宁夏黄土区稀疏带状山杏人工林土壤湿度动态与影响因素

【目的】以宁夏南部黄土丘陵区带状山杏人工林为例,揭示林带内与带间的不同深度处土壤湿度的时空变化及其关键环境影响因素,为半干旱区林草植被科学管理及雨水资源高效利用提供依据。【方法】2020—2022年,在宁夏彭阳县山杏人工林带内和带间各布设1套200 cm测深的智墒传感器,分层逐时监测土壤体积含水量和土壤温度变化,同时布设1台气象站连续监测近地面降水、气温、空气湿度等气象条件,采用相关分析探究土壤湿度对前1日土壤湿度、土壤温度和气象因子的响应规律。【结果】2020年和2021年为平水年,降水量分别为467.4和440.8 mm;2022年为枯水年,降水量为354.8 mm;土壤体积含水量平均值为平水年(2021年,17.0%)显著高于枯水年(2022年,14.3%)。土壤体积含水量随土层加深呈近线性增加,其斜率表现为林带间高于林带内,平水年高于枯水年。在0~120 cm土层的土壤体积含水量为林带内(15.3%)高于林带间(14.0%),但在120~200 cm土层为林带间(17.6%)高于林带内(16.8%)。在0~60 cm土层的土壤体积含水量变异系数为林带间(42.9%)高于林带内(37.8%),但在60~200 cm土层为林带内(23.2%)高于林带间(19.1%)。土壤湿度变化的季节格局为:相对稳定期(3—4月)、耗损期(5—8月)、恢复期(9—11月)和衰退期(12月—次年2月),最大值多出现在4月,最小值出现在8月(平水年)和12月(枯水年);土壤湿度变化的垂直空间格局为:速变层(0~50 cm)、活跃层(50~90 cm)、次活跃层(90~170 cm)、相对稳定层(170~200 cm)。相关分析发现,土壤湿度日变化相关性最强的环境因子为正相关的前1日土壤湿度和负相关的土壤温度,月变化相关性最强的环境因子为负相关的土壤温度。【结论】宁夏黄土区稀疏带状山杏人工林林带内和林带间土壤湿度在季节和剖面上均表现出较大波动,枯水年比平水年波动的层次更深。综合分析发现前1日土壤湿度、土壤温度、气象因子均是影响枯水年和平水年日及月尺度各剖面层次土壤湿度变化的要素。其中,前1日土壤湿度和土壤温度为主要影响因子;在0~120 cm土层内的土壤湿度为林带内高于林带间。本研究结果对宁夏半干旱黄土区水平沟整地后退化植被科学恢复及土壤水分高效利用有很好的指导意义。

晋西黄土区刺槐林典型植物蒸腾特征及其环境响应

[目的]揭示晋西黄土区刺槐林典型植物(乔木、灌木、草本)的蒸腾耗水规律,以期明确该区刺槐人工林蒸腾耗水的主导环境因子。[方法]利用Li-6400XT便携式光合仪对植物的蒸腾过程进行测定,并同步收集土壤水分及气象因子数据,分析了刺槐林典型植物蒸腾特征及其环境响应。[结果](1)7月,刺槐(乔木)和高羊茅(草本)的蒸腾速率日变化特征呈现双峰曲线规律,杠柳(灌木)蒸腾速率日变化特征为单峰曲线;9月3种植物蒸腾速率的日变化特征均呈单峰曲线的趋势。(2)研究期间0—20 cm土层的平均土壤体积含水率在9.37%~18.09%,坡上的平均土壤含水量为12.16%,坡下的平均土壤含水量为15.41%。坡上刺槐和杠柳的蒸腾速率对土壤含水量的响应大于坡下,而高羊茅的蒸腾速率对土壤含水量的响应在坡上小于坡下。(3)在坡上,光合有效辐射是驱动植物蒸腾的主导气象因子;在坡下,刺槐、杠柳和高羊茅蒸腾的主导气象因子分别为空气相对湿度、光合有效辐射和大气CO_(2)浓度。(4)在整个研究期间建立逐步回归拟合,刺槐和杠柳建立的方程可以更准确地模拟蒸腾速率,而高羊茅效果不理想。[结论]在晋西黄土区,不同植物蒸腾特征差异明显,且各植物影响蒸腾特征的环境因子因坡位而异,在植被建设过程中应综合考虑坡位以及环境因子的作用。

北京低山区典型人工林树干液流对土壤水分胁迫的响应

树干液流在不同土壤水分胁迫下的变化规律和对气象因子的响应机制,是了解树木适应环境变化机制和林分水分循环机制的重要内容。以北京低山区典型造林树种元宝枫、油松为研究对象,采用热扩散探针技术监测树干液流年度变化,探究不同土壤水分条件下树干液流密度变化规律及其驱动因素。结果表明:1)元宝枫和油松树干液流密度均呈现“单峰”型年度变化,2022年存在土壤水分胁迫的时间占全年的76.2%;2)元宝枫和油松树干液流密度均随水分胁迫程度加剧而显著减小(P<0.05);土壤相对含水量在水分胁迫时对单位饱和水汽压差的树干液流密度影响显著(P<0.05),在无水分胁迫时影响不显著,重度水分胁迫条件下,土壤相对含水量对元宝枫和油松单位饱和水汽压差的树干液流密度的解释率分别为62.2%和54.3%;3)多元逐步回归分析表明,无水分胁迫时,树干液流密度主导因素为气象因子,轻微水分胁迫时,树干液流密度受气象因子和土壤水分共同制约,重度水分胁迫时土壤水分成为唯一主导因素。本研究阐明了北京低山地区典型人工林树干液流对土壤水分条件的响应规律,结果可为该区域人工林抚育管理提供技术指导。

温室滴灌条件下番茄植株茎流变化规律试验

为探明滴灌条件下温室番茄植株茎流速率变化规律及其影响因素,本文采用Dynamax公司开发的包裹式茎流计观测日光温室番茄植株的茎流变化,研究茎流速率的变化规律及茎流速率监测结果的标准化处理技术,探索植株茎流与气象因子的相互关系,分析水分胁迫对番茄植株茎流速率的影响。研究表明,采用单位叶面积上的茎流速率表征茎流变化规律可在一定程度上降低因探头安装位置不同对监测结果的影响;在充分供水条件下,影响番茄植株茎流速率的主要因子是太阳辐射和饱和水气压差,番茄植株的日茎流速率与太阳辐射呈线性关系,与饱和差呈对数关系(R2>0.90,P<0.01);土壤水分状况会明显影响番茄植株茎流状况,茎流速率随水分胁迫加剧而骤减。研究结果证明番茄植株茎流速率经标准化处理后可以真实的反映植株蒸腾规律。

民勤绿洲荒漠过渡带梭梭(Haloxylo nammodendron(C．A．Mey)Bunge)树干液流特征及其对环境因子的响应

利用Grainer热扩散式探针法(TDP)连续测定民勤绿洲荒漠过渡带生长季梭梭树干液流,并同步测定外界环境因子。研究了6—11月份不同直径梭梭树干液流日、季变化及其与外界环境因子的相关性。结果显示:(1)随月份的递增,不同直径梭梭树干液流通量(SV)晴天日变化波峰区逐渐缩减。并且在6—8月份,不同直径SV均表现出明显的"宽峰型"现象,且晴天SV明显高于阴、雨天;(2)随季节变化,不同直径梭梭SV波动性较大,直径越大其波动性越高;而梭梭SV未表现出随直径增大液流通量越大的现象;(3)6—11月梭梭树干耗水量先增后降,7月达最高峰,且直径越大,梭梭总耗水量越大;(4)梭梭树干液流与环境因子相关程度受不同天气、时间尺度的影响较大,晴天相关性略高于阴、雨天。空气温度、净辐射、饱和水汽压差是影响梭梭树干液流的主要气象因子。0—100cm土层以上0—250cm根幅区土壤水分对树干液流影响最显著。(5)同比古尔班通古特沙漠梭梭生长季(5—10月)总耗水量458—1044kg以及日均耗水量1.8—6.4kg/d,整个生长季(6—11月)民勤绿洲荒漠过渡带梭梭的总耗水量495—1232kg、日均耗水量为2.0—8.3 kg/d,两者耗水量近似。利用TDP技术测定梭梭耗水量具有一定的可靠性。

广西大青山土壤水热特征及其对气象要素的响应

利用广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站自动气象站的观测数据,分析了广西大青山地区土壤水热的变化特征及其与气象要素的统计关系,结果表明:(1)土壤温度的年内变化特征与气温一致,呈"单峰型",最低值出现在1月,最高值在7月,但存在滞后期,滞后时间随土层深度增加而增加。(2)土壤水分年内变化复杂,受各月气温、降水的影响而呈现出一定的波动性,1—4月份土壤含水率较高,4月下旬土壤含水率迅速降低,至7月底处于全年较低值,变化幅度随土层深度加深而减小。(3)影响土壤温度的主要气象要素为大气温度,土壤水分主要受降水和饱和水汽压影响。月尺度上这些气象要素对土壤水热的影响更加显著。(4)土壤温度和土壤水分为显著的负相关关系。研究结论为土壤水热对气候变化的响应提供参考资料,也为本区域森林经营管理提供科学依据。

基于人工神经网络理论的土壤水分预测研究

土壤水分含量是影响作物生长的重要因素,精确的预测技术对水资源的合理利用与管理具有重要的指导意义。利用人工神经网络理论,建立了以降水量、蒸发量、相对湿度和地下水埋深为输入因子,土壤水分含量为输出因子的预测模型,并对其预测精度进行了评价。结果表明,BP神经网络模型预测土壤含水率的最大误差为8.66%,平均误差为4.27%,预测精度达到0.989。模型具有较高的预测精度,其结果可为制定合理的水资源调配方案和调度计划提供科学依据。

桉树人工林冠层气象因子对雨季土壤水分的影响

对雷州桉树人工林集水区土壤水分及林冠层气象因子一年内(1999/10/01-2000/09/30)雨季的定位观测结果进行了典型相关分析,得出如下结果:(1)在雨季,土壤含水量(SMC)随着土壤深度变化而变化,在0-4m范围内层间含水量差异显著;雨季各层SMC主要受降雨量的影响;(2)受充沛降雨量的强烈影响,雨季各层SMC随着时间推移而逐渐升高;雨季各层含水量变异系数较干季同层次的变异系数大;(3)雨季地下50cm深(SM50)处SMC变化曲线波动较大,与太阳辐射(Rs)、降雨量(P)、风速(W)、水汽压差(VPD)、最高温度(Tmax)相关性极显著(α=0.001);(4)较深层次(即150cm,250cm,350cm)土壤含水量变化的影响因素具有某种程度的相似性;但与较浅层(50cm)SMC的主要影响因素和变化趋势均不同;(5)在雨季,三个典型相关系数均达到显著性水平(α=0.01)。三组典型相关及重叠数值以第一典型相关值较大,第二、第三的重叠量较小,故林冠层气象因子主要由第一典型因素影响土壤含水量。林冠层气象因子通过3个典型变量可说明SMC总变异量的30.9%。

贵州典型喀斯特灌丛草坡类型区土壤水分及其影响因子研究

对贵州龙里灌丛草坡类型区2005—2006年度土壤水分及局地小气候进行了连续的定位观测,并通过相关分析等手段对土壤水分影响因子进行了分析.得出以下结论:1)大致呈现出三起两落的趋势,12—2月和9—11月为土壤水分缓慢积累期,2—4月和8—9月为土壤水分强烈消耗期,4—8月随着雨季的来临,降水量大,使得土壤水分迅速增加,为雨季土壤水分补充期;2)通过对土壤水分体积分数及其环境因子的相关分析得到,雨季,土壤水分体积分数主要受降水量的影响,而在非雨季,温度是主要的控制因子,偏相关系数达0.851(P<0.01),其次为相对湿度,偏相关系数为0.733(P<0.01),而与太阳辐射和地表温度的偏相关系数分别为0.525、0.241(P>0.05);3)通过对下垫面状况各异、气象条件基本一致的各实验点土壤水分规律的研究,发现土壤水分分布特征与地表植被覆盖状况有着重要的关系.

基于AMSR-2蒙古高原土壤水分反演及对气象因子响应分析

土壤水分是地表水文过程研究的一个重要参数,是众多环境因子综合作用的结果,科学判定土壤水分对环境因子的响应特性,对在蒙古高原地区开展干旱监测预警,调整农业生产结构,改善区域生态环境具有重要意义。本研究基于AMSR-2观测亮温、SPOT-NDVI数据,利用微波辐射传输模型及粗糙地表发射率Qp模型,构建适合蒙古高原的土壤水分反演方程,同时将模型应用于2013年蒙古高原植被生长期土壤水分反演。在此基础上,结合TRMM 3B43降雨量及气象站点气温数据,探讨了蒙古高原土壤水分对气象因子及植被的响应特性。结果表明:1)构建的蒙古高原表层土壤水分反演模型精度较高,土壤水分反演值与实测值的判定系数为0.680 6,均方根误差(RMSE)达0.031 6 cm3·cm-3,反演结果明显优于JAXA提供的AMSR-2土壤水分产品数据(RMSE=0.044 1 cm3·cm-3)。2)TRMM 3B43降雨数据与实测降雨量线性拟合,其判定系数为0.859 8,直线拟合斜率K=0.941 5,在数值上较站点实测值略微偏低,表明TRMM 3B43数据精度较高,在蒙古高原具有很好的适用性。3)蒙古高原植被生长期土壤水分、植被指数及降水量在空间格局上均表现出由北向南、由东北向西南逐渐减少的趋势。干旱区,土壤水分对气温变化最敏感,二者表现出显著正相关关系,其次为降水和植被;半干旱区,植被是影响土壤水分的关键因子,而气温与降水对土壤水分影响呈现出季节性变化;半湿润区3个因子对土壤水分的影响程度表现为植被>降水>气温。总之,利用土壤水分对气象因子和植被的响应特性,可以采取适当措施降低蒙古高原灾害发生风险,为区域生态环境建设提供科学依据。

岩溶石山区坡地土壤剖面水分与蒸发特征--以桂林丫吉试验场为例

选取桂林丫吉试验场岩溶石山坡面上典型覆盖土壤的两个单元体为对象,对其土壤剖面层含水量的分布变化、土壤蒸发速率大小及其相关影响因素进行分析研究,结果表明:(1)土壤剖面最大含水率层位于土壤底部与基岩的交界处,中间过渡层土壤含水量最少,表层土壤水分受外界因素影响而变化显著;(2)在夏季岩溶石山区地表蒸发强烈,直径10cm的土壤柱日蒸发量为5～12mL之间,夜蒸发量在0～3mL之间;(3)几天内决定地表土壤日蒸发量(y)大小的因素主要是太阳辐射(x2)和土壤温度(x4),其关系式可表示为:y=18.018+0.001x2-0.691x4。

高温少雨期环境因子对油茶果径生长的影响

为了探讨油茶高产稳产的水分生理生态基础,为油茶水分管理提供科学依据,在高温少雨期,以10年生油茶优良无性系为试验材料,设置无干旱胁迫、轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫、重度干旱胁迫、浇后控水和自然状态6种土壤水分处理,观测土壤温度、气象因子和油茶果径生长量,研究环境因子对油茶果径生长的影响。结果表明：试验期（35d）,各处理根据果径生长量由大到小排列,依次为轻度干旱胁迫（9.35mm）、无干旱胁迫（7.78mm）、中度干旱胁迫（3.95mm）、浇后控水（3.82mm）、自然状态（2.96mm）、重度干旱胁迫（0.90mm）。多重比较结果显示,除中度干旱胁迫与浇后控水处理间果径生长量差异不显著外,其它各处理间果径生长量差异显著。试验进行10d后重度干旱胁迫处理的果径出现负增长,20d后浇后控水处理的果径生长减缓,30d后重度干旱胁迫、浇后控水和自然状态处理的叶片出现暂时萎蔫发黄。相关性分析结果表明,果径生长量与土壤含水量、空气相对湿度呈正相关,与空气温度呈负相关。油茶果径生长对土壤水分、空气温度、空气相对湿度反应敏感,轻度干旱胁迫处理即土壤含水量为田间持水量的80%-90%为油茶果实生长最佳土壤含水量。

东北农田黑土蒸发量与土壤水分及气象因子的关系

为准确地掌握东北农田黑土水分蒸发量的变化规律,2007年8月开始在吉林省吉林市龙潭区江密峰苗圃进行蒸发量测量试验,采用称质量法测量不同设置水分条件下农田黑土的昼夜蒸发量,并根据蒸发量与测量的气象因子建立了相应的回归方程。结果表明:土壤蒸发量与土壤含水量呈极显著正相关;土壤蒸发量在不同土壤含水量之间差异显著。通常情况下,土壤白天的蒸发量大约是夜间的12倍,全天蒸发量集中在11∶00—15∶00,占全天蒸发量的60%～70%。土壤蒸发量与光合有效辐射和风速呈显著的正相关,与其它气象因子相关关系不显著。

南阳市土壤湿度与气候变化的关系分析

根据1981 2005年的气象观测资料和土壤湿度测定资料,利用统计学方法,分析了南阳市土壤湿度变化规律及与温度、降水的关系,结果表明:土壤湿度无论是年均值或最小值都呈明显下降趋势,年平均相对湿度下降约0.4%;浅层湿度变化幅度小,深层变化幅度大。影响土壤湿度的气象因子中,气温与浅层土壤湿度呈明显的负相关,降水量与深层土壤湿度呈明显正相关;各季土壤湿度与气温和降水量的二元回归方程都通过了F检验,其中春秋冬季通过0.01的显著性检验,夏季通过0.05的显著性检验。

辽西地区春播期土壤湿度变化特征及气象影响因子分析

利用1981—2011年辽西地区土壤相对湿度、降水和气温资料,对该区土壤湿度和降水变化特征及二者关系进行分析。结果表明:土壤湿度具有明显干化趋势,同期降水不是唯一影响因子;春播期土壤湿度与前秋降水正相关,深层相关系数为0.69,与底墒显著正相关,相关系数最高可达0.84,如此显著的正相关是由于北方特有的封冻雨,秋季降水封冻在土壤里,到第二年春季,气温升高,解冻返浆,土壤变得湿润;5月土壤湿度与同期降水呈正相关,浅层相关系数为0.67,与气温呈负相关,深层相关系数为-0.58。

气象因子对祁连山北坡天然草地土壤水分动态变化的影响

利用2004年祁连山北坡五类天然草地生长季的土壤水分数据和同期的气象资料,以回归和相关分析的方法分析了气象因子对五类天然草地土壤水分动态变化的影响.结果表明：（1）土壤水分的动态主要受降水量及其季节分配的影响,并建立了降水量对土壤含水量的回归方程;（2）利用ASCE-PM模型计算了五类草地群落的潜在蒸散量,潜在蒸散量对0～20 cm土层水分含量影响显著（P〈0.05）,而愈向土壤深层,影响愈不明显;（3）土壤含水量对气温、土壤温度、相对湿度和近地面风速的响应由土壤表层至深层均呈递减趋势.

极端干旱区旱生芦苇叶水势变化及其影响因子研究

以新疆塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带干旱环境下的旱生芦苇为研究对象,结合对气象因子、土壤水盐和芦苇叶水势的实地监测资料,分析了不同地下水埋深下芦苇叶水势的日变化特征,研究了影响芦苇叶水势变化的主导环境因子,揭示了反应芦苇叶水势变化的环境因子的指示性和指示阈值。结果表明,1)地下水埋深越下降,芦苇叶水势的日变化单峰趋势越不明显,表现为逐渐降低的变化趋势;2)随着地下水埋深的下降,0～110cm土层土壤含水率逐渐减小,芦苇水平根分布深度逐渐下移;3)在极端干旱区,芦苇的生存策略为"较高的土壤水分有利于芦苇群落的扩展,较低的土壤水分则促进单棵芦苇的生长"。4)土壤含水率和气温是影响干旱区旱生芦苇叶水势发生变化的主要因素,芦苇生长的适宜土壤水分范围为10%～20%,(18.07±5.28)%的土壤含水率和(33.48±1.44)℃的气温为影响芦苇叶水势发生变化的临界阈值,土壤含水率>(18.07±5.28)%和气温<(33.48±1.44)℃时,芦苇叶水势不发生显著变化。该研究可为减轻芦苇受旱程度、维持芦苇正常生长、及时补充水分提供理论依据。

我国森林死可燃物含水率与气象和土壤因子关系模型研究

死可燃物含水率是森林火灾发生及蔓延的主要影响因子,也是林火预测预报的关键参数之一。死可燃物含水率预测方法中气象要素回归法相对简单,预测结果比较准确且适用性强。本文通过分析国内近年来死可燃物含水率预测模型,对各种气象因子对可燃物含水率的影响及其响应进行综合评述。结果表明:1气象要素回归法在国内应用比较广泛,但研究比较分散,主要集中在黑龙江省和云南省;2针对研究区域可燃物含水率预测比较准确,但受制于地形和林型条件难以在尺度上进行更大范围的应用和推广;3前期气象因子和土壤因子是影响可燃物含水率变化的重要因素,结合前期气象因子和土壤因子模型预测效果较好。

浑善达克沙地人工植被覆盖下土壤蒸发的模拟研究

应用自制的微型蒸渗仪（Micro-Lysimeter）测定了2005年浑善达克沙地人工牧草区的日棵间土壤蒸发量。对影响土壤蒸发的主要因子进行了回归分析,并比较了以6因子[日平均气温（T）、净辐射（Rn）、相对湿度（RH）、2m处风速（U2）、0~30cm土壤含水率（θ）及叶面积指数（LAI）]和4因子[日平均气温（T）、净辐射（Rn）、0~30cm土壤含水率（θ）及叶面积指数（LAI）]为输入样本,以日棵间土壤蒸发量为输出样本的BP网络模拟预报模型。研究表明,BP网络可以用于日棵间土壤蒸发量的预报,6因子法和4因子法均简便可行,能满足生产的需要。相比之下,6因子法的精度更高。此研究是对传统棵间土壤蒸发量计算的补充。

玛纳斯河流域荒漠植被单株茎干液流及光合蒸腾特性研究

植物茎干液流量可表征其蒸腾耗水量,反映植被水分传输状况,可用于计算植被生态需水量。以玛纳斯河流域古尔班通古特沙漠南缘典型荒漠植被梭梭、柽柳为研究对象,通过数据监测,研究植被茎干液流及光合蒸腾特性,分析气象因子及土壤含水率对茎干液流的影响。结果表明:梭梭、柽柳茎干液流速率呈明显的昼夜变化规律,白天液流速率远高于夜间;梭梭的净光合速率日变化模式为双峰型,柽柳为单峰型;梭梭蒸腾速率的日变化有明显上升和下降过程,柽柳趋势不明显,呈小幅震荡;液流速率变化与相对空气湿度呈负相关,空气湿度高时液流速率低;气温、总辐射与液流速率的变化趋势基本一致,液流速率随着气温或总辐射的增强而增大;随着土壤含水率降低,液流速率降低。