基于HYDRUS-1D模型的水库近坝区土壤水分动态模拟

为探究五强溪水库近坝区土壤水分动态变化规律,以研究区内土壤墒情站为研究对象,利用实测逐日降雨与逐日蒸发数据驱动HYDRUS-1D模型反演土壤水力特性参数,分别在深度为10、20、40 cm观察点处进行土壤水分动态模拟,探讨研究区土壤水分动态变化规律及模型的应用效果。结果表明:不同观察点土壤水分模拟值与实测值的决定系数平均值为0.74,纳什效率系数平均值为0.71,均方根误差在0.011~0.035 cm^(3)/cm^(3)之间;0~10 cm深度的土壤水分对降雨和蒸发的响应最灵敏,波动最大;在水库主汛期(4—6月份)土壤水分变化平稳,且保持在较高的水平;研究期内7—12月份土壤水分在较大降雨情况下出现短暂饱和,土壤干湿变化明显,模拟值与实测值吻合度较高;整体上,HYDRUS-1D模型在研究区土壤水分动态模拟中具有较高的精度,可为研究区土壤水分估计及其动态变化规律研究提供有效方法。

毛乌素沙地不同覆被类型土壤水分动态及其对降水的响应

[目的]分析不同覆被类型下土壤水分时空变化特征及对降雨的响应,探讨覆被类型对土壤水文的重塑过程,为优化毛乌素沙地植物覆盖类型和提高土壤水分的植被承载力提供科学依据。[方法]以陕西榆林市毛乌素沙地典型覆被类型草地、沙柳地和裸地为研究对象,通过全年原位试验监测和经典统计学分析相结合的方法,分析0—150 cm土壤水分动态及其对降水的响应。[结果](1)在全年尺度,受植被根系分布和耗水差异的影响,典型覆被类型土壤水分可分为稳定期(12月至次年2月)、积累期(3—5月)、消耗期(6—8月)和恢复期(9—11月),降水补给土壤水分主要发生在积累期和恢复期。土壤剖面水分表现出明显的空间分异,草地在20 cm较高,沙柳地在50 cm和150 cm处较高。草地主要利用深度0—50 cm的土壤水,沙柳主要利用50—100 cm的土壤水。(2)沙柳地和草地的土壤水分在浅层(0—50 cm)对降水的响应比裸地慢,深层(50—150 cm)则比裸地快。(3)降水补给深度与降水量呈显著正相关,而响应滞后时间与降水历时呈显著正相关(p<0.05)。[结论]植被类型、降水历时、降水强度、冻融过程影响着土壤剖面水分再分配,主导植被类型在降水格局变化下的演替。

荒漠草原4种典型草本植物群落土壤水分动态对极端干旱降水的响应

为明晰荒漠草原典型植物群落土壤水分对极端干旱降水的响应。以4类典型植物群落(蒙古冰草、苦豆子、短花针茅、芨芨草)为研究对象,于2020—2021年分别监测4类植物群落0—120 cm土壤含水量,探讨其土壤水分在消耗期、恢复期和稳定期的动态特征及对降水的响应。结果表明:土壤水分消耗期,土壤含水量为4.56%~7.87%,呈亏缺状态,并且随着极端干旱持续从土壤浅层0—40 cm向深层80—120 cm演变;土壤水分恢复期,较为集中的Ⅴ级降水(单次>20 mm)能够恢复深层80—120 cm土壤水分,随着极端干旱持续,4类植物群落土壤水分的恢复主要呈现在浅层0—40 cm;土壤水分稳定期,随着极端干旱持续4类植物群落各层土壤含水量均<10%。综合比较4类植物群落,短花针茅群落土壤含水量在各时期相对较高,且浅层和深层土壤水分恢复具有同步性,可在水分限制区域植被恢复保育具有一定参考价值。

沙坡头地区固沙植被土壤水分动态研究

沙坡头地区始建于 195 6年的无灌溉人工固沙植被 ,是我国交通干线防沙体系的成功模式。利用 40余年的土壤水分定位观测数据 ,分析了不同期间建立的固沙植被土壤水分的时空变化特征及对植被的影响。结果表明 ,固沙植被发展至 9～ 10a后土壤含水量开始明显下降 ,特别是较深层 (>10 0cm)的含水量下降明显 ;0～ 40cm层土壤水分含量与降水相关显著 ,而降水对 40～ 30 0cm层土壤水分的含量影响不显著 ;深根系固沙植物对根际区域水分的利用 ,进一步恶化了固沙区土壤深层的水分状况 ,进而抑制了这些植物的生长和生存 ,间接地影响了原有固沙植被组成和稳定性 ;经过 40多年的演变 ,固沙植被中优势灌木种的盖度从最大盖度 47 6 %降至 6 %～ 9% ,群落中草本和微生物结皮层得到发育。当深根系灌木的盖度降低至 6 %～ 9%时 。

长白山阔叶红松林土壤水分动态研究

在1990～1992年和2003年对长白山阔叶红松林土壤水分动态进行定位观测研究．结果表明．土壤水分年内变化可划分为5个时期：春季聚水阶段、旱季耗水阶段、雨季蓄墒阶段、秋季失墒阶段和冬春土壤水分相对稳定阶段．利用标准差和变异系数对土壤水分垂直变化进行分层，得出土壤水分剖面分布分为速变层、活跃层和次活跃层，并用相关分析方法分析了各层次间土壤水分及其与其间降水量的关系．

黄土高原旱塬地冬小麦水分生产潜力与土壤水分动态的模拟研究

在EPIC模型介绍和模拟精度验证的基础上,利用EPIC模型对黄土高原旱塬地冬小麦水分生产潜力和土壤水分动态进行了中期(12a)和长期(30a)评价定量模拟研究。结果表明:(1)在12a实时气象条件下的模拟时段内,旱塬地小麦水分生产潜力随降水量变化呈现波动性降低趋势,3m土层土壤有效含水量也表现为剧烈波动性和逐渐下降趋势,土壤干燥化趋势明显;(2)在30a模拟气象条件下的模拟时段内,旱塬地小麦水分生产潜力呈现波动性轻微降低趋势,3m土层土壤有效含水量季节性和年际间波动性显著,但土壤干燥化趋势并不明显;(3)综合分析认为,在降水量减少幅度不显著的情况下,旱塬地麦田土壤干燥化只是一种短期现象,不会导致长期性土壤强烈干燥化现象发生,但产量随降水量变化的波动性不可避免。

人工小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛土壤水分动态研究

采用由植被空间序列推断时间系列的方法 ,分析了 1984、1987、1995和 1999年建立的人工小叶锦鸡儿固沙植被土壤水分的时空变化特征 .结果表明 ,受沙地土壤机械组成的影响 ,沙地土壤组成以物理性沙粒为主 ,>0 .0 1mm沙粒占 97%以上 ,凋萎湿度为 1.5 5 % ,田间持水量为 5 .5 % ,土壤最大有效水为3.95 % .随着固沙植被优势度的增加 ,小叶锦鸡儿灌丛下土壤含水量持续下降 ,1984年建立的植被区土壤含水量明显低于 1999年建立的植被区 ;在年内土壤水分季节变化中 ,4个阶段植被区土壤水分状况在 4～6月不断降低 ,到 6月达到最低值 ,7～ 10月逐渐回升 ;对于建立较早的植被区 (1984和 1987年 ) ,土壤水分垂直变化表现出随着土层深度的增加 ,土壤含水量逐层递减的趋势 ,特别是 70cm下土层中 ,土壤含水下降明显 ,含水量低于凋萎湿度 ;由于对根际区域土壤水分的利用 ,加剧了固沙植被区深层土壤 (70cm下 )水分的亏缺 ,进而影响植被物种的组成 ,随着小叶锦鸡儿灌丛年龄的增加 ,浅根性植物所占比重增加 .

干热河谷干季土壤水分动态研究

为了开展植被恢复试验,对干热河谷土壤水分的动态变化规律进行初步研究。结果表明随海拔高度增加,干热河谷干季土壤水分呈逐渐增加趋势。干季相同海拔高度不同土地类型土壤含水量均较低,土壤含水量都低于8%。层间变化由于受降雨入渗分布与土壤水分向上蒸发的综合作用基本表现为增长型。利用变异系数对土壤水分的层间变化进行了分析和层次划分。

祁连山北坡主要草地类型的土壤水分动态研究

祁连山北坡天然草地植被以高寒草原、山地草甸、山地草甸草原、山地草原和山地荒漠草原等类型为主,对这5种典型草地类型土壤水分进行了观测,结果显示:不同草地类型生长季土壤水分动态变化规律基本一致,主要受降水量及其时间分配的影响,土壤水分的季节动态可划分为消耗期、积累期、消退期和稳定期4个时段;5类草地群落土壤水分垂直变化与土层深度的关系并不完全一致,其剖面变化可分为活跃层、调节层和相对稳定层;土壤水分储量以山地草甸最高,其它依次为山地草甸草原、高寒草原、山地草原、山地荒漠草原。

草地早熟禾草坪土壤水分动态与根系生长分布

对草地早熟禾草坪土壤水分动态和根系生长发育状况进行研究,结果发现不同土壤层次水分变化有所不同,0～15cm变化最大,15～30cm次之,30cm以下土层水分变化不大;草地早熟禾的根系生长呈现双峰曲线模式,5月中旬和8月中下旬总根量处于峰值;其主体根系主要分布在0～30cm土层内,占总根量的85%以上;根重密度随土层深度呈指数衰减关系,0～30cm土层下降幅度较大,30cm以下土层根重密度相差不大;在0～30cm土层内不同层次根量占总根量的比例在不同时期亦有差异,春秋季节10～20cm和20～30cm土层内根量比例较大,说明此时期主体根系分布在较深的土层;综合分析认为草地早熟禾草坪主要利用土壤浅层水分,在降雨较少的春秋季节,根系较深,适宜深层灌溉,在降雨频繁的夏季,根系较浅,适宜浅层灌溉。

基于BP神经网络的太湖典型农田土壤水分动态模拟

收集太湖典型农田2010年10—12月和2011年3—6月2个时间段的逐日气象资料和土壤水分资料,运用BP(back propagation)神经网络和缺省因子分析法确定影响该地区土壤水分动态的主要气象因子(降水量、蒸发量、平均气温和平均地表温度以及平均风速),以这些主要影响因子作为输入变量建立该地区土壤水分动态模拟的BP神经网络模型。利用100组实测样本对神经网络进行训练,用剩余的64组实测样本进行检验。结果表明:0～14 cm和14～33 cm土壤含水量模拟的平均相对误差(MARE)最大为0.062 9,均方根误差(RMSE)最大为1.764,不同土壤层次的训练样本和检验样本的精度(PA)都在0.87以上。因此,BP神经网络用于太湖典型农田的土壤水分动态模拟是可行的。

冬小麦田间集雨模式对土壤水分动态和水分利用效率的影响

为高效利用天然降水资源,提高自然降水水分利用效率,在山西临汾采用随机区组设计方法,研究冬小麦田间集雨模式对土壤水分动态和水分利用效率的影响。结果表明:在干旱年型条件下,覆膜集雨产流带与种植带面积比例1∶1.5模式在起身期和起身至抽穗期具有较好的贮水和供水效应,水分利用效率达12.78 kg/(mm.hm2),较对照6.95 kg/(mm.hm2)模式提高5.83 kg/(mm.hm2);覆膜集雨产流带与种植带面积比例1∶1.5、1∶2和1∶1的种植模式,均较土垄集雨产流带与种植带面积比例1∶1、1∶1.5、1∶2及对照(露地种植)显著增产且有较高的经济效益,土垄集雨的3个种植模式均较对照减产。该项研究为冬小麦抵御干旱逆境提供了理论和技术支撑。

库布齐沙漠人工梭梭林地土壤水分动态规律的研究

本文在库布齐沙漠西部，于2004年从植物萌动前的4月末开始到植物生长结束后的10月为止，对不同立地条件梭梭人工固沙林以及流动沙丘，分别进行了沙层水分的定点观测，结果表明，不同立地梭梭植物群落的土壤水分时空分布格局不同，即表层（0—10cm）土壤含水量较低，为土壤水分低值层；中层（10—115cm）土壤含水量逐渐升高，且波动剧烈，为土壤水分活跃层；下层（115cm以下）土壤含水量高，波动幅度小，为土壤水分相对稳定层。土壤含水量的季节变化可分为三个阶段，4～5月的土壤水分弱失水阶段，6～8月的土壤水分消耗阶段，9～10月的土壤水分缓慢恢复阶段。

垄作覆膜种植对夏玉米生长和土壤水分动态的影响

旨在探索垄作覆膜对夏玉米动态生长过程、作物产量和水分利用效率及土壤水分运移规律的影响。试验设置垄作覆膜(RM)和平作不覆膜(NM)处理,在试验数据分析的基础上,采用Logistic方程及其修正方程分别拟合株高和叶面积指数生长动态,结合数值模型HYDRUS-2D模拟典型降雨过程的土壤水分动态。结果表明:Logistic方程拟合下,垄作覆膜与平作未覆膜处理夏玉米株高最大增长速率及其出现时间分别为5.1,5.2cm/d和播种后39,41天(3年均值),同时垄作覆膜夏玉米叶面积指数最大增长率较平作未覆膜提高了14.6%,增长速率最大值出现时间提前了2天;垄作覆膜夏玉米穗长、穗粒数、百粒重、产量及水分利用效率较平作未覆膜分别增加了7.8%,15.4%,1.3%,6.0%和3.1%(3年均值)。HYDRUS-2D模型对典型降雨后土壤剖面水分变化的模拟结果表明,垄作覆膜能增加降雨入渗,增大0—20cm土层和0—200cm剖面平均含水量。垄作覆膜种植具有增产保墒效应,但其增产效应与生育期气象条件有关,生育季降雨过多或过少都会影响其增产效应。

黄土丘陵区沙棘灌木林地土壤水分动态研究

采用生物与工程措施相结合的方法,定位研究了沙棘林地的土壤水分变化动态。结果表明:水平阶、水平沟和鱼鳞坑整地不同立体配置模式土壤水分大幅度提高,0～2.0m沙棘与豆科牧草立体配置的土壤含水量均高于沙棘与禾本科牧草的立体配置;2.0～5.0m沙棘与禾本科牧草立体配置的土壤含水量均高于沙棘与豆科牧草的立体配置。其提高幅度为3%～5%。未采用工程整地措施的沙棘林地,在沙棘生长的第3年,土壤干层的分布深度不甚明显;从第5年土壤干层厚度逐渐加深到1.8m;第7年土壤干层厚度为2.6m;第9年土壤干层厚度为3.1m;第11年土壤干层厚度为2.6m;第13年土壤干层厚度为2.2m。

微润带埋深对温室番茄生长和土壤水分动态的影响

为探明微润灌溉对番茄生长和土壤水分的影响,设置了3种不同埋深和2种不同工作压力,研究了微润带埋设深度和压力对番茄生长、产量及水分利用效率的影响。结果表明:定植后94天,微润带压力水头为180cm、埋深为15 cm时的番茄株高分别比埋深10 cm和20 cm的处理增加9.17%和7.55%;此时番茄气孔导度最小,光合速率和水分利用效率最大,分别比埋深为10 cm和20 cm的处理增产3.24%和7.45%;不同埋深土壤含水率垂直分布随时间的变化存在差异,15 cm埋深时的土壤含水率最大。微润带埋深是影响土壤水分时空变化的主要因素;压力对土壤含水量时间变化影响不显著。

荒漠地区柽柳人工固沙林土壤水分动态研究

柽柳林地土壤剖面的含水量与裸沙地土壤含水量的变化趋势有相似性 ,表层 ( 0～ 30cm)含水量均受蒸发量和降雨量的影响变化较大 ,由于树冠的遮荫作用林地该层平均含水量高于裸沙地的含水量 ,30～ 2 0 0 cm范围内林地土壤的各测量层平均含水量较裸沙地的低 ,林地和裸沙地土壤含水量均值随深度的变化可用二次函数描述 ;降雨对每月的 0～ 2 0 0 cm的土壤贮水量没有明显的影响 ,说明降雨多数在当月就被蒸散和深层渗漏所消耗 ;发现柽柳人工固沙林能在沙土壤的 0～ 2 0 0

太行山区旱作农田土壤水分动态及水肥产量效应研究

研究明确了太行山地区自然降水与旱作农田土壤水分时空变异特征。农田水量平衡分析表明，生长季土壤储水呈现盈余，甘薯和谷子田分别盈余３０．６８ｍｍ和１２．７９ｍｍ，水分利用效率分别达２７．７２ｋｇ／（ｍｍ·ｈｍ２）和１１．３２ｋｇ／（ｍｍ·ｈｍ２），团棵～茎叶衰退薯块膨大甘薯关键需水期和拔节～抽穗开花～灌浆谷子关键需水阶段耗水分别占全生育期耗水的５４．１％和５０．７％。农田水肥耦合效应显著，依水高效施肥是充分提高该区作物产量和投肥效益的有效措施。

不同降水年型灌溉模式对苜蓿草产量及土壤水分动态的影响

在大田条件下,探讨了不同降水年型下灌溉模式对紫花苜蓿产量的影响及土壤水分动态。结果表明:在京南地区,紫花苜蓿达到高产的最佳需水量为750～800mm之间。在枯水年,前3茬苜蓿产量随降雨和灌溉量的增加而增加,第4茬则降低,采用在苜蓿返青及1、2茬苜蓿刈割后灌水且每次灌水75mm(W3)的灌溉模式有利于苜蓿高产;在丰水年,第1、2茬苜蓿产量随降雨和灌溉量的增加而增加,3、4茬则降低,采用在苜蓿返青及第1、2茬苜蓿刈割后灌水且每次灌水50mm(W2)的灌溉模式有利于苜蓿高产。枯水年4～9月土壤水分变化基本呈W型,而丰水年为V型。枯水年和丰水年雨季前土壤水分均缓慢减小,枯水年雨季后土壤水分变化平缓,而丰水年雨季后土壤水分增加明显。

科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落生长季土壤水分动态和蒸散量估算

以流动沙丘和不同恢复年限的人工和天然小叶锦鸡儿群落为研究对象,从土壤水分平衡角度对小叶锦鸡儿群落生长季土壤水分动态和蒸散量进行了研究。结果表明,与天然小叶锦鸡儿群落的土壤含水量相比,人工小叶锦鸡儿群落内土壤含水量较低,且呈现出随植被生长发育年限的增加而不断减少的趋势;从土层垂直方向看,流动沙丘土壤含水量较稳定,6年生和天然小叶锦鸡儿群落土壤含水量大致随深度的增加而逐渐增加,但11年生和22年生小叶锦鸡儿群落土壤含水量基本呈下降趋势,绝大多数土层含水量均低于1.50%,水分状况较差;在生长季,人工植被区绝大部分的降雨都通过蒸散丧失,在时间分布上,各样地蒸散量呈现单峰型曲线模式。