蒸发蒸腾模型、根区下界面水分通量模型进行了麦田土壤水分动态模拟。结果表明:田间土壤水分变化概念性模型计算的麦田土壤储水量与实测值有较好的一致性,模拟计算值和实测值的相关系数为0.958 7,拟合精度和预测精度均较高,相对误差为4%～12%。     

不同水源膜下滴灌对玉米性状及地温的影响

为了研究不同水源膜下滴灌对土壤地温、玉米生育指标和产量的影响,采用田间对比试验方法,定期对试验小区的地温、土壤含水率以及玉米生育指标进行观测,得出在玉米初期地表水滴灌处理的地温高于地下水滴灌,且随着生育期的推进和土层的增加,两处理的地温差异性减小;在含水率方面两种处理的差异性不明显,综合两处理的含水率和地温,两者成反比关系,但地表水对这种关系有削弱的趋势;在产量上地表水滴灌处理比地下水高4．58％,可见地表水膜下滴灌更利于作物的生长和产量的提高。     

黄壤径流小区植被覆盖度对土壤湿度的影响

土壤水是生态环境的重要因素,黄壤是亚热带湿润条件下的一种地带性土壤,研究植被覆盖度对土壤湿度的影响对该地区水文过程研究、水土保持、水资源利用都具有重要意义。设置植被覆盖度不同的黄壤径流小区,对其土壤湿度进行长期监测,分析不同植被覆盖度条件下土壤湿度的平均水平和变化特征,结果表明:植被覆盖度分别为75%、70%、50%、10%的条件下,土壤湿度平均值分别为43. 04%、44. 34%、43. 33%、46. 59%,土壤湿度的最大值、平均值以及变化范围、降雨时变化速度均与植被覆盖度呈负相关关系;植被覆盖度分别为75%、70%、50%、10%的条件下,各场降雨土壤湿度峰值开始时间总和分别为157、155、154、150 h,植被覆盖度较高条件下土壤湿度对降雨响应的滞后现象较为明显; 9-12月,各植被覆盖度下土壤湿度均与气温呈显著正相关(P=0. 05),显示出无降雨影响时段的土壤湿度呈现随季节变化降低的趋势。综上所述,在研究期内,黄壤径流小区土壤湿度的动态特征主要受降雨影响,不同植被覆盖度条件下植被对降雨的截留作用不同,是导致土壤湿度差异的主要原因。     

季节冻土区梯形混凝土衬砌渠道冻胀预测研究

依据热传导和质量迁移理论,建立渠基冻土温度场、水分场和应力场耦合数学模型,分析了影响季节冻土区渠基土体冻结的核心因素温度和水分运移量,提出以冻结期渠基土体温度和水分迁移量为变量,建立渠基土体冻深和冻胀量预测模型。借助于季节性冻融条件下梯形混凝土衬砌渠道原型观测成果,观测了冻结期渠基以下5 cm处土体温度以及水分迁移量,研究了季节冻融渠基温度和水分运移及其诱发的冻深发展和冻胀变形的变化。经检验,预测曲线与实测曲线基本一致,且满足误差要求,用冻结期土体温度和水分迁移量来预测冻深、冻胀的方法准确可行。     

季节性冻融土壤入渗的影响因素分析

文中通过大量的入渗试验,对不同地表条件下季节性冻融土壤入渗的影响因素——地温和土壤含水率进行了对比分析,结果表明:未灌水的不同地块土壤入渗能力主要受地温控制,地表有覆盖物的土壤入渗能力与地温的变化趋势接近,而无覆盖物的相对较差;不同时间灌水后土壤的入渗能力主要受土壤含水率的控制,秸秆覆盖地块的土壤入渗能力与土壤含水率的相关程度较裸露地块弱。