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。     

黄河下游冲积平原潮土土壤孔隙微形态特征

土壤颗粒排列是影响孔隙特征的最基本因素。土壤薄片能够直接观察且定量的分析土壤孔隙特征。为了解不同质地土壤的孔隙差异，于山东省东昌府区采集不同质地土壤（壤土、黏壤土、砂质壤土），通过常规方法和土壤微形态技术对比分析土壤孔隙特征。结果表明：三类样地土壤孔隙度均为表层向下逐渐减少。表层、底层差异在砂质壤土中主要体现于总孔隙度与毛管孔隙度，黏壤土、壤土则主要体现为总孔隙度与非毛管孔隙度。砂质壤土中各土层均以简单堆集孔隙为主；而0~10 cm黏壤土、壤土以复合堆积孔隙为主，其下复合堆积孔隙减少、其他形状孔隙增多。薄片图像测定孔隙数量可反映常规分析总孔隙度的50%左右，对于非毛管孔隙度则可反映80%左右。因此，土壤薄片更适合分析土壤非毛管孔隙。     

纳帕海湿地土壤有机碳和微生物量碳研究

以纳帕海湿地天然沼泽、沼泽化草甸和草甸为研究对象,研究土壤有机碳和土壤微生物量碳含量的时空分布及其变化。结果表明,天然沼泽、沼泽化草甸和草甸0~40 cm深土层的平均有机碳含量在(18.02±0.24)~(258.44±3.37)g/kg之间变动;三者10~40 cm深土壤的各土层平均有机碳含量随着土壤深度增加在不断减小,且差异显著(p0.05);其土壤表层(0~10 cm)的平均微生物量碳含量都较高,分别为(446.23±98.72)mg/kg(沼泽化草甸)、(204.23±44.90)mg/kg(天然沼泽)和(158.64±65.24)mg/kg(草甸);三者0~40 cm深土层的微生物量碳含量差异明显,沼泽化草甸的微生物量碳含量最高,为940.00 mg/kg,天然沼泽次之,为472.23 mg/kg,草甸最低,为359.78 mg/kg;在垂直分布上,三者的土壤微生物量碳含量表现出与土壤有机碳含量一致的规律;土壤有机碳含量和土壤微生物量碳含量都与土壤含水量显著相关,表明纳帕海湿地土壤有机碳含量和土壤微生物量碳含量主要受土壤水分的影响,而人为疏干排水是导致土壤水分下降的诱因。     

不同时期古黄河三角洲土壤剖面盐渍化特征

在渤海湾西岸选取8个不同地貌单元、不同土地利用方式的土壤剖面,分别在土壤返盐和淋溶最强的季节,按0~20、20~40、40~60和60~90cm采集土壤盐渍化样品,分析土壤剖面盐渍化特征。古河道带地势较高,为轻度盐化土壤,以硫酸盐型和氯化物-硫酸盐型盐渍化类型为主。河间洼地多为中度盐化土壤,为硫酸盐-氯化物型盐渍化类型。潮上带土壤的盐分含量达7~11g/kg,为盐土,为氯化物型盐渍化类型。土壤的蒸发、淋溶作用跟地貌、沉积等密切相关。同一地貌类型上,距海较远土壤剖面HCO₃^-含量高,Cl^-含量低,全盐含量低,盐化程度低。     

草甸草原降水特征与土壤水分对降水脉动响应——以呼伦贝尔草原额尔古纳市为例

利用额尔古纳牧业气象试验站降水量与土壤水分数据,通过降水与土壤水分动态变化及转化过程分析,确定土壤水分响应的降水临界值与不同降水级别引起土壤水分响应的概率,构建了降水过程量与土壤水分增量函数关系。结果表明：（1） 研究区降水量呈“先降后升”变化趋势,年内降水量呈单峰型分布。（2） 研究区以无降水天气为主,降水又以小降水事件占主导,大降水事件发生频次低、过程降水量大,小降水事件则相反。（3） 可以引起研究区0~50 cm各层土壤水分响应的降水临界值分别为8.1 mm、10.1 mm、19.0 mm、27.9 mm和31.6 mm,小雨仅能引起0~10 cm土壤水分响应的概率为28.6%,中雨不能引起40~50 cm土壤水分的响应。（4） 降水量与0~10 cm和10~20 cm土壤水分达到最大值时的滞后时间呈现出极显著负相关关系,与20~30 cm呈显著负相关关系,0~30 cm各层土壤水分达到最大值时的滞后时间与降水量符合幂函数关系。（5） 降水量和0~50 cm土壤水分增量均呈现出极显著正相关关系,降水量与0~10 cm和10~20 cm土壤水分增量符合线性关系,与20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm土壤水分增量符合多项式关系。检验结果表明,构建的函数模型可以较好地模拟研究区0~30 cm各层水分增量。研究结果为地方政府抗旱减灾提供了科学依据。     

不同水分条件下藏北盐化沼泽湿地土壤碳氮的分布

目前,对于高寒湿地土壤碳氮的研究多集中于泥炭沼泽,盐化沼泽土壤的研究相对较少。为了全面认识湿地土壤碳氮的特征以及对未来气候变化的响应,以藏北高原腹地格仁错湖沼湿地为研究区,分析高寒盐化沼泽常年积水、季节性积水和无积水三种水分条件下土壤剖面(0~50 cm)内有机碳和全氮的垂直分布特征。研究结果表明:随水位梯度的升高,各土层碳氮含量逐渐减少。在无积水区和季节性积水区,有机碳(SOC)和全氮(TN)的分布均表现为表层(0~10 cm)含量最高,沿土壤剖面呈下降趋势;常年积水区各土层间的SOC和TN含量差异很小。其中,无积水区、季节性积水区和常年积水区0~50 cm土层的SOC储量分别为7.60 kg/m2,4.11 kg/m2和2.35 kg/m2,TN储量分别为0.56 kg/m2,0.28 kg/m2和0.19 kg/m2。相对于高寒草甸沼泽土和泥炭沼泽土壤来说,高寒盐化沼泽土是碳氮累积较少的土壤类型,高水位、高盐度和低气温成为盐化沼泽土壤碳氮累积的主要限制条件。     

青海乱海子高寒湿地植物群落结构对土壤水分变化的响应

以青海省乱海子高寒湿地为研究区,沿湿地土壤水分梯度,设置了7处采样地,采集了0~20 cm深度的土壤样品和植物样品,研究了2014年8月中旬的植物群落结构特征空间分布特征,尤其注重高寒湿地中特有的冻胀丘形成对植物群落结构和生物量的影响。研究结果表明,(1)沼泽化草甸0~20 cm深度土壤含水量为122.7%~280.7%,1号~6号采样地土壤含水量都显著高于距乱海子湖泊最远的7号采样地,冻胀丘0~20 cm深度的土壤含水量为160.4%~203.4%,2号~6号采样地冻胀丘0~20 cm深度土壤含水量无明显差异,冻胀丘上土壤含水量显著低于其周边的沼泽化草甸;(2)在乱海子湿地中,共记录了40种维管束植物,其中,有莎草科植物7种,禾本科植物7种,其它双子叶植物26种,以莎草科植物占绝对优势,尤其在沼泽化草甸中,除了7号采样地,莎草科植物的重要值都大于97%;(3)冻胀丘上的物种丰富度、Pielou均匀度和Shannon-Wiener物种多样性指数都高于其周围的沼泽化草甸,尤其是物种丰富度,冻胀丘上的平均物种丰富度为11.8种,而其周围的沼泽化草甸的平均物种丰富度仅为6.57种,随着土壤水分含量减少,冻胀丘植物群落的Shannon-Wiener物种多样性指数变化很小,沼泽化草甸的则波动变化;(4)随着土壤水分含量的减少,冻胀丘和沼泽化草甸植物群落的地上部分生物量增大,冻胀丘植物群落根系生物量波动增加,而沼泽化草甸的则波动减小。     

开都河流域下游绿洲表层土壤盐分空间变异特征分析——以焉耆县为例

针对目前干旱区广泛存在的绿洲土壤次生盐渍化问题,基于GIS和地统计学方法,研究开都河流域下游绿洲焉耆县表层土壤的盐分空间变异特征。结果表明:1)0~10cm、10~20cm和20~30cm三层土壤盐分的半方差函数模型均符合高斯模型;随着土壤采样深度的增加,其空间变程递增,C0+C均为50%,属于中等空间相关性。2)土壤盐分在水平方向上,0~5g/kg(非盐化和轻盐化)呈片状分布,而5g/kg(中度、重度盐化和盐土)呈斑块状分布在中部和低洼地区;在垂直方向上,0~10cm土壤盐分含量最高,且随着土层深度的增加,土壤盐分递减。     

华北平原河道变迁对土壤及土壤盐渍化的影响

华北平原河道变迁对土壤及土壤盐渍化产生了较大影响。它使土壤质地普遍粗化,草甸一沼泽土变成潮土、盐化潮土和风沙土。土体中的盐分产生重新分异：高地以淋溶为主,洼地既不淋溶也不累积,坡地则累积于地表形成了盐碱地。     

安固里淖干湖区土壤理化因子空间分布特征

对安固里淖干湖区的土壤粒度组成、含盐量、含水量、有机质和p H的空间分布特征进行了研究。结果表明,湖区内土壤主要以粉粒(0.002~0.05 mm)为主,湖区外围土壤主要以粉粒(0.002~0.05 mm)、极细砂(0.05~0.1 mm)和细砂(0.1~0.25 mm)为主,湖区东部土壤比西部土壤质地更细。土壤含水量由湖区内部向外围逐渐减小,但湖岸边缘土壤含水量最高。研究区土壤盐碱化现象明显,含盐量和p H都较高,湖区东部土壤含盐量和p H都高于西部。研究区土壤有机质含量总体偏低,与西部相比,干湖区东部土壤有机质含量较高。研究区土壤含盐量、含水量与p H显著正相关,有机质含量与p H显著负相关。     

冬季结冰灌溉对苏打盐碱土水盐变化的影响

在苏打盐碱土区进行结冰灌溉试验,研究灌溉后盐碱土土壤水分和盐分的分布状况。试验分为淡水结冰灌溉(E)、微咸水结冰灌溉(D)、微咸水结冰灌溉+100%GR(石膏需求量)磷石膏(A),微咸水结冰灌溉+50%GR磷石膏(B),以及对照(CK),5个处理。灌溉水量为180 mm。试验结果表明灌溉融水增加了土壤耕层的含水量,为春播抗旱起到了重要作用。同时灌溉融水使土壤耕层主要离子Na+、Cl-、CO32-、HCO3-明显降低,使土壤耕层的盐碱化程度得到改善。不同处理方式之间比较,微咸水结冰灌溉洗盐效果和盐碱化改良效果明显好于淡水结冰灌溉,微咸水+磷石膏淋洗和改良效果好于微咸水结冰灌溉,且随着磷石膏施用量的增多,洗盐和改良效果更好。     

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。     

黑河流域土壤退化研究

在黑河流域干旱土纲中采集5个典型土壤剖面以研究该地区干旱土壤的演化。同时，为了了解土壤养分含量、土壤干旱化和土壤盐化的变化趋势，测定了高台县西北盐池地区主要盐土类型各剖面中的盐分含量和流域内主要土类中水分含量的分布。结果表明，干旱区内陆河流域土壤的退化主要表现为干旱化、盐渍化和土壤肥力的退化。在流域内干旱化随流域上中下游降水量和干燥度的变化而变化，土壤随距河流的距离及地下水位的高低而变化。流域内土壤从潜育土向雏形十、干旱雏形土和干旱土的方向变化。盐渍化与土壤水分含量和地下水位有关，并与水分的蒸发有密切的关系。在一定范围内，距水源越远，盐分含量一般越高。土壤肥力的退化表现为土壤有机质含量降低，阳离子代换量降低等理化性质的退化，这一退化过程是其它过程的综合反映。质地的退化虽受风沙化的影响，但与土壤的形成母质有一定的关系。     

青海湖西吉尔孟附近土壤水分研究

根据对青海湖北刚察县吉尔孟乡草地土壤含水量测定和粒度分析,研究了土壤水分变化等问题。研究区土层上部粒度成分以粗粉砂为主,下部以细砂为主。2009年该区草地土壤重力水分布深度达到了60 cm左右。土壤上部含水量丰富,下部水分严重不足。在土层约80 cm深度之下出现了中等干层和部分严重干层。该区土壤干层的发育阻隔了大气降水向地下深处的入渗,属于异常水分循环类型。该区土壤水分处于负平衡状态,指示当地的降水量并不能充分满足草原植被生长的需要。吉尔孟乡土壤蓄水量较少,易于发生生态环境的退化。     

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。     

湿地土壤水源涵养功能研究进展

湿地土壤依靠孔隙而发挥水源涵养功能,广义的湿地土壤水源涵养功能是指湿地土壤内多个水文过程及其水文效应的综合表现,而狭义的湿地土壤水源涵养功能仅指湿地土壤蓄水。主要从土壤水源涵养的机制、计算方法、土壤蓄水量及其对径流调节、影响土壤蓄水的因素等几个方面对当前湿地土壤水源涵养功能的研究进行了综述。土壤涵养水源是由于水分能在土壤孔隙中的存储、持留和运转。从力学的角度看,水分主要依赖于吸附力、毛管力和重力作用而持留。湿地土壤蓄水能力的3种计算方法各有优缺点,计算时应结合湿地水文波动的实际情况而选择。不同类型湿地的土壤蓄水能力因土壤本身性质而异。湿地土壤蓄水能力受土壤粒径组成、结构、孔隙、有机质和含水量等因素的影响,同时受自然及人为因素的调控。针对当前湿地土壤蓄水能力研究的不足,指出应加强对湿地蓄水能力的定量研究及计算方法的探讨;同时,土地利用对湿地土壤水源涵养功能影响的研究也需进一步加强。     

A method to obtain soil-moisture estimates over bare agricultural fields in arid areas by using multi-angle RADARSAT-2 data

Soil moisture is an important parameter for agriculture, meteorological, and hydrological studies. This paper focuses on soil-moisture estimation methodology based on the multi-angle high-and low-incidence-angle mode RADARSAT-2 data obtained over bare agricultural fields in an arid area. Backscattering of the high-and low-incidence angles is simulated by using AIEM(advanced integral equation model), with the surface-roughness estimation model built based on the simulated data. Combining the surface-roughness estimation model with the backscattering model of the low-incidence-angle mode, a soil-moisture estimation method is put forward. First, the natural logarithm(ln) of soil moisture was obtained and then the soil moisture calculated. Soil moisture of the study area in Dunhuang, Gansu Province, was obtained based on this method; a good agreement was observed between the estimated and measured soil moisture. The coefficient of determination was 0.85, and the estimation precision reached 4.02% in root mean square error(RMSE). The results illustrate the high potential of the approach developed and RADARSAT-2 data to monitor soil moisture.     

伊犁山地不同海拔土壤有机碳的分布

以乌孙山北坡、科古琴山南坡为例,分析伊犁山地南北坡土壤有机碳的分布特征和影响因素。结果表明:①0-50 cm范围内,高寒草甸、草甸草原土壤有机碳含量较高,荒漠草原土壤有机碳含量最低。土壤有机碳含量均随土壤深度的增加而降低,高寒草甸随土壤深度的增加土壤有机碳下降幅度最大;②伊犁山地土壤腐殖化程度高,氮矿化能力强。大部分海拔的土壤碳氮比随土壤深度的增加而减少。河谷南坡碳氮比降低速率要大于河谷北坡。③土壤有机碳与全氮、全磷以及土壤含水率表现出良好的正相关性;与pH值表现出较好的负相关性,特别是20-50 cm处。植被类型分布和人类活动影响对土壤有机碳垂直变化影响显著。     

不同人为干扰程度对森林土壤水分物理性质的影响

本研究探讨了不同人为干扰程度下米槠林地的土壤水分物理性质。结果表明,随着人为干扰强度的增加,容重呈现明显的增加的趋势,人促更新林容重大于其他林分,天然林容重最小。天然林转变为天然更新林,非毛管孔隙度增加2.39%,而转变为人促更新林非毛管孔隙度减少了1.01%;毛管孔隙度和总孔隙度的变化趋势一致,天然林转为天然更新林、人促更新林均减少。天然林的毛管持水量、最小持水量、最大持水量均最大。这表明随着人为干扰程度增加,对土壤水分物理性质影响越大。     

吉林省春季土壤水分分布特征及影响因素分析

利用2003~2010年吉林省春季土壤含水率数据及相关数据,采用常规统计方法、地统计学方法和基于地理信息系统的空间分析方法,讨论吉林省春季土壤水分分布特征,并对其影响因素进行初步分析。结果表明,吉林省春季0~30 cm土壤平均含水率总体上呈由西向东逐渐增加的趋势,空间差异性显著,其中10 cm深度土壤含水率空间差异最大;土壤层之间的距离越近,土壤含水率的相关性越好,东部10 cm深度与其他层次土壤含水率的相关性好于中西部,中部相比东部和西部而言,各层次之间土壤含水率相关性最差。研究还发现,田间持水量和降水量是影响吉林省土壤含水率分布的主要因素,受土壤、气候等自然要素的空间异质性影响,田间持水量对中部和东部的土壤含水率影响更大,而降水对中部和西部的土壤含水率影响更大。