小流域土壤水分空间异质性及其与环境因子的关系

以丹江口库区五龙池小流域为研究区域,利用双向指示种法将观测期(2008年4-10月)划分为不同干湿时段;运用前向选择法和Monte Carlo检验法对显著影响不同时段土壤水分空间格局的环境因子进行筛选;利用冗余分析排序法分析不同时段土壤水分格局与环境因子的关系;运用偏冗余分析定量分离环境、空间及其交互作用对土壤水分变异的影响.结果表明:观测期土壤水分被划分为7个子类,分别属于干旱、半干旱、半湿润和湿润4个时段;在干旱期,土地利用类型是影响土壤水分空间格局的主控因子,土层厚度、相对高程、剖面曲率、土壤容重和土壤有机质的影响也达到显著水平;在半干旱期,土层厚度起主导作用,土地利用类型、地形湿度指数、土壤容重和剖面曲率显著影响土壤水分;在半湿润期,地形湿度指数的影响最大,土地利用、坡向正弦值的作用显著;在湿润期,地形湿度指数和坡向正弦值是主要影响因子,相对高程、汇水面积的影响显著.不同干湿期土壤水分的空间分布与环境空间的生态梯度格局吻合较好.从干旱期到湿润期,环境因子独立作用不断减小,但始终处于主导地位,空间位置独立作用总体变化不大且一直维持在较低水平,环境-空间位置交互作用的贡献逐渐增大.     

喀斯特峡谷区土壤水分特征及其影响因素研究

土壤水分是喀斯特峡谷区植被建设的限制性因子。分析喀斯特峡谷区土壤水分特征及其影响因素, 对该地区的植被建设有重要意义。以贵州花江喀斯特峡谷区为研究区, 运用原位监测和冗余分析法, 研究喀斯特峡谷区土壤水分特征并揭示其影响因素。结果表明: (1)监测期间, 喀斯特峡谷区土壤水分特征表现为南坡较北坡低, 表层较深层低, 乔木较灌木低。(2)喀斯特峡谷区土壤水分主要受海拔、坡向、坡度等地形因子影响, 其次为枯落物厚度、叶面积等植被因子。(3)0—5 cm、20—40 cm土层土壤水分的主控因素为气温, 5—10 cm土层土壤水分的主控因素为坡度, 10—20 cm土层土壤水分的主控因素为海拔。喀斯特峡谷区土壤水分主要受地形、气温、降雨影响。根据地形、土壤厚度、枯落物特征选择不同的灌溉方式, 以及依据不同土层土壤水分的主控因素种植根系深度不同的植物, 制定对应的农业水资源管理策略, 是后续提升喀斯特峡谷区植被建设效果的重要途径。     

三峡库区典型茶园土壤水分对不同降雨模式的响应

土壤水分是坡面产流和生物地球化学过程的关键控制因素。降水事件可以通过引起土壤剖面不同深度的土壤水分响应,从而影响流域中的径流路径、产流机制和土壤侵蚀过程等。基于三峡库区典型分布的茶园为对象,通过长期定点、高频的气象和水分数据观测,研究不同降雨模式下茶园不同土层深度(0—10、10—20、20—30、30—40cm)土壤水分的时空变化特征,分析茶园不同深度土壤在雨季的水分动态变化规律和对不同降雨模式的响应特征。结果表明：(1)研究区内的降雨和土壤水分含量均表现出明显的季节性特征。降雨在7月达到最大值,土壤水分含量则在8月达到峰值。表明降雨是影响土壤水分含量变化的重要因子,土壤水分对降雨有着明显的响应过程。(2)在相同降雨条件下,土壤含水量具有明显的垂直梯度变化。随着土层深度的增加,土壤水分对降雨的响应逐渐呈现出滞后现象。表层土壤(0—20cm)对降雨的响应较为迅速且幅度更加明显,深层土壤(30—40cm)水分含量变化相对稳定,并且对降雨的响应时间更加滞缓。随着土层深度的增加,土壤水分含量的变化幅度逐渐趋于平稳。(3)土壤水分含量对不同的降雨模式表现出显著差异。在较大雨强条件下,土壤水分变...     

元阳梯田水源区土壤水分动态变化规律研究

近几年云南大部分地区受旱情困扰, 但元阳梯田却未受影响, 这与梯田水源区土壤水分运移特征息息相关。为探究该区土壤水分运移特征, 选取乔木林地、灌木地和坡耕地三个标准径流小区, 测定并分析不同坡位(上部、中部、下部)及不同深度(10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm、100 cm)的土壤容积含水率。结果表明: 土壤水分变异系数随土层深度的增加而减小; 乔木林地、灌木地、坡耕地三种土地利用类型对土壤水分的影响表现为: 雨季差异不显著而旱季差异显著; 乔木林地和坡耕地的储水量以60 cm 为界分为两层, 而灌木地则明显分为10 cm(6 mm-12 mm)、20-60 cm(49 mm-110 mm)、100 cm(169 mm-210 mm)三层, 且土壤储水量与土壤深度的相关度最高; 土地利用类型与土层深度的交互作用对土壤含水率的影响较大; 越往深层, 林地的保水效果越好。因此, 元阳梯田水源区的森林不仅能为梯田提供长流水, 而且在提高土壤水分利用率、维持梯田可持续发展上具有十分显著的作用。     

三种干旱指数在干旱区沼泽湿地土壤水分遥感反演中的应用

湿地水文条件对湿地生态系统结构和功能起着关键作用。借助卫星遥感技术,以干旱区疏勒河中下游沼泽湿地为研究对象,基于Landsat8 OLI遥感影像的温度植被干旱指数(TVDI)、垂直干旱指数(PDI)和归一化干旱监测指数(NPDI)3种干旱监测方法,结合野外湿地实测土壤水分数据进行比较和验证。结果表明:(1)TVDI、PDI和NPDI3种干旱指数在不同土层中均与土壤实测水分呈显著负相关(P0.01),且NPDI指数与表层土壤水分的拟合效果最好。不同土层中,3种干旱指数与土壤水分的拟合优度大小均为NPDITVDIPDI;(2)研究区同一湿地类型不同土层的土壤水分存在显著差异(P0.05),且不同湿地类型的土壤水分总体上表现为随着土壤深度的增加呈递增态势;(3)研究区同一土层不同湿地类型的土壤水分差异显著(P0.05),且不同土层中土壤水分的大小均为:沼泽化草甸草本沼泽季节性咸水沼泽内陆盐沼。     

山西太岳山小流域土壤水分空间异质性及其影响因子

以山西太岳山华北落叶松林地为主的小流域作为研究对象,采用地统计学方法结合地理信息系统(GIS)技术手段,研究了接石沟小流域土壤水分(0—60cm)的空间变异特征,以及植被分布和地形因子对其影响规律。结果表明:在时间稳定性的前提下,土壤水分含量和变异系数随土层加深逐渐降低。三层土壤水分半方差函数的最优拟合模型为球状模型,变程范围在1.1—1.4 km,均具有强烈的空间自相关性,其中0—20 cm和20—40 cm层土壤水分的空间异质性程度高于40—60 cm土层,以中间层的结构因素占总变异比例最大。自然结构因素(地形、母质、植被和土壤等)对不同土层土壤水分的总空间变异性起主导作用(81.4%—91.3%),而随机因素(取样误差、人为干扰等)的影响相对较小(8.7%—18.6%)。沿着集水线由西-东方向,从边缘的土壤水分高值斑块区逐渐过渡到明显的低值斑块区,梯度变化明显。研究发现,在植被覆盖异质性小的山地,土壤水分的空间异质性主要由地形因素引起,具体表现为其与坡向指数(TRASP)、坡度、海拔和土壤有机碳、全氮呈极显著相关关系(P0.01),而与植被指数(NDVI)呈弱的负相关关系。叠加分析显示,在阴坡、坡度较缓(15°)及高海拔叠合的区域土壤水分含量较高。研究结果可为山地人工林构建和植被恢复中土壤水资源的利用以及水分管理策略的制定提供理论依据。     

白刺沙包浅层土壤水分动态及其对不同降雨量的响应

以乌兰布和沙漠典型白刺沙包为研究对象,使用EC-5土壤水分传感器对其浅层(0—50 cm)土壤水分进行长期连续监测,分析了白刺沙包不同深度土层对不同降雨量的响应及整个生长季的土壤水分动态特征。结果表明:降雨是乌兰布和沙漠白刺沙包土壤水分的最重要补给源,降雨量大小是影响浅层土壤水分补给深度的决定因素。小于10 mm的降雨完全被表层(0—10 cm)土壤吸收,无法补给10 cm以下土壤水分;10—20 mm的降雨对土壤水分的补给深度达到20 cm;20—30 mm的降雨对土壤水分的补给深度达到40 cm,大于30 mm的降雨补给深度可达到50 cm,甚至更深土层。在研究区降雨量以小于20 mm降雨为主的情况下,20 cm以下土层土壤水分逐步恶化,久之将有利于浅根系草本植物的生长,不利于白刺的生长繁殖。因此,这种降雨格局将对浅层土壤水分及植被演替产生重要影响。     

荒漠草原两种类型土壤的水分动态对比

基于2017—2018年的定位监测数据,分析了宁夏东部的盐池荒漠草原2种不同类型土壤(灰钙土和风沙土)的水分时空动态特征。结果表明: 2017和2018年生长季(5—10月),研究区降雨量分别为208.2和274.8 mm,降雨在各月份的分配差异较大。2018年除5月存在极端降雨事件(129.6 mm)外,其余各月降雨量均低于2017年。土壤水分变化的季节动态规律大致可以分为两个阶段:土壤水分补偿期(5月初至6月初)和土壤水分波动期(6月中旬至9月底)。0～20 cm土层土壤含水量在降雨后呈骤增骤减的脉冲式特点,深层土壤含水量较稳定。灰钙土土壤含水量随土层加深表现为“升-降-升”的变化,风沙土土壤含水量在0～60 cm土层出现井喷式增加,而后增加缓慢,但随着土层深度的增加土壤含水量逐渐增大。2017年,灰钙土全剖面(0～100 cm)土壤水分表现为积累型,风沙土表现为消耗型;2018年,两种类型的土壤水分在全剖面均表现为消耗型。两种土壤类型土壤水分的时间稳定性随土壤深度的增加而增强,灰钙土和风沙土全剖面的平均土壤含水量代表性土层分别为80～100和40～60 cm。2种类型土壤的土壤水分时空分布不同,风沙土受降水的影响高于灰钙土。降水会降低土壤水分的变异性,改变土壤水分的时间稳定性。     

土壤水分时空变异及其与环境因子的关系

土壤水分的时空变异是指在一定的景观内,不同时间、地点和土层的土壤水分特征存在明显的差异性和多样性。土壤水分时空变异是由多重尺度上的土地利用（植被）、气象（降雨）、地形、土壤、人为活动等诸因子综合作用的结果,但就其某一具体地区而言存在着重点尺度和主控因子,土壤水分时空变异的重点尺度与主控因子的时空关系因时间、空间和尺度而异。本文综述了土壤水分（尤其是黄土高原地区）的时空变异与其环境因子时空关系的研究进展,并提出了广眨开展多重时空尺度上土壤水分的时空变异与其诸因素的时空关系,研究土壤水分时空变异性的尺度转换规律,确定重点尺度及其相应的主控因子。     

基于地面遥感信息与气温的夏玉米土壤水分估算方法

土壤水分是土壤-植被-大气连续体的一个重要组分,是决定陆地生态系统水分状况的关键因子,也是作物的水分供应库.为了估算站点尺度不同深度的土壤水分,基于下垫面能量平衡方程和水分亏缺指数,提出了基于地面遥感信息(归一化植被指数和下垫面温度)和气温估算土壤相对湿度方法.利用2014年中国气象局固城生态与农业气象试验站夏玉米水分控制试验资料验证的结果表明: 该方法可以有效估算不同深度的土壤相对湿度,陆地生态系统的潜在干旱程度即实际蒸散与潜在蒸散之比与不同深度土壤湿度呈显著的线性关系.其中,0～10 cm土层的土壤水分估算精度最高,决定系数达0.90;0～20 cm到0～50 cm土层土壤水分估算的平均相对误差均在15%以内,相对均方根误差均在20%以内.研究结果可为作物的干旱监测与灌溉管理提供参考.     

半干旱黄土区苜蓿退化对坡面草本植物分布及多样性的影响

半干旱黄土丘陵区土壤水分亏缺引起人工苜蓿草地退化会显著影响其他草本植物的分布及多样性,然而地形驱动下的苜蓿草地退化及植被群落多样性响应还尚不清楚。以典型半干旱黄土丘陵区龙滩小流域为研究区,对不同地形条件下退化苜蓿草地地上生物量、草本多样性及生长季内0—200 cm土壤水分进行了定位监测,利用方差分析、相关分析和典范对应分析(CCA)明确坡面地形、苜蓿生长状况和土壤水分与其他草本植物分布及多样性之间的关系。结果表明:(1)地形显著影响植被群落特征,西坡、东坡和北坡样带苜蓿地上生物量明显不同,西坡和东坡样带中、下坡位苜蓿地上生物量明显高于上坡位,而其他草本的生物量、物种丰富度和多样性指数的变化趋势则与苜蓿相反;(2)苜蓿地上生物量与80—200 cm土壤水分显著正相关,而与0—20 cm和20—80 cm土壤水分的相关性较小;(3)地形特征、不同深度土壤水分和苜蓿地上生物量解释了退化苜蓿草地其他草本群落变异的87.8%,其中坡向、苜蓿地上生物量、0—20 cm和20—80 cm土壤水分4个因子解释了79.3%的群落变异。研究认为,半干旱黄土丘陵区不同地形条件引起坡面土壤水分变化,进而影响退化苜蓿草地地上生物量,使得苜蓿退化程度不同,而苜蓿退化程度和0—80 cm土壤水分决定了不同部位草本分布及多样性。     

宁南山区不同乔木林地土壤干层分布及干燥化特征

以宁南山区典型坡面不同人工林地为研究对象,分层采集0~600 cm土样,分析杏树(Armeniaca vulgaris)、杨树(Populus simonii)、榆树(Ulmus pumila)、刺槐(Robinia pseudoacacia)和松树(Pinus sylvestris var.mongolica)及农田(对照)土壤含水量垂直剖面分布特征,采用干燥化指数(SID)、土壤水分相对亏缺指数(CSWDI)、干层起始深度(DSLFD)、干层厚度(DSLT)和干层内平均含水量(DSL-SWC)等指标对土壤干燥化强度和干层分布特征进行分析,利用冗余分析(RDA)确定相关环境因子对土壤干燥化和干层的影响,为黄土高原山区植被合理利用水土资源和生态恢复等提供数据支撑。结果表明:(1)杏树、杨树、榆树、刺槐、松树土壤水分均属中等变异,且0~600 cm平均土壤含水量与对照农田相比分别降低了31.17%、24.15%、23.19%、29.67%和18.35%。(2)不同人工林地干层起始深度、干层厚度及垂直剖面土壤水分分布明显不同,杏树、杨树、榆树、刺槐、松树和农田土壤干层起始深度分别为90、160、140、140、160和600 cm,干层厚度分别为510、460、480、480、460和0 cm。(3)杏树、杨树、榆树、刺槐和松树0~600 cm平均土壤干燥化指数分别为63.48%、91.88%、95.17%、73.97%和111.91%,土壤水分相对亏缺指数分别为0.68、0.59、0.52、0.63和0.41,其土壤水分干燥化强度及亏缺程度由高到低依次为杏树>刺槐>杨树>榆树>松树。(4)RDA分析结果表明,乔木类型、黏粒含量和地形条件是影响土壤干燥化的重要因素。     

祁连山中段林草交错带土壤水热特征及其对气象要素的响应

利用综合环境观测仪(ENVIS)的长期监测数据,分析了2002-06-01—2008-05-31期间祁连山阴坡林草交错带土壤水热特征及其与气象要素的统计关系,结果表明:1)土壤温度与空气温度年内变化格局相似,但存在滞后期,滞后时间随土壤深度增加而增加;土壤温度年际变化与气温一致,呈逐渐降低趋势。2)土壤水分表现为20—80 cm土壤水分易受外界降水过程影响,120 cm和160 cm深度土壤水分变化相对平缓;土壤水分季节性冻融过程中的主要控制因子为温度,但20—80 cm冻土的融化还受上层土壤水分融化和降雨下渗影响。3)月尺度上土壤水分和温度与气象要素的统计关系优于日尺度。利用气象要素在月尺度上建立的经验模型上对20—60 cm深度土壤温度的估算效果相对较好。     

荒漠人工固沙植被区土壤水分的时空变异性

表层土壤水分具有高度的时间和空间变异性.研究的目的:(1)揭示沙坡头人工固沙植被区浅层土壤水分的时空变异性特征;(2)确定驱动土壤水分变异的主要环境因子.在人工固沙植被区内一个4500m2的网格样地上每隔10m设置取样点,在连续7个月的时间内 (2005年4～10月),每隔15d用时域反射仪测量各样点表层以下15cm和30cm深度的土壤容积含水量.结果表明,该区网格尺度上浅层土壤水分的分布具有明显的空间变异性,其变异性随着土壤水分含量的降低而减小;相对海拔是驱动土壤水分空间变异的主要环境因子,其作用在降雨后尤为显著,且其对土壤下层的影响比上层更明显;植被和土壤水分含量的相关性时间序列与相对海拔一致--降雨使其相关性增加;土壤质地(土壤粒径分布)和土壤水分含量的相关性时间序列特征与植被和相对海拔相反,且其对土壤上层的影响比下层更明显.因此,在沙坡头荒漠人工固沙植被区,降雨后的短暂湿润期,地形和植被是驱动浅层土壤水分变异的主要影响因子,而随着降雨之后土壤逐渐变干,土壤质地的影响变得更加明显.     

灌溉对孕穗期冬小麦农田温度的影响

灌溉是抵御和减轻冬小麦晚霜冻危害的有效措施之一。针对黄淮地区2010年4月的一次强降温过程,通过郑州农业气象观测站的灌溉防霜试验,对比分析了冬小麦孕穗期田间空气温度和土壤温度特征。结果表明:在外界环境温度下降时,灌溉可以提高田间最低气温0.1～0.6℃,增温效应主要集中在地上5cm处,灌溉可减少气温≤0℃的持续时间1～2h;对土壤温度的影响随着深度而存在差异,0cm土壤温度以增加为主,5～20cm土壤以降温效应为主;灌溉减小了气温和0～5cm土壤温度的变异系数和平均相对变率,而增大了10～20cm土壤温度的变异系数和相对变率;灌溉引起的温度差异只在15和20cm土壤处比较显著,其余各层温度差异并不明显。     

不同土地利用方式土下岩溶溶蚀速率及影响因素

以重庆中梁山为例,通过野外埋放标准溶蚀试片、土壤CO2收集装置和进行亮蓝染色示踪试验,测试不同土地利用方式下不同土层碳酸盐岩溶蚀速率、土壤CO2浓度、土壤溶解性有机碳(DOC)含量及土壤含水量、土壤pH值和孔L隙度等性质,探讨不同土地利用方式土下溶蚀速率差异及其影响因素.结果表明不同土地利用方式对土壤理化性质产生影响,形成特定的岩溶微环境,进而影响土下不同层次的岩溶作用:土壤CO2浓度是影响林地和草地旱季土下溶蚀速率的重要驱动力;土壤含水量和供水能力是影响旱季不同土地利用方式溶蚀速率的关键因素;菜地产生的酸性物质较多,土壤pH值最低,其平均溶蚀速率高于林地;土壤DOC随水下渗迁移性强,是林地土下50 cm处溶蚀速率高于土下20 cm处的原因之一.该文为西南岩溶区土下岩溶机理、岩溶碳汇提供理论依据和数据参考.     

云雾山自然保护区环境因素对土壤水分空间分布的影响

选取黄土高原云雾山自然保护区天然草地,研究分析了地形因素、植被类型、降雨和封育措施对土壤水分的影响,研究结果表明:在0～100 cm土壤,单点季节平均土壤含水量的空间变化主要受坡向、坡位、群落类型和封育措施的影响;在深层土壤100～300cm,相对海拔、坡位、坡向、群落类型和封育措施在控制土壤水分的再分布中具有重要作用.不同的环境因素对土壤水分空间分布影响的季节变化存在明显差异,坡度、相对海拔、坡位与土壤湿度的关系依赖于前期降雨量,土壤湿度和坡度、海拔、坡位和封育措施的相关性一般随前期降雨的增加而增大.群落类型对土壤湿度的影响与群落盖度和蒸腾速率有关,在植被盖度差异较大的5月份和蒸腾速率差异较大的7月份影响显著.坡向对土壤湿度的影响依赖于太阳辐射的变化,在太阳辐射较强烈的7月份差异显著.由于长期自然封育,草地覆盖度不断增加,其蓄水保水能力增强,对土壤水分的调节能力得到提高,从而能在一定程度上改善土壤水分条件.     

Temporal heterogeneity of soil moisture under different vegetation types in Qilian Mountain, China

Field observations were conducted near the forest boundary in Qilian Mountain to test the differences in temporal variability of soil moisture between grassland, shrubland and forest habitats, and to examine the contributions of canopy rainfall interception and plant uptake to any observed differences. It was found that considerable differences of the temporal heterogeneity of soil moisture do exist between the three habitats. The coefficient of variance (CV) in soil moisture content at 5 cm depth was significantly higher in grassland and shrubland than in forest, while that at 20 cm was significantly higher in shrubland and forest than in grassland. High canopy rainfall interception of shrubs and intense soil moisture evaporation in grassland should be responsible for the higher temporal variability of soil moisture content at 5 cm depth in the two habitats, respectively, while the differences at 20 cm depths are most likely only due to the differences in canopy rainfall interception. Water uptakes provide little contribution to the differences in CVs of soil moisture at both 5 cm and 20 cm depths. It was also found that the CV at depth of 20 cm is significantly higher than that at depth of 5 cm, suggesting that the most active depth of soil moisture does not necessarily happen on the surface.