江西省土壤温度变化特征及其与气象要素的关系

掌握江西省土壤温度的影响因素、深度变化、季节变化及区域差异,可以为土壤理化性质、土壤生物的分布及生长发育提供研究基础,并对农业种植和生态建设提供科学参考。本研究根据2005—2020年地面气象资料中月均各层土壤温度、气温、降水、日照、相对湿度等数据,分析江西省各层土壤温度的季节变化、土壤温度随深度的变化关系及其区域差异特征,并总结各气象要素对各层土壤温度的影响。结果表明,江西各层土壤温度的季节变化非常明显,且土壤温度变化的滞后性随土壤深度增加而更加明显。春、夏两季的土壤温度随土壤深度的增加而降低,温度变化减小;秋冬两季土壤温度随土壤深度加深呈增加的趋势,温度变化较大。土壤温度的季节变化在不同地区之间存在差异,土壤温度与土壤深度呈二次线性关系。不同地区中土壤温度与各气象要素的相关性存在差异,单个气象要素对土壤温度影响较小,多个气象要素相互作用对土壤温度影响更明显。

渭河流域浅层包气带土体温度分布规律及变化模式

大气温度、太阳辐射强度、降雨量、空气湿度等气象要素决定浅层土体温度的变化.以黄土高原渭河流域西部黄土丘陵沟壑区作为研究区域,建立野外观测站,对该区域浅层包气带土体温度对气候变化的响应过程进行实时监测.通过现场监测和理论分析发现土体温度分布规律及变化模式如下:气象要素只对变温带的土体的温度有影响,且大气温度和太阳辐射强度是影响变温带土体温度的主要因素,土层越深,其影响程度越小;相位随着土体的深度呈线性平移,即土体温度是存在滞后效应的,经分析,土体在地下深度760 cm处的温度曲线的相位与地表处正好相反,此处温度恰好滞后于地表半年时间.通过监测数据预测该地区恒温带深度为1193 cm,恒温带温度为13.152℃;在计算土体温度理论滞后时间时将土体的热扩散系数看作是一常数,导致土体温度滞后时间的理论值与实测值有所差异,随着土层的加深,两者的差距越来越小.

不同覆盖材料对红梅杏园土壤温度日变化的影响

为了探明不同材料覆盖对红梅杏园土壤温度时空变化的特征,设置覆盖锯末、麦草、白膜和黑膜四个覆盖处理,以常规栽培为对照,探析红梅杏园土壤温度的时空变化。结果表明,土壤温度日变化、空气温度日变化、太阳辐射日变化均呈单峰曲线形式变化,都随太阳高度角增大而增大,随太阳高度角减小而减小,只是到达高峰时间不同,到达高峰时间由早到晚依次为太阳辐射、土壤温度、空气温度;土壤不同深度土层温度曲线变化规律相同,也呈单峰型变化,但变化幅度随土壤深度增加而减小,土壤最高温度和最低温度出现时间随土壤深度增加而延后;覆盖地膜对提升土壤温度作用明显,提升效果达到13%~74%,尤其是覆盖白膜,各层土壤温度较对照高5.4~13.5℃。覆盖麦草和锯末土壤平均温度较对照低0.2~12℃,土壤温度达到一日内最低温时,浅层土壤温度较对照高0.3~3.1℃。说明覆盖地膜有利于土壤热量的积累,高温时覆盖锯末和麦草能缓冲地温剧烈变化,低温时能起到保温作用。

增温与凋落物去除对人工草地土壤呼吸的影响

人工草地是重要的碳汇,但其土壤呼吸及其温度敏感性(Q10)对气候变化和干扰的响应尚不清楚。本研究在大陆性季风气候区的紫苜蓿(Medicago sativa)和无芒雀麦(Bromus inermis)2种人工草地开展了增温和凋落物处理试验,测量了土壤呼吸速率和Q10,并分析了不同草地对这些影响的响应差异。结果表明:增温使年均土壤温度显著增加约2℃(P<0.05);同时,使年均土壤湿度和电导率显著降低(P<0.05)。增温使年平均土壤呼吸速率降低8.81%;凋落物去除使年平均土壤呼吸速率降低9.33%。增温和凋落物去除均使Q10降低。不同草地对增温和凋落物处理有不同的响应,其中紫苜蓿草地对增温的响应大于无芒雀麦草地,而无芒雀麦草地对凋落物处理的响应大于紫苜蓿草地。本研究表明,试验区无芒雀麦群落相较于紫苜蓿群落更能抵抗气候变化和干扰的影响,有利于减少碳排放,是更好的建植人工草地的物种。

轮作及减氮对绿洲灌区农田温室气体排放及土壤酶活性的影响

基于2018年在武威绿洲农业试验站布设的田间定位试验,设春小麦-冬油菜-箭筈豌豆(WRV)、春小麦-冬小麦-箭筈豌豆(WWV)、春小麦-箭筈豌豆-春小麦-箭筈豌豆(WV)、春小麦连作(W)4种种植模式,减氮25%(270 kg·hm^(-2),N 1)、传统施氮(360 kg·hm^(-2),N 2)两个施氮水平,共8个处理,于2020—2021年测定并分析不同轮作模式结合减氮对农田CO 2、N 2O排放的影响及其与春小麦产量和土壤酶活性的关系,以期为当地农业绿色高效发展提供理论依据。结果表明:轮作结合减氮处理可显著降低温室气体排放,增加作物产量,以WRVN 1处理增产减排效果最佳,其CO 2、N 2O排放总量分别较WN 2处理降低了15.2%、28.0%,全球增温潜势(GWP)、温室气体排放强度(GHGI)分别降低15.7%和30.4%,作物产量增加16.7%。土壤脲酶和过氧化氢酶活性均表现为0~10 cm高于10~30 cm土层,轮作降低了小麦开花期土壤酶活性,以WRVN 1处理土壤酶活性最低;在N 1处理下土壤脲酶、过氧化氢酶活性较N 2处理分别降低20.1%~28.7%、8.3%~12.2%,且CO 2、N 2O排放速率与土壤脲酶、过氧化氢酶活性均呈显著正相关关系。综上,春小麦-冬油菜-箭筈豌豆轮作模式结合减氮25%可作为实现绿洲灌区农业增效减排的合理种植模式与施氮制度。

加热光纤法同步测定土壤水热参数误差分析

土壤水热参数是研究土壤水热传输的基本物理参数。当前热脉冲探针法(HPP)可同步测定土壤水热参数,但该方法仅限于在点尺度下测定。与其具有相同理论基础的加热光纤法(SPHP-DTS),可将测定尺度增大至田间千米尺度,但其测定精度尚未得到有效验证。为了探知SPHP-DTS法的误差,本研究进行了SPHP-DTS法与HPP法测定土壤水热参数的对比试验。结果表明,以HPP为标准,加热光纤法测定热导率的精度RMSE为0.13 W×m^(-1)×℃^(-1)。SPHP-DTS法测定的热导率显著高于HPP法,主要原因在于加热光纤时产生的温度效应。通过热导率法测定土壤含水率时,在热导率测定误差的影响下,SPHP-DTS法的测定精度明显低于HPP法。SPHP-DTS法测定土壤水热参数的其他误差来源包括光纤与土壤之间多个界面的接触热阻、光纤的温度敏感性、噪音干扰以及温度梯度驱动下的水分迁移。本研究可为SPHP-DTS法提升土壤水热参数测定精度提供理论参考。

单探针热脉冲法测定饱和土壤固体百分比方法研究

以两组不同含水率下的典型淤泥饱和态土壤—油砂尾矿土壤为例,使用两个独立的探针,基于单探针热脉冲法以及Blackwell方程,提出3种接触热导率的获取方法(H T、H K和H av方法),通过对比热脉冲法测定值与烘干法得到的真实值检验不同方法的适用性。结果表明:不同探针对各组土样的热导率、热扩散率和比热容测定结果基本一致,说明探针导致的接触热导率差异并不影响土壤热特性的测定;但在H T方法、H K方法和H av方法下,扩散率和比热容有显著差异。与烘干法相比,基于H T方法的单探针热脉冲法在不同情景下测定的油砂尾矿固体百分比具有更好的一致性和稳定性,能提供可靠的淤泥饱和态土壤干湿状况测定结果。H K方法和H av方法虽然在第1组样品中表现尚可,对第2组样品测定的准确性不高,表明对同一探针的接触热导率值进行预先标定的方法存在局限性,根据温升曲线拟合获取接触热导率值仍有必要。

单探针热脉冲法对红壤土失水过程的监测

实现土壤失水过程的原位监测,对红壤区水土资源管理、自然灾害预警及防灾减灾具有重要意义。热脉冲法是目前土壤水热特性原位测量的常用方法,但红壤土失水时极易产生裂缝,单探针热脉冲法能否准确测定失水过程目前尚不清楚。通过室内模拟土壤从饱和到干燥的连续失水过程,用时域反射法(TDR)作为标准对照,验证热脉冲方法测定土壤失水过程的准确性,并评估土壤裂缝产生后对单探针热脉冲法的影响。结果表明:随着土壤失水,土壤热导率K值由1.8 W/(m·K)减小到1.1 W/(m·K),热扩散率α值由1.0×10^(-8)m^(2)/s增加到3.0×10-8 m 2/s,比热容C值由1.8×108 J/(kg·K)减小到0.4×10^(8)J/(kg·K);接触热导率H值随着土壤失水具有台阶状变化特征,与土壤含水率变化速率的转折相吻合;与TDR测定结果相比,MAE和RMSE值分别为1.66和1.94 cm 3/cm^(3),R^(2)值为0.96;单探针热脉冲法能提供可靠的红壤土失水过程测定结果,且H值的变化能指征土壤裂隙的产生,可为土壤干湿循环过程、边坡和堤坝稳定性的动态监测提供技术和理论支撑。

贺兰山东麓酿酒葡萄埋土防寒层冬春季温度变化特征

2021/2022年和2022/2023年冬春季,在贺兰山东麓产区选择4个不同土壤类型的埋土层,即试验地1(F1):重砾石及砂石土;试验地2(F2):40%砾石土和60%沙质土;试验地3(F3):淡灰钙土;试验地4(F4):细沙土,实时监测内部距离表层土壤10cm(T1)、20cm(T2)、30cm(T3)和40cm(T4)处的土壤温度,分析冬季(12月-翌年2月)和春季(3月-出土)土壤温度变化特征。结果表明:(1)冬季各试验地埋土层日平均温度、日最低温度波动与气温趋势一致,随埋土深度增加波动逐渐减小;试验地1-3埋土层在相同深度的平均温度和平均最低温度最大分别相差1.2℃和2.2℃,试验地4埋土层温度较其他试验地偏低;随埋土深度增加,各试验地埋土层平均温度每10cm增加0.2~1.3℃,最低温度增加0.9~2.2℃。(2)各试验地埋土层温度连续最低5日的起始日期出现在降温过程后的1d内,埋土层日最低温度出现时刻随埋土深度增加逐渐推迟,持续时间也延长。(3)春季各试验地埋土层日平均温度随埋土深度增加逐渐降低,每10cm降低0.1~1.2℃;≥10℃活动积温随时间呈线性增长,埋土层T1与T2、T3与T4处≥10℃活动积温差异不大,日增长率分别在13.1~14.4℃·d和12.2~13.7℃·d,T1/T2和T3/T4活动积温平均相差25.4~33.8℃·d;基于赤霞珠土内萌芽温度指标可知,T2-T4处萌芽起始日期的≥10℃活动积温在277.9~307.6℃·d;(4)由试验地1-3埋土层T1/T2和T3/T4处≥10℃活动积温与≥10℃空气积温的关系方程可知,二者响应关系均呈一元一次方程变化趋势,且拟合效果较好,模型效率系数均在0.95以上,平均绝对误差在22.4℃·d以下。说明冬季不同土壤类型埋土层内部,酿酒葡萄枝条受越冬冻害风险较小,埋土层温度随深度增加呈增加趋势且波动逐渐减少,细沙土较其他土壤类型埋土层的温度略偏低;建立的葡萄土内萌芽起始日期≥10℃活动积温指标及春季空气积温-埋土层积温线性关系模型可为春季出土作业提供参考。

玉米农田行尺度土壤热特性变异特征及其对土壤含水量和温度的响应

本研究采用定位试验,利用热脉冲技术监测了玉米农田行尺度4个位置处(1/2行间、1/4行间、棵下和棵间)以及两个深度(2 cm和4.5 cm)土壤热特性的时空变异规律,并分析了土壤温度和含水量对土壤热特性的影响。结果表明,在试验期间,热导率、热容量和热扩散率的变化范围分别为0.66~2.22 W/(m·K)、1.46~4.49 MJ/(m^(3)·K)和4.07×10^(–7)~6.88×10^(–7)m^(2)/s。降雨之后,热导率和热容量增加,且随着时间推移逐渐降低。2cm深度的土壤热特性的波动较大,棵下位置土壤热导率和热容量值最大,波动最为明显;土壤热扩散率在1/2行间位置最大。在4.5 cm深度,各位置土壤热特性变化趋势基本一致,土壤热导率和热容量值在1/2行间位置最大,土壤热扩散率在棵间位置最大。综合两个土层数据得出1/4行间位置的热导率和热容量更具代表性。本研究中土壤热特性对土壤含水量的响应规律较为明显,随着土壤含水量增加,热导率和热容量线性增加,热扩散率则表现出先增加后降低的规律。在测定的土壤温度范围内,热扩散率随土壤温度增加呈上升趋势。该研究可以为农田水热管理提供科学依据。

不同生育期调亏灌溉对景电灌区马铃薯农田土壤温度的影响

土壤温度是保证作物稳产增产的基础,探寻合理的灌溉管理模式并确保土壤温度适宜是提高产量的手段之一。本试验于2021年4—10月在甘肃省景电灌区开展马铃薯不同生育期调亏灌溉试验,共设置4个调亏灌溉处理,分别是幼苗期、块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期调亏灌溉,同时以全生育期充分灌溉为对照。结果表明,调亏灌溉处理土壤温度高于同时期充分灌溉处理,且土壤温度变化幅度在5、10、15 cm土层范围内较大,此范围土壤的温度受外界影响较大,而深层土壤温度变化幅度较小。因此,适宜的调亏灌溉不仅能够确保给马铃薯正常供水,还能提高土壤温度。

昌吉绿洲春播期膜内外浅层地温变化的分析与预测

【目的】分析昌吉绿洲春播期日平均气温与5 cm、10 cm膜内外浅层地温的变化规律,构建膜内外浅层地温预测模型并检验。【方法】通过安装自动气象监测站,对昌吉绿洲2022年4月0~20 cm膜内外浅层地温进行逐日观测,采用相关分析、回归分析法分析其变化特征。将2010—2022年春播期日平均气温及地温作为基础数据进行回归分析,构建了昌吉绿洲春播期膜内外浅层地温预测模型,并代入2023年春播期地温、气温数据进行检验。【结果】(1)昌吉绿洲春播期日平均气温与5 cm、10 cm膜内外平均地温相关性显著,其变化趋势具有较好的一致性,膜内外浅层地温高度相关;(2)春播期气温变化存在较大的波动性,但整体呈现逐渐回暖增温趋势。5 cm、10 cm膜内地温明显高于地温,随着深度的增加,地温对气温变化的反应呈减弱态势。【结论】回代检验证明,浅层地温预测模型计算结果与实际值的拟合效果较好,具备实用价值。

怀豆和黑麦草绿肥残体还田对旱地土壤温室气体排放的影响

以怀豆和黑麦草两种绿肥为对象,分别进行了为期63 d的不同绿肥残体还田量和残体混合比例室内培养试验,其中绿肥残体还田量试验分别设0、1、2、4、6 t·hm^(-2)共5个水平;残体混合比例试验设100%怀豆、25%怀豆+75%黑麦草、50%怀豆+50%黑麦草、75%怀豆+25%黑麦草和100%黑麦草共5个处理,还田量均为4 t·hm^(-2)。采用气相色谱法观测了培养期间土壤温室气体(CO_(2)、N_(2) O、CH_(4))通量变化。结果表明:(1)与未添加绿肥残体相比,绿肥残体还田土壤CO_(2)累积排放通量提高了11.3%~80.2%,土壤N_(2) O排放提高了15.8%~51.1%,综合增温潜势(GWP)提高了11.9%~79.4%(P<0.05)。随绿肥残体还田量的增加,土壤CO_(2)排放通量和综合增温潜势(GWP)均呈线性增加,土壤CH_(4)吸收通量则呈线性下降趋势,而土壤N_(2) O排放通量呈现先增后减趋势,并在还田量约为3 t·hm^(-2)时达到最大。相同还田量下添加黑麦草残体较怀豆残体具有更高的土壤CO_(2)排放和CH_(4)吸收,而添加怀豆残体较黑麦草残体显著促进了土壤N_(2) O排放;(2)土壤温室气体累计通量与绿肥残体混合物中黑麦草比例存在线性相关,随黑麦草添加比例的提高,土壤CO_(2)排放通量显著增加了5.8%~19.7%(P<0.05),GWP显著增加了5.3%~17.7%(P<0.05),而N_(2) O排放通量显著下降了11.2%~41.5%(P<0.05),CH_(4)吸收通量则显著下降了13.4%~50.9%(P<0.05)。综合来看,选择非豆科作物比例较低的绿肥残体,并以较低生物量进行还田,能在保持低GWP的同时获得生态效益。

不同土壤地表处理对坡地果园表层地温变化的影响

通过不同地表处理,研究了夏季坡地果园表层地温变化。结果表明:清耕地表温度过高,甚至最高可以达到近50℃,既就是土壤湿润状态,也会达到30~35℃,高温势必增加水分蒸发,不利于土壤良好水分状态保持;生草覆盖地表温度较低、变化平稳,且对土壤水分蒸发有阻隔作用;园艺地布覆盖,虽能阻挡高温引起的水分散发,但因过于封闭引起地表温度依然较高。综合比较,生草覆盖最利于坡地果园地表适宜地温保持,而且可以适度阻止水分蒸发。

东北黑土区海伦生态站2010-2020年剖面土壤温度小时数据集

土壤温度对土壤腐殖化和矿质化过程等均有很大影响,在不同空间尺度收集土壤温度观测值具有重要意义。位于我国黑土核心区域的海伦农业生态实验站,是中国生态系统研究网络中的国家级长期定位研究站。海伦生态站的土壤温度数据对研究黑土区土壤水热过程具有重要意义。本数据集是在海伦生态站使用芬兰VAISALA公司开发的MILOS520和MAWS301自动监测系统收集的土壤温度数据。由“生态气象工作站”软件对观测数据进行处理,经过分析、检验、合理优化,保证土壤温度数据监测准确。数据集由11部分数据表组成,分别是2010-2020年共11年的土壤温度数据,每个数据表包括0 cm,5 cm,10 cm,15 cm,20 cm,40 cm,60 cm,100 cm的土壤温度小时数据。此数据集的发布旨在为黑土保护和长期利用提供科学依据。

基于加热实验的凉山干旱河谷土壤斥水性研究

森林火灾影响地表覆被和土壤性质,改变土壤斥水性,而土壤斥水性被认为是影响土壤水文和侵蚀过程的直接原因。本文采集四川省凉山干旱河谷区表层原状森林土样,通过加热实验,分析不同温度和时间土壤斥水性的变化特征。结果显示:未加热情况下,土壤斥水性具有较强的空间异质性,随着加热温度升高和时间延长,空间异质性减弱。土壤斥水性随温度升高而降低,300℃后土壤斥水性被破坏。土壤斥水性随加热时间延长而降低,前30 min最为明显,60 min后基本保持稳定,但温度达到300℃后,加热时间对表层土壤斥水性的影响减弱。

香蕉种植方式和环境因子对土壤热导率的影响

【目的】探究香蕉种植方式和环境因子对土壤热导率的影响,为广西调整香蕉合理种植模式及有效利用喀斯特地区土壤水热资源提供参考依据。【方法】以广西地区水田起畦(DT处理)与旱地开沟(ST处理)种植的香蕉为研究对象,利用田间定位监测系统对研究区域环境因子及5、20和40 cm深度土层的土壤含水量进行连续观测,计算土壤热导率,并结合土壤的基本理化性质,分析2种种植方式下土壤热导率的变化规律。【结果】DT处理的土壤砂粒和黏粒含量均高于ST处理,且在20和40 cm土层处差异显著(P<0.05,下同);土壤容重显著高于ST处理。随着土壤深度的增加,DT处理土壤的有机质含量分别比ST处理增加56.0%、35.8%和48.0%。在各土层中,DT处理的土壤热导率平均值均显著大于ST处理,其中DT处理20 cm土层的土壤热导率平均值高于ST处理26.2%。降雨和环境温度是影响土壤热导率的主要因素,其中,环境温度与2种种植方式下5和20 cm土层的土壤热导率呈负相关;降水量与2种种植方式下5和20 cm土层的土壤热导率呈显著或极显著(P<0.01,下同)正相关;在40 cm土层,降水量仅与DT处理的土壤热导率呈极显著正相关。除雨型Ⅰ外,DT处理的土壤热导率平均值均大于ST处理;雨型Ⅳ和Ⅵ发生时,DT处理在各土层对降雨的响应程度均大于ST处理。【结论】降雨和环境温度因子改变对广西地区种植香蕉的土壤热导率动态变化具有重要影响。降雨发生时,水田起畦种植香蕉方式对土壤热导率的提高效果更佳,更有利于广西地区调整香蕉合理种植模式和高效利用喀斯特地区水热资源。

大兴安岭不同冻土活动层对兴安落叶松生长和更新的影响

研究不同冻土活动层兴安落叶松的生长状态、更新苗生长和碳储量变化,探讨冻土与植被的依存关系,为今后大兴安岭兴安落叶松的经营提供参考。通过3年野外调查数据分析,对比兴安落叶松胸径、树高、生物量,更新苗的生长指标、枯损碳量和进阶碳量的变化差异。结果表明,随着冻土活动层深度的增加,不同径阶组中不同活动层兴安落叶松生长趋势为CK>2.0 m活动层>1.0 m活动层>0.5 m活动层,且差异性均为显著(P<0.05);不同厚度的冻土活动层兴安落叶松更新苗的各生长指标均有显著差异性(P<0.05),其中地径和树高差异达极显著(P<0.001);随着冻土活动层深度的增加,碳的生产力也逐渐增加,进阶碳量的总体趋势为CK>2.0 m活动层>1.0 m活动层>0.5 m活动层,枯损碳量呈相反趋势(CK<2.0 m活动层<1.0 m活动层<0.5 m活动层)。因此,冻土活动层厚度的不同是影响兴安落叶松生长发育和碳储量释放的重要因素,本研究为今后高效经营大兴安岭冻土区兴安落叶松提供了重要的理论依据。

SHAW模型模拟积雪覆盖下土壤热过程的不确定性分析

为探究SHAW(Simultaneous heat and water)模型中输入参数不确定性在模拟积雪覆盖条件下土壤热过程中对输出结果造成的影响以及关键影响因素,以松嫩平原黑土区东北农业大学试验场为研究区域,运用SHAW模型模拟积雪覆盖条件下6个不同深度土层热过程动态变化情况,并结合拉丁超立方取样(Latin hypercube sampling,LHS)方法,采用标准秩逐步回归探究参数不确定性对土壤冻结深度和温度输出不确定性的影响。结果表明:SHAW模型能够反映土壤冻融规律,6个深度土层温度的模拟值与实测值平均绝对误差小于2℃,选取的参数对土壤温度的输出敏感性较弱,而初始积雪厚度对土壤冻结深度的输出起主导作用。总体而言,SHAW模型基于LHS抽样和标准秩逐步回归方法可用于模拟积雪覆盖条件下土壤热过程模拟研究。

昆明主城区土地覆盖时空分布及地表温度响应

利用SVM、决策树及辐射传导方程,基于Landsat TM/OLI、DEM数据分别提取2000、2005、2010、2015年昆明主城区的土地覆盖类型以及地表温度信息,并进一步分析土地覆盖类型与地表温度时空变化的关系。研究表明:2000-2015年昆明主城区各土地覆盖类型面积的变化特征表现为建设用地增加最多、森林次之,水体基本不变,农田、裸地大幅减少;建设用地与其他土地覆盖类型之间的相对温差不断扩大;城市地表温度的第一正相关因素为建设用地,第一负相关因素为水体。