塔里木河下游表层土壤盐分空间变异和格局分析

土壤盐化是造成塔里木河下游天然植被退化的主要因素之一,应用地统计学方法,分析了塔里木河下游表层土壤盐分的空间异质性特征。结果表明,研究区土壤含盐量普遍较高,表层土壤盐分呈现强变异性和具有较强的空间自相关格局,主要受结构性因子影响。空间插值结果表明,表层土壤盐分整体上呈现出条带状的分布格局,局部地区表现出斑块状的空间变异特征。从河流纵向看,表层土壤盐分“两头高,中间低”;从河流横向看,离河道越远,盐分越低,地下水埋深逐渐加深,物种数和植被盖度分别表现出与之相应的递减趋势。     

泾河上游流域实际蒸散量及其各组分的估算

利用分布式生态水文模型SWIM,基于泾河上游(泾川测站以上) 植被、土壤、气象和水文数据对研究区进行了水文过程的模拟,从而估算了流域的实际蒸散量及其各组分。结果表明：SWIM模型能够较好的模拟泾河上游流域的水文过程,模拟的流域多年(1997-2003 年) 平均实际蒸散量为443 mm,其中土壤蒸发量为259 mm,植被蒸腾量为157 mm,冠层截持量为27 mm。石质山区的森林覆盖区和非森林地的年蒸散总量在整个流域分别具有最大值和最小值,为484 mm和418 mm;黄土区实际蒸散量介于二者之间,平均为447 mm。森林覆盖地区土壤蒸发明显小于其它区域,而蒸腾和冠层截留明显大于其它区域。年内蒸散量主要集中在5-8 月份,占全年总蒸散量的60%,且冠层蒸散比例较大达63%。整个流域湿润年份较干旱年份蒸散量增加了78 mm,其中土壤蒸发增加最多,其次是冠层蒸腾,冠层截留蒸发最小。     

荒漠绿洲湿地土壤水热盐动态过程及其影响机制

以甘肃临泽荒漠绿洲湿地为研究对象，通过对土壤温度、含水量、电导率及蒸散量的野外观测，在植物生长期和冻融期分别深入分析水热盐耦合运移过程及其影响因素，探讨水热梯度对盐分运移及其分布格局的控制作用。结果表明：土壤温度整体呈现出春夏季逐渐升高、秋冬季降低趋势。在冻结期，土壤表现为脱盐状态，表层电导率由2.8 mS·cm^-1降到1.2 mS·cm^-1；而在消融期为积盐状态，表层电导率由1.2 mS·cm^-1升到3.7 mS·cm^-1。在生长期，土壤含水量和电导率波动较为剧烈，表层含水量27%~43%，表层电导率3~5.5 mS·cm^-1，土壤脱盐、积盐反复出现。全年蒸散量总体呈单峰变化趋势，年蒸散量507 mm；土壤电导率与蒸散量呈正比关系，与地下水位呈负相关关系；蒸散发作用是土壤表层积盐的主要驱动力，而地下水波动影响着湿地脱盐、洗盐过程。因此，荒漠绿洲湿地土壤盐分累积过程是水分运移和热量传输过程发生变化的结果。     

冻融条件下土壤中水盐运移规律模拟研究

冻融作用是土壤盐碱化独特的形成机制,冻融条件下土壤中盐分迁移是水分对流、浓度梯度、温度梯度、不同溶质、土壤结构及质地等因素作用下的综合结果,温度是导致土壤中水分与盐分迁移的驱动力。在土壤冻融过程中,水分和盐分的两次迁移过程构成了特殊的水盐运动规律。在冻融过程中,土壤剖面结构发生变异,形成冻结层、似冻结层和非冻结层。冻结带土水势降低导致水分不断向冻层迁移,冻结缘以下的盐分同步向上运移,整个冻层的土壤含盐量明显增加;在融化过程中,随着地表蒸发逐渐强烈,使冻结过程中累积于冻结层中的盐分,转而向地表强烈聚集,使表层的盐分含量急剧上升。当冻结层未融通之前,尚未融化的冻层起到隔水的作用,不但阻止顶部融水向下层渗透,而且隔断了与下层水的联系。模拟实验结果充分证明了中国北方冻融区域土壤盐碱化的发生过程,为有效防治土壤盐碱化提供了理论依据。     

田间滴灌入渗与蒸发条件下土壤水盐分布特征

2006年在新疆阿克苏阿瓦提丰收灌区通过田间试验,研究了滴灌入渗和蒸发条件下土壤水盐分布规律。结果表明:滴头流量增加时水平方向含水量增加,纵向含水量减小;滴头下方土壤含盐量与滴头流量成负相关关系,随着滴头流量的增加,盐分累积的深度依次减小;土壤盐分的淋洗效率和压盐深度均与灌水历时成正比;覆膜不仅对表层土壤含水量减小具有显著抑制作用,而且对表层土壤盐分累积有较好的抑制作用,不覆膜处理在0～10 cm深度处土壤盐分增加值最大,覆膜处理盐分增加值的最大值出现在20～30 cm深度处。     

土壤－植被－大气连续体中蒸散过程的数值模拟

本文利用一维土壤－植被－大气耦合数值模式，研究了我国西北（３７．５°Ｎ，１０５°Ｅ）干旱半干旱地区夏季不同植被覆盖度近地面层的水分蒸散过程。模式较好地再现了蒸散过程三阶段的变化趋势特征。模式还揭示了蒸散过程中，下垫面热量平衡分量间的相互转换过程。并由实测资料对模拟结果进行了检验。     

盐碱化湿地芦苇群落围封和过牧条件下土壤和植被变化

为了完善松嫩平原西部盐碱化湿地植被对围栏封育和过牧适应的策略,对比研究了围栏与过牧条件下盐碱化湿地芦苇(Phragmites australis)群落植株表型特征和土壤基本理化特性的差异.结果表明,与围栏封育措施相比,过牧条件下的芦苇植株株高、叶长和节间距等极显著减小(n=20,p<0.01),根冠比极显著提高(n=3,p<0.01),植株发生小型化.过牧条件下的植被生物量明显下降,植被覆盖度减小,导致土壤水分过度蒸发散失,土壤盐碱成分向土壤表层积聚,导致芦苇群落在退化过程中出现大量的斑块化裸地,而围栏封育下芦苇群落的生长状况则接近自然状态.     

祁连山中部亚高山草地作物系数估算

利用Lysimeter蒸散仪于2011-2014年对祁连山中部黑河上游天涝池流域亚高山草地实际蒸散量进行观测。用FAO Penman-Monteith模型对草地参考蒸散量进行估算,根据草地植被高度结合气象数据,以估算日尺度作物系数,以估算的作物系数与模拟的参考蒸散量计算草地实际蒸散量,并用观测值进行验证。结果表明：FAO改进后的作物系数计算方法适合该区域草地作物系数的计算;以FAO Penman-Monteith模型估算的日蒸散量为0.50~7.26 mm,生长季日均蒸散量有年际变化,2011年 > 2014年 > 2012年 > 2013年。总体来看,土壤蒸发总量年际变化不大,影响蒸散量年际变化的主要部分是植被的蒸腾。     

地表蒸散遥感反演双层模型的研究方法综述

通过遥感方法反演表面温度来计算地表蒸散量是定量遥感的一个很有潜力的应用领域。这种方法已成功地应用于植被完全覆盖的地表蒸散的监测,然而对于植被稀疏的地区,利用该方法模拟通量和观测通量之间存在很人的差异。产生这种差异的原因是假设辐射表面温度可以用来代替空气动力学温度。在这种假设条件下,植被完全覆盖的地表的通量计算能够得到较为满意的结果,但对于稀疏植被地表却是不成立的。对此,国内外许多学者提出了将土壤和植被分开计算的双层模型以求得到更加准确的通量结果。介绍了当前国内外几种常用的地表蒸散遥感估算双层模型,讨论了这些模型的物理基础和假设并讨论了目前双层模型在计算通量时存在的一些问题和难点,并对今后的工作重点和研究方向提出了建议。     

极端干旱区柽柳林地蒸散量及能量平衡分析

运用波文比-能量平衡法对极端干旱区柽柳林地的蒸散量及能量通量进行了连续的测定和估算,并对柽柳林地蒸散特点和能量平衡进行了分析和探讨。结果表明:柽柳林地的日平均蒸散量为1.6 mm/d,整个生长季的蒸散量为248.2 mm,蒸散量的季节变化系数为47%±3%。柽柳林地蒸散量的季节变化与土壤水分条件密切相关。柽柳林地蒸散量受气象因子和下垫面条件的影响和制约。在极端干旱区,感热通量消耗了绝大多数的能量,潜热通量在整个生长季只占很小的一部分,夜间,土壤储存的能量是大气能量的主要来源,而白天土壤是能量的主要汇源。     

卫宁平原包气带水分运移特征研究

降雨、灌溉入渗和潜水蒸发在卫宁平原地下水循环中有重要的作用。为了准确评价卫宁平原地下水垂向入渗补给量和蒸发量，通过设立中卫、中宁两个包气带原位试验点，观测期为2013年6月~2013年11月和2014年4月~2014年10月，获取了两个试验点不同埋深处的土壤水负压、温度、岩性及水分运移参数，并采用定位通量法计算试验点的地表蒸散发、入渗量和潜水面蒸发、入渗量。结果显示：在包气带岩性相同、灌溉期相同（7~10月）、总灌溉量相近条件下，作物的灌溉模式决定了灌溉对潜水的补给强度：玉米少次大量（150 mm·次^-1）灌溉对潜水的补给量为373.65 mm，远远大于茄子多次小量（50 mm·次^-1）的灌溉模式下的152.3 mm；而在包气带岩性相同、种植作物相同、灌溉模式不变的前提下，同时期潜水面净补给强度相近：中宁试验点2013年7~10月份潜水面净通量为32.88 mm，2014年同期为57.42 mm。在降雨情况或灌溉量较小（50 mm）的情况下，植被的生长会阻碍水分在包气带中的下渗；在灌溉量较大（100 mm和150 mm）的情况下，植被的生长会促进包气带水分的下渗。     

秸秆覆盖下的夏玉米蒸散、水分利用效率和作物系数的变化

农业用水占华北水资源的70%以上,提高农业用水的效率对华北水资源安全具有重要意义。在节水农业研究中,利用农艺节水提高农田水分利用效率是节水农业的重要组成部分,其中减少农田无效棵间蒸发耗水和优化供水制度是主要的农艺节水措施。夏玉米是华北太行山山前平原的主要作物之一,一般在冬小麦收获前的5～7天套种在其中,以延长夏玉米的生育期。随着联合收割机的广泛应用,冬小麦收获后的秸秆直接覆盖夏玉米,对夏玉米的农田蒸散特别是苗期的蒸散产生影响;夏玉米生长在6～9月的雨季,一般年份降水能够满足夏玉米的需水要求,但夏季降水的分布变异较大,再加上近6年来的夏季干旱,使灌水对夏玉米的高产至关重要。为了提高夏玉米的农田水分利用效率,本研究的目的是建立秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度和研究秸秆覆盖对减少棵间无效耗水的影响及秸秆覆盖下的夏玉米作物系数的变化,为制定秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度提供依据。2年的实验结果显示,秸秆覆盖下的夏玉米产量在8000kg/ha,总蒸散量在390mm,水分利用效率在2.2kg/m3。干旱年份,夏玉米在灌四水的条件下产量最高,再增加灌水量,产量减少。水分利用效率随着灌水量的增加有所递减。     

古尔班通古特沙漠风沙土土壤蒸发特征

土壤表面蒸发是降水的无效损失,其大小直接决定着降水转化为有效土壤水的效率,从而间接决定了植物可利用水分的多寡。在降水稀少的沙漠区,定量认识土壤蒸发的大小和其所占降水的比例显得尤为重要。在2004年全生长期(5~9月)应用自制的微型蒸渗仪(Micro-Lysime-ter)测定了风沙土(有结皮覆盖的丘间低地和裸露沙丘顶部)和对照的荒漠盐碱土的土壤蒸发。结果表明:在相似的气象条件下,风沙土区的丘间低地和荒漠盐碱土的日平均蒸发量分别约是裸露沙丘(风沙土区)的2倍和3倍。整个生长期裸露沙丘的累积蒸发量为18.7mm,丘间低地为38.8mm,荒漠盐碱土为52.1mm。根据整个观测期的累积蒸发量和累积降雨量计算得出的蒸发降雨比分别为:裸露沙丘0.20,丘间低地0.42,荒漠盐碱土0.62,表明裸露沙丘由降水转化为土壤水而储存的比率最高。同时,从数据分析中可以看出:在风沙土区0~5cm土层的含水量对土壤蒸发起决定作用,而盐碱土区的土壤蒸发则受到更深层次土壤水分的影响。裸露沙丘低的土壤蒸发、高的降水转化效率,为植被恢复奠定了良好的基础。因此,裸露沙丘的低蒸发量可以视为植被状况对生态水文过程的一种良性反馈。     

艾比湖流域植被生态需水量

基于遥感数据,通过SEBAL模型估算蒸散量,计算艾比湖流域不同植被类型下植被生长季（59月）的生态需水量。结果表明：研究区植被主要为牧草地、灌木林地、耕地、乔木林地,面积分别为13 944km²（50%）、8 071km²（29%）、5 022km²（18%）、566km²（2%）。SEBAL模型估算的日蒸散量7月最大,为4.36mm。5、6、8、9月日蒸散量分别为4.26、4.07、4.24、4.15mm。SEBAL模型估算结果整体相对误差在10%以内,在允许范围内。20002015年生长季植被生态需水量整体上呈现出增加-减少-增加的变化趋势,2000、2005、2010、2015年分别为151.003×10⁸、149.611×10⁸、144.431×10⁸、136.374×10⁸m³。各植被类型下的生态需水量相比,牧草地 > 灌木林地 > 耕地 > 乔木林地,牧草地约占总生态需水量的53%～55%,而灌木林地、耕地的生态需水量分别占21%～25%、19%～20%,乔木林地的生态需水量所占比例最小,仅为2%～3%。     

基于MODIS数据的无定河流域蒸散模拟

利用黄土高原无定河流域水文气象资料、MODIS数据及GIS背景信息,应用分布式生态水文模型（VIP模型）,按250m空间分辨率模拟了该流域水量平衡各分量的时空分布。结果表明:2000²003年无定河流域年蒸散量分别为300 mm、397 mm、460 mm和443 mm;流域蒸散有明显的由南向北,由东到西的梯度递减特征,降水量和地表植被覆盖度的差异是其空间变异的主要因素;蒸腾与蒸发空间分异显著,但两者的变化相互补偿,降低了蒸散的空间变异性。整个流域平均而言,不同植被类型间的年蒸散总量差异不明显。白家川等9个子流域年蒸散量的模拟结果与水量平衡法估计结果具有较好的一致性。     

天山北坡低山丘陵干草原生长季蒸散特征

基于HL20波文比系统获得了天山北坡低山丘陵干草原2013-2015年的能量、气象观测数据,采用波文比-能量平衡法对其生长季（4～10月）蒸散特征进行了分析。结果表明：（1）生长季蒸散日内变化总体呈现中午最高、早晚变小和夜间蒸散微弱的特征,阴雨天蒸散日内变化相对复杂,蒸散强度通常弱于晴天;2013-2015年生长季蒸散量平均值为353.2 mm,生长季蒸散量在不同年份、不同季节和不同月份差异较大;2013-2015年生长季凝结水占降水量的比例分别为9.7%,18.8%和16.8%,日均凝结水量分别为0.177 mm,0.179 mm和0.316 mm。（2）生长季潜热和感热占据了净辐射能的主体且总体上潜热小于感热,白天潜热最大值出现之前,潜热会出现短暂小幅降低的情况。生长季感热和潜热逐日对比变化与植被长势密切相关。（3）波文比在夜间波动较大,变化复杂,白天上午波文比从负值增大到<1的正值,再到>1的正值,中午波文比为>1的正值,20：00左右波文比值开始回落。     

古尔班通古特沙漠南缘丘间地梭梭群落蒸散特征

根据2016年古尔班通古特沙漠南缘丘间地梭梭生育期定点观测的土壤水分、气象要素等资料,基于水量平衡原理估算了梭梭生育期蒸散量,分析了蒸散变化规律。结果表明：（1）在梭梭生长季,降雨量为206.7 mm,降雨分布不均,梭梭萌发期,降雨量最多;梭梭生长旺盛期,月降雨量逐月减少;梭梭枯落期,降雨量最少。（2）在梭梭生长季,梭梭群落0~400 cm土壤贮水量变化整体呈下降趋势,梭梭萌发期是土壤贮水量盈余期,生长旺盛期和枯落期为土壤贮水量亏损期;梭梭群落发挥土壤水库效应,依靠生长季前土壤蓄水来弥补梭梭群落生长季需水缺额。（3）在梭梭生长季,蒸散量变化特征为多峰曲线,峰值主要出现在降雨集中期,最低值出现在土壤贮水量亏损期。（4）在梭梭生长季,梭梭群落累积蒸散量增幅始终高于累积降雨量增幅,累积蒸散量大于累积降雨量。     

基于Hydrus-1D模型的科尔沁沙地沙丘-草甸相间区土壤水分动态模拟

土壤水分是干旱半干旱地区生态环境的主要限制性因子,研究科尔沁沙地流动沙丘和草甸地土壤水分动态规律有助于荒漠化地区的生态恢复和保护。以2018年5月25日至10月31日为研究期,利用土壤各项实测参数和气象数据,评价Hydrus-1D模型在科尔沁沙地的适用性,并揭示科尔沁沙丘-草甸相间区土壤水分分布特征,重点分析研究区流动沙丘200 cm剖面和草甸地80 cm剖面土壤水分的动态规律。结果表明:研究区典型土地类型流动沙丘和草甸地土壤水分模拟值和实测值的决定系数均高于0.76,均方根误差0.01~0.02 cm³·cm^-3;在土壤剖面上具有明显的分层结构,流动沙丘分为3层,即0~20 cm为干沙层,20~120 cm为活跃层,120~200 cm为稳定层,其中40 cm土壤水分波动性最大;草甸地分为2层,即0~40 cm为活跃层,40~80 cm为稳定层,主要受降雨、蒸散发和地下水位影响;流动沙丘和草甸地降雨与表层土壤水分呈极显著相关,降雨量与地下水位变化仅草甸地呈显著正相关;在整个研究期内,流动沙丘土壤水分储量变化量为12.6 mm,土壤实际蒸发量为105.9 mm,200 cm深层渗漏量为173.9 mm,占总降雨量的59.5%;草甸地土壤水分储量变化量为8 mm,80 cm深层渗漏量为-27.2 mm(地下水补给量),土壤实际蒸发量为67 mm,植被蒸腾量为244 mm,地表径流量为0 mm。     

西沙赵述岛地表蒸散发实验

蒸散是岛礁水循环过程中的重要组成部分,对保护珊瑚岛礁生态有重要意义。2018年6月27日—2018年8月8日利用自制的微型蒸渗仪及蒸发皿,在中国西沙群岛赵述岛开展了野外蒸散观测实验,获得了岛礁砂壤土裸地雨后实际蒸发速率,以及不同下垫面及钙质砂质地情形下潜在蒸散特征。其中,砂壤土裸地实际蒸发观测表明,雨后第2日至第4日平均蒸发速率为（1.6±0.2） mm/d,第5日至第7日迅速下降,7日后蒸发速率逐渐稳定在（0.5±0.2）mm/d,实际蒸发过程受土壤含水量调节,裸地实际蒸发（E）与蒸发皿潜在蒸发（E_o）的比值E/E_o与土壤表层含水量关系表明两者呈明显的线性相关。蒸散控制实验表明,蒸渗仪潜在蒸散呈现空旷地草地>空旷地砂壤土>林间带草地>林间带砂壤土的规律,林间带遮挡减少草地蒸散比减少裸地蒸发影响更加明显。裸地蒸发速率受岛礁钙质砂质影响,岛礁钙质砂颗粒越大,快速蒸发阶段持续时间越短,蒸发速率越小。微型蒸渗仪日蒸发量和午间蒸发速率呈一定线性相关,其中细粒钙质砂、中粒钙质砂及砂壤土三种土壤类型两者相关性更加明显。     

气候与地表覆被变化对梭磨河流域水文影响的分析

分析了1960～1990年长江上游梭磨河流域气候和地表覆被变化及其对流域水文的影响。30年来，流域降水有所增加，有林地面积1957～1974年大幅下降，以后有所回升。有林地每公顷蓄积量由1957年的423m^3下降到1998年的177m^3，40年来林地质量不断下降，流域水文发生了明显的变化；年均流量自1972年以来不断上升，洪水频率、洪峰流量和土壤侵蚀模糊明显增加。