滇中高原火后更新森林植物和土壤水分含量的时空格局（英文）

Plant moisture content(PMC) is used as an indicator of forest flammability, which is assumed to be affected by climate drought. However, the fire-induced drought stress on PMC and its spatial and temporal variations are unclear. Based on a parallel monitoring experiment from 2014 to 2015, this study compared the PMCs and soil moisture contents(SMC) at five post-fire sites in central Yunnan Plateau, Southwest China. The number of years since last fire(YSF), season, topographic position, plant species and tissue type(leaf and branch) were selected as causal factors of the variations in PMC and SMC. A whole year parallel monitoring and sampling in the post-fire communities of 1, 2, 5, 11 and 30 YSF indicated that drought stress in surface soils was the strongest in spring within the first 5 years after burning, and the SMC was regulated by topography, with 64.6% variation in soil moisture accounted for by YSF(25.7%), slope position(22.1%) and season(10.8%). The temporal variations of PMC and SMC differed at both interannual and seasonal scales, but the patterns were consistent across topographic positions. PMC differed significantly between leaves and branches, and among three growth-forms. The mean PMC was lower in broad-leaved evergreen species and higher in conifer species. Season and soil temperature were the primary determinants of PMC, accounting for 19.1% and 8.3% of variation in PMC, respectively. This indicated phenology-related growth rather than drought stress in soil as the primary driver of seasonal changes in PMC. The significant variations of PMC among growth forms and species revealed that seasonal soil temperature change and dominant species in forest communities are useful indicators of fire risk assessment in this region.     

基于土壤水分的农业干旱监测研究进展

土壤水分是评估农业干旱的关键变量。然而长期以来,由于缺乏大范围、高精度、长时间的土壤水分观测数据,基于土壤水分的农业干旱监测在实际应用中受到限制。近年来,随着遥感观测技术的发展,土壤水分数据的时空覆盖度和产品精度显著提升,基于土壤水分的农业干旱监测逐渐吸引更多的关注。论文系统归纳了站点观测与微波遥感观测的土壤水分数据特性,综述了目前基于土壤水分的3种农业干旱监测指标：基于长时间土壤水分序列的干旱指标、基于土壤水分与土壤水力学参数的干旱指标和基于土壤水分等多变量综合的干旱指标。最后,论文从提高土壤水分数据空间分辨率、加强农业干旱机制研究与完善农业干旱监测体系三方面提出基于土壤水分的农业干旱监测所面临的挑战与机遇,以期为未来的相关研究提供参考。     

钠盐对冬小麦抗旱性增效作用调控机理的生理生态学分析

以冬小麦（烟台-2070）为实验材料,苗期对冬小麦进行不同浓度钠盐(NaCl、Na2CO3、Na2SO4)处理,在随后进行的干旱胁迫和复水过程中进行叶片抗逆生理指标变化对比分析,以期探究盐处理在提高小麦抗旱性中的作用和生理调节机理,为未来干旱区农业实施盐水灌溉提供理论依据。实验采用盆栽法,将冬小麦种子盆栽,待长到第7天进行不同浓度钠盐(70 mM, 135 mM, 200 mM, 270 mM)预处理8 d, 然后进行干旱胁迫12 d和复水5 d。分别在盐处理的第4天,第8天,干旱胁迫的第4天,第8天,第12天,以及复水第5天,从不同盐处理中采集冬小麦叶片,分析叶片相对含水量、丙二醛（MDA）、脯氨酸含量及抗氧化酶活力[超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化氢（CAT）、过氧化物酶(POD)]的动态变化,同时测定土壤含水量。结果表明,在干旱胁迫过程中,未经盐处理的对照组和低浓度(70 mM)NaCl、Na2CO3、Na2SO4溶液处理的土壤,土壤含水量急剧下降,同时冬小麦叶片相对含水量也相应的急剧下降;而用较高盐浓度处理的土壤和冬小麦叶片含水量降低较慢。在干旱胁迫过程中,对照组冬小麦在短时间（6 d）内干旱叶片便出现萎蔫,并伴随着丙二醛、脯氨酸含量、SOD等抗氧化酶活力急剧增加并一直高于盐处理的冬小麦。相反高浓度盐处理的冬小麦在干旱处理12 d时叶片直立生长良好,叶片MDA、抗氧化酶活力均增加,但增加幅度均低于对照。脯氨酸含量随干旱胁迫增加,但随盐处理浓度增加而上升幅度减小。在复水处理5 d后,叶片含水量均增加,MDA和脯氨酸含量下降,但抗氧化酶活力仍增高。荒漠环境土壤中盐离子一方面可提高土壤和植物的保水率,提高水分利用率,另一方面激活体内的抗氧化酶系统使植物较早获得抗逆能力,这可能是荒漠植物多抗逆性形成的部分生理生化原因。     

不同冬小麦对盐处理和干旱胁迫交互作用响应的差异性分析

通过对抗逆性不同的6个烟台冬小麦品种在盐处理和干旱胁迫交互作用进程中叶片相对含水量（RWC）,膜脂过氧化产物（MDA）和抗氧化酶活力（SOD,POD,CAT）及渗透调节物含量（脯氨酸,可溶性蛋白）的分析,以了解不同冬小麦品种对盐处理和干旱胁迫交互作用响应的生理调节差异。研究表明,在水分供应充足条件下盐处理10 d,6个品种冬小麦生长良好并和对照没有差异,但在干旱胁迫中盐处理组较对照MDA含量低,RWC和抗氧化酶活力和渗透调节物含量均高,且叶片萎蔫较对照出现晚。但经盐处理的6个冬小麦品种对干旱胁迫响应有差异。在长期干旱(12 d),抗旱性强的品种RWC（81%）明显高于抗旱性弱的（62%）,前者叶片MDA含量较后者低30%,抗旱性强的品种抗氧化酶活力和渗透调节物含量略低于抗旱性弱的品种,但是差异不明显。在盐处理和干旱胁迫交互作用下,盐离子自身可作为渗透调节物既增加了土壤的持水力又提高了细胞保水力而使冬小麦耐旱性增强。抗旱性强的冬小麦品种对盐处理反应敏感且保水性强,细胞膜脂过氧化程度较低,故耐旱力高,抗旱性弱的品种则相反。研究进一步表明,在未来干旱地区实施适度的盐水灌溉可提高冬小麦的耐旱力,但选择抗旱力强的冬小麦品种是实施这一农业耕作措施的关键。     

中国气象农业非参数化综合干旱监测及其适用性

旱灾是对人类社会影响以及致损最大的灾种之一,如何进行可靠的旱灾监测是旱灾预警与旱灾防灾减灾的关键。气象干旱与农业干旱的综合干旱方法是目前干旱监测的主要方法之一。本文对多变量标准化干旱指数（MSDI）方法进行改进,以非参数化的方法计算标准化降水蒸散指数（SPEI）、标准化土壤湿度指数（SSI）,提出改进的MSDI,即气象农业综合干旱指标（MMSDI）。在此基础上,用1979-2015年中国降水资料、蒸散发资料以及土壤湿度数据对不同时间尺度（3月尺度与6月尺度）分别研究气象干旱、农业干旱、气象农业综合干旱,用气象农业综合干旱分别与气象干旱、农业干旱和改进之前的气象农业综合干旱对比,并结合实际记录的干旱事件时空特征验证,结果证实MMSDI指数可以同时监测气象与农业干旱,且其监测结果准确度高于单一变量的气象（SPEI）或农业（SSI）干旱监测,MMSDI指数对气象农业综合干旱具有更好的监测效果,可考虑作为中国气象农业综合干旱监测及旱灾预警的重要理论依据。     

甘肃省河东地区干旱遥感监测指数的对比和应用

干旱是影响甘肃省河东地区农业生产的主要气象灾害之一。如何在众多的干旱遥感监测指数中选择适宜的指数是干旱遥感监测工作面临的主要问题。利用研究区30个农业气象站观测的不同深度土壤相对湿度和对应的MODIS数据,分析了7种典型干旱遥感监测指数(AVI、NDWI、VCI、PDI、MPDI、VSWI和MEI)的构建原理和模拟结果,并选择适宜的干旱遥感监测指数对2006年甘肃省河东地区干旱情况的时空分布做了动态监测。结果表明:7种干旱遥感监测指数均能反映研究区土壤湿度的时空变化特征;各干旱遥感监测指数对土壤水分监测的最佳深度为20 cm,其次为10 cm。从相关系数来看,PDI、MPDI指数对春季,VSWI、NDWI指数对夏季的土壤相对湿度有较好的监测结果;MEI指数对秋季土壤相对湿度模拟效果较差,其余指数对秋季模拟效果均较好;根据各指数与20 cm处土壤相对湿度的相关系数,结合各指数的构成原理,春季选择PDI和MEI,夏季选择VSWI和NDWI,秋季选择PDI和MPDI,分别对2006年甘肃省河东地区干旱情况进行监测。通过考虑各等级出现的频率,同时兼顾土壤相对湿度,评定各指数干旱等级。监测结果显示,庆阳市北部连续出现春旱、春末夏初旱、伏旱和秋旱,陇中北部和庆阳市北部旱情严重。     

土壤墒情遥感反演与旱情诊断

土壤墒情与植被生长状况和地表温度之间存在密切联系?贑OST模型算法和单窗算法,开展了TM/ETM+多光谱数据的地表反射率、地表温度(LST)和土壤调整植被指数反演(MSAVI),分析了地表温度和植被指数的线性关系,提出了土壤墒情几何特征指数和旱情诊断函数,结合土壤含水量实测数据,建立了横山县土壤墒情遥感反演模型。实证结果表明,基于TM/ETM+数据反演的长度指数可进行旱情诊断;对土壤含水量的反演模型进行T检验,差异不显著,而基于地面温度的土壤墒情反演模型优于土壤调整植被指数反演模型。     

中国黄土高原土壤湿度的气候响应

利用中国黄土高原59个气象站1961—2002年月降水量和29个农业气象观测站从建站到2002年逐年4—10月旬土壤重量含水率资料,分析了黄土高原土壤湿度的地域和时间分布特征以及土壤湿度对生态的影响。结果表明：①黄土高原4—10月土壤湿度与降水量的地理分布有较好的一致性,两者都从东南向西北减少。受六盘山和太行山阻挡东南季风影响,在陇中和晋中黄土高原出现一条南北向的干舌;黄土高原半干旱气候区降水和土壤湿度等值线梯度大,气候变化敏感。②采用年降水量和变差系数把中国黄土高原土壤湿度划分为5个气候区域：草原化荒漠带土壤严重失墒区,荒漠草原带土壤失墒区;草原带土壤失墒区;森林草原带土壤湿度周期亏缺区;森林带土壤湿度周期亏缺区。前3个气候区位于黄土高原中北部,经雨季之后,土壤水分不能得到有效恢复,土壤经常处于重旱或轻旱状态。后2个气候区位于黄土高原南部,经雨季之后,土壤水分能得到有效恢复,土壤有季节性缺水现象。③影响土壤湿度的主要因素是降水,但气温也有不可忽视的作用。近20 a来,中国黄土高原降水减少,气温升高,土壤湿度有下降的趋势。     

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。     

基于条件温度植被指数（VTCI）的中国北方地区土壤水分估算

 利用中国北方13省2000-2008年的Terra-MODIS归一化植被指数（[WTBX]NDVI）和地表温度（LST）[WTBZ]数据,以及相同时间段农业气象观测站点的0~10 cm表层土壤水分资料,建立基于条件温度植被指数的表层土壤水分遥感估算模型,计算出2000-2008年北方13省各月份表层土壤水分,主要结论有：（1）空间分布上,表层土壤水分最高的是分区一和分区四,平均值均达到了0.2以上,表层土壤水分最低的是新疆沙漠地区,低于0.05,土壤水分空间分布基本呈"南高北低,东高西低"的趋势;（2）受降雨量和农作物需水的影响,年内月份之间,7、8 两月表层土壤水分最高,4、5、9、10月表层土壤水分最低;（3）年际变化上,2000-2001、2001-2002、2005-2006年北方大部分区域表层土壤水分增加,增加区域面积分别占总面积的79.2%、59.3%和71.4%,而2002-2003、2004-2005年大部分区域表层土壤水分减少,减少区域面积分别占总面积的53.9%和64.1%;（4）降水是影响土壤水分时空分布的一个重要因素。误差分析结果表明,基于条件温度植被指数的土壤水分遥感反演达到了较好的效果,能够较准确地反映北方地区干旱的分布及变化状况。     

基于地表温度-植被指数特征空间的区域土壤水分反演

针对目前西北地区广泛存在的农业干旱问题,选取了新疆塔里木盆地北缘渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,选择云量较少的两幅TM影像,建立地表温度-植被指数特征空间。首先利用线性方程拟合了特征空间的上下边界,比较利用归一化植被指数(NDVI)建立的地表温度-植被指数特征空间Ts/NDVI和利用改进型土壤调整植被指数(MSAVI)构建的地表温度-植被指数特征空间Ts/MSAVI形状的差异,并计算得到两种温度植被干旱指数(Temperature vegetation dryness index-TVDI,分别为TVDIN和MTVDI)。对TVDI与同期野外不同深度的实测土壤重量含水量数据进行回归分析,建立TVDI估测土壤水分的经验模型并对模型进行验证。研究结果表明,TVDIN和MTVDI均能够反演表层土壤水分,其中MTVDI与土壤水分相关性比TVDIN与土壤水分相关性要高,MTVDI能够更好地反映区域土壤水分状况,是一种更有效的土壤水分监测方法,对农业干旱监测具有一定的科学依据。     

基于机载极化雷达技术的农作物覆盖区土壤水分估算

从研究区辅助数据中获得植被覆盖区域农作物含水量，并对“水云模型”的参数进行了修改。从总的极化雷达后向散射中去除了植被影响；再应用简化的裸露地表模型和多极化数据特征消除了地表粗糙度的影响，从而能够通过多极化雷达数据得到地表土壤水分。经过文测数据验证表明农作物覆盖地表土壤水分变化的估算算法还需要更进一步发展和改进以提高反演精度，并探讨了应用极化雷达技术估算植被覆盖区土壤水分的方法。     

橡胶-大叶千斤拔复合生态系统中的植物生长与土壤水分养分动态

对橡胶-大叶千斤拔复合生态系统和橡胶纯林进行连续3 a的对比观测研究,结果表明在橡胶林里种植大叶千斤拔能促进橡胶生长,橡胶平均基径、平均胸径和平均树高分别比橡胶纯林高出11.0%、9.62%和3.78%.与橡胶纯林相比.混作后土壤含水量的季节变化较为缓和且旱季含水量较高;且0～10 cm和10～30 cm的土壤容重每年分别约下降0.03 g/cm3和0.01～0.02 g/cm3.随着种植年限的增加,土壤中有机质、全氮、全磷、全钾含量都呈现出先降后升的趋势,而在对照中土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量均呈现不断下降的趋势.表明混作后植物的生长及土壤养分状况比橡胶纯林都有所改善.     

基于TVDI的藏北地区土壤湿度空间格局

利用2010年DOY 209期的Terra/MODIS 16 d合成的植被指数(EVI)产品数据MOD13A2和8d天合成的地表温度(LST)产品数据MOD11 A2,构建LST-EVI特征空间,从而得到了条件温度植被干旱指数TVDI反映的藏北土壤湿度空间分布图.结合野外同步土壤表层水含量测试数据,二者表现出较好的相关...     

西北干旱区滴灌数值模拟

土壤湿度的保持对作物生长非常重要。本文运用非静力平衡中尺度大气模式MM5,通过数值模拟的方式,分别从地气间水热交换和土壤湿度变化的角度,研究了2002年7月下旬我国西北干旱区绿洲环境在不同水量滴灌条件下的变化,从理论上找到了较适宜绿洲小气候维持的滴灌水量。结果表明:绿洲下垫面为农田时,从土壤保湿和绿洲小气候维持角度考虑,500m3·hm-2·(10d)-1的滴灌水量对7月下旬黑河流域中游绿洲是一个比较合适的灌溉量,水量过大不但造成水资源的浪费,而且对作物生长不利。500m3·hm-2·(10d)-1的灌溉水量仅为同期大水漫灌定额下限的一半和上限的1/3,间接证明了滴灌是一种高效节水的灌溉方式,可以为干旱区节约大量水资源。     

干旱区土壤水分微波遥感反演算法综述

土壤水分是气候、水文、生态和农业系统的关键组成要素,同时也是监控土地退化和干旱的重要指标,土壤水分信息的及时获取对于规划和管理这些系统来说具有极其重要的意义.微波具有全天候、穿透性以及不受云层影响的独特物理机制使其在研究大尺度土壤水分反演时具有明显优势,已成为当前土壤水分遥感研究的主要大气窗口.在干旱区微波遥感土壤水分...     

基于Ts-NDVI特征空间的绿洲土壤水分监测算法改进

土壤水分胁迫是干旱区绿洲生态环境和可持续发展面临的主要问题,开展区域尺度下大面积、高精度的土壤水分监测,有利于该地区旱情预报、作物估产、气象水文等领域研究。以T_s-NDVI特征空间为理论基础,以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究靶区,选择典型干湿季节下Landsat 8遥感影像,在传统温度-植被干旱指数（TVDI）算法基础上,考虑大尺度研究区下垫面异质性（植被覆被、地形起伏）对辐射能量平衡的影响,分别采用植被水分指数（VWIs）、加入大气温度（T_a）和DEM校正后的地表温度（T_s）与NDVI相结合,构建了植被干旱指数（VDI）和改进型温度-植被干旱指数（iTVDI）,并结合同期实测土壤水分数据对3种算法进行比较。结果表明：3种算法在一定程度上均能比较客观反映旱情特征,与表层土壤含水量呈现不同程度的负相关,其中,iTVDI相关性最好,TVDI次之,VDI相关性最低;相较植被生长初期而言,3种算法均在植被生长成熟期具有更好的水分监测能力。     

内陆绿洲灌溉农田SPAC系统土壤水分动态模拟研究

基于土壤水动力学原理,建立了内陆河流域山前农田绿洲SPAC系统土壤水分运移的子模型。应用该模型对土壤剖面含水率、农田棵间蒸发和叶面蒸腾量进行了模拟研究,并以实测值进行了验证。对相同种植与田间管理条件下的春小麦生长季田间土壤水分、土壤蒸发和叶面蒸腾量进行了预报,得到了较满意的结果。对模型主要参数土壤饱和导水率Ks、土表排水系数Wmax、净辐射Rn、风速Uz、饱和差D、作物叶面指数LAI进行了敏感性分析,得出这些参数对土壤水分运移的影响显著。应用该模型对西北干旱区内陆河流域山前绿洲灌溉农田的土壤水分均衡和作物根系吸水规律以及SPAC系统中土壤水分运移规律进行了模拟研究。     

被动微波反演土壤水分的L波段新发展及未来展望

土壤水分是陆—气交互作用的重要边界条件,在全球水循环和能量循环中扮演着关键角色,直接影响降水、径流、下渗与蒸散发等水文循环过程,并能反映洪涝和干旱的程度。随着第一颗采用被动微波干涉成像技术的SMOS(Soil Moisture and Ocean Salinity)卫星的发射成功,L波段被动微波遥感技术逐渐成为大尺度土壤水分监测的主要手段,促进了“射频干扰的检测与抑制”、“植被光学厚度反演与植被影响校正”以及“土壤粗糙度参数化方案”等关键问题的研究。本文梳理了“基于微波植被指数的L波段多角度数据反演土壤水分算法研究”项目的最新研究成果,同时评述了围绕以上关键技术问题所取得的国内外研究进展,并对土壤水分微波遥感的未来发展进行了展望。     

陕西渭北旱塬苹果种植分区土壤水分特征研究

以渭北旱塬为研究对象，在区域尺度和定位观测的基础上，揭示了渭北不同苹果种植分区土壤水分特征。得出如下结论：(1)渭北旱塬不同苹果种植分区土壤水分特征主要受自然降水和苹果地蒸散量的影响。(2)3种类型区苹果地土壤水分都存在亏缺现象，台塬东部区苹果地土壤水分平均潜在亏缺量为390．9mm，最大亏缺量为674．6mm，最小亏缺量为186．3mm；高原沟壑区苹果地水分平均潜在亏缺量、最大亏缺量分别为264．4和441．2mm，有时也出现水分盈余的现象；台塬西部区总体上表现为亏缺．但苹果地出现水分盈余的现象较高原沟壑区普遍，最大盈余量达151．8mm；(3)渭北旱塬苹果地水分储存量也存在区域分异，2m土层水分储存量在全生育期是渭北台塬西部区大于渭北高原沟壑区大于渭北台塬东部区，土壤水分储存量的变化特性与降水量的时空变化、苹果树对土壤水分的利用量及降水年型有关；(4)3种类型区苹果地耗水量以台塬东部区最大，旱塬沟壑区次之，台塬西部区最小。干旱年苹果全生育期耗水量低于丰水年份。从耗水组分上看，苹果地耗水主要来源于生育期间的有效降水，但在干旱年份，耗水量还有相当一部分依赖深层土壤贮水，耗水深度超过3m，表明深层储水在干旱年份对苹果树生长所需水分的供给起着不可忽视的重要作用。