TDR测定喀斯特地区石灰土含水量的标定研究

土壤含水量是气候、水文、土壤侵蚀等研究中的一个重要参数。TDR法因具有方便、快速、精确且不扰动土壤等优点而得到广泛应用,但因受土壤质地、容重、温度等物理因素的影响而必须对其进行标定。本研究采用室内标定(壤土)和田间标定(粗、中、细质土以及三者的组合)相结合的方式,对用TDR法测定的喀斯特地区不同质地石灰土含水量进行了标定。结果表明:（1)TDR法测定的土壤含水量比烘干法测定值要小,两者最大绝对偏差在室内标定条件下为10.6%,田间标定为12.2%;相应的相对偏差最高分别可达60.3%和32.8%。因此,必须在使用前对TDR进行标定。（2)标定后TDR法测定的土壤含水量精度明显提高,平均绝对偏差低至1.4%~3.1%;室内标定曲线精度略低于田间标定曲线。（3)不同质地组合的TDR法土壤含水量标定曲线的标定精度较高(平均绝对偏差为1.5% ~ 2.6%),可用于不同质地土壤含水量标定。本研究结果可用于修订校正研究区及类似区域TDR法测定土壤含水量的结果。      

TDR测定土壤含水量的标定研究

探讨了TDR测定土壤含水量的原理,并对黑河上游阿柔试验样地取土样进行了土壤体积含水量测定的室内标定试验,得出相关性较好的TDR测定土壤体积含水量的关系式.结果表明:通过室内土样同填建立的,TDR测定的体积含水量与土壤实际含水量相关性很好,可以利用TDR精确的测定土壤含水量,为黑河遥感项目提供精确的地面土壤水分数据,为遥感反演和验证提供基础数据.所得到 的标定结果对于具有相同土质的黑河中游土壤具有参考价值.     

一种新的土壤冻融特征曲线模型

土壤冻融特征曲线（SFTC）可以描述冻融过程中未冻水含量随负温的变化关系。准确刻画土壤冻融特征曲线对土壤的冻融过程及相关的水热耦合运移研究至关重要。以往研究中土壤冻融特征曲线适用范围较窄,无法满足实际需要。通过类比水分特征曲线,考虑初始含水量和溶质浓度对未冻水含量的影响,提出了一种新的冻融特征曲线模型,经广泛的文献数据验证表明,新模型能准确拟合观测数据,平均纳什效率系数高于0.95。与另外五种土壤冻融特征曲线模型相比,新模型在不同质地、初始含水量、溶质含量的土壤中表现良好。此外,敏感性分析显示,影响模型性能的主要因素为土壤自身物理特性、土壤溶质浓度以及残余水含量。新模型及研究结果有助于更好地理解土壤冻融过程中的水热传输过程,可为气候变化条件下冻融区生产建设和环境研究奠定坚实的理论基础,并为寒区工程相关数值模拟提供参考。     

土壤水分特征曲线模型模拟性能评价

土壤水分特征曲线模型作为实验测定土壤水分特征数据的一种替代方法,因其具有计算方便快捷和便于嵌入数值模拟程序的优点,开始受到越来越广泛的关注。虽然文献中存在众多的土壤水分特征曲线模型,但是这些模型的适用范围及拟合性能尚不明确。为了获得更加准确适用的土壤水分特征曲线,在实际应用中通常需要花费大量时间和精力去测试各种模型。为了解决上述问题,在国内外研究成果的基础上收集整理了12种典型的土壤水分特征曲线模型,并利用包含不同质地、有机质含量及容重的8种土壤的实测土壤水分特征数据来评估比较这些模型的模拟性能。模型性能通过均方根误差（RMSE）、平均偏差（AD）、AIC准则（Akaike Information Criterion）和纳什效率系数（NSE）4个指标评估。研究结果表明：大部分的模型能够提供比较接近于实际的拟合结果,评价指标值也比较相近。其中,KCGS2006（包含3个参数）和K1999模型（包含2个参数）拟合效果最好,而Gregson1987（包含1个参数）的拟合效果最差。该研究可以深入了解各种土壤水分特征曲线模型的适用性与局限性,更好地为生态环境建设和农业可持续发展研究中土壤水力参数的选取提供依据和参考。     

利用TDR对土壤含水量及土壤溶液电导率的同步连续测量

土壤含水量和可溶解的土壤盐分浓度的测定, 对了解土壤盐分的分布及移动具有重要的意义. 在内蒙古黄河流域灌溉玉米田的一个野外实验中, 利用TDR对土壤含水量及土壤溶液电导率进行了同时连续测量. 结果表明: 在降雨量较少的时期内, 当土壤水分从地下含水层向地表面移动的同时, 地下水中含有的盐分也通过作物根区层向地表移动;当灌溉或有强降雨存在时, 土壤表面蓄积的盐分在未能完全溶解于灌溉水及雨水之前, 大量的灌溉水及降雨通过土壤内的大空隙快速渗入土壤下层;余下的水分在完全溶解了土壤表面的盐分之后, 缓慢通过土壤小空隙下渗.     

干旱半干旱区土壤含水量反演与验证

基于MODIS遥感影像和表观热惯量法,以新疆为研究区,建立了适用于干旱半干旱区1 m土体的土壤含水量反演模型。模型根据高表观热惯量,高土壤含水量,低表观热惯量,低土壤含水量这一理论,通过日地表温差和宽波段反照率确定土壤含水量的时空变化。假设通过1 m土体的土壤水通量正比于上下底层土壤含水量的差值,利用水平衡方程建立土壤表面和底层土壤含水量关系方程,并利用中国土壤类型特点确定优化模型。通过验证结果表明,壤土和壤质粘土这两类土壤含水量接近真实值,砂土在区域验证中,模拟与实测差值为2.16%,整个模型模拟精度较好,能够准确地从时空上反演干旱半干旱地区1 m土体的土壤水分情况。     

应用土壤水模拟模型研究区域干旱

旨在应用平原地区土壤水模拟模型，给出区域旱精分析所需的干旱信息。以多年平均土壤含水量为判断旱情发生的临界函数，经过统计分析后，提出了一种适用于平原地区分析 区域旱情严重程度的实用方法和拟定评价旱情的定量标准。     

探地雷达测定地基土含水量的实验研究

利用室内模型槽,采用探地雷达开展了测定地基土含水量的室内实验研究。通过对探地雷达反射波法测定的介电常数和烘干法测定的含水量之间的曲线拟合,提出了实验用粉土的含水量与介电常数之间的经验公式。与实测含水量的对比分析表明,Topp公式在一定含水量范围内有良好的适用性,而本文提出的经验公式较Topp公式具有更宽的含水量适用范围和更高的预测精度;针对不同类型土建立相应的含水量和介电常数之间的经验公式是必要的,将有助于提高探地雷达测定地基土含水量的精度。     

青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤水分入渗变化研究

在多年冻土区典型坡面上,将坡面划分为坡下（L）、坡中（M）和坡顶（H）三个坡位,每个坡位上各选取92%、60%和30%植被盖度为研究对象,用双环入渗仪测定土壤水分入渗过程,对影响土壤入渗过程的环境因子进行了分析,并基于土壤物理特性及土壤水分的测定进行模型模拟。结果表明：研究区不同植被盖度下土壤水分入渗性能在活动层冻融过程中差异明显,初始含水量和初始入渗率具有较好的负相关关系;稳定入渗率大小为：活动层融化期,92%（0.61 mm·min^-1） > 60%（0.50 mm·min^-1） > 30%（0.29 mm·min^-1）;活动层开始冻结期,60%（0.56 mm·min^-1） > 30%（0.39 mm·min^-1） > 92%（0.26 mm·min^-1）。土壤水分入渗速率具有显著的坡位差异并与冻土的冻融循环过程关系紧密。主要表现为,稳定入渗速率随坡位高度的降低依次递减;同一坡位下,开始冻结期入渗速率小于融化期。在整个入渗阶段,坡顶的累积入渗量是最大的,体现了较好的入渗性能。影响高寒草甸土壤水分入渗的环境因子主要有容重,有机质含量及粒径<0.1 mm微粒。通过比较研究得出,在长江源地区,活动层融化期通用经验模型f（t）=a+bt^-n更适用于该研究区域高寒草甸土壤水分入渗过程的研究,而在开始冻结期Horton模型f（t）=i_c+（i₀-i_c）e^-kt则具有更好的适用性。     

华北山区坡地土壤水分动态实验研究

在北京市怀柔区汤河口镇东台沟坡地径流实验小区上进行人工模拟降雨实验，探索降雨过程中体积土壤含水量和土壤水基质势的动态变化。结果表明：在降雨强度和前期土壤含水量较为稳定以及蒸发微弱等条件下，不同场次降雨过程中土壤水分动态变化时间与降雨强度之间呈现明显的幂函数关系；同一场次降雨过程中，坡地内不同部位不同土壤层次的土壤水分动态变化时间与土壤层次和土层部位相联系。降雨过程中体积土壤含水量和土壤水基质势的动态变化可划分为5个阶段。得出的坡地土壤水特征曲线表明了坡地砂质土壤在含水量较大时土壤吸力较小、含水量减小时土壤吸力迅速增大的水力特性。     

用NMR法验证在冻土中TDR标定曲线的可靠性

TDR技术是一种较新的测定冻土中未冻水含量的方法, 它有很多优点, 但是由于TDR技术应用于冻土中测定未冻水含量起步较晚, 其可靠性有待于进一步验证. NMR技术是一种较成熟的测定冻土中未冻水含量的方法. 通过应用NMR和TDR两种方法对不同初始含水率下的棕壤土冻融特征曲线的测定, 对TDR法的标定曲线的可靠性进行了验证. 结果表明: 采用TDR法与NMR法测得的冻融特征曲线明显不同, 在相同负温下前者的测定值高于后者, 且其差异随初始含水率增高而加大; NMR法的测定结果表明, 初始含水率对冻融特征曲线的影响很小; 而TDR法的测定结果表明, 由TDR法测得的冻融特征曲线, 受初始含水率影响很大, 随初始含水率的升高而明显加大. 这表明含冰率和温度对冻土的介电常数影响很大, 因此, 采用TDR法测定冻土的未冻水含量时不宜采用原有的标定曲线.     

土地利用方式下岩溶湿地土壤无机磷形态特征及分析方法适用性探讨

本研究利用SMT法和七步连续提取法对桂林市会仙岩溶湿地中典型土地利用方式（水稻田、果园、荒地）的土壤以及河流底泥中磷的赋存形态进行研究。结果表明:岩溶土壤总磷含量大小为底泥＞果园＞水稻田＞荒地；底泥中Ex-P和Fe-P所占比例较大；荒地土壤中Or-P和Res-P为主要磷形态；水稻田和果园土壤中Fe-P所占比例较高。人为干扰明显的果园表层土壤有较大的磷淋溶风险；荒地土壤中磷的生物可利用性低，体现了其缓冲固持湿地水体中磷的生态功能。大量可溶性磷经淋溶迁移富集于底泥中，是河流富营养化的风险源。七步法表现出在提取多种复杂结合态磷上的优势，对岩溶土壤中Ca-P的提取更充分有效，更适用于研究岩溶土壤不同形态的磷分布特征。      

基于地理加权回归的青藏高原季节冻土区土壤有机碳空间分布研究

青藏高原土壤有机碳储量（soil organic carbon stocks， SOCS）对于区域生态环境演替具有重要作用， 但是其空间分布数据还比较缺乏， 特别是季节冻土区的数据较少。基于378个土壤剖面数据， 结合与土壤有机碳（soil organic carbon， SOC）相关的地形、 气候以及植被等环境因子， 使用地理加权回归（geographically weighted regression， GWR）模型模拟了青藏高原季节冻土区0 ~ 30 cm、 0 ~ 50 cm、 0 ~ 100 cm和0 ~ 200 cm深度的SOC总量和空间分布。结果表明： 青藏高原季节冻土区SOCS自东南向西北递减， 表层0 ~ 200 cm的SOC总量约15.37 Pg； 季节冻土区不同植被类型SOC从大到小依次为森林、 灌丛、 高寒草甸、 高寒草原和高寒荒漠； 各土壤类型中棕壤、 黑钙土和泥炭土的SOC最大， 而棕钙土、 棕漠土、 灰棕漠土、 风沙土、 石质土、 盐土、 冷钙土、 寒漠土以及冷漠土的SOC最小。研究结果给出了青藏高原季节冻土区SOC的总量、 空间分布及规律， 可为相关地球模式的发展提供基础数据。     

喀斯特白云岩地区不同土体构型土壤剖面持水导水性能研究

喀斯特区整体土层浅薄且分布不连续，土层和基岩构成了不同的土体构型剖面，而这些剖面的持水导水性能之间是否存在差异，目前尚缺乏清楚的认识。本文通过BEST单环入渗方法研究了喀斯特白云岩区三种土体构型土壤剖面（深厚土层剖面（DS）、浅薄土层剖面（SS）以及土石混合剖面（SR））的持水性能和导水性能。试验结果表明，不同土壤剖面的持水性能、导水性能主要受不同层次土壤颗粒组成特征及剖面构型影响。三种剖面表层土壤都具有较高的导水能力，以SR表层饱和导水率（Ks）最高，可达244.1 mm?h-1，而SS表层Ks为56.8 mm?h-1。DS除表层和风化层外，土壤黏重，导水能力较弱，但是体现出较高的持水能力；SS整体导水能力较弱，持水能力较好；SR土壤疏松，整体持水、导水能力均较好，土石层导水能力相对最差而持水能力最好。就土壤有效水含量而言，SR最高，DS和SS由于土壤较黏重，有效水含量相对较低。该研究结果可为喀斯特地区植被恢复位点的选择提供科学指导和理论依据。      

青藏高原季节冻土区土壤冻融过程水热耦合特征

青藏高原被誉为“中华水塔”， 其广泛分布的多年冻土和季节冻土在保证我国水资源安全上具有重要的地位。基于2015年7月 - 2016年6月青海海北站季节冻土的水热监测数据（土壤含水量为未冻水含量）， 分析了冻结深度的季节变化和冻融过程水热运移特征。结果表明： 各土层土壤温度与土壤水分含量变化均表现为“U”型。土壤温度变化规律与日平均气温基本一致， 但滞后于日平均气温的变化， 滞后时间取决于土层深度。与多年冻土冻融规律不同， 海北站季节冻土表现为单向冻结、 双向融化特征， 冻融过程大致可划分为三个阶段： 冻结初期、 冻结稳定期和融化期。同时， 季节冻土消融速率大于冻结速率， 且融化过程中以浅层土壤融化为主。在冻结过程中， 土壤水分沿上、 下两个方向分别向冻结锋面迁移， 各土层土壤含水量迅速下降。而在融化过程中， 各土层土壤含水量逐渐增加， 且在浅层土壤形成一个土壤水分的高值区。土壤冻融过程中未冻水含量与各土层土壤温度具有较好的相关关系， 且浅层土壤拟合效果优于深层土壤。本研究对揭示高原关键水文过程以及寒区水热耦合模型构建具有重要意义。     

渭河上游水利水保措施的减水减沙效应分析

依据渭河上游实测水文资料和水利水保措施统计数据， 分析了流域水文要素和水利水保措施的变化规律。根据双累积曲线、 有序聚类、 Lee-Heghinan、 滑动T检验等方法， 结合流域内水利水保措施的变化， 将研究期分为基准期（1956 - 1981年）和措施期（1982 - 2016年）。采用水量平衡法， 分析还原了河流天然径流量和输沙量， 评价了水利工程取用耗水的减水减沙作用； 分别建立拟合了基准期和措施期年径流量、 年输沙量与年降水量的相关公式， 分析计算了措施期的减水减沙效应。结果表明： 基准期主要为水利工程减水减沙， 分别减水6.8%， 减沙3.9%； 措施期综合减水效应42.9%， 综合减沙效应76.5%， 水保措施减水减沙效应大于水利工程减水减沙效应， 综合减沙效应大于综合减水效应。     

黑河上游降水同位素特征及其水汽来源分析

为了加深对黑河上游水循环过程的理解， 以研究区5个站点2015年8月至2016年8月的降水同位素实测数据和气象数据为基础， 除对降水同位素特征进行分析外， 主要利用TrajStat软件中的后向轨迹计算模块与潜在源贡献因子分析（PSCF）方法， 对研究区降水的水汽来源进行了分析， 并结合水汽通量等方法进行了补充分析。结果表明： 降水同位素呈夏高冬低趋势， 大气水线斜率（8.02）和截距（11.02）均高于全球大气水线的斜率（8.00）和截距（10.00）， 存在温度效应（δ¹⁸O=0.43x-10.82， r=0.54， P<0.0001）， 不存在降水量效应（δ¹⁸O=-0.05x-7.81， r=0.03， P<0.0001）； 研究区降水受多种水汽影响， 西风水汽影响最大。夏季除受西风水汽影响外， 还受东南季风水汽影响显著且水汽来源复杂； 研究区夏季的潜在蒸发源地集中在一些相对湿度和蒸发量较大的地区， 如祁连山区、 河西地区、 柴达木盆地北部、 青藏高原东南部及酒泉地区西南部等； 当降水量小、 温度高时， 持续性降水的大气水线方程的斜率和截距较小， 暴雨稳定同位素值较贫化， 受东南季风水汽影响最大， 其次是北方和西风水汽， 多种水汽辐合是暴雨事件发生的必要条件。