1960-2011年陕西省年内降水分配非均匀性特征及预测

根据陕西省19个气象站点1960-2011年逐日降水资料,利用反距离加权插值、气候趋势系数、M-K突变检验、Morlet小波分析、相关分析、合成分析和R/S分析等方法对陕西省年内降水集中度和集中期变化特征及其未来变化趋势进行分析.结果表明:1960-2011年,陕西省年内降水集中度为0.44 ～0.66,总的分布特征是南北高、中部低,而年内降水集中期变化于18.32 ～22.37旬,地域差异较小;年内降水集中度呈增加趋势,而年内降水集中期呈提前趋势,且二者的变化趋势均存在明显的区域差异;年内降水集中度在1974年发生减小突变,而年内降水集中期在1962年发生推后突变;年内降水集中度和集中期的变化并没有一个固定周期,而是大、中、小多种周期尺度相互嵌套,具有较强的时频局部特征;年降水量与年内降水集中度在全省表现出一致的正相关,而与年内降水集中期除在陕北的横山呈微弱的负相关外,在其他地区均呈正相关;多水年与少水年降水集中度的空间分布均呈南北高、中间低的特征,而多水年和少水年的降水集中期空间分布差异较大;年内降水集中度和集中期的未来变化趋势将与过去52年的变化趋势保持一致.     

长白山地区生长季降水不均匀性特征

利用长白山地区13个台站1960-2007年逐日降水资料,采用降水集中度和降水集中期的概念,提出降水集中时段的指标,并应用这些指标分析了该地区生长季降水特征.结果表明:历年降水集中度平均为0.31,年际、年代际变化特征明显;降水集中度准10年周期波动比较明显;从降水集中度的站间差异看,具有明显的空间非均一性;历年降水集...     

黄土高原苹果园土壤水分及水分生产力模拟

以长武地区为例,采用WinEPIC模型模拟1980—2018年间黄土高原旱作苹果园地深剖面土壤水分和水分生产力变化动态,以期为该区苹果产业的可持续发展提供科学依据。结果表明: 长武地区苹果园年均产量为26.37 t·hm^-2,年均蒸散量为673.66 mm,年均水分生产力为4.07 kg·m^-3,成龄果树水分胁迫天数主要受降雨量影响,果树生长后期年均胁迫天数为46.46 d,深层土壤含水量最早于9龄果树开始接近凋萎湿度。长武地区苹果整个生长周期内供水量是对果园产量影响最大的因素,深层土壤有效水含量降低是制约果树生长中后期产量提高的最主要因素,在降水不足的年份果树会利用更深层土壤水分。当深层土壤可利用水分较少时,过多的降水并未被果树利用,而是转化为浅层土壤水分蒸发。对于成龄果树在年供水量低于500 mm或高于700 mm时都会造成产量的下降。针对不同生长时期的果园,在不同的降雨年份应该调整果园水分管理策略,可以通过补充灌溉、拦蓄集聚雨水、覆盖、修剪枝条等管理措施,降低果树非生产性耗水及自身奢侈性耗水,延缓深层土壤干层的出现时间,在保证果树生长的同时避免水资源的浪费。     

农林复合系统水分生态特征的模拟研究

根据验证后的太行山低山丘陵区苹果 -小麦复合系统及单作小麦系统 SPAC水分运移模型 ,模拟计算小麦拔节 -腊熟期间复合系统和单作系统蒸腾、根系吸水和土壤水分的时空变化值 ,继而分析复合系统水分生态特征 ,旨在为该地区发展果农复合模式提供一定的理论依据 ,并以期进一步丰富复合农林业水分生态理论研究内容。结果表明 :(1)对比单作小麦系统 ,复合系统具有明显的小麦蒸腾需水及耗水降低效应 ,其值分别可达 18.0 %和 16 .8% ;实际区域面积上 ,复合系统中作物和果树蒸腾耗水量的比值为 1.7,说明小麦耗水是复合系统耗水的主要特征方式。 (2 )分布林带区和作物区的果树吸水量分别约占系统内果树吸水总量的 4 7.6 %和 5 2 .4 % ,说明果树所消耗的土壤水分至少有 5 0 %以上来自作物区内 ;在作物与果树根系的交错区内 ,作物吸水量与果树吸水量的比值达 82 .0 :1,因此 ,小麦在与果树根系吸水的直接竞争过程中 ,将处绝对主导的地位。 (3)小麦拔节-腊熟期间各时段内 ,复合系统中 0～ 80 cm土层贮水量随带距的变化均大致呈抛物线状分布 ,对比单作小麦系统 ,复合系统土壤水分总体平均效应 2 .7%。     

黄土旱塬区冬小麦土壤水库动态

土壤水库是旱作农业区粮食稳产和可持续发展的基础.本文结合长期田间定位试验,通过对黄土高原南部长武旱塬2012—2015年冬小麦土壤水分变化的研究,分析了土壤水库的年际与年内变化特征和动态规律.结果表明: 研究区冬小麦田间平均土壤含水量垂直分布曲线均呈“双峰双谷”形,第1处峰点在10～20 cm土层,第1处谷点在50 cm左右,第2处峰点在100 cm左右,第2处谷点在280 cm左右.无论何种降水年型下,土壤水库对降水的响应滞后且滞后的程度一致.降水年型对土壤水库的年际与年内动态变化影响较大.与丰水年相比,枯水年、平水年土壤水库对大气干旱的调节能力降低,表现为主要供水层上移;枯水年、平水年降水量虽少,但对土壤水分的补充作用较丰水年明显;丰水年土壤水库有较大盈余(84.2 mm),水分平衡出现正补偿,枯水年土壤水库稍有亏缺(1.5 mm),水分平衡出现负补偿,平水年土壤水库稍有盈余(9.5 mm),水分平衡出现正补偿.长武旱塬冬小麦田间土壤水分动态可分为4个时期:苗期耗水期、缓慢消耗期、大量消耗期、收获期,整体蒸散耗水大小顺序为:大量消耗期>苗期耗水期>收获期>缓慢消耗期.     

华北山区典型人工林土壤水势动态和水分运移规律

大规模植树造林工程有效缓解了我国北方水土流失等问题,但伴随植被生长和降水格局变化,水循环过程发生明显改变。土壤水分运动是水循环的关键过程,研究变化环境下人工林植被土壤水分运移规律,对植被生态恢复具有重要意义。基于2014-2018年多时间尺度（半小时、天、月和年）华北山区崇陵流域典型人工侧柏林和荒草土壤剖面水势监测数据,阐明不同植被覆盖下土水势动态变化规律,提出土壤水分运移和植被水分利用模式。研究结果表明：侧柏林土壤水势日变幅显著低于荒草植被,但土水势日变幅随土壤深度增加而减小的速率90 a侧柏依次大于60 a侧柏和荒草;月、年尺度侧柏林不同深度土水势变化对降水的响应大于荒草地,其中60 a侧柏林年均土水势与年降雨量显著线性相关（P<0.05）。由水势梯度和零通量面多年平均变化可知,90 a侧柏林0-50 cm土壤水呈下渗趋势,根系水力提升促使50-100 cm土壤水向上蒸散;60 a侧柏林0-20 cm、70-100 cm以及枯水年30-70 cm土壤水均以蒸散为主,根系可同时吸收利用表层和深层土壤水分;荒草地0-20 cm土壤水分蒸发强烈,且为根系主要吸水深度,20-100 cm土壤水稳定下渗。相比60 a侧柏林和荒草,90 a侧柏林的土壤调蓄能力增强,与荒草互被可减少植被间水分竞争,充分利用土壤水,从而减少流域内地表径流和土壤侵蚀量。     

冬小麦-夏玉米两熟农田节水效应的可行性

2001-2003年在中国科学院禹城综合试验站研究了冬小麦一夏玉米两熟农Kt节水效应的可行性。结果表明,本地区降雨量主要集中在夏玉米生育时期,月蒸散量呈“M”型变化,双峰一般出现在冬小麦与夏玉米的抽穗开花时期,而且两年的蒸散积累趋势纵向比较均显示出其一致性的特点,这是研究耗水规律的基础环节。土壤水分从时间分布来看,在灌溉降雨的水分供应下,冬小麦期间土壤水分呈下降的趋势,而夏玉米期间土壤水分却有所升高。土壤水分从空间分布来看,土壤水分变化趋势较一致,呈“Z”型变化,0～60cm层次的土壤水分动态变化幅度较大。实验证明夏玉米产量与前季冬小麦产量有一定的互补作用,全年WUE与灌水量成负相关。冬小麦-夏玉米两熟农田实行冬小麦灌溉而夏玉米不灌的灌水措施可行。     

疏勒河上游高寒草地生长季降水特征

基于2009—2014年疏勒河上游高寒山区(3400~4200 m)的实测资料,本文以距平百分率、降水集中度(PCD)与集中期(PCP)为主要方法,对高寒草地生长季(5—9月)的降水特征进行了分析。结果表明:生长季降水量为139.3~401.6 mm,距平百分率普遍处于-12.9%~18.8%,降水梯度达21.7 mm·100 m~(-1)(2013—2014年);降水最大月多为6月或7月,二者之和约占生长季降水量的55.7%~60.1%;降水集中度为0.21~0.49,集中期分布在6月下旬至7月;次降水以量级10 mm、历时24 h、雨强0.5 mm·h~(-1)为主;疏勒河上游高寒草地的生长季降水具有年际变率小、垂直变化明显、分配较为集中、小降水事件多的主要特征。     

羊草群落的水分利用

羊草(Leymus chinensis (Trin.)Tzvel.)群落的土壤水分具有明显的成层性:0～40 cm是根系集中分布层,受降水和蒸散的直接影响,称为蒸散与降水相互作用层;40～120 cm贮水变化滞后于根系层贮水和群落蒸散的季节变化,称为主要贮水层;120 cm以下称为水分相对稳定/平衡层.1996年属平水年,生长季末土壤水盈余18 mm;1998年属丰水年,在连续强降雨时发生渗漏,生长季末土壤水亏缺15 mm.蒸腾-蒸散比(T/ET)不仅反映群落的繁茂和活力,而且反映植物对环境水资源的利用状况.1998年8月T/E7值较小(0.5),6月达0.7,7月受降水少影响而有所降低(0.6),8月水分利用效率达到最大(0.9),9月降到0.6.水分利用效率(WUE)在良好的水分条件下(1998年),主要受植物自身生长速度的限制,其季节变化与生长大周期吻合.深入分析WUE和T/E的内涵,提出蒸散效率(ETE)的概念,能更好地反映植物对环境水资源利用的状况或程度,具有实际意义.     

中国典型森林生态系统土壤水分时空分异及其影响因素

森林土壤水分作为物质与能量循环的载体影响林木生长与发育,并通过影响水分在陆气之间的循环与分配影响区域气候。基于我国不同气候带的9个森林生态系统定位观测站的长期观测数据,探究了2005-2016年中国典型森林生态系统土壤水分的空间分异及其时间动态,并进一步分析了影响其时空分异的环境因素。主要研究结论如下：（1）9个森林生态系统的土壤水分多年均值介于12.45%-36.30%之间,空间上呈现中温带、亚热带、热带土壤水分较高,暖温带土壤水分较低的分布特征。降水蒸散差（降水与蒸散的差值）可以解释我国森林生态系统土壤水分空间分异的62%（P<0.05）;（2）我国北部与东部季风区森林区域土壤水分呈上升趋势,降水上升是主因,其中暖温带北京、南亚热带鼎湖山与鹤山森林土壤水分上升趋势显著,增幅分别为0.67%/a、1.72%/a与0.69%/a;西南地区森林生态系统土壤水分呈下降趋势,该趋势由降水下降与蒸散上升共同导致,其中中亚热带贡嘎山及哀牢山森林生态系统土壤水分下降趋势显著,降幅分别为-1.77%/a与-0.94%/a;土壤水分时间分异与降水蒸散差的相关性最高（R=0.59,P<0.01）;（3）土壤水分呈下降趋势的森林生态系统中,春季土壤水分变化主导了年际变化,土壤水分上升的森林生态系统中,年际变化则是由秋、冬季主导。（4）与ERA-interim土壤水分再分析数据比较得出,两者在空间格局与变化趋势上均具有较高的一致性。CERN土壤水分观测数据反映了无人为干扰的自然条件下森林土壤-植被-气候之间的反馈作用,可为基于模型的土壤水分研究提供长时序的验证数据。     

渭北旱塬苹果种植分区土壤水分特征

在区域尺度和定位观测的基础上,探讨了渭北塬区不同苹果种植分区的土壤水分特征．结果表明,渭北旱塬苹果种植分区土壤水分特征主要受降水和蒸散量的影响．在区域尺度上,苹果地潜在蒸散量是台塬东部区>高原沟壑区>台塬西部区．3种类型区苹果地土壤水分都存在亏缺现象,台塬东部区苹果地平均土壤水分亏缺量为390．9mm．最大亏缺量为674．6mm,最小亏缺量为186．3mm;高原沟壑区苹果地水分平均亏缺量、最大亏缺量分别为264．4和441．2mm,偶尔也出现水分盈余的现象;台塬西部区总体上表现为亏缺。但苹果地出现水分盈余的现象较高原沟壑区普遍,最大盈余量达151．8mm．渭北旱塬苹果地水分储存量也存在区域分异,在全生育期2m土层水分储存量台塬西部区>高原沟壑区>台塬东部区．这种变化特性与降水量的时空变化、果树对土壤水分的消耗量及降水年型有关;具体表现为苹果地耗水量以台塬东部区最大,高原沟壑区次之,台塬西部区最小,干旱年苹果全生育期耗水量低于丰水年．在干旱年份,苹果树耗水量除来源于生育期问的有效降水外,还有相当一部分依赖于3m以下土层贮水,形成土壤干层。影响果业持续发展．     

渭北旱塬苹果园地产量和深层土壤水分效应模拟

为了研究实时气象条件下渭北旱塬不同生长年限苹果园地产量变化趋势和深层土壤水分变化规律,在模型适用性与模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了1962—2001年期间洛川旱塬苹果园地产量演变动态和深层土壤水分效应。结果表明：(1) 在模拟研究期间,洛川旱塬4—40年生苹果园产量整体上呈波动性下降趋势,初期产量逐渐增加,11—23年生达到最大值(平均为28.8 t/hm2),之后随降水量年际波动呈现出明显的波动性降低趋势。(2) 40年间苹果园地遭受的干旱胁迫日数呈波动性上升趋势,与年降水量波动趋势相反。(3) 1—15年生期间苹果园地平均年耗水量高于同期年降水量,导致苹果园地0—10 m土层土壤强烈干燥化,逐月土壤有效含水量波动性降低,1—10年生、11—20年生和21—40年生期间发生土壤干燥化并且程度逐渐加剧,但干燥化速率逐渐减缓,土壤干燥化速率分别为95.4 mm/a、12 mm/a和1.5 mm/a。(4) 随生长年限的延长,苹果园地0—10 m土层土壤湿度逐渐降低、土壤干层分布深度逐渐加大,在14年生时超过了10 m,20年生以后2—10 m 土层形成稳定的土壤干层。因此,基于土壤水分利用的苹果生长与果园利用的合理年限为20 a,最长不宜超过23 a。     

涡度相关法研究土壤水分状况对沙地杨树人工林生态系统能量分配和蒸散日变化的影响

为了解位于北京大兴区林场杨树人工林在不同的土壤水分环境条件下的水汽交换过程和能量的分配差异及其与环境因子关系,运用涡度相关（Eddy covariance,EC）法开路系统、常规微气象观测系统及土壤热通量板等设施对生态系统生长季内典型水分胁迫和无水分胁迫条件下蒸散日变化、能量分配以及与各环境因子的关系进行了测定分析和比较。结果表明,在水分严重胁迫日（以7月7日为例）,蒸散日变化过程为单峰曲线,全天（24h）蒸散量为2.4mm;而在无水分胁迫典型日（以7月25日为例）,蒸散日变化过程呈多峰曲线,全天蒸散量为4．5mm。能量平衡分析显示,无水分胁迫条件下潜热通量（LE）占净辐射通量（Rn）的比例远高于水分胁迫条件下潜热通量占净辐射通量的比例,说明水分充足时,能量的大部分用于蒸散。水分胁迫条件下蒸散速率与各环境因子的相关性均低于无水分胁迫条件下蒸散速率与环境因子的相关性。水分胁迫条件下,蒸散速率主要与净辐射和下垫面因子关系显著,而与其它因子的相关性较小;无水分胁迫条件下,蒸散速率与下垫面土体含水量和各气象因子均表现出较强的相关性。大气温度对于两个典型日蒸散速率的影响均很小;土壤含水量与水分胁迫日的蒸散速率几乎没有相关性,反应出土壤水分含量低至对蒸散几乎没有贡献了。     

基于茎干直径微变化制定苹果灌溉制度

茎干直径的动态微变化是研究植物体水分和生长状况的重要指标。利用测树器监测西北旱区盛果期苹果树茎干直径微变化规律,根据监测记录获得茎干直径日最大值(MXTD)、茎干直径日最大收缩量(MDS)数据,并探讨茎干直径微变化规律及其对环境因素的响应,为茎干直径微变化用于指导精确灌溉提供科学依据。实验结果表明,晴天或多云天气下,苹果树茎干直径在每天的7:00或8:00时刻达到一天最大值,在16:00左右达到一天的最小值,茎干直径年增长量与果实产量成反比例关系。整个生育期MXTD呈先快速增加后平稳的变化特征。2010年MDS与茎干水势(φstem)呈显著负相关关系(r2=0.76***,n=14),这表明MDS可以反映苹果树的水势状况。生育后期的MDS对环境因素响应比生育前期敏感,全生育期MDS与气象因素的决定系数大小顺序为日最大水汽压差(VPDmax)日最高温度(Tmax)净辐射(Rn)。茎干直径微变化规律可以反映西北旱区盛果期果树的水分状况,可以为果园灌溉制度的确定提供科学依据。     

西安附近苹果林地的土壤干层

根据西安附近苹果林下土壤含水量测定,研究了0~6m之间土壤含水量的变化与土壤干层问题。资料表明,西安附近15龄苹果林下2~3.5m深处土壤含水量为9.1%~9.2%,形成了发育弱的长期性土壤干层,10龄苹果林地2~4m深处也有干层发育,表明黄土高原的土壤干层分布已达黄土高原南部的关中地区;6龄苹果林下土壤有干化的显示,但无干层发育。分析得出,由降水少量决定的、埋藏深度小而厚度大的薄膜水带的存在是引起土壤干层发育的直接作用的因素。土壤干层的出现会引起土壤与植被的退化,应当避免严重的土壤干层出现。     

黄土塬区不同土地利用方式土壤水分消耗与补给变化特征

对黄土塬区不同土地利用方式下2012年3—10月7龄果园(挂果初期)、17龄果园(盛果期)、小麦地、玉米地土壤水文状况进行分析,结果显示,0—600 cm试验土层7龄果园土壤贮水量最高,其次为玉米地、小麦地,17龄果园最低,且不同土地利用方式下贮水量随着降水量的变化而上下波动,但其变化滞后于降水。不同土地利用方式均表现为随土壤深度增加土壤含水量变异程度减弱的特征,且其土壤剖面的水分含量变化存在季节变异。农田和7龄果园中不存在土壤干燥化现象,而17龄果园土壤剖面存在较厚的干燥化土层,其分布深度为320—600 cm。不同的土地利用方式的土壤水分的消耗和补充深度有较大差异,17龄果园消耗深度为500 cm,补充深度为200 cm;7龄果园、玉米地和小麦地消耗深度分别为200、300 cm和300 cm,且补充深度均超过了测定的土壤深度,大于600 cm。     

鹤山丘陵草坡的水文特征及水量平衡

 在中国科学院鹤山丘陵综合开放实验站的草坡集水区对大气降水和径流进行了连续4年的观测,并于1994年对该集水区的蒸散进行了测定,结果表明：1)鹤山丘陵区年均降水量1761.37mm,大气降水有明显的干湿季之分,干季降水量占全年降水量的12.47％,湿季占87.53％。年均降水量中有62.24％可引起地表产流,即年均产流降水量1096.3mm。产流降水以中、小雨频度为大,但产流水量主要由大、暴雨供给。文中根据降雨量较大地区的降水、产流特征和规律,提出了产流降水和产流水量的概念。2)鹤山丘陵草坡集水区年总径流系数50.12％,地表径流系数17.33％。地表径流主要集中在湿季产生,与降水量呈二次抛物线型回归关系,与降水强度关系不大。3)1994年水量平衡各分量中,实际降水输入1841.55mm,年径流量970.28mm,径流系数52．69％,径流是系统的最大输出项;蒸散量851.56mm,意味着年降水收入中46.24％的水量以汽态形式返回了大气。蒸散的月变化呈双峰型,不同于降水的季节分配,径流的月变化则与降水同步。系统蓄水年变化量19.71mm,约占年降水量的1.07％,但其月变化却非常大,在一68～104mm之间。草坡集水区的水量平衡是一种收入对支出的补给和收支项目中可变性的动态平衡。4)鹤山丘陵草坡水热季节分配失衡、产流降水量和地表径流量大是这种退化生态系统恢复的3个限制因素;认为退化生态系统恢复过程中系统水量支出和蓄留方式的转变是退化生态系统的恢复机理之一。     

洛川苹果园土壤水分变化特征

全面掌握洛川果园的土壤水分环境特征,不仅可为苹果的园址选择、砧穗组合和改进土壤水分管理措施提供理论依据,而且对我国苹果产区果园提质增效具有借鉴价值.采用定点土壤水分连续监测法,对洛川苹果园的总体土壤水分环境以及不同生长年限、不同立地类型和乔、矮化果园的土壤水分分异特征进行分析.结果表明： 苹果树根际区 (0～200 cm)土壤水分普遍亏欠,且0～60 cm土层的水分亏欠小于60～200 cm土层;生长季0～60 cm土层贮水量与降水量的变化一致,土壤相对含水量大多<60%,季节性旱象严重;果园剖面土壤含水量变异系数随土壤深度加深而递减;随果园生长年限的增大,土壤剖面贮水量下降;在栽培密度一致的条件下,矮化果园5 m土层土壤含水量均高于乔化果园,而栽培密度大的矮化果园的土壤贮水量低于栽培密度小的乔化果园;塬地成龄果园的土壤水分含量最高,川地次之,台地相对较低.密度对果园土壤水分含量有很大影响,在栽培密度一致的条件下,采用矮化栽培能减少土壤水分消耗,显著提高果园土壤含水量;挖株降低栽培密度是维持苹果园土壤水分平衡、实现可持续发展的有效途径.     

Biochemical responses in leaves of two apple tree cultivars subjected to progressing drought

The influence of water deprivation on potted apple trees (Malus domestica Borkh.) was investigated. Biochemical responses including ascorbic acid, glutathione (GSH), tocopherols, chlorophylls, carotenoids, free amino acids, and soluble carbohydrates were measured in leaves of diploid ‘Elstar’ and triploid ‘Jonagold Wilmuta’ subjected to progressive drought. Leaf water potential was chosen to be the primary indicator of water stress in tested plants. Time courses of measured biochemical parameters showed that mild drought did not significantly affect the chosen stress indicators. Moderate drought increased the concentrations of ascorbic acid, total GSH, β-carotene, zeaxanthin and -tocopherol, indicating the adaptation to oxidative stress in apple trees. Moderate drought also increased concentration of soluble carbohydrates, mostly due to increased sorbitol concentration. Severe drought negatively affected vitality of apple trees, and caused a decrease in sorbitol concentration. Severe drought also caused decreases in ascorbic acid, total GSH, β-carotene, -tocopherol and chlorophyll concentrations, which, together with the increase in oxidised GSH concentration, indicated severe damage due to oxidative stress. Severe drought increased free amino acid concentration, which was probably the result of increased proteolysis. Zeaxanthin concentration remained high even in leaves of apple trees subjected to severe drought stress. The results were similar for both tested apple cultivars.