不同质地条件下土壤表层温度与土壤蒸发量的关系研究

土壤表层温度与土壤蒸发量有着紧密联系,土壤质地对二者均有着重要影响。【目的】探究不同质地土壤表层温度变化对土壤蒸发的影响。【方法】选取2种质地原状土(粉壤土与砂土),进行配比混合,得到5种不同质地土壤。测量1次性供水与充分供水条件下不同土壤的蒸发量、土壤表层温度数据、土壤砂粒量,探究不同质地条件下土壤相对蒸发量(RE)和土壤表层相对温度差(RT)的关系。【结果】①1次供水和充分供水条件下RT随着蒸发过程的进行逐渐增大,当蒸发过程至水汽扩散阶段时,RT趋于稳定;②随着土壤砂粒量增大,蒸发至水汽扩散阶段时对应的RT逐渐减小;③土壤质地相同情况下,RT越大,其RE越小,回归建立了二者的二次函数关系;④RT相同情况下,土壤中砂粒量越高,其RE越小。【结论】土壤中砂粒量的不同,使土壤孔隙、热容量等性质产生差异,导致蒸发过程中土壤温度及蒸发量变化出现规律性特点,RE与RT呈与含砂率有关的二次函数关系。

EAR70、CLDAS和ERA-Interim表层土壤温度在中国地区的评估

本文利用2010—2015年2400多国家气象站逐小时观测数据对覆盖中国的EAR70、CLDAS和ERA-Interim 3种表层土壤温度进行了评估和对比。结果表明:空间上CLDAS表层土壤温度精度最高(平均误差为-0.5℃,均方根误差为3.0℃,相关系数为0.96),受益于CLDAS高精度的陆面初始场,EAR70平均误差得到了改善;时间上ERA-Interim再分析表层土壤温度在6:00和夏、秋季精度会明显下降,再分析表层土壤温度在数值较高时段表现出冷偏差,原因是模拟的土壤温度数值上升速度慢,对应的参数化方案有待改进。再分析表层土壤温度在东北地区冬季存在冷偏差,可能和积雪覆盖有关,陆面参数化方案也有待提高。在地形复杂的青藏高原地区,融合地面观测的CLDAS提高了大气驱动的质量进而改进了土壤的模拟。ERA-Interim分辨率较粗不适合在青藏高原或者沿海地区使用,结合了CLDAS的EAR70在青藏高原精度提高。土壤表层温度的精度随着高精度的土壤状态初始场进入模式中时间延长会显著下降。因此,CLDAS的实时同化方式,能够有效提高在分析数据的精度。

不同施肥水平对夏玉米土壤呼吸的影响研究

通过试验探究不同施肥水平下夏玉米土壤呼吸速率的变化,试验于2017年6-9月在国家节水灌溉工程技术研究中心(北京)大兴试验研究基地开展,采用密闭静态箱法监测夏玉米农田土壤呼吸,并分析了夏玉米生育期土壤呼吸速率变化特征及其对土壤表层温湿度的响应机制。结果表明夏玉米农田各施肥处理土壤呼吸速率日均变化呈先增高后降低的变化趋势,峰值大致出现在15∶00,最低值大致出现在6∶00;且增加施肥量,土壤呼吸速率也随之增加。土壤表层(0～10 cm)温度、含水率与夏玉米农田土壤呼吸速率相关性均呈极显著水平;二者分别可解释土壤呼吸速率季节变化的23.1%～69.9%与15.3%～50.8%,各施肥处理的Q_(10)值依次为1.73、2.20、2.29,随着施肥量的提高而增加;建立土壤表层温度、含水率与土壤呼吸速率的联合模拟方程有更好的模拟效果。

东亚中纬度夏季陆面增暖与土壤湿度异常的联系

利用1979—2015年ERA-Interim再分析土壤湿度、云量资料,NCEP/NCAR再分析环流资料和CPC土壤湿度资料,分析了东亚中纬度夏季陆面热力异常的时空分布特征及其与前期春季土壤湿度异常的联系,探讨了前期春季土壤湿度影响东亚中纬度夏季陆面增暖的可能途径。结果表明,东亚中纬度夏季土壤表层温度呈全区一致增暖趋势,其中贝加尔湖及以南地区温度变化最剧烈、增暖最迅速,且1990年代中期前后存在一个明显由冷向暖的年代际转变。进一步分析发现,春、夏季西西伯利亚到贝加尔湖北部地区的土壤湿度与夏季贝加尔湖及以南地区的土壤表层温度在年代际和年际尺度上均存在紧密联系:西西伯利亚到贝加尔湖北部地区土壤湿度异常偏高,通常对应贝加尔湖及南部地区夏季土壤表层温度偏高。西西伯利亚到贝加尔湖北部地区春、夏土壤湿度异常可以引起夏季大气环流异常,从而对东亚夏季中纬度陆面热力异常产生影响:春、夏土壤湿度偏高时,贝加尔湖及其南部地区上空位势高度为正异常,对应为反气旋性异常环流,云量减少,有利于东亚中纬度陆面增暖;反之,则对应为气旋性异常环流,不利于陆面增暖。

土壤水热耦合模型在三江源冻土活动层水热变化中的应用

为揭示青海三江源区水文活动规律,描述季节性冻土分布区内冻、融变化过程中土壤内部热量交换和水分迁移等物理过程,采用有限体积法离散热传导方程和非饱和土壤水运动方程并对其进行耦合求解,建立了冻土区土壤水热耦合模型。利用2005～2007年间9个测站的土壤水热观测资料,从不同角度分析了冻土活动层内的土壤水热特征,对土壤融化深度、表层土壤温度及表层土壤含水量等变化过程的模拟验证结果表明,该模型的模拟结果符合当地的水热运动规律。并定量分析检验了模型方法的有效性,揭示了三江源区的土壤水热运动规律,为该地区的生态系统服务提供了有力的支持。

不同覆膜种植对土壤水热和冬小麦产量的影响

为探索不同地膜颜色和种植方式对土壤水热及冬小麦产量的影响,设置黑、白两种地膜颜色及平作和垄作两种种植方式。通过使用TRIME-TDR及地温计对不同覆膜处理整个生育期内土壤水分和温度的监测,探究不同覆膜种植对农田土壤水热动态变化和冬小麦产量的影响。结果表明:(1)在作物越冬期—返青期,覆膜处理增温效果最为显著,较对照该时期增加了1.3℃,在作物拔节期—灌浆期,覆膜受植株茂密遮阳影响,增温效果不显著;无论是平作还是垄作,黑膜处理其表层5cm土壤温度均高于白色覆膜和对照不覆膜处理;一天内,黑、白覆膜处理表层5cm土壤温度最高值较对照分别增加4.9℃和5.7℃。(2)整个生育期,0—20cm耕层内土壤含水率变化波动最显著,起垄覆膜处理耕层土壤含水率平均较平作覆膜处理和对照处理分别提高5.04%和14.82%。在起垄覆黑膜处理作物生育期内,抽穗期0—100cm土层蓄水量处理提高最为显著,较对照增加45.2mm。(3)起垄覆黑膜增产节水效果最显著,产量较对照处理增加658.7kg/hm2;水分利用效率较对照提高16.3%。在丰水型年,由于降水充沛,不同种植方式间土壤水分利用效率差异不显著。该结果对于覆膜种植技术的改进有一定的指导意义。

基于土壤多参数监测系统的田间持水量试验研究

目前田间持水量的测定大多使用传统的人工测量方式,存在耗时长、不能实时测量等问题,为此提出一种基于土壤多参数监测系统测定田间持水量的方法。该方法以饱和土壤含水量自然蒸发为试验基础,分析不同深度的土壤水分曲线在不同阶段的变化情况,探究土壤表层相对温度差对土壤水分日丢失量的影响。结果表明:10 cm深度的土壤水分曲线Y 1在不同观测阶段递减,第15天曲线斜率变小的趋势最明显,20 cm深度的土壤水分曲线Y 2在不同观测阶段递减,在第12天曲线斜率变小的趋势较明显。由土壤体积含水量与观测天数的拟合函数检验指标知,回归模型的决定系数R 2均在0.99以上,表明不同深度的土壤体积含水量与观测天数存在一元二次函数关系。不同深度的土壤水分日丢失量在时间序列上呈现一元三次函数关系变化,而土壤表层相对温度差近似为一个常数,表明土壤水分日丢失量受土壤表层相对温度差的影响较小。使用二次回归模型计算的田间持水量误差为[0.05,0.39],具有更高精度。该方法为土壤监测设备在测定田间持水量中的应用研究提供参考。

Responses of Climatic Change on the Lagging Time about Ground Temperature Reaching the Extremum at Shallow Layers Soil in Wuli

The air temperature of Wuli,which is located in seasonal frozen ground zone,is rising by 13 ℃ yearly.This paper discusses the days that each ground layers' temperature lags behind the surface temperature in reaching extremum.The results were shown:The time of each ground layers' lagging days was increasing;the lagging day in warm season was longer than that in cold season;the growth rate of lagging days in warm season was 0.5 d/y,while the growth rate of lagging days in cold season was 0.7 d/y.