人工固沙植被区土壤水分动态及空间分布

土壤水分是干旱区固沙植被生长发育最主要的限制因子,了解其动态变化特征对沙区人工植被建设具有重要意义。本研究利用EnviroSMART土壤水分监测系统,于2009-2013年对宁夏沙坡头地区人工固沙植被区的土壤水分动态进行连续监测。结果表明:(1)降水对土壤水分状况及动态变化有较大的影响。土壤水分总体处于过度消耗状态,在非生长季,土壤水分没有明显的回升现象。(2)生长季初期(4-5月)为土壤水分弱消耗阶段;生长旺盛期(6-8月)为土壤水分快速消耗阶段,水分变化波动较剧烈,空间异质性最强;生长季末期(9-10月)的土壤水分处于相对稳定状态。(3)土壤水分随深度增加呈“S”形变化趋势,浅层的土壤含水量明显高于其他深度,200 cm深度土壤含水量较低且年际间变化不大(1.53%~2.10%)。湿润年份土壤水分剧烈变化的土层深度为0～100 cm,而干旱年份为0～20 cm。(4)相对于干旱年份,湿润年份的土壤含水量不但较高,而且水分变化波动较为剧烈。当土壤水分较低时,其变异性会随着土壤水分含量的增加而增加。(5)试验区灌木盖度在5年间呈下降趋势,一年生草本受降水量影响年际变化较大。受降水时空分布影响的土壤水分是沙坡头人工植被演替的重要驱动力。     

干旱半干旱区土壤水分研究进展

土壤水分调控着陆表-大气相互作用过程,是土壤-植物-大气连续体水分和能量交换的重要影响因子,也是影响生态系统水文、生物和生物化学过程的关键因素,是陆地生态系统中不可或缺的组成部分。本文简要回顾和评述了土壤水分点、面尺度的监测、分析方法,系统阐述了干旱半干旱区土壤水分的国内外研究进展,并结合目前的研究进展,提出了未来干旱半干旱区土壤水分研究展望,以期促进深入理解和准确预测干旱半干旱区土壤水分变化的生态与水文效应,为制定科学合理的干旱半干旱区水资源经营管理方案奠定理论基础。     

东北典型黑土区不同土地利用方式土壤水分动态变化特征

土壤水分是农业生产和区域生态系统的重要影响因子。以黑龙江省鹤山农场2号小流域为研究区域,系统研究不同土地利用方式土壤水分的动态变化过程和剖面变化特征。结果发现:不同土地利用方式土壤含水量随观察期内降雨量时间分布波动,并且总体呈降低趋势,但各变化曲线有所差异。观测时段内土壤水分变化分为相对稳定期、消耗期和补给期;土地利用方式对土壤剖面含水量的影响随土层的加深而增大,各土地利用方式的土壤含水量随土层的加深也呈现出不同的变化趋势,并且其土壤剖面含水量变化均存在季节差异。     

腾格里沙漠东南缘不同固定程度沙地土壤表层水分时空变化遥感分析

土壤表层水分是固沙植被生长的主要水分来源,其时空变化格局决定了固沙植被的稳定性和演替方向。整合被动微波和光学数据的时空分辨率优势建立模型、反演土壤表层水分,可为不同固定程度沙地固沙植被稳定性评价提供科学依据。以腾格里沙漠东南缘为研究区,选取2003-2011年生长季(5-9月)AMSR-E土壤水分产品与MODIS数据,利用归一化植被指数NDVI、地表温度T_s,采用多元回归的方法,将空间分辨率为0.25°的AMSR-E土壤水分数据降尺度为每月的1 km平均表层土壤水分的时间序列数据,结合沙丘类型数据,分析了不同沙丘类型下土壤水分的时空异质性。结果表明:流动沙地的土壤水分空间分布与整个区域的差异性高于半固定沙地和固定沙地,而在极端干旱年份,研究区的整体分异不大,但同一类型间,固定沙丘空间差异明显高于半固定沙丘和固定沙丘;3种沙地类型表层土壤平均含水量在不同月份具有相似的变化规律,即土壤含水量5-9月呈抛物线形状,先下降后上升,7月达到最低,从同一月份不同沙地类型看,研究区表层土壤水分含量依次是固定沙地>半固定沙地>流动沙地;年际土壤水分在流动沙地和半固定沙地随降雨的变化而变化,而固定沙地基本不变。     

干旱区绿洲土壤含水量季节性变异分析——以于田绿洲为例

土壤水分对水圈、生物圈以及大气圈之间的相互作用有着及其重要的影响,是土壤物理学、水文学研究的重要内容。干旱区生态环境脆弱,土壤水分是干旱区植物生长发育所需水分的唯一来源。以和田地区于田绿洲为例,对研究区春、夏、秋季节土壤含水量水平和垂直空间变异性进行分析,揭示干旱区绿洲土壤水分空间变化规律。结果表明:(1)于田绿洲土壤含水量具有季节性规律,春季含水量均值为0.139%,夏季为0.110%,秋季为0.123%,春季含水量高于秋季高于夏季。垂直分布上随着土壤深度的增加,土壤含水量呈逐渐增大的趋势。(2)各个季节、不同深度的土壤含水量的空间自相关性上表示出相似的变化趋势,在空间单元为1时,具有强空间自相关性。(3)研究区垂直空间分布相关性较弱,变异主要由随机因子作用而产生;绿洲内部土壤含水量明显高于外围地区。     

额济纳绿洲不同植被覆盖下土壤特性的时空变化

额济纳绿洲地处干旱内陆河地区。在分析额济纳绿洲土壤特性的基础上,以不同植被类型下的土壤作为分析对象,根据观测的土壤含水量数据及环境因子的观测数据,研究了额济纳绿洲土壤水分的时空变化规律,分析了土壤水分变化与环境因子之间的关系,建立了土壤含水量与环境因子之间的回归模型。研究结果表明,土壤剖面土壤类型及结构差异较大,土壤类型的差异主要受成土条件的制约和外部自然环境的影响,戈壁地区与其他几种植被类型下的土壤差异最为显著;土壤类型及结构的差异,土壤容重变化的特性及土壤水势、土壤含水量的变化,直接影响着植被的生长和分布;额济纳绿洲不同植被类型下的土壤含水量变化差异显著;土壤含水量的季节变化分析表明,土壤剖面中不同层的土壤含水量变化也存在着一定的差异,可以分成不同的稳定变化层,急剧变化层和相对稳定层;土壤含水量的日变化受环境因子的影响较为明显,空气温湿度、土壤温度及地下水水位埋深是影响土壤含水量最为显著的因素。     

青海湖湖东沙地不同沙丘降雨入渗研究

降雨入渗对干旱、半干旱区土壤水分的影响很大,降雨量、降雨强度、土壤前期含水量等要素都会影响水分的入渗过程。本文通过监测青海湖湖东沙地3种类型沙丘的土壤水分和降雨情况,对区内降雨特征以及不同要素对沙丘水分入渗的影响进行了分析。结果表明：降雨量只有达到某一临界值才发生下渗,流动沙丘、固定沙丘、经治理（人工植被+麦草方格沙障）的流动沙丘发生下渗的临界降雨量分别为5.6 mm、1.6 mm、0.2 mm。水分累积入渗量随降雨量增大而增加,降雨量相同的情况下,入渗量大小表现为经治理的流动沙丘>固定沙丘>流动沙丘。当降雨量和土壤前期含水量相近时,入渗量随降雨强度的增大而增加,尤其在小降雨事件下,降雨强度是影响入渗的关键因素,大降雨事件下降雨量则成为影响入渗的决定因素。降雨量和降雨强度相近的情况下,入渗量与土壤前期含水量呈负相关关系。随着降雨量增大,入渗水分全部消耗所需要的时间逐渐增加,尤其当降雨量大于10 mm时,入渗水分消耗所需时间将随着降雨量的增大迅速增加。     

我国生物地理学研究进展

生物地理学研究是生物学和地理学交叉非常明显的部门自然地理学学科,它具有很强的基础研究特点,同时研究成果也具有很大的应用潜力。近年来,我国生物地理学基础研究在国家自然科学基金委等部门的支持下,在山地植被与地理环境、干旱半干旱区植被与地理环境、植物区系、植物物候、土壤动物与土壤生态功能、土壤生物结皮等方面开展了全面而深入的研究。同时拓展了传统生物地理学的研究方向,在植物地理学与全球变化、植物地理学与生物多样性保护、植物地理学与生态系统管理等方面也开展了大量研究。尤为可贵的是干旱半干旱区土壤生物结皮研究、典型温带荒漠区原生荒漠植被对水分改变的响应与适应研究取得了令国内外关注的高水平研究成果。     

改进后的CTM模型在半干旱区作物生长中的应用

将改进后含有温度和水肥补偿效应的CTM模型应用于半干旱区作物研究中,分析了水分因子与土壤养分因子间的生态学补偿效应,模拟了半干旱区作物生长过程,并对在不同水分和不同施肥量下的作物生长状况进行了数值模拟。结果表明,在水分变化梯度上,随着土壤水分的增加,主要作物春小麦的产量呈上升趋势,试验条件下春小麦籽粒产量的最大值为462.35g·m^-2;一定限度内通过合理施肥可以补偿土壤水分不足。模拟计算结果表明,丰水条件下施中肥效果最好。     

内蒙古温带草原典型草地生态系统生产力对水分在不同时间尺度上的响应

水分是干旱、半干旱区草地生态系统生产力的主要限制因素,但水分如何影响生产力的季节内变异,以往研究相对不足。本研究以内蒙古温带典型草原为研究对象,基于多通道自动原位监测箱系统获得的生态系统日尺度总初级生产力(GPP)及遥感植被归一化指数估算年尺度的地上净初级生产力数据,在不同时间尺度上研究了水分对生产力的影响。结果表明:年降水量对该典型草原草地生态系统地上净初级生产力年际变异无显著影响,但土壤水分显著影响GPP的季节变异,土壤水分解释了GPP季节变异的22%;其他环境因子对生产力的季节变异也有一定影响;温度是生态系统处于干旱时GPP的主要限制因素,GPP随温度的升高而降低;而辐射是生态系统处于湿润时GPP的主要限制因素,GPP随辐射的升高而升高。本研究结果将有利于提升未来降水格局改变对草地生态系统生产力影响的认识。     

基于地统计学的甘肃臭草群落土壤水分空间异质性

土壤水分是植被格局形成和演变的主要因素,土壤水分的空间异质性对于认识干旱区草原植物对环境的响应机制具有重要意义.应用地统计学方法,对祁连山北坡甘肃臭草(Melica przewalskyi)退化草地土壤表层含水量的变异性进行研究.结果表明,臭草型退化草地浅层(0 ～30 cm)土壤水分符合正态分布,土壤含水量沿垂直方向逐渐增大,介于9.56％ ～11.21％.各层土壤水分的变异系数分别为12.97％ (0～10 cm)、8.8％ (10～20 cm)和14.09％ (20～30 cm),均属弱变异;0～ 30 cm土壤含水量具有高度的空间异质性,其中34.92％～42.71％的空间异质性是由空间自相关部分引起的,主要体现在16.87 ～ 69.14 m尺度上.在0～ 10 cm土层,引起土壤水分空间变异的主要因素是植被覆盖度的不同,而在10 ～ 30 cm土层,土壤水分空间变异性主要是根系分布的差异引起的.     

基于CLM模型的月尺度中亚陆表蒸散和土壤水分模拟估算

论文基于CLM 4.5模拟1980—2009年月尺度中亚陆表蒸散发和土壤水分,并和GLDAS、GLEAM数据产品进行对比,结果表明CLM 4.5模拟的蒸散和土壤水分区域平均值和其他产品具有较好的一致性。从CLM 4.5模拟的陆表蒸散结果分析可知：全年蒸散大部分集中于春夏2季,在5月达到一年的最大值,夏季中亚的蒸散高值区集中在哈萨克斯坦北部和东北部、东南部的山地区,对应主要的农田区和林地区,植被蒸腾占主导因素;春季东南部天山山脉和帕米尔高原是蒸散高值区,主要因为该地区春季降水量较大,且积雪开始融化,水量充足,地表蒸散发充分;蒸散低值区主要在西南的土库曼斯坦和乌兹别克斯坦,地表覆盖以荒漠为主,植被覆盖较少,降水也较少,导致地面蒸散量较低。模拟的表层土壤水分结果表明：冬季陆面蒸散低,降水大多储存在表层土壤内或者以积雪的形式覆盖在地面上,春季气温升高,积雪融化下渗到土壤中,土壤水分持续增加,4月份达到峰值;夏季蒸散增加,降水减少,土壤水分持续下降,9月份达到最低值;进入秋冬季后蒸散降低,土壤水分呈上升趋势。中亚土壤水分高值区集中在北部和东北部的林地、农田区,以及天山山脉和下游的阿姆河、锡尔河流域区,西南部的荒漠区依然是低值区。一年中,夏季降水较少,由于地面蒸发的作用,土壤水分持续较少,蒸散也随之降低。三者之间相关性很高;冬季降水和土壤之间的相关性较高,尤其是裸地区;在植被覆盖较大的情况下,春季降水和蒸散相关性较高,土壤水分和降水、蒸散之间相关性较低,会出现负相关情况。CLM 4.5模拟的结果为进一步中亚地区的水问题研究奠定基础。     

荒漠人工植被区浅层土壤水分空间变化特征分析

研究土壤水分的空间变异及时间动态特征有助于在水文过程与生态格局之间建立定量的联系,由于土壤水分对整个地球系统的重要性,它的时间和空间变化日益引起水文界的广泛关注。干旱荒漠区年降水量稀少,土壤水分在整个生物过程中的作用就显得尤为重要。试验于2005年4月到10月在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站人工植被区进行,主要观测1956年植被区表层（0—15 cm）和亚表层（15—30 cm）土壤水分的空间格局与动态分布及其相关影响因素。结果表明:人工植被区表层土壤水分含量明显高于亚表层,其空间变异程度为中等,空间分布的时间差异性显著;降雨是引起干旱沙地表层土壤水分空间变异的决定因素,植物根系是引起亚表层水分空间变异的重要因素。从不同微地形来看,土壤水分含量值表现为丘间低地＞背风坡＞迎风坡,变异程度丘间低地小于迎风坡和背风坡;地形是决定背风坡表层和亚表层以及迎风坡亚表层土壤水分空间分布的主要因素,而迎风坡表层土壤水分变化受风力等环境因子的影响较大。     

基于Sentinel-1和Sentinel-2协同反演干旱区地表土壤水分--以格尔木河中下游为例

摘要：土壤水分是全球水循环的重要组成成分,对研究土壤水分的空间分布、农作物长势和产量 、气候变化、水资源时空分布等有着重要意义 。本文利用Sentinel（哨兵）系列主动微波雷达卫星SAR（Sentinel-1）结合光学卫星（Sentinel-2）对格尔木中下游低矮植被覆盖下的地表土壤水分进行反演研究, 探讨不同极化组合方式和水云模型前后的土壤水分含量反演方法的适用性。结果表明：其中VV (VV Polarization) 极化对比VH (VH Polarization) 极化更加适用该区域,VV极化结合归一化水指数 (NDWI）反演地表土壤水分精度达到42.6%,拟合精度最高,VH极化仅为22.6%;利用水云模型去除植被覆盖后对地表土壤水分的反演精度有所提升,其中,VV极化精度提高约3.5%,VH极化提高1.5%;Sentinel系列卫星影像对于干旱区的土壤水分的反演具有较好的适用性。本文旨在探索一种适用于该研究区乃至柴达木盆地土壤水分实现大面积实时监测的可靠依据和手段。     

古尔班通古特沙漠南缘干季土壤水分含量空间异质性

土壤水分含量是荒漠植被发育的主要制约因子。对古尔班通古特沙漠南缘个体、群落、丘间地0~100 cm干季土壤水分含量的空间异质性进行分析。结果表明：（1）同尺度下,土壤水分含量随土层深度增加呈显著升高趋势,且表层土壤水分含量的变异系数高于其他土层。（2）个体尺度,梭梭树干基部周围土壤水分含量在垂直和水平方向存在格局分异。垂直方向,土壤水分含量随土层深度增加呈升高趋势。水平方向,随距树干基部距离增加,坡顶土壤水分含量呈升高趋势,坡中和坡底土壤水分含量呈降低趋势,但没有显著差异。（3）梭梭群落尺度上土壤水分含量异质性较强,且呈斑块状分布。（4）地形是影响丘间地尺度土壤水分含量空间分异的主要因素,形成坡底土壤水分含量最高、坡中次之、坡顶最低的空间分布格局。     

基于Sentinel-1和Sentinel-2协同反演干旱区地表土壤水分——以格尔木河中下游为例

土壤水分是全球水循环的重要组成成分,对研究水分的空间分布、农作物长势和产量、气候变化、水资源时空特征等有着重要意义.利用Sentinel(哨兵)系列主动微波雷达卫星SAR(Sentinel-1)结合光学卫星(Sentinel-2)对格尔木中下游低矮植被覆盖下的地表土壤水分进行反演研究,探讨不同极化组合方式和水云模型前后...     

不同植被盖度沙质草地生长季土壤水分动态

水分是干旱半干旱沙地生态系统最大的限制因子,研究植被盖度和土壤水分之间的关系有助于沙地生态恢复和保护。基于生长季科尔沁沙质草地不同植被盖度下土壤水分动态和降水的观测试验,分析了沙质草地植被盖度和土壤水分的耦合关系。结果表明：在土壤剖面上土壤水分存在明显的分层结构,依次为水分剧变层（0~40 cm）、缓变层（40~100 cm）和稳定层（100~180 cm）;植被盖度对土壤水分有很大影响,不同植被盖度下土壤含水量存在显著差异,土壤水分与盖度之间呈倒“V”型关系,土壤水分状况在28%的盖度下最优;不同的植被盖度下土壤水分对降水的响应也存在差异,在13%盖度下响应最敏感,28%和46%的盖度下响应微弱,后二者的土壤水分也相对稳定。在沙地生态恢复建设过程中合理的植被盖度配置可提高降水利用效率,并能使土壤水分和植被达到一种良好的平衡状态,从而有利于生态系统的稳定。