毛乌素沙地土壤凝结水来源分析

土壤凝结水是半干旱地区生态系统重要的水源,为阐明毛乌素沙地臭柏(Sabina vulgaris)冠层下土壤表层5 cm凝结水的水汽来源,应用自制凝结试筒于2008年9—10月在毛乌素沙地开发整治研究中心院内开展试验。结果表明,毛乌素沙地土壤表层凝结水由吸湿水、大气水汽凝结水和土壤水汽凝结水组成;大气中的水汽总是先于土壤中的水汽到达和离开表层5 cm土壤;大气中水汽对土壤表层5 cm凝结水的贡献率小于土壤水汽的贡献率,9月上旬至中旬大气中水汽和土壤水汽的贡献比为2∶5,9月下旬至10月中旬为3∶10;单日凝结量和蒸发量呈现显著的线性关系。     

极端干旱区不同下垫面土壤凝结水试验研究

为了探讨极端干旱区植被生长季的土壤凝结水特征, 采用微渗计和中子仪, 于2010 年6-7 月对塔里木河下游地区胡杨林、柽柳丛和裸地3 种典型下垫面密封和不密封处理的土壤凝结水的变化特征、形成时间及其影响因素进行了研究。结果表明:微渗计和中子仪观测结果均显示观测期间裸地产生的土壤凝结水总量最大, 其次为柽柳丛, 而胡杨林形成的土壤凝结水总量最小。观测期间研究区凝结现象从21:00-22:00 左右开始, 02:00-03:00 左右达到第一个峰值前, 随着近地表气温和地温的降低, 土壤凝结水量呈增加的趋势。不密封处理产生的土壤凝结水量显著大于密封处理的(t<0.01)。柽柳丛土壤日均凝结水量最大, 其次为裸地, 胡杨林最小。方差分析显示, 不同下垫面类型土壤的日均凝结水量之间存在极显著差异(P<0.01)。3 种下垫面土壤凝结水量的变化趋势基本一致, 均呈双峰曲线。凝结过程一般从22:00 左右持续到次日09:00 左右。土壤凝结水量主要受气温、大气相对湿度、表层地温、风速以及下垫面等因素的影响。研究结果可以为生态退化区的植被恢复提供一定的理论依据。     

毛乌素沙地南缘固沙灌丛下地表凝结水特征

尽管凝结水在干旱生态系统中所发挥的重要作用已被广泛关注,但对其在固沙灌丛下时空变化特征的研究仍然比较薄弱。为探明固沙灌丛对地表凝结水的影响,在毛乌素沙地南缘沙区选择3种典型固沙灌丛（沙柳Salix psammophila、柠条Caragana korshinskii和油蒿Artemisia ordosica）,以无固沙灌丛影响的裸沙作为对照,用微型蒸渗仪测定了固沙灌丛下不同位置（根部、1/2冠幅和外缘）和不同方向（东、南、西、北）上地表凝结水的形成和蒸发特征。结果表明：（1）与对照相比,固沙灌丛的存在显著降低了地表凝结水量,沙柳、油蒿和柠条灌丛下凝结水量分别降低了29%、32%和33%;(2)不同类型固沙灌丛下地表凝结水量由里向外均呈显著增加的趋势,但不同方向上地表凝结水量差异不显著;（3）固沙灌丛的存在减缓了凝结水的形成和蒸发过程,即凝结水自19:00开始形成,到次日08:00基本结束,至13:00—15:00蒸发殆尽,其形成过程整体上表现出增加—平缓—增加的趋势,柠条和油蒿灌丛下地表凝结水在03:00—05:00甚至有少量蒸发,而蒸发过程呈稳定下降趋势;（4）凝结水的形成过程与空气...     

陇中黄土高原土壤水分变化特征及其机理分析

基于兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）2010年全年的观测资料,对陇中黄土高原半干旱区土壤水分的年变化和日变化特征进行了研究,并通过计算水汽通量与蒸散量,探讨了土壤-地表-大气间水分的交换和运移机理。结果表明：土壤湿度的季节变化主要受降水影响,各季节的平均土壤湿度均呈现出表层和深层低、中间层高的特点,最高值出现在地下10 cm附近;在无降水的情况下,土壤5~20 cm处的含水量呈现出夜间逐渐降低、白天逐渐上升的波形变化,这种变化与土壤水汽通量具有很好的一致性,而水汽通量的方向则受温度梯度的影响;在白天,地表温度高于气温与较深层地温,水汽在向空气蒸散的同时也由地表流向土壤深部,夜晚地表温度则低于较深层地温,水汽由土壤深部流向地表。因此土壤内部的水分蒸发主要出现在夜晚,且主要发生在地表40 cm以内的土壤孔隙中,而白天地表的实际蒸发主要存在土壤浅层0~5 cm,5 cm以下土壤水分的蒸发十分微弱。本研究结果对于改进半干旱区陆面计算模式以及当地的生态环境建设具有一定的参考价值。     

矿物复合保水剂对新疆干旱区凝结水吸持效果研究

采用称重法在新疆石河子市121团土壤改良实验站进行了矿物复合保水剂对干旱区凝结水的高效利用研究实验,根据实验数据分析了该地区凝结水的生成规律及矿物复合保水剂组成的人工保水层对凝结水的吸持效果。结果表明:凝结水来源于地下某深度到地表的水气和空气中的水气,发生时间基本在22:00—09:00,影响凝结水生成的主要因素有近地面大气温度、近地表土壤温度、空气相对湿度、风速等因素。由于向近地表土壤加入了矿物复合保水剂,使得混合层成为了一个人工保水层,该人工保水层对研究区的凝结水量和蒸发量都产生了影响,实验研究表明,人工保水层分布在近地表5～10 cm处对凝结水吸持效果最佳。     

古尔班通古特沙漠表层土壤凝结水水汽来源特征分析

水分条件是决定干旱沙漠区生态环境的关键因素,凝结水是干旱区植物和低等生物的重要水分来源。利用自制蒸渗计在春、夏、秋3个季节对古尔班通古特沙漠苔藓、地衣、藻类及流沙4种地表类型表层原状土壤凝结水形成进行了观测研究。结果表明,在2 cm、5 cm、10 cm、20 cm 4种高度原状土中,用纱网封底土壤表层2 cm和5 cm土壤的凝结水测定结果能够真实的代表古尔班通古特沙漠不同类型地表土壤凝结水形成特征;凝结水主要集中产生在土壤表层2 cm范围内;凝结水的水汽来源于空气和土壤且以空气来源为主,春季由于表层土壤含水率较高,来自于土壤的水汽所占的比重较高,地衣0~2 cm表层凝结水来源于土壤水汽补充的比例春季为35.5%,夏季和秋季分别降到15.5%和11.3%;秋季55 d的观测结果表明,凝结水形成总量随流沙、藻类、地衣和苔藓依次增加,分别为3.46 mm、4.07 mm、4.89 mm和5.15 mm,说明在干旱的沙漠地带,凝结水是除降水以外补充表层土壤水分最重要的水分来源。     

干旱荒漠区沙土凝结水与微气象因子关系

凝结水作为干旱区降雨以外的主要水分补给,具有重要的生态水文意义。目前,凝结水研究已成为干旱区生态水文学研究的一个重要组分\.通过定位观测,对凝结水的形成机理、形成量和影响因子已有了初步的认识\.但是受土壤水分、风速和下垫面性质的影响,凝结水量与微气象因子的关系复杂,导致凝结水模拟估算存在诸多困难。本文通过控制试验,在排除土壤水分、风速和下垫面对凝结水形成过程影响的条件下,开展观测,建立凝结水形成速率与近地层微气象因子之间的多元回归方程,旨在为凝结水模型构建提供参考。结果显示:凝结水形成速率与空气相对湿度呈波尔兹曼函数关系,与气温和地表温度均呈显著的线性负相关关系,而与气温和地表温度差、露点温度呈显著的线性正相关关系。多元回归分析显示,沙土凝结水主要受近地层空气相对湿度、气温和地表温度的控制,表明在凝结水模型构建中应重点考虑这3个微气象因子的影响。     

我国降水中δ^18O的分布特点

根据实测资料计算,我国东南部地区以及西北地区的大气降水中δ１８Ｏ较高,东北和青藏高原南部的δ１８Ｏ则较低。在我国,温度效应主要出现在中高纬度大陆内部,降水量效应则主要分布在东南沿海、云贵高原和青藏高原。这些地区明显受季风气候的影响。不同地区的大气水线存在一定的差异,它们与水汽在源地的蒸发以及水汽凝结致雨两个过程的稳定同位素分馏密切相关。     

高寒沙区吸湿凝结水凝结过程与温湿度的关系

吸湿凝结水作为干旱半干旱地区除降雨外主要的水分来源，具有十分重要的生态水文学意义。以青海共和盆地高寒沙区1997年植被恢复区生物土壤结皮吸湿凝结水为研究对象，2018年5—9月采用自制微渗仪观测吸湿凝结水量，同时观测近地层空气温湿度和土壤温湿度。结果表明：观测期间，不同类型结皮吸湿凝结水量存在差异，表现为苔藓结皮>藻类结皮>物理结皮>流沙，且差异性与观测时间无关；吸湿凝结水量与近地层空气湿度正相关，与近地层空气温度、土壤温度湿度负相关，且相关性与地表类型无关；吸湿水凝结过程主要受近地层空气温湿度的影响，累积贡献率85.294%；生长季吸湿凝结水主要产生时间为19：00至次日07：00，期间凝结速率呈波动性变化；19：00—23：00吸湿凝结水凝结速率不断上升，且上升趋势与近地层空气温湿度无关；00：00—03：00吸湿凝结水凝结速率出现滞后效应，滞后于近地层空气温湿度变化1 h；04：00—07：00呈先升高后降低趋势，04：00出现该时间段凝结速率最低值，05：00出现该时间段凝结速率的最高值。     

沙坡头地区土壤水分吸湿凝结的动态观测与理论计算

采用实际观测与理论计算相结合方法研究了沙地表层土壤吸湿凝结水量及其变化过程。沙土水分吸湿凝结过程可分两个阶段：第一阶段是由沙土自身物理性质决定的分子凝结过程,所吸收水量主要受温度和湿度影响,最大不超过沙土最大吸湿水量;第二阶段是由近地面微气象条件决定的水分凝结过程,所吸收水量受空气水汽压、地面温度和地表可利用能量的影响。采用能量平衡和空气动力学综合方法计算沙地吸湿凝水量及其动态变化,与实测值相比结果合理,方法是可行的。     

砾石长期覆盖对土壤呼吸的影响

砾石覆盖是西北黄土高原地区的传统保护性耕作技术,具有明显的蓄水、保墒、增温、压碱和保持地力作用。研究砾石覆盖农田系统中的土壤呼吸,有助于了解地面覆盖条件对CO₂通量的影响和土壤健康状况。利用LI6400土壤呼吸系统对甘肃皋兰长期砾石覆盖农田(12年)不同覆盖厚度下的土壤呼吸进行了原位监测,并对环境因子与土壤呼吸的日变化相关性进行了分析。结果表明:(1)土壤呼吸的日变化与温度的变化一致,呈单峰型,砾石覆盖后土壤呼吸峰值出现在16:00—17:00,明显滞后于裸地出现的峰值时间(14:00—15:00),且峰值随着覆盖厚度的增加而减小;(2)土壤表层(0~10 cm)温度与土壤呼吸呈极显著幂函数关系(P<0.01),砾石覆盖降低了土壤呼吸的温度敏感性指数(Q₁₀),覆盖后两次监测中Q₁₀为1.78~2.87(2017年)和1.70~1.96(2018年);(3)砾石覆盖后提高了夜间土壤呼吸,导致土壤呼吸的日累积碳排放量显著提高,随着覆盖厚度的增加而降低,覆盖处理中厚度为11 cm最小的碳排放量两次测量分别为2.00 g·m^-2和0.90 g·m^-2,比裸地分别增加了15%和18%;(4)土壤特征因子中,土壤水分、pH与土壤呼吸累积碳排放量呈正相关,有机质、碱解氮、速效磷、电导率与土壤呼吸累积碳排放量呈负相关。     

近45 年青藏高原土壤温度的变化特征分析

利用青藏高原60 个气象站1960-2005 年的土壤温度观测资料, 采用Mann-Kendall 法和功率谱方法对不同深度土壤温度的时间变化进行趋势突变和周期检验, 并以主成分方法考察 其空间分布特征。分析结果发现青藏高原浅层土壤温度自1970 年以来升高趋势明显, 1969-1970 年为明显的突变点; 40~320 cm 的深层土壤温度存在3.25 年的显著周期变化; 浅 层土壤温度空间特征则主要体现为全区一致型和南北反向变化型。同时以浅层土壤温度梯度 (10~20 cm) 的变化特征讨论了青藏高原地气间能量的交换关系以及浅层土壤温度梯度对高原 多年冻土的响应, 认为高原地气温差和浅层土壤温度梯度之间存在一种涨落机制, 体现的是 高原地气间的耗散结构关系; 而浅层土壤温度梯度分布特征对高原多年冻土有明显的响应。     

准噶尔盆地梭梭群落下土壤CO2释放规律及其影响因子的研究

 采用开路式自动土壤碳通量测量系统（LI-8100）测定了准噶尔盆地荒漠梭梭群落生长季的土壤呼吸速率,并分析了温度和土壤水分对土壤呼吸的影响,结果表明:土壤CO2释放速率有明显的日变化和季节动态,日最大排放速率出现在13:00—15:00时,最小排放速率在8:00时。土壤CO2释放速率日变幅最大值为0.90 μmol·m-2·s-1、最小值为0.24 μmol·m-2·s-1、平均速率是(0.548±0.076)μmol·m-2·s-1;土壤呼吸作用在生长季中的动态呈单峰曲线,顺序为6月＞7月＞8月＞9月＞5月＞10月。相关性分析表明,土壤呼吸速率与气温、地表温度和5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、30 cm、35 cm、40 cm、50 cm层土壤温度呈极显著和显著正相关关系,土壤呼吸速率与地表温度间的线性关系为Y=0.017X+0.033,（R2=0.566, P<0.001）,并得出Q10值为1.65。土壤含水量与土壤呼吸速率间的相关性不显著。     

青藏高原腹地多年冻土区地表反照率的季节变化及主要影响因子

准确获取青藏高原地表反照率的季节变化特征对高原地表能水循环研究具有重要意义。本文利用青藏高原多年冻土区西大滩和唐古拉2007年的气象及辐射数据,运用相关分析方法研究了太阳高度角、积雪及活动层冻融过程对地表反照率变化的影响。结果显示:冷暖季降雪过程中地表反照率的变化差异较明显;地表无积雪覆盖期间,地表反照率与气温和表层土壤含水量呈反相关关系。利用多元回归分析法构建了以积雪日数和气温为影响因子的月均地表反照率计算回归方程,经检验与观测值对比平均相对误差为7.1%,可用于青藏高原北部地表反照率的估算。     

Hydrological effects of alpine permafrost in the headwaters of the Urumqi River, Tianshan Mountains

Against the background of climate change, alpine permafrost active layers have shown a gradual thickening trend and the hydrothermal conditions have undergone significant changes in the Tianshan Mountains and the Qinghai-Tibet Plateau, China. At the ice-free cirque basins in the headwaters of the Urumqi River(hereafter referred to as the Ice-Free Cirque) in eastern Tianshan, China, the hydrological effects of the alpine permafrost active layers appear to have also exhibited significant changes recently. The increasing trend of local precipitation is clear in May and June. The onset of winter and spring snowmelt runoff clearly lags behind increases of air temperature, and the runoff peak appears near the beginning of the melting season, which results in the spring runoff increasing. In summer, runoff decreases strongly and the maximum runoff occurs earlier. In our analysis of meteorological and hydrologic data from 1959 to 2010, the runoff and precipitation changes are significantly correlated. In the initial stage of runoff, the runoff-producing process is mainly under the control of the soil water content and soil temperature in the 0–30 cm active layers. Spring precipitation and snowmelt water are mainly involved in the processes of infiltration and evaporation while some melt water infiltrates into the seasonal thawed layer and stays above the frozen layers. During the strong ablation period in summer, the runoff-generating process is mainly controlled by soil water content in the active layers deeper than 60 cm. In the active layer, precipitation and seasonal snowmelt water infiltrates, migrates, collects, and then forms runoff.     

邻近绿洲的荒漠表层土壤逆湿和对水分"呼吸"过程的分析

利用"我国西北干旱区陆气相互作用试验"2000年8~9月在甘肃敦煌进行的野外观测资料,分析了临近绿洲的荒漠戈壁土壤湿度和大气湿度特征,发现:活动层内土壤空气湿度远离饱和状态,水分以气态和液态两种形态存在和输送;由于绿洲效应影响,临近绿洲的荒漠戈壁不仅近地层空气多为逆湿,而且这种空气逆湿在夜间较强时可以继续向土壤活动层延伸。土壤湿度日变化能清楚地被区分为湿维持(1~6时)、水分损失(7~11时)、干维持(12~18时)和水分补充(19~0时)等4个阶段,其中湿维持阶段的土壤逆湿是最主要的结构特征,这一土壤湿度结构表明夜间土壤可以通过凝结吸收大气水分,它与白天的土壤水分蒸发共同构成土壤对大气水分的"呼吸"过程;活动层土壤逆湿的形成与土壤温度状态、大气逆湿强度和大气稳定度都有关。     

青藏高原西部地面反射率的日变化以及与若干气象因子的关系

根据1997年10月至1998年11月青藏高原西部改则和狮泉河两个自动气象站连续观测的大气、辐射和土壤资料,在分析高原西部地面反射率冬、夏季日变化特征的基础上,重点研究了地面反射率与土壤和大气若干重要因子(如土壤湿度、土壤温度、空气相对湿度、空气温度)的关系。研究结果有助于改进气候模式和卫星遥感中高原地面反射率的参数化方案。     

砂田退化对土壤温度和蒸发影响的模拟研究

根据砂田不同耕作年份实地取样,并进行粒径分析,结果表明,砂层中混入的土含量随着砂田耕作年限增加而逐步增加;参照实地取样后粒径分析,以砂层混入土的不同重量百分比梯度设置处理T1-5%、T2-10%、T3-20%、T4-25%、T5-30%、T6-40%,并设对照CK1(纯砂砾覆盖)和CK2(无覆盖裸地),进行温度变化和蒸发效应的模拟研究。结果表明,5 cm、10 cm的土壤温度在8:00和20:00均随着退化程度的加重而降低,而在中午则呈横置S状;与对照纯砂砾覆盖CK1相比日高温延时性随退化程度加重而逐步减弱,日积温减小且昼夜温差增大;蒸发强度随着砂田退化程度的加重而逐渐增强,无覆盖处理蒸发量约是纯砂砾覆盖蒸发量的3倍,而严重退化的处理T5 、T6分别是纯砾石覆盖的2倍,即严重退化砂田年蒸发量要比CK1多110 mm。     

青藏高原土壤水分变化对近地面气温的影响

青藏高原为全球气候变化最为敏感的区域之一,探讨该地区土壤水分变化对近地面气温的影响将为青藏高原水汽循环研究及该地区对周边气候与环境的影响研究提供重要理论支撑。利用NCEP-CFSR数据集,基于土壤水分对近地面气温的影响机理,揭示了青藏高原不同季节、不同植被分区下土壤水分时空分异规律、土壤水分与蒸发率的响应与耦合状态及土壤水分通过蒸散发过程对近地面气温的影响。结果表明：① 不同季节下青藏高原土壤水分空间分布基本一致,除西北地区和喜马拉雅山脉外,整体呈现由东南向西北递减趋势,青藏高原地区存在干旱区变湿,湿润区变干的空间特征;② 青藏高原大部分区域土壤水分处于干湿过渡状态,其中青藏高原南部和东南部地区全年处于干湿过渡状态,而柴达木盆地几乎全年处于干旱状态;③ 近地面气温对土壤水分的响应在冬季最弱,在夏季最强且空间差异较小,其中在冬、春、夏季为负反馈,另外不同植被覆盖区近地面气温对土壤水分的敏感性差异很大。此项研究对于进一步探讨青藏高原地区陆气耦合状态及变化环境下的区域水汽循环及其效应具有重要理论意义。