典型岩溶洼地土壤水分的空间分布及影响因素

在桂西北典型岩溶洼地的旱季和雨季,用地统计学结合GIS方法研究了洼地表层(0—16cm)土壤水分的空间分布特征及其影响因素。结果表明:土壤含水量受前期降雨量的影响,且旱季土壤水分对降雨量的反应较雨季敏感。土壤水分均呈中等变异且变异系数随着平均含水量的增加而减少。土壤水分的半方差参数显示土壤水分空间变异及其主导因素随旱、雨季而不同。此外,不同取样区域及取样时段内土壤含水量高低差别明显,分布格局及空间变异程度各异,这主要与当地环境和人为因素的综合影响有关。旱、雨季土壤水分均与前期降雨导致的土壤平均含水量变化呈相反趋势,且不同土地利用方式下的土壤含水量不同。土壤含水量还与土壤有机碳含量呈显著正相关,此外,地势及裸岩率也是造成洼地土壤水分变异及其分布差异的重要因素。下一步应根据旱季和雨季土壤水分分布及影响因素的差异,在岩溶洼地采取有针对性地土壤水资源利用及其水分管理策略。     

哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤含水量变化规律及其影响因子

利用ChinaFlux设置在哀牢山亚热带常绿阔叶林内的通量观测系统的土壤含水量数据,分析了哀牢山亚热带常绿阔叶林内土壤含水量的时间变化及其影响因子,以期了解哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤含水量特征及其变化规律,为森林固碳能力、潜力和速率研究提供支撑.结果表明:(1)哀牢山亚热带常绿阔叶林不同深度土壤含水量大致呈单峰曲线分布,各层土壤含水量基本上随着土壤深度的增加而降低,波动范围也逐渐减小,最小值均在3月,最大值集中在7、8、9三个月.(2)0 ～ 100 cm各层深度的土壤含水量在17.7％～39.5％波动,其中100 cm深度的土壤含水量值最低、波动范围最小,总体来看,土壤含水量雨季高于旱季.(3)土壤含水量主要受降雨量、地温和相对湿度等要素的影响(P＜0.05),哀牢山亚热带常绿阔叶林5 cm深度的土壤含水量最大,约为38％.     

荒漠地区柽柳人工固沙林土壤水分动态研究

柽柳林土壤剖面的含水量与裸沙地土壤含水量的变化趋势有相似性,表层（0－30cm)含水量均受蒸发量和降雨量的影响变化较大,由于树冠的遮荫作用林地该层平均含水量高于裸沙地的含水量,30－200cm范围内林地土壤的各测量层平均含水量较裸沙地的低,林地和裸沙地土壤含水量均值随深度的变化可用二次函数描述;降雨对每月的0－200cm的土壤水量没有明显的影响,说明降雨多数在当月就被蒸散和深层渗漏所消耗;发现柽柳人工固沙林能在沙土壤的0－200cm范围内有较低的含水量条件下生存。     

车八岭山地常绿阔叶林冰灾后土壤节肢动物群落的多样性

2008年初车八岭山地常绿阔叶林受到中国南方80年一遇的冰灾的重创。为了揭示灾后林冠开度的梯度对土壤节肢动物多样性与分布的影响, 在受冰灾影响的车八岭山地常绿阔叶林设置2 ha固定样地, 按照冠层受损程度选取17个20 m×20 m的样方, 用半球面影像技术获取林冠开度, 并分凋落物层、0–10 cm和10–20 cm的矿质土层采集凋落物及土壤样品, 分析土壤节肢动物多样性。利用双向聚类分析(two-way cluster analysis)对凋落物层的土壤节肢动物和样地进行聚类, 以典范对应分析(canonical correspondence analysis)研究冠层开度、土壤有机质、电导率以及自然含水量与0–10 cm表土层土壤节肢动物的关系。结果表明土壤节肢动物的多度、丰富度和多样性随土壤层的加深而下降, 具有明显的表聚性; 林冠开度与凋落物层的土壤节肢动物类群数量呈负相关; 甲螨亚目、中气门亚目和前气门亚目动物对光照的适应范围广; 膜翅目、鞘翅目幼虫、综合纲和伪蝎目动物具有明显的避光性; 土壤节肢动物类群的分布与林冠开度、土壤自然含水量、电导率和有机质关系密切。因此可以推论, 冰灾对车八岭山地常绿阔叶林冠层的破坏及土壤因子的变化会进一步影响土壤节肢动物群落的组成和分布。本项研究还表明, 土壤节肢动物群落能有效地表征它们所栖息的生态系统的特点, 可用于监测冰灾后森林恢复和演替动态。而双向聚类分析和典范对应分析对于揭示土壤节肢动物的空间异质性及其与环境因子的相互关系具有理想的效果。     

西双版纳人工橡胶林冠层温度及其影响因子

冠层温度(T_c)是衡量植物水分和热量的关键生理生态指标之一。本研究以西双版纳地区橡胶林为对象,利用红外温度传感器及常规气象监测数据,分析了2014—2016年橡胶林冠层温度和气象因子的变化,旨在揭示西双版纳地区橡胶林冠层温度的变化特征及其与气象因子之间的关系。结果表明：T_c的年变化和干季日变化特征都呈现出单峰趋势,而雨季日变化呈现出双峰趋势;T_c与各气象因子的相关性为大气温度>饱和水汽压差>净辐射>风速>相对湿度>降水量,其中,大气温度与T_c的相关性最强(r=0.92,P<0.01,n=1096);偏相关分析发现,大气温度、净辐射和饱和水汽压差对干、雨两季的T_c都有显著影响,但干季影响T_c的因素主要是大气温度和净辐射,雨季影响T_c的主要因素是大气温度和饱和水汽压差。本研究初步得出了西双版纳地区冠层温度的变化特征及其与气象因子的关系,为深入探究冠层温度的影响因子提供了基础。     

祁连山北坡青海云杉林下苔藓层对土壤水分空间差异的影响

苔藓层是青海云杉林(Picea crassifolia forest)下的一个重要层片,它通过截持降水和减少土壤蒸发,对土壤水分产生影响。以祁连山北坡排露沟小流域的一个阴坡(海拔2700 m,植被为青海云杉林)作为样坡,于2010—2012年生长季对青海云杉林下有、无苔藓层覆盖地点的土壤水分进行对比观测。结果表明在祁连山青海云杉林下,苔藓层覆盖能减少土壤水分的空间差异。主要表现为:(1)无苔藓覆盖各观测点土壤含水量极差达62.2 mm,空间变异系数(CV)为17.3%;有苔藓层覆盖观测点土壤含水量空间变异系数为2.3%,仅为无苔藓覆盖地点的1/7.5,空间差异极显著(sig.0.001)。(2)在持续无雨、小雨后和连阴雨天气下,有苔藓覆盖地点土壤含水量空间差异均显著小于无苔藓覆盖地点(sig.0.05)。在持续无雨的情况下,无苔藓层覆盖各观测点土壤含水量空间变异系数平均值为19.8%,有苔藓覆盖地点土壤含水量空间变异系数平均值为6.6%,仅为无苔藓覆盖地点的1/3。小雨后,无苔藓覆盖各观测点土壤含水量空间变异系数平均值为15.2%,有苔藓覆盖地点土壤水分空间变异系数平均为5.1%,为无苔藓覆盖地点的1/3。连阴雨后,无苔藓覆盖各观测点土壤含水量空间变异系数平均为15.4%,有苔藓覆盖地点土壤水分空间变异系数平均为4.6%,为无苔藓覆盖地点的1/3.3。(3)持续无雨的情况下,苔藓层减小土壤水分空间差异的作用主要反映在土壤表层0—15 cm,对深层的作用不显著。而小雨和连阴雨后,苔藓层对15—80 cm深层土壤影响显著,而表层0—15 cm没有明显规律。     

晋西北黄土高原沟壑区不同乔木类型土壤水分变化

黄土高原沟壑区乔木截留蓄水、保持水土的作用在生态恢复重建中有着更加持久的意义。采用土钻法、烘干法对晋西北五寨县青杨(Populus cathayana)、旱柳(Salix matsudana)和油松(Pinus tabuliformis)3种典型乔木类型样地0~600 cm土壤水分动态进行了研究。结果表明:植物生长初期(4—5月),不同乔木类型土壤水分变化特征差异明显,土壤水分含量平均值为青杨旱柳油松;土壤水分随着土层深度的增加呈先上升后逐渐降低最后趋于稳定的趋势;3种不同乔木类型土壤干层情况由重到轻依次表现为油松旱柳青杨;3种不同乔木类型在不同土层中土壤含水量变异系数关系不同,在0~100 cm、400~500 cm处,油松青杨旱柳;在100~200 cm、500~600 cm处各乔木类型的土壤含水量变异系数关系表现为旱柳青杨油松;在200~400 cm的中层土壤,表现为青杨旱柳油松;结合乔木对土壤水量平衡和区域水循环的影响,研究区3种典型乔木均不能很好地适应晋西北黄土高原沟壑区半干旱的环境。     

内蒙古半干旱草原土壤水分对降水格局变化的响应

在全球气候变化背景下, 未来我国北方半干旱地区的降水格局将呈现出季节与年际间降水波动增强和极端降水事件增加的趋势。水分是半干旱草原的主要限制因子, 降水格局变化导致的土壤水分状况的改变必然对生态系统的结构和功能产生显著的影响。该研究选取内蒙古多伦和锡林浩特两个典型半干旱草原群落, 通过分析2006-2013年的降水和多层次土壤(0-10 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm和50 cm)含水量连续观测数据, 研究降水格局变化对土壤水分状况及其垂直分布的影响, 特别是土壤水分对降水事件的脉冲响应过程。结果表明: 两个站点的土壤含水量均呈现显著的季节及年际间波动, 其中土壤表层 0-10 cm水分波动更剧烈。锡林浩特50 cm处土壤含水量波动较大, 主要由于春季融雪的影响。年际间多伦和锡林浩特生长季土壤表层0-10 cm土壤含水量与降水量存在显著的正相关关系, 下层(10-50 cm)土壤含水量与降水量相关性不显著。研究发现小至2 mm的降水事件就能够引起两个站点表层0-10 cm土壤含水量的升高, 即该地区有效降水为日降水量> 2 mm。表层0-10 cm土壤含水量对独立降水事件的脉冲响应可通过指数方程很好地拟合。降水事件的大小决定了降水后表层0-10 cm土壤含水量的最大增量和持续时间, 同时这个脉冲响应过程还受到降水前土壤含水量的影响, 但该过程中并未发现植被因子(叶面积指数)的显著影响。降水后水分下渗深度及该深度的土壤含水量增量主要由降水事件的大小主导, 同时受到降水前土壤含水量的影响。在多伦和锡林浩特, 平均每增加1 mm降水, 下渗深度分别增加1.06和0.79 cm。由此作者认为, 在内蒙古半干旱草原, 降水事件大小和降水前土壤干湿状况是影响土壤水分对降水响应的主要因素, 而植被因子的影响较小。     

栓皮栎人工林冠层温度变化特征及其与微气象因子的关系

基于2011年栓皮栎主要生长季(5-8月)的冠层温度数据及同步观测得到的冠层微气象资料,分析了典型晴天和阴天条件下华北低丘山地栓皮栎人工林冠层温度(Tc)的变化特征及其与微气象因子的关系.结果表明:晴天日9:00-16:00,栓皮栎人工林林冠边界层处于不稳定状态,Tc比空气温度(Ta)平均高3.55℃;阴天日Tc的变化较晴天条件下平缓;Tc与Ta、净辐射(Rn)、相对湿度、风速等冠层微气象要素的复相关达极显著水平,其复相关系数为0.825;影响Tc的主要气象因子是Ta和Rn,二者对Tc的影响程度与天气状况有关.     

雷州半岛尾叶桉和湿加松人工林的蒸腾耗水规律

为正确认识大径材桉树及湿加松耗水规律,为地区人工林树种选择、栽培及抚育提供指导,应用TDP热扩散探针技术,对10年生尾叶桉和湿加松树干液流进行连续监测,并同步测定各气象因子,分析了雷州半岛地区尾叶桉和湿加松蒸腾耗水的日变化特征和季节变化规律,并与气象因子建立了相关模型。结果表明:尾叶桉和湿加松边材液流均表现出典型的昼高夜低的单峰型日变化特征,各月平均液流速率不同,且旱雨季差异显著;其中峰值尾叶桉雨季(0.127 cm/min)和旱季(0.096 cm/min)分别是湿加松雨季和旱季的1.30倍和1.57倍;日平均液流速率尾叶桉雨季(0.045 cm/min)和旱季(0.033 cm/min)分别是湿加松雨季和旱季的1.27倍和1.54倍;启动时间和迅速下降时间雨季两树种间差异不大,但旱季尾叶桉要提前湿加松约1—1.5 h启动,并晚0.5—1 h迅速下降。影响两树种边材液流速率的主要气象因子相同。尾叶桉人工林年平均单株日耗水量为12.79 L/d,是湿加松的1.33倍,林分蒸腾耗水量尾叶桉(582.16 mm)和湿加松(483.24 mm),分别占同期年降雨量的34.2%和28.4%,且两树种旱雨季蒸腾耗水量均雨季显著大于旱季。     

不同时间尺度下华北落叶松人工林冠层蒸腾与环境因子的关系

在半干旱区连续2年监测华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)的树干液流、气象因子和土壤体积含水量,分析不同时间尺度下人工林冠层蒸腾与环境因子的关系。结果表明：不同时间尺度下,华北落叶松人工林冠层蒸腾的季节变化均呈单峰曲线,即先增大后减小的趋势;2016年、2017年日蒸腾量分别为1.58 mm/d和1.71 mm/d,生长季蒸腾总量分别为241.30 mm和260.97 mm。在日尺度下,气温、太阳辐射强度和饱和水汽压差是影响华北落叶松人工林冠层蒸腾主要环境因子;月尺度下,气温、风速、降水和土壤水分是冠层蒸腾的主要影响因子;冠层蒸腾与降水、大气相对湿度的相关关系由日尺度下的负相关到月尺度的正相关,相关性增强。总体来看,随时间尺度由小到大,气温、风速、大气相对湿度、降水、土壤水分对冠层蒸腾的影响作用增大,而太阳辐射强度、饱和水汽压差的作用减弱;在未来增温增雨趋势下,研究区生长季将延长,华北落叶松人工林冠层蒸腾量可能会加大。     

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。     

黄土丘陵区小流域土壤水分时空变异

采用定位监测法,对2002—2005年黄土丘陵区小流域土壤水分的时空动态规律及其主要影响因素进行了分析.结果表明,研究区年均土壤水分剖面呈倒“L”型,水分最低点出现在1.0 m深处.表层（0～0.2 m）和下层（2.4 m以下）土壤水分年际间的差异达显著水平,而季节间的显著差异则表现在土壤表层和中层（1.0～2.4 m）;干旱年的降水不足显著提高了中、下层土壤水分的空间变异性,而丰水年的降水补充作用则显著降低了上层土壤水分的空间变异性,对中、下层土壤水分变异的影响不大.坡向对土壤水分变异的影响最大,其次是土地利用类型,坡位的影响最小.在干旱年或每年雨季开始时,坡向对土壤水分的影响随土层的加深而减弱,土地利用类型的影响则随之增强;在丰水年或每年雨季结束时,土地利用类型只对上层土壤水分状况具有显著影响,且其影响程度小于坡向的影响.     

Soil moisture ecological environment of artificial vegetation on steep slope of loess region in North Shaanxi Province, China

By means of fixed-point monitoring and comparative analysis, soil water deficient situation, soil moisture dynamic variation laws, soil aridization and soil water compensation features under condition of different artificial vegetations were studied on 35–45° steep slope of loess region in North Shaanxi Province, China. The results showed that soil water was extremely deficient under condition of perennial artificial vegetation on steep slope, soil water storage (0–10 m) was only equal to 26.2%–42.0% of the field capacity in dry years, and in rainy years it was also only equal to 27.0%–43.3% of the field capacity. The order of soil water deficit was Caragana microphylla > locust > alfalfa > Chinese arborvitae > poplar > Chinese pine > wild land > apricot > Chinese date > farm land. Annual variations of soil moisture with the same vegetation were weakened with soil depth increasing, and occurred mainly in 0–200 cm soil layers. In the same growth season, all CVs (coefficients of variation) of soil moisture under condition of different vegetations were bigger and concentrated comparatively in 0–120 cm soil layers, but difference of CVs in different vegetations was small. Below 120 cm soil layers, CVs were smaller, but difference of CVs in different vegetations was bigger. Permanent dry soil layers always occurred under condition of perennial vegetation on steep slope, but the difference of soil aridization intensity was obvious among different vegetations and growth years. Soil water compensation and recovery depths in rainy seasons were 1.0–1.4 m, but the soil water storage increment and compensation degree in different vegetations were dramatically different. Soil water compensation depth in the same vegetation in rainy years was over 60 cm more than that in dry years, while the soil water storage increment in 5 m soil layers increased over 3 times. Under natural precipitation, the soil water deficit in artificial vegetation on steep slope cannot be ameliorated, and the soil aridization also can't be relieved.     

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。     

西双版纳热带季节雨林内雾特征研究

 利用4年（1999～2002）的雾观测资料,对西双版纳热带季节雨林内雾特征进行了观测研究。结果表明,雾首先形成于最上林冠层,林下雾是由上层雾变浓、下沉而来。夜间,雾形成前,气温高于叶表温;雾形成后,气温则低于叶表温。热带雨林内各季节雾日数和雾日频率均高于无林地。热带雨林内平均全年雾日数可达258 d,其中雾季和干热季共占154 d（59.6%）,而雾季的雾日频率高达90%。雾日数的季节变化与各季节雨量呈明显的负相关。雾季,雾在23∶00左右生成,比干热季、雨季分别提前0.7、2.3 h,而消散时间则分别推迟0.8、2.2 h。雾生成和消散时间呈现出较明显的负相关。雾季雾的持续时间达12.2 h·d-1,比干热季、雨季分别长1.5、4.6 h·d-1。全年雾总持续时间占全年时间的39.7%,而雾季的相应值为50.8%。雾的形成不仅凝结了水汽进入森林（全年89.4 mm）,同时也对森林起到了一定的保温作用,这对热带雨林的生存和发展具有至关重要的作用。     

栓皮栎人工林树干液流对不同时间尺度气象因子及水面蒸发的响应

于2006-2008年主要生长季节,利用热扩散技术连续测算得到了华北土石山区30年生栓皮栎人工林液流量(SF),并结合同步测定的太阳辐射(Ra)、空气温度(Ta)、饱和水汽压亏缺(VPD)、风速(V)和降雨量(P)等气象因子、水面蒸发(EV0)及叶面积指数(LAI)等因子,分析了栓皮栎液流对不同时间尺度气象因子及水面蒸发的响应规律,探索建立长时间尺度水面蒸发与树干液流之间的关系模型。试验结果表明:(1)在主要生长季(4—9月份)期间,栓皮栎单株液流与同期测定的Ra、Ta、VPD和V等气象因子间均存在着较强的相关性。时间尺度为10min、1h、d、旬、月时,决定系数分别为0.388、0.482、0.539、0.654和0.812。说明随着时间尺度的增加,相关性越强;在不同时间尺度下,影响SF的最主要气象因子均为Ra。月SF与月Ra变化趋势的同步性尤为明显。(2)日尺度和月尺度上EV0与SF之间具有很好的线性关系,决定系数分别为0.578和0.876,比同时期、相等样本数条件下SF与Ra、Ta、VPD、V多元线性拟合的决定系数分别高3.6%和3.9%。(3)2006、2007、2008年生长季节降雨量分别为464.8、393.3mm和315.0mm,栓皮栎单株液流分别为2024.1L、1739.2L和1688.7L,年际间SF变化趋势与降雨量存在一定的一致性。     

华北地区土壤水分的时空变化特征

土壤水分是重要的水文参数,也是水循环、气候变化等研究的基本要素。本研究利用中国气象局新一代自动土壤水分观测网逐小时土壤水分观测数据,分析2013—2019年间华北地区土壤水分的时空分布和变化趋势及其与降水和温度的关系。结果表明: 研究期间,华北地区10~100 cm土层土壤水分整体呈波动下降趋势,尤以100 cm根区土壤水分减少最明显。华北地区不同深度土壤水分空间分布均呈东南高、西北低的特征。10 cm土层63%面积缺墒。不同深度土壤水分随季节变化明显,夏季各层土壤水分达到最高,墒情适宜,春季土壤水分处于低值。土壤水分与降水和温度均具有较好的响应关系,随着土壤深度的增加相关性逐渐减弱,且土壤水分对降水的响应比对气温的响应更显著。     

小流域土层厚度对土壤水分时空格局的影响

以丹江口库区五龙池小流域为研究区,通过定点观测,探讨了土层厚度对土壤水分时空格局的影响.结果表明：土壤含水量在降雨后立即升高,随后逐渐降低,空间异质性则相反.不同土层厚度剖面含水量差异显著.其中,0～20 cm厚度的土壤剖面含水量较低,与降雨有相似的变化趋势,季节变异大;中等厚度（20～40 cm）的土壤水分受降雨特征影响,剖面含水量居中,季节变异中等;较大厚度（>40 cm)的土壤的剖面含水量较高,季节变异小.土壤水分的剖面格局是降雨、蒸发蒸腾和渗漏综合作用的结果,半湿润期呈增长型,湿润期呈波动型,干旱期包括增长型和波动型.土壤剖面含水量与土层厚度呈显著正相关,相关系数在0.630～0.855.土层厚度与表层（0～15 cm）土壤水分相关不显著,但与中下层（20～55 cm）土壤水分显著相关.