基于实测光谱的潮滩土壤含水量遥感反演模型研究

以王港潮滩为研究区,采集土壤样品,测量土样的光谱,分析不同含水量土壤的光谱特征;利用统计相关法,建立TM遥感影像各波段对应波长处的光谱反射率与土壤含水量之间的关系模型.研究结果表明,在干燥条件下,土壤颗粒越细小,土壤表面越光滑平整,土壤光谱反射率越高,随着土壤含水量的增加,土壤反射率呈下降趋势;波长越长,土壤光谱反射率与含水量的相关性越高,其中2 220 nm处的土壤光谱反射率与含水量具有最高的相关性;通过不同的波段组合,建立新的土壤含水量反演因子,其中由490 nm与2 220 nm处光谱反射率的差值建立的因子与土壤含水量具有较高的相关性;由单波段与波段差值因子建立的土壤含水量反演模型的预测误差分别为4.590和5.147,反演精度较高.因此所建模型可以用于获取潮滩土壤含水量的空间分布,能够为研究潮滩土壤含水量与潮滩地形地貌之间的关系提供数据支持.     

基于VIC模型与集合卡尔曼滤波的土壤水分同化研究

基于可变下渗能力水文模型(Variable Infiltration Capacity,VIC)和集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,EnKF)算法发展了一种土壤表层水分的数据同化方案,并在新疆维吾尔自治区的森林、高盖草和低盖草3种植被覆盖类型地区进行试验。在同化过程中,有强降水存在时,3种植被覆盖类型的同化值均比实际测量值高;降水较少时,高盖草和低盖草两种类型的同化值比实际测量值略低,而在森林地区,同化值比实际测量值略高。总体上,该同化方案得到的结果比VIC模拟得到的结果更接近于实际测量值,取得较好同化效果。     

基于半监督模糊识别的土壤含水量高光谱估测模型研究

快速估测土壤含水量对发展精准农业具有重要意义。为提高土壤含水量光谱估测精度,该文基于山东省泰安市周边的94个棕壤样本光谱与含水量实测数据,首先对原始光谱进行对数倒数一阶微分变换,利用最大相关性原则选择特征因子,然后利用半监督模糊识别模型建立土壤含水量光谱估测模型。实验结果表明:以波段655 nm、1 235 nm、1 497 nm、1 677 nm、2 059 nm的对数倒数的一阶微分变换数据作为特征因子,所建土壤含水量光谱估测模型的精度较高,其中18个检验样本的平均相对误差为4.406%,模型的决定系数R~2=0.977;半监督模糊识别模型充分利用了训练样本的确定性及不确定性信息,可有效用于土壤含水量估测。     

基于导数光谱变量叶片含水量模型的建立

利用实测单子叶、双子叶植物叶片含水量和高光谱反射率数据,基于导数光谱变量分析方法,讨论利用含水量识别两种植物的可行性,并分别建立两种植物叶片含水量的单变量和多变量估算模型。结果表明：D2、D6和D8等含水量表征方法能在一定程度上识别单、双子叶植物;单变量估算模型中,等价水深（EWT）与高光谱参数的相关性更大,单子叶植物的相关性大于相应的双子叶植物,并且以简单的一元线性模型普适意义最大,反演效果最好;多变量模型中,用FMC表征单子叶叶片含水量精度大于EWT,用EWT表征双子叶叶片含水量精度大于FMC,总体反演精度是单子叶植物高于双子叶植物。     

TRIME-T3用于盐碱地土壤含水量测定的试验研究

以陕西省富平县卤泊滩盐碱地改良区为例,在其上游地段选取两块农田为研究对象,布置典型观测断面并埋设测管,运用TRIME-T3法和烘干法对观测断面土壤剖面含水量进行测定,并同步测定土壤含盐量。对两种方法测得的土壤含水量进行对比分析,研究土壤盐分对TRIME-T3法测定的土壤含水量影响以及该方法在盐碱地农田土壤剖面含水量测试中的应用。研究结果显示：（1）TRIME-T3法测量值较烘干法值偏大,但两者之间有较高的相关性,回归分析结果表明可以用y=0.866 3x+0.754 5的线性函数进行校正,校正后的TRIME-T3测量值中将有94.4%的值接近土壤含水量真实值。（2）通过对校正函数进行实例验证,结果表明TRIME-T3标定曲线值与烘干法测定值非常接近,绝对误差<1 cm³·cm^-3,相对误差在5%以下,表明TRIME-T3法通过一定的校正后可以很好地表达该盐碱地农田土壤剖面含水量信息。（3）通过对TRIME-T3测定的含水量与相应含盐量进行分析,发现两者之间的相关性并不显著,表明该方法可适用于盐碱地农田土壤剖面含水量测定。该研究结果可为类似地区盐碱地土壤剖面水分测定技术（TRIME-T3）的应用提供科学依据和理论参考。     

陕西兴平与咸阳人工植被土壤含水量研究

根据兴平和咸阳梧桐林地与杨树林地等土壤含水量测定,研究了0～6m土壤含水量的变化和土壤干层特点与分布。结果显示,兴平与咸阳人工林地从地表到6m深度范围内含水量呈现由高到低再到低的变化;中龄人工林地2～4m深处土壤含水量平均值变化在8．5％～9．5％之间,发育了明显的土壤干层;5龄人工林下2～4m深处土壤含水量平均值为12．2％左右,土层有干化显示,但无干层发育;草地2～4m深处土壤含水量平均值为13．2％左右,含水量明显较人工林地高,无土壤干化的显示。研究表明,土壤干层的形成主要是自然原因造成的,是降水量少决定的重力水带分布深度小引起的。兴平与成阳土壤干层的出现表明黄土高原的土壤干层分布广泛,向南分布已达关中地区。在土壤干层发育较轻的地区可以进行植树造林,在干层发育严重的地区则不适于造林。为防止严重的土壤干层发生,选择生长较缓慢、消耗水分少的树种是必要的,并应减小造林树种植株密度。     

机械沙障组合对土壤含水量及温度的影响

工程治沙技术的应用日益广泛,机械沙障是最早应用于防治风沙危害的工程措施之一,然而对于机械沙障如何影响沙土物理性质的研究较少。利用中子水分仪和温度计,对宁夏沙坡头地区两种机械沙障组合（直立式沙障+平铺式沙障）下不同土层的土壤含水量和温度进行测定分析,以未铺设沙障的裸沙为对照,为揭示工程固沙措施间接防风固沙机理提供科学依据。结果表明：机械沙障布设初期,直立式沙障加平铺式双层网明显提高了土壤温度,但随着布设时间的推移逐渐趋于稳定;机械沙障直接影响着土壤水分的再分配,不同机械沙障组合对土壤水分的再分配有着不同的影响,且有一定的蓄水保水作用。     

不同土壤含水量下南荻幼苗的生理生态特征实验研究

为了研究不同土壤含水量条件下南荻(Triarrhena lutarioriparia)幼苗的生理生态特征,在鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区中采集南荻根状茎和土壤,在鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室植物阳光房内,育苗并培养,待南荻萌发后,将其移植到装有土壤的培养盆中,土壤含水量分别设置为5%、10%、20%、30%、40%和45%(培养盆中的水面刚好没过土壤表面);于2017年3月10日～4月28日,共进行了50 d实验;在实验的第25天和第50天,分别测定了南荻幼苗叶片的抗氧化酶活性、丙二醛含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量和南荻幼苗的根系活力。研究结果表明,在实验的第25天,随着土壤含水量的增加,南荻幼苗叶片的超氧化物歧化酶活性总体上在降低,过氧化物酶和过氧化氢酶活性呈单峰型变化,丙二醛和脯氨酸含量逐渐减小,可溶性蛋白含量波动变化;在实验的第50天,随着土壤含水量的增加,南荻幼苗叶片的超氧化物歧化酶活性呈单峰型变化,过氧化物酶活性呈单谷型变化,过氧化氢酶活性升高,丙二醛含量波动变化,可溶性蛋白和脯氨酸含量都比第25天的大;在各种土壤含水量条件下,第50天南荻幼苗的根系活力都比第25天的低很多,且在土壤含水量为40%的条件下,其根系活力最低,为0.19 mg/(g·h)。与土壤含水量为5%、10%、40%和45%的条件相比,土壤含水量为20%～30%的条件更有利于南荻幼苗的生长发育。     

克里雅绿洲地下水埋深与土壤含水量的相关性

借助MATLAB7.0对新疆克里雅绿洲225个土壤样品的土壤含水量和28组地下水埋深数据进行处理,用线性回归法和多重回归法对土壤含水量与地下水埋深的关系进行分析。结果表明:0～5 cm、15～20 cm、45～50 cm和0～50 cm的土壤含水量与地下水埋深的相关系数分别为-0.8017、-0.8580、-0.8551和-0.8574;土壤含水量与地下水埋深之间存在显著的负相关关系,自上而下其关系逐渐增强,其中以15～20 cm土壤含水量与地下水埋深的相关性最强;由多重回归分析确定经验方程,其判定系数达到0.6631,说明地下水埋深是影响土壤含水量的重要因素,同时土壤含水量的多少可作为评估地下水开采利用与调控的依据。     

地下水位和土壤含水量对若尔盖木里苔草沼泽甲烷排放通量的影响

在若尔盖湿地国家级自然保护区典型的木里苔草（Carex muliensis）沼泽地中,选择地下水位不同的4个采样点,其植物生长季的平均地下水位分别为距离地表53.94 cm、31.35 cm、11.50 cm和4.74 cm。利用密闭式静态箱定期采集气体样品,并在实验室用Shimadzu GC212A气相色谱仪测定CH₄气体浓度,分析了CH₄排放通量与地下水位和土壤含水量之间的关系。研究结果表明,地下水位和土壤含水量对CH₄排放通量产生明显影响,6～9月观测日中,CH₄排放通量随着地下水位的升高而呈指数增加;10～40 cm土层的土壤含水量与CH₄排放通量呈现显著正相关（n=36,p<0.05）,而0～10 cm土壤含水量与生长季CH₄排放通量不相关（n=12,p>0.05）,逐步线性回归分析表明,20～30 cm土层的土壤含水量是影响CH₄排放通量的主要因素（n=12,p<0.01）。     

土壤水分监测与模拟研究进展

土壤水分是土地持续利用、水资源规划与管理、节水农业技术研究的基础,土壤水分的监测与模拟已经成为国际前沿研究领域的热点之一。本文总结了国内外在土壤水分监测、空间变异和预测模拟等方面的研究进展,分析了土壤水分研究的现状,并对发展趋势进行了展望。目前,“3S”技术在土壤水分监测中发挥着重要作用,世界上一些发达国家已实现土壤水分监测的实时化、网络化,以及数据处理的自动化和智能化,而国内同类工作相对滞后;地统计学理论已被广泛用于分析土壤水分空间变异性,但多局限于相对小的空间尺度,对大尺度土壤水分空间格局及其变异性研究还有待深入;已有模拟模型各有长处与不足,以“3S”技术和地统计学方法为手段,应用非参数化方法建立综合性的土壤水分预测模型将是土壤水分模拟发展的主要趋势。     

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。     

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。     

夏季不同土壤湿度和天气背景条件下绿洲土壤温湿特征的个例分析

 利用在甘肃省酒泉金塔地区开展的“绿洲沙漠能量和水分循环观测试验(JTEX)”获得的2005年5—7月的补充观测资料,分析了在不同土壤湿度和天气背景条件下的夏季绿洲农田土壤温、湿场特征。结果表明：一般来说,对于5—40 cm深度的土壤,随着深度的增加其湿度也随之增加。5 cm、10 cm的土壤湿度具有明显的日变化,且在中午时最为湿润;20 cm土壤湿度的日变化幅度小于上两层,变化趋势却与5 cm的相反;40 cm土壤湿度的日变化不明显。晴天浅层的土壤湿度日变化大于阴天。晴天个例中,土壤湿度较大时,5 cm土壤在白天比10 cm的湿润;当土壤较为干燥时,全天浅层土壤湿度都小于较深层的。各层土壤温度在一个中心值周围分布, 40 cm深度以上土壤温度均具有明显的日变化;土壤温度的极值出现时间滞后于地表温度,离地面的距离越大,峰值出现的时间比地表温度滞后的越长,且变化幅度越小。晴天的土壤湿度越小,浅层土壤湿度日变化幅度就越大,各层土壤温度也就越高。土壤深层基本不受天气情况的影响,但受灌溉的影响较大。     

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。     

Spatial Variability and Persistence of Soil Moisture in Oklahoma

Using a hydrologic model to estimate daily soil moisture at 258 evaluation locations over a 30-year period, the spatial variability and persistence of soil moisture across Oklahoma is examined. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) uses readily available meteorological inputs with detailed land surface information. Spatial variability of soil moisture across Oklahoma is extremely dynamic and exhibits a remarkable range of individual characteristics due to the heterogeneous land surface. An autocorrelation analysis is used to evaluate the persistence of soil moisture at each evaluation location. In general, soil moisture across Oklahoma persists from 5 to 10 weeks in the eastern portion of Oklahoma to over 30 weeks in western Oklahoma as a result of the large-scale climatic variability of precipitation supply and evapotranspiration demand. However, the lags are not spatially coherent due to the heterogeneity of the land surface. Land surface characteristics potentially influencing the persistence of soil moisture across Oklahoma are examined, including vegetation type and soil texture and depth. Of the three parameters, soil depth plays a significant role in the memory of soil moisture conditions. As the soil profile depth increases, a corresponding increase in the persistence of soil moisture occurs.     

Estimation of Areal Soil Moisture by use of Terrain Data

In this study measured soil moisture is related to primary and secondary topographical attributes within two small-scale drainage basins. The study sites are the Buddby and the Dansarhllarna drainage basins within the NOPEX area. The primary topographic attributes slope, aspect, plan and profile curvature, and the secondary topographic attribute, the wetness index, are derived from a 5 m resolution digital elevation model. The relationship with measured soil moisture in the Buddby basin is investigated by linear regression analysis. Based on mean plot measurements for the whole measurement period two different models were established, resulting in a high R ² value. The best model was achieved with slope, profile curvature and aspect as regression variables. The models obtained were further used to regionalise the results into basin scale at both Buddby and Dansarhällarna. This demonstrated a soil moisture pattern different from the pattern resulting from the wetness index. Finally, models were established, based on two different dates of field campaigns. The results showed a good agreement with the observed soil moisture values, and a higher R ² value was obtained when using the wetness index for the medium wet period compared to the wettest period. Further analysis is needed to verify the physical significance of the results and their suitability for hydrological modelling.     

不同植被类型对厚层黄土剖面水分含量的影响

为了研究不同植被类型土壤水分差异和土壤水分的年际变化特征, 对陕西省绥德县境 内的农地、天然草地、人工柠条林、人工侧柏林、人工油松林、人工油松侧柏混交林地0~10 m 土壤剖面的土壤水分含量进行了测定与分析。农地土壤约在3 m 以上、其他植被类型约在 2 m 以上土层的土壤含水量随年降雨量的大小存在年际变化, 且农地土壤含水量显著高于其 他植被类型, 其他植被类型间无显著性差异。0~2 m 土层农地土壤水分在不同测定年份始终在易效水以上, 但其他植被类型的土壤水分随降雨量的不同变化于难效- 无效水与易效水之间。农地3 m、其他植被类型约2 m 以下的土壤含水量无显著性年际变化。农地与天然草地 土壤含水量显著高于其他人工林植被, 但二者含水量之间无显著差异, 土壤水分都属易效水 范围。人工柠条灌木林土壤水分显著低于其他植被类型, 人工侧柏林、人工油松林和人工油 松侧柏混交林之间土壤含水量无显著性差异。人工柠条林土壤水分属于难效-无效水范围, 人工乔木林接近难效-无效水范围。     

红砂育苗的土壤水分管理初步研究

分布于60~300 mm降水量区域的超旱生半灌木红砂,是该区域的建群种,也是人工辅助植被恢复的主要树种,探索其幼苗成活与土壤含水量之间的关系,对人工辅助恢复植被十分重要。以不同苗龄的红砂容器苗和直播实生幼苗为调查对象,研究了红砂幼苗成活数量与土壤含水量之间的相关性。结果表明：10 cm土层中的体积含水量在20~25 d内持续达20%~30%时,其成活率达到70%左右;25 d以后,含水量在10%时就能维持其生命,苗龄30~40 d后幼苗成活率趋于稳定。     

渭北旱塬土壤水分空间变异性

渭北旱塬是陕西省重要的苹果生产基地，探讨该区不同土地利用的土壤水分时空变异特征，对农业生产布局、种植业结构调整和减少径流、控制侵蚀具有特殊的现实意义。本文用地统计学的理论和方法，分析了渭北旱塬区3种主要土地利用类型农地、苹果地和苜蓿地3个土层深度(0～20cm、60～80cm、280～300cm)的土壤水分空间变化趋势。变异函数分析结果表明，3种土地利用类型的土壤水分具有明显的空间变异特性。在0～20cm土层，空间变异性尺度为9～16m，60-80cm土层为5～12m，280-300cm土层深为5～10m，空间变异性程度随尺度变化。自相关尺度为1～17m，自相关部分的空间变异性在0～20cm、60～80cm和280-300cm分别占总空间变异性的90．0％～94．0％、84．0％～98．0％和85．0％～94．0％，明显大于随机部分的空间变异性。从苜蓿地、苹果地到农地，空间自相关的尺度逐渐增大。各向异性分析表明，农地和苜蓿地在表层(0～20cm)具有明显的各向异性，而苹果地的土壤水分含量接近各向同性。