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冻融和非冻融条件下包气带土壤墒情垂向变化的试验与分析 总被引：2，自引：0，他引：2
冻结层的存在使得寒区有着与非寒区差别明显的水文循环过程,土壤冻融规律、水热盐运移、融雪水入渗等已成为众多学者的研究对象. 寒区低温条件下冻融土壤持水性质与非冻融土壤不同,其包气带冻结层往往具有弱透水性、蓄水保墒和隔热减渗的作用,使得寒区春季冻结层土壤的墒情较高. 以冻融土壤和非冻融土壤墒情对比监测为基础,选取地表以下100 cm的土壤为研究对象,在黑龙江大学呼兰校区设置冻融和非冻融对比监测试验场,同时段、同频率、同埋深（间隔 20 cm土层）进行土壤结构、水热及环境参数监测. 通过对比分析了不同埋深不同冻融阶段的墒情参数,量化了低温冻融条件下土壤墒情较非冻融土壤的高出部分,最后对冻土保墒的机理进行探讨与分析. 结果表明：冻结条件下土壤水分重新分布,在土水势的作用下由非冻结区向冻结区迁移. 初冻期地表土壤墒情达到最大,冻结期土壤最大墒情值随冻结锋面迁移分别在20、40、60 cm处达到最大,稳定冻结期和融化初期在80 cm处达到最大;土壤最大墒情值一般在冻结锋面前沿的10～20 cm处,较好地保持了土壤水分. 无论是从空间（不同埋深）还是时间（不同冻融阶段）角度分析,冻融土壤含水率均大于非冻融土壤,二者含水率的差值随埋深和冻融阶段的推移而加大,在稳定冻结期80 cm处达到最大,差值量可达6.4%～7.8%. 相似文献
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黄土高原西部土壤水分时空变化模拟研究——以安家坡流域为例 总被引：3，自引：2，他引：1
土壤水作为陆地水循环和水量平衡的一个重要组成部分,在土壤-植被-大气连续体物质与能量转化中起着重要的作用,成为陆面过程研究中的重要参量.选择黄土高原西部的安家坡流域,采用多点长序列观测方法,对该区域土壤水分的时空变化规律进行研究.结果表明:坡向和土地利用类型是小流域土壤水分变异的重要影响因素,得出了不同立地条件下土壤水分的剖面变化与时间的动态规律.在此基础上,利用土壤湿度指数结合主要影响因素预测土壤水分的时空变化,旨在为黄土高原大中尺度的土壤水分模拟提供思路. 相似文献
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选择喀斯特高原峡谷关岭—贞丰花江示范区为研究对象,在2018年5-9月采用土壤水分传感器对0~40 cm土层的土壤含水率进行监测,以分析花椒地、金银花地、火龙果地3种不同经济林地土壤储水量的季节变化特征及土壤含水量的剖面变化特征。结果表明:（1）3种经济林地土壤储水量随着降雨的季节变化明显,与降水随时间的变化趋势一致,但在时间上滞后于降水量。在观测期内不同经济林地0~40 cm土层土壤储水量表现为火龙果地（478.97 mm）>金银花地（372.64 mm）>花椒地（322.15 mm）;（2）随着土层的加深,含水率总体呈增加趋势,观测期火龙果地、金银花地、花椒地的土壤含水率分别为35.97%、27.36%、23.55%,整体变异系数分别为9.64%、19.53%、24.27%,火龙果地为弱变异,花椒地和金银花地为中等变异。火龙果地的持水效果最好,金银花地和花椒地次之,因此在贵州省花江喀斯特高原峡谷区的石漠化治理过程中可适量种植火龙果以达到生态恢复效果,并推动当地产业发展。 相似文献
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兰州新区位于黄土高原西段, 为典型干旱区, 道路修建形成了许多坡度大于30°的工程开挖边坡。在边坡上重建植被对改善局地景观和防治水土流失具有重要的作用, 而坡面土壤水分状况对植被重建影响重大。选择3种整地类型（条形坑、 圆形坑和原状坡样地）, 研究兰州新区黄土工程开挖边坡植被重建的初期土壤水分状况, 结果表明： 3种整地类型中条形坑的土壤水分条件最好, 与圆形坑、 原状坡样地土壤水分存在显著差异（P<0.05）。不同灌溉频率下原状坡样地0 ~ 20 cm土层土壤含水量较低, 20 ~ 50 cm土层土壤含水量较高。土壤含水量的变异系数随土层深度的增加而减小, 随灌溉频率的降低而增加。在边坡植被重建初期, 需把土壤水分维持在8.4% ~ 10.8%, 即田间持水量的38% ~ 49%, 才能保证植物正常生育生长。当栽植的植被根系长度大于10 cm时, 可考虑将喷灌频率从每天喷灌改为隔天喷灌, 否则植物有死亡的风险。研究结果可为类似的黄土边坡植被恢复和生态建设提供参考。 相似文献
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Statistical analyses and controls of root-zone soil moisture in a large gully of the Loess Plateau 总被引：1，自引：0，他引：1
Yinguang Shi Pute Wu Xining Zhao Hongchen Li Jiawen Wang Baoqing Zhang 《Environmental Earth Sciences》2014,71(11):4801-4809
Soil moisture variability and controls are little known in large gullies of the Loess Plateau which represent complex topography with steep slopes. This study analyzed spatial–temporal variability of soil moisture at the 0–20, 20–40, 40–60, and 60–80 cm depths in a large gully of the Loess Plateau based on root-zone soil moisture measurements for 3 years (2009–2011). The result showed that mean soil moisture, standard deviation (SD), and coefficient of variation, were highly dependent on depth; the highest mean value was observed at the 20–40 cm depth, while the lowest one was at the 0–20 cm depth. The SD increased with mean soil moisture for various depths as soil moisture was relatively wet; however, a transition that SD decreased with mean soil moisture occurred when soil moisture was relatively dry. Positive correlations exist between moisture contents over different depths, and that the relationships of the neighboring layers are relatively high with R 2 from 0.70 to 0.76. Correlation analysis, principle component analysis, and stepwise multiple regression analysis showed that soil particle size distribution and topography (slope and elevation) were the main environmental factors controlling soil moisture variability in the large gully. 相似文献
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通过网格(10m×10m)取样,用地统计学方法研究了青藏高原高寒草甸覆盖区域(110m×90m)浅层剖面(0~40cm)土壤水分的空间异质性特征。结果表明:在高寒草甸覆盖区0~30cm深度范围内,土壤水分均存在高度空间异质性,其中87.3%~74.9%的空间异质性是由空间自相关部分引起的,主要体现在201m以下尺度,10m以下随机因素对空间异质性作用较小;30~40cm土壤水分空间异质性由10m以下尺度随机因素导致的占42.3%,而自相关部分的空间异质性(57.7%)体现在10~87.2m尺度。随土层深度的增加,分维数D有逐渐增大的趋势,说明随深度增加高寒草甸区土壤水分自相关空间异质性程度在降低,而随机因素导致的空间异质性程度在增加。从4层的C0/(C+C0)值来看,10~20cm这一层的值最小,表明在这一层的系统变量的空间自相关性程度最高。说明高寒草甸区0~30cm土层的土壤水分含量是受降水、植被发育、根系分布、土壤特性和人为干扰等影响,其空间异质性主要受自相关因素控制,而30cm以下的土壤水分受自相关因素和随机因素共同控制。 相似文献
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Manika Gupta Prashant K. Srivastava Tanvir Islam Asnor Muizan Bin Ishak 《Environmental Earth Sciences》2014,71(10):4421-4431
The Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) is a joint space mission between NASA and the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) designed to monitor and study tropical rainfall. In this study, the daily rainfall from TRMM has been utilized to simulate the soil moisture content up to 30 cm vertical soil profile of at an interval depth of 15 cm by using the HYDRUS 1D numerical model for the three plots. The simulated soil moisture content using ground-based rainfall and TRMM-derived rainfall measurements indicate an agreeable goodness of fit between the both. The Nash–Sutcliffe efficiency using ground-based and TRMM-derived rainfall was found in the range of 0.90–0.68 and 0.70–0.40, respectively. The input data sensitivity analysis of precipitation combined with different irrigation treatment indicates a high dependency of soil moisture content with rainfall input. The overall analysis reveals that TRMM rainfall is promising for soil moisture prediction in absence of ground-based measurements of soil moisture. 相似文献
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表层岩溶带土壤温度和体积含水率对夏季暴雨事件的响应 总被引：1，自引：1，他引：0
为揭示表层岩溶带土壤温度和体积含水率对暴雨事件的响应机制,利用HOBO土壤温度和体积含水率监测仪,连续监测2014年7-8月20 cm和70 cm土壤温度与体积含水率。结果表明:研究区域20 cm土壤温度呈日变化,这种日变化格局主要受到大气温度日变化的影响,70 cm土壤温度总体上呈上升趋势,主要受到夏季大气环流使气温升高的影响。夏季暴雨事件降低了20 cm深度的土壤温度、增加其土壤体积含水率,并且导致70 cm处土壤温度先增高后降低、土壤体积含水率升高。土壤体积含水率较低情况下,暴雨事件使得浅层较高温度土壤水快速向下移动引起升温,而后土壤体积含水率到达一定阈值后,便能够快速响应降水事件。研究表明,岩溶地区不同深度土壤温度和体积含水率受到夏季降水事件的影响存在差异。浅层土壤能够快速的响应暴雨事件,深层土壤温度和体积含水率对暴雨事件的响应不仅受到降水量阈值的影响,而且也受到表层土壤温度和体积含水率的制约。 相似文献
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贵州喀斯特区域土壤水分时空分布特征 总被引：1，自引：0，他引：1
基于贵州喀斯特区域2011-2015年53个自动土壤水分观测站0~100 cm的逐日土壤水分、降水、气温资料,分析了不同农业气候区土壤水分时空分布特征、变异系数以及土层之间的相关关系。得出以下主要结论:（1）各区土壤水分的范围总体相差较小,据 0~100 cm层土壤水分相对小值区的分布形态,可分为持续性土壤干旱区、季节性土壤干旱区、土壤湿润区。（2）依据各区土壤水分的变异系数相对大值区的时空分布形态类似可分为变异一致区、季节变异区及持续变异区。（3）通过10~50 cm对其下层土壤水分的关系研究发现,温暖湿润区、温和湿润区、高寒区研究土层（10~50 cm）与其下层（20~90 cm）土壤水分相关系数均>0.60,其余各区土层只与其下20~40 cm土层相关系数较大,而对其下更深土层相关系数较小;从滑动日数来看,各区10~50 cm土层与其下10~20 cm、30~50 cm、60~100 cm层最大相关系数的滑动日数随深度的增加而增加,分别为3~10日、10~20日、20~30日。（4）通过对比各区土壤水分与其变异系数分布特征发现,土壤水分的低值区发生的层次及时间与变异系数大值区基本相对应,土壤水分的变化除与降水、气温直接关系外,还可能与土质及环境等其他要素有关。 相似文献
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活动层含水量是表征多年冻土区气候、水文和生态过程的关键参数。长期以来,由于受多年冻土区活动层水分实测样点数量稀少的限制,各类基于遥感反演、模式模拟乃至数据融合和同化等手段生产的土壤水分空间数据均存在着较大的误差。2020年10—11月在青藏高原腹地（沱沱河源区）测定了 1 072组活动层土壤含水量数据并进行分析,探讨了该时段该区域活动层土壤水分的空间差异,并与全球陆面数据同化系统数据产品（GLDAS-Noah）和欧洲中期天气预报中心发布的第五代再分析资料（ERA5-Land）进行了对比分析。结果表明,在该区域平均厚度为2.72 m的活动层内,土壤质量含水量（总含水量）约为14.0%,活动层土壤含水量与植被发育情况存在正相关关系。除高寒沼泽草甸类型外,高寒草甸与高寒草原类型的活动层含水量随深度的增加呈现出先减小后增大的变化趋势。不同坡位类型的活动层含水量呈上坡位>下坡位>中坡位>平坡位,阳坡水分高于阴坡且两者活动层剖面水分变化相似。多年冻土区浅表层0~350 cm深度范围内的土壤含水量大于区内融区同深度的土壤含水量,两者土壤剖面水分分布均呈现出先增大后减小再增大的特征。该区域的GLDAS-Noah同化水分产品与实测数据对比的误差在10%以内,比ERA5-Land再分析土壤水分数据更为准确,但两种数据产品对土壤剖面上的水分垂直分布情况描述均与实测数据有较大差异。该研究结果可以为数据同化系统的模式冻融参数化方案优化及遥感水分产品研发提供科学依据。 相似文献
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Research on the effect of straw mulching on the soil moisture by field experiment in the piedmont plain of the Taihang Mountains 
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大量试验结果表明,在农田灌溉过程中,土壤含水率及水势变化具有入渗排气、渗吸增能、吸脱水减能和缓慢脱水减能的阶段性特征。当土壤处于水分亏缺状态急需补充水分(土壤吸水)时,土壤水势梯度大于1.0 cmH2O/cm;当土壤水分得到充分补给达到过水(土壤含水率不变,且水通量不为零)状态时,土壤水势梯度等于1.0 cmH2O/cm;当土壤中水分过剩而处于脱水(流出大于流入水量)状态时,土壤水势梯度小于1 cmH2O/cm。由此,根据上述特征指导农田灌溉调控节水,其中土壤层下部(深度15~60 cm)的水势梯度等于或小于1.0 cmH2O/cm可作为监测及预警节水灌溉的阈值。 相似文献
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甘肃黄土高原土壤水分气候特征 总被引：13，自引：0，他引：13
利用甘肃黄土高原42个气象站1961—2000年3～7月降水量和11个农业气象观测站逐年3～11月上旬的土壤重量含水率资料，分析了甘肃黄土高原土壤水分的地域和时间分布特征。结果表明：①甘肃黄土高原土壤水分从西南向东北减少，中部有一条从北向南的干舌，干旱中心在陇中北部，受六盘山的影响较大；②甘肃黄土高原分为7个气候区：陇中、陇东土壤严重缺水区，陇中、陇东土壤季节性缺水区，土壤水分适宜区，土壤水分湿润区和甘南高原土壤水分湿润区；③陇中北部和陇东北部土壤严重缺水区浅层土壤严重缺水主要出现在春季和春末夏初，深层土壤也常年处于缺水状态。季节土壤缺水区浅层主要缺水在5、6月份，深层土壤水分陇东高于陇中，适宜区和湿润区无明显土壤缺水时段。 相似文献
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以黄土高原渭河流域西部黄土丘陵沟壑区为研究区域,建立了野外观测场地,对该区域浅层非饱和土体冻融过程及水热运移规律对气候作用的响应过程进行了研究与分析。结果表明：气温对地温及地温变幅的影响随深度增加而迅速衰减,地温振幅随深度增加按指数规律衰减且温度波的相位随深度的增加而滞后,地表下200 cm深度以内地温振幅受气温影响较大。该区域裸露地表土壤的最大冻结深度在20～50 cm之间。在土壤冻结过程中,深层土壤未冻水逐渐向冻结层运移,导致深层含水量逐渐减少。不同深度土壤冻结系数随土壤深度的增加而减小,融化系数则相反。地表下50 cm深度以内的土体含水量受降水影响波动显著。土壤含水量与温度呈相似变化,地温峰值出现的时间总滞后于土壤水分,其变异程度均随土壤深度的增加而减小。 相似文献
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黄土丘陵小流域地形和土地利用对土壤水分时空格局的影响 总被引：47，自引：0，他引：47
采用1982～1985年和2002年两个时段的定点观测数据,系统分析了小流域尺度地形和土地利用类型对土壤水分时空格局的影响.结果表明:1)土壤水分变化特征为所有年份农地土壤水分都最大,灌木林地和荒草地较低,林地居中;不同坡向间以阴坡土壤水分最大;而不同坡位间以坡中部土壤水分最大.受降雨和植被耗水的影响,所有土地利用类型中土壤水分在整个生长期表现为降低型.2)在年尺度上表现为干旱年份土地利用类型和坡向对土壤水分的影响较大;而在湿润年份,其影响程度减弱;坡位在干旱和湿润年份对土壤水分的影响都较小.湿润年份,降雨量的增大弱化了地形和土地利用类型对土壤水分时空格局的影响;而干旱年份正好相反.3)在季节尺度上表现为在生长季节的中后期,土壤水分的变异格局主要受坡向影响;而在生长季节的中期,主要受土地利用类型影响;坡位在整个观测时段内影响都较小.4)在不同土壤层次方面特征为土地利用类型对0～20em层次影响较小,而对其他4个深度较大的层次(20～100cm)影响较大,并且5个层次中以40～60cm层次的差异最大;坡向对5个层次土壤水分的变异格局均有明显影响,并呈现随着深度的增加,其影响减弱的趋势;坡位对5个层次的土壤水分变异格局影响均较小. 相似文献
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土壤水盐分布严重影响煤矿区排土场生态重建及植物组配模式,为探究菌根植物影响下煤矿区排土场“表土层-含水层-隔水层”三层重构模式下的土壤水盐分布特征,采用室内土柱试验,设置种植玉米+接种丛枝菌根真菌(YM+AMF)、仅种植玉米(YM)和不种玉米+不接菌(CK)3个处理。结果表明：(1)不同处理对土柱底部水分运移特征无显著影响,各处理含水层毛细水上升高度均约为10 cm;(2)水分与盐分分布随土层深度均呈正相关关系;接种AMF有利于保持表层土壤水分含量,相较于YM处理土壤含水率在0～10、10～20 cm分别提高52.0%、43.9%;接菌处理降低了10～50 cm土层的盐分含量,在20～30、30～40、40～50 cm处接菌处理的电导率较YM处理分别低了41.0%、14.1%、8.1%;(3)利用MixSIAR模型量化了不同深度土层水分对玉米的贡献率,表明YM和YM+AMF处理的主要供水层皆位于0～10 cm,供水率分别为44.3%和30.5%。同时,在累计土壤剖面水分贡献率上,接菌显著提高了中深部土层(20～70 cm)的水分贡献率,累计提升了13.8%。该研究成果对西部矿区“以水量... 相似文献
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柴达木盆地土壤湿度的遥感反演及对蒸散发的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
土壤水分是地下水-土壤水-大气水循环系统的核心与纽带,蒸散是该系统的重要驱动力。从区域尺度上研究土壤含水量的分布特征及土壤含水量对蒸散的影响对干旱区的生态环境保护具有重要意义。基于MODIS数据和GLDAS数据,应用表观热惯量法对GLDAS地表0~10 cm土壤湿度数据降尺度处理,估算柴达木盆地平原区2014年间6—9月的月均土壤湿度,并结合归一化植被指数(NDVI)和实测土壤湿度数据对反演结果进行验证;利用地表能量平衡系统(SEBS)模型对平原区9个子流域的日均蒸散量进行计算,分析了土壤湿度与日均蒸散量之间的关系。结果表明：反演得到的表观热惯量(ATI)与GLDAS地表0~10 cm土壤含水量数据相关性较好,决定系数R2整体在07以上;利用ATI对GLDAS数据降尺度处理,得到的土壤含水量与NDVI和实测土壤湿度的决定系数R2分别为0954和0791,因此使用ATI法对GLDAS土壤含水量数据降尺度反演柴达木盆地平原区土壤湿度是可靠的。平原区日蒸散量与土壤湿度呈明显的正相关关系,决定系数R2整体在096以上,在影响蒸散的各考虑因素中,土壤湿度对蒸散的影响远大于其他因素。 相似文献
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在水资源短缺的沙地生态系统中,土壤水分是植被恢复和水资源管理的主要控制因子,正确认识沙地土壤水分的分布特征及时空变化规律是促进沙地水资源可持续发展的基础。以毛乌素沙地为研究区,利用原位试验观测、经典统计学分析和聚类分析相结合的方法,揭示了有无植被覆盖下的土壤剖面水分时空变化特征,探讨了植物生长对土壤水分布的影响。结果表明:在2016年非冻结期内,地下水水位埋深较浅时,裸地与植被覆盖情况下土壤平均含水率均随土壤深度的增加而增大,可将0~350 cm土层划分为气候影响层、过渡层与地下水影响层。裸地剖面平均含水率为23.59%,变异系数为4.24%,属于弱变异,剖面含水率在观测期间明显上升,并在8月中旬强降雨时上升速率达到最大;植被覆盖下土壤剖面平均含水率为17.74%,变异系数为15.61%,属于中等变异,剖面含水率在观测期间显著下降,在8月沙柳发育成熟后剖面含水率下降最快。在垂向深度上,植被对土壤剖面含水率的影响近似呈高斯曲线变化,对过渡层含水率的影响最大,占总影响的50%以上,对气候影响层与地下水影响层的影响相对较小,且随着植物生长,气候影响层受到的相对影响逐渐减弱,地下水影响层受到的相对影响逐渐增强。研究成果可为半干旱区毛乌素沙地合理的水资源调控以及沙地生态系统的稳定发展提供参考依据。 相似文献
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Bin Shi Chao-Sheng Tang Lei Gao Chun Liu Bao-Jun Wang 《Environmental Earth Sciences》2012,67(1):215-229
The heat island effect in urban meteorology has received significant attention in the recent years. In order to investigate the heat island effect on urban soil, two observation stations were built, respectively, in an urban area and a rural area of Nanjing city, China. The temperatures of underground soil (0?C300?cm depth) were recorded continuously for 1?year from June 2009 to June 2010. The data show that the urban soil temperature is generally higher than the rural soil temperature, and reveal an obvious heat island effect in urban soil with average intensity of 2.02°C over the 1-year period. The intensity varies between days, months and seasons: the daily urban heat island intensity (UHII) of soil ranges from 0.37°C to 3.98°C; the monthly UHII of soil ranges from 1.34°C (November) to 3.05°C (July); the order of seasonal UHII is summer (2.45°C)?>?winter (2.03°C)?>?spring (1.63°C)?>?autumn (1.53°C). The temperature data indicate that the maximum influence depth of daily synoptic events on the subsurface temperature is approximately 60?cm; the UHII generally increases with increasing depth. In addition to soil temperature, the temporal?Cspatial variation of soil moisture in a 100?cm profile depth was also investigated in this study. It is found that the moisture content of urban soil is generally lower than that of rural soil, which reveals an obvious dry island effect with average intensity of ?7.2% over the 1-year period; the maximum single-day urban dry island intensity (UDII) in soil is ?28.0%; the maximum average monthly UDII is ?19.1%, observed in July; the seasonal UDII shows a tendency of summer (?13.8%)?>?spring (?6.3%)?>?autumn (?5.2%)?>?winter (?3.7%). In profile, soil moisture content generally increases with increasing depth, and the maximum UDII is ?25.8% at 40?cm depth. In addition, the large-scale measurement results of 600 general points also confirm that the heat island and dry island effects are exist in urban soil. 相似文献