1981—2010年黑龙江省夏季土壤湿度演变特征

利用1981—2010年黑龙江省土壤湿度数据,以富锦县、龙江县、双城县、黑河市、海伦县和宁安县为代表站点,分析黑龙江省东、西、南、北部和中部及牡丹江半山区各区域夏季（7—8月）0—50 cm土层土壤湿度的趋势变化和干湿变化,并采用Mann-Kendall法对土壤湿度变化趋势进行显著性和突变点检验。结果表明：夏季0—50 cm土层,黑河市、海伦县和龙江县土壤湿度在30 a间均有不同程度下降,尤其是西部的龙江县土壤湿度下降剧烈;而东部富锦县、南部的双城县和牡丹江半山区的宁安县土壤湿度无明显下降趋势。Mann-Kendall检验结果：近30 a中,黑龙江省夏季0—50 cm土层北部、西部和中部的黑河市、龙江县及海伦县土壤湿度下降趋势显著,并出现了突变区域,表明黑河地区、松嫩平原的西部和北部夏季土壤湿度的干旱化趋势和程度均越来越明显。黑龙江省中西部夏季土壤湿度年际间的下降可能与气候条件及土壤理化性质的改变等因素密切相关。     

利用GLDAS资料分析黄土高原半干旱区土壤湿度对气候变化的响应

利用GLDAS资料分析了1948~2010年黄土高原半干旱区气温、降水和土壤湿度的变化趋势,并重点讨论了气温和降水对土壤湿度的影响和相对贡献。结果表明:近60 a来黄土高原半干旱区整体呈现暖干化趋势,增温速率明显高于全球平均增温速率;不同深度的土壤湿度的长期变化均呈减小趋势,且年际间变化明显。不同深度的土壤湿度和气温呈负相关关系,并随着土壤加深,两者的相关性加强;土壤湿度和降水则呈正相关关系,相关关系最大出现在表层土壤。通过分析气温和降水在不同季节对土壤湿度的相对贡献发现,春季和冬季气温对土壤湿度的相对贡献较降水显著,秋季恰好相反,夏季气温和降水对土壤湿度的相对贡献大小相当。对比不同深度层降水、气温对土壤湿度的相对贡献得出,降水对浅层土壤湿度有显著作用,而气温对深层土壤湿度的作用更明显。     

古尔班通古特沙漠地表土壤凝结水形成影响因素分析*

沙漠中水分条件是决定生态分异的关键因素,地表凝结水的产生对沙漠植物与结皮生物的水分补充有重要的作用。利用微渗计对古尔班通古特沙漠土壤表层凝结水形成特征及影响因素进行分析。研究表明沙漠土壤凝结水形成总量随着表层土壤生物演替从流沙、藻类、地衣和苔藓依次增加。分析影响凝结水形成的因素表明土壤中细粒物质以及地衣和苔藓生物相对土壤粗粒物质更有利于凝结水形成。在土壤结皮演替过程中土壤中的细粒颗粒含量增加的同时生物有机体含量也在增加,因而随着表层土壤生物演替凝结水形成量呈增加趋势。凝结水形成量与日均相对湿度、土壤湿度呈显著正相关,而与日均风速、日均温度、土壤温度呈负相关。研究说明在干旱的沙漠地带土壤凝结水是除降水以外补充表层土壤水分重要的水分来源。     

郑州市夏玉米生长季土壤水分变化特征分析

利用线性趋势估计、Mann—Kendall检验等方法对1981—2010年郑州市夏玉米生育期内土壤湿度的年际及垂直变化特征进行了分析,结果表明：近30a来郑州地区夏玉米生长季土壤水分呈显著的下降趋势,0—40cm、40—100am下降速率分别为-3．34％／10a和-5．94％／10a;0—40em在1986年形成一个突变点,40一100CIYI在1998年形成一个突变点,突变点后土壤湿度下降明显;夏玉米生育期内,土壤湿度随生育进程的推进不断增加,到乳熟期后维持在较高水平,同一生育阶段由浅及深各层土壤湿度变异系数逐步减小;各层次土壤湿度的垂直分布基本呈现上干下湿的状态,各生育阶段各层土壤湿度多表现为乳熟期的〉抽雄期的〉拔节期的〉出苗期的。     

黑龙江省封冻前土壤底墒趋势变化分析

利用黑龙江省1981-2010年的土壤湿度数据,以富锦县、龙江县、双城县、黑河市、海伦县为代表点,分析了黑龙江省东、西、南、北、中各区域封冻前(11月8日)0～30 cm土层土壤湿度的趋势变化和干湿变化,采用线性趋势、5年滑动平均和Mann-Kendall法检验变化趋势,利用Mann-Kendall和Yamamoto法对土壤湿度变化趋势进行突变点检验.结果表明:封冻前0～30 cm土层各地土壤湿度在30年间均有不同程度下降,西部龙江县下降剧烈,中部海伦县较剧烈,北部黑河市和南部双城县次之,上述代表点20 cm土层土壤湿度下降均达到了P＜0.05以内的显著水平,东部富锦县下降趋势最弱;经Mann-Kendall法检验,0～30 cm土层龙江县、海伦县土壤湿度出现了下降的突变区域,其余代表点的土壤湿度变化趋势在近几年中逐渐接近或已经超越了显著线;1994年是龙江县10 cm、20 cm土壤湿度下降的突变时期;黑龙江省各地土壤湿度的下降与封冻前一段时期内气温和降水变化密切相关,还与土壤物理性质的恶化等因素有关.     

中国华北暖季土壤湿度的变化特征

通过与土壤湿度观测资料比较验证发现,GLDAS同化数据能够较好地反映中国地区暖季土壤湿度的时空分布和变化特征,特别是在华北地区,两者显著相关。在此基础上,为研究中国区域干旱化特征,利用1948~2010年的GLDAS数据分析了中国华北地区暖季土壤湿度的周期信号和长期变化,并初步探讨了气温和降水对土壤湿度的影响。结果表明:1948~2010年华北地区暖季4个不同深度层土壤湿度的变化特征基本一致,主要存在3 a、5~7 a和15 a周期信号,其中以5~7 a周期最为显著;长期变化均呈现减小趋势,且中间2层土壤湿度的减小比表层和最深层更为迅速。不同深度的土壤湿度和降水呈正相关关系,且相关性随土壤深度的增加而逐渐减小,与气温呈负相关关系,且中间2层的相关性大于表层和最深层。     

干旱对夏玉米根冠及产量影响试验

为揭示干旱对夏玉米根冠生长及产量形成的影响,2013—2015年在山东夏津、山西运城和河北固城开展夏玉米水分胁迫控制试验,研究不同干旱条件下玉米根冠及产量的变化,厘定干旱敏感时段及临界阈值。结果表明:同一干旱程度,影响玉米地上干物重、产量的关键时段为拔节-抽雄期,抽雄期最敏感,影响根系、根冠比的关键时段为出苗-拔节期,拔节期最敏感。不同干旱程度,在快速失墒阶段,不同生育时段的地上干物重、根干重、根冠比均呈下降趋势,分别较对照减少11.7%~67.8%,35.2%~85.8%和15%~62%;干旱维持阶段与快速失墒阶段相比,地上干物重呈持续下降趋势,较对照减少24.3%~89.7%,根干重、根冠比呈上升趋势或无明显差异,分别较对照减少9.7%~80.8%,9.6%~62%。出苗-拔节期,土壤相对湿度60%~62%为玉米地上部生长及形成合理根冠比的临界阈值;出苗-七叶期,土壤相对湿度51%~60%利于根系生长。土壤相对湿度62%为影响玉米产量的临界阈值,土壤相对湿度31%~40%,出现在拔节、抽雄等敏感期,玉米减产七成以上。土壤相对湿度50%~60%持续时间少于8 d,复水后根冠可迅速恢复生长,但对产量仍有一定程度的影响,减产1.4%~6.6%。     

不同土壤水分控制对东北地区玉米农田土壤呼吸的影响

基于锦州地区土壤水分控制试验,研究不同土壤水分条件(土壤相对湿度分别为86%、96%和105%)对东北地区玉米农田土壤呼吸的影响,分析不同土壤水分条件下玉米农田土壤温度对土壤呼吸速率的影响。结果表明:2013年锦州地区玉米农田不同土壤水分控制影响土壤呼吸速率的大小,同时间不同土壤水分控制条件下玉米农田的土壤呼吸速率均随土壤相对湿度的增加而降低(土壤相对湿度86%土壤相对湿度96%土壤相对湿度105%)。锦州地区玉米农田土壤呼吸的日动态和季节动态变化趋势均不受土壤水分的影响,均呈单峰型,其中土壤呼吸速率日最大值出现在11—14时,土壤呼吸速率季最大值出现在8月。不同土壤水分控制影响玉米农田土壤呼吸对土壤温度的敏感性,土壤呼吸的日动态变化与10 cm土壤温度的日动态变化存在时间滞后性,8月和9月土壤温度最大值较土壤呼吸最大值滞后5—6 h。不同土壤水分条件下玉米农田土壤呼吸速率与10 cm、15 cm、30 cm和45 cm土壤温度均呈显著或极显著的正相关关系,其中土壤呼吸速率与45 cm土壤温度相关性最高。2013年锦州地区不同土壤相对湿度条件下(86%、96%和105%),玉米农田的土壤呼吸速率与45 cm土壤温度均呈指数函数关系,土壤相对湿度为86%、96%和105%时的土壤温度敏感性指数Q_(10)分别为1.92、2.20、1.72。     

青藏高原土壤湿度分布特征及其对长江中下游6、7月降水的影响

采用美国气候预测中心1961—2014年逐月土壤湿度资料以及国家气象信息中心降水格点数据,分析了青藏高原土壤湿度的时空分布特征,以及高原春季土壤湿度对长江中下游6、7月降水的影响。结果表明:青藏高原年和不同季节的土壤湿度空间分布特征基本一致,均呈现从东南向西北减少的趋势。区域平均的土壤湿度显示出高原土壤春季最为干燥,秋季和夏季较为湿润的分布特征;近50年来青藏高原大部的年、季节土壤湿度均呈缓慢增加趋势,年、季土壤湿度从20世纪60年代至90年代基本上呈减少趋势,21世纪00年代开始则呈缓慢增加趋势。青藏高原春季土壤湿度与长江中下游降水量基本呈负相关关系。通过信度检验的负相关区在6月位于高原东北部和西南部,7月位于高原南部,且高原西北部分区域春季土壤湿度与7月降水量存在显著正相关。高原春季土壤湿度通过对高原地表温度的作用,进而影响到高原热力特征、大气环流以及长江中下游降水的分布特征。     

干旱对玉米生长及产量影响的试验研究

干旱已成为西南地区玉米生产最主要的灾害因子,研究这一时期不同程度干旱对玉米生长发育及产量的影响,对稳定该地玉米产量具有重要意义;本研究通过人工控制土壤水分试验,模拟玉米大喇叭口期至乳熟期不同程度的干旱对贵州玉米的影响,同时对这一时期玉米生长的实际灌溉量进行了分析;大喇叭口一乳熟期干旱使得玉米植株矮化,玉米叶面积指数下降,玉米叶老化时间提前,玉米抽雄和吐丝时间推迟,玉米抽雄吐丝间隔期加长,授粉不良,最终使得玉米果穗性状恶化,造成玉米大幅减产甚至绝收,而且此时期的干旱对玉米产量的影响是不可逆转的。不同程度的干旱对玉米营养生长和生殖生长均产生不利影响,随着干旱强度的加强,玉米减产幅度也增加。     

植被地表反照率动态模拟方法比较-以玉米农田为例

利用2007年锦州玉米农田生态系统野外观测站玉米生长季辐射资料,对地表反照率综合模型、半经验双层模型和简化双层模型模拟精度进行比较。结果表明：简化双层模型在玉米生育初期模拟能力较差,其他时段模拟能力都较强,尤其在玉米生育后期更为明显;半经验双层模型除在玉米叶面积指数处于最大时期模拟误差较小外,其他时段基本无法模拟。综合模型大部分时段模拟能力都较强,仅在玉米生育后期模拟能力稍差,该模型对实现玉米农田地表反照率动态参数化更为理想,可为改进陆面过程模型提供参考。     

北方玉米冠层光合有效辐射垂直分布及影响因子分析

玉米冠层内光合有效辐射（PAR）的大小直接影响冠层内叶片的光合作用,进而影响玉米净第一性生产力或作物产量的准确评估。为弄清玉米冠层内光合有效辐射的分布规律及其影响因子,基于锦州玉米农田生态系统于2006年生育期的光合有效辐射观测数据和叶面积指数动态观测数据,对玉米冠层光合有效辐射的垂直分布特征及其影响因子进行了分析。结果表明：玉米冠层内不同垂直层次叶片的PAR分布随生育期变化显著,与叶面积指数呈显著的负相关（R2=0.89）;玉米冠层光合有效辐射的消光系数K值在生育期呈动态变化,约为0.76,且表现为苗期较大、生育后期较小。分析表明,在进行光合有效辐射及与此密切相关的光合作用模拟时,应考虑消光系数的动态变化。     

华北地区玉米田实际蒸散量的计算

以简化农田实际蒸散的计算过程为目的，利用1999年河北定兴县中国气象科学研究院农业气象试验基地的玉米田0~300 cm土壤湿度和气象要素的实测资料以及华北地区5个站1991~1995年0~50 cm土壤湿度和气象资料，探讨由简化参考蒸散模式计算玉米田实际蒸散的可能性；对比了Priestley-Taylor模式和FAO（1998）Penman-Menteith模式的计算结果，以农田试验资料为基础，采用叶面积系数和平均土壤相对湿度为因子，建立了实际蒸散的计算模式。并以华北地区8个站1999~2000年0~50 cm土壤湿度和气象资料进行验证，平均误差一般为10%~15%.     

土壤水分条件对冬小麦生长发育及产量构成影响研究

通过2011-2013年中国气象局固城生态环境与农业气象试验站冬小麦种植试验,利用冬小麦不同生育期土壤湿度、根长密度、株高、绿叶面积和产量等资料,研究不同土壤水分条件对河北固城冬小麦生长发育和产量构成的影响。结果表明：2011-2012年固城站冬小麦0-50 cm土壤相对湿度>50%为冬小麦适宜土壤湿度。2012-2013年固城站冬小麦各生育期0-80 cm土壤相对湿度<55%时,尽管80-120 cm土壤相对湿度为55%-80%,但冬小麦根系和产量构成要素均较小。冬小麦各生育期0-80 cm土壤相对湿度为55%-70%时,冬小麦根系总量最多,则冬小麦生长发育最好,产量构成要素均较好,总产量最高。冬小麦各生育期0-120 cm土壤相对湿度<55%时,冬小麦根系总量最小,且根系集中分布的深度也较浅,总产量最小。冬小麦各生育期0-120 cm土壤相对湿度>80%时,冬小麦根系总量较多,但总体产量比0-80 cm土壤相对湿度为55%-70%时低。     

华北地区不同底墒对冬小麦生长发育及产量影响的研究

1997年 9月至 1 999年 6月在中国气象局固城农业气象试验基地人工控制农田水分试验场进行了冬小麦不同底墒处理的试验 ,结果表明 :底墒显著影响冬小麦的生长发育和产量 ,对冬小麦总生物量、地上和地下生物量的影响在小麦生长后期比前期明显 ;底墒与植株高度、叶面积系数有良好的二次曲线关系 ;底墒显著影响产量构成因素 ,其与籽粒重有相当好的二次曲线关系 ,并据此确定了冬小麦播种时不同深度土层的最佳底墒 :0～ 1 m为 88% ,0～ 2 m为82 % .     

春玉米生长发育、产量和籽粒品质对减量施氮的响应

针对当前东北地区过量施氮的问题,研究减量施氮对春玉米生长发育、产量及籽粒品质的影响,对优化氮肥的科学管理技术,促进春玉米生产绿色高效发展具有重要意义。本研究以丹玉405为试验材料,通过大田播种的方式,以农民习惯性施氮量为对照,设置11.1%、55.5%和100%三个水平减量施氮试验,分析春玉米生长发育、产量和籽粒品质对减量施氮的响应机制。结果表明：玉米苗期,减氮导致生长发育指标（株高、茎粗、叶面积指数、生物量干、鲜重、叶片比重等）均减少,不利于地上部的生长和干物质向叶片分配,随着减氮量的增加,减少幅度增加。苗期以后,适量减氮促进玉米地上部的生长,株高、茎粗、叶面积指数、生物量和叶片占比等生物学性状有增加趋势。适量减氮导致果穗长、果穗粗、百粒重、理论产量、籽粒含水量和淀粉含量增加,籽粒脂肪含量减少,氨基酸和粗蛋白含量呈先增加后减少。随着减氮量的增加,果穗长、果穗粗、百粒重和理论产量增加幅度均减小,籽粒含水量和淀粉含量增加幅度增大,脂肪含量减少幅度减小。减氮11.1%时,果穗长、果穗粗和理论产量增加幅度最大,分别为1.9%、3.7%和11.5%。当施氮量为240 kg·hm^-2（减氮11.1%）时,玉米产量达到最大,为945.4 g·m^-2,籽粒脂肪含量最少,为2.4 g·100 g^-1;氨基酸含量最大,为83.9 μmol·g^-1;粗蛋白含量最高,为6.8%。研究结果可为当地的玉米生产提供更加完善的施肥管理,指导农户科学施肥。     

干旱胁迫对夏玉米叶片光合及叶绿素荧光的影响

选用华北地区大面积种植的夏玉米品种郑单958、承玉2号、鲁单981作为试验材料,通过研究干旱胁迫条件下的玉米叶片光合、叶绿素荧光等指标随着土壤水分的动态变化规律,以期为夏玉米干旱的生理生态变化监测及水分高效利用提供理论依据。研究发现,在土壤含水量70％左右时,随着土壤相对湿度的下降,上述3个夏玉米品种仍能保持其叶片水分状态。郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率在土壤水分中等条件下最大,分别为39．9、38．8、38．4μmolCO2／m^2·s;在土壤相对湿度较低时,郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率下降趋势明显（P〈0．05）。叶片水势变化规律为：在土壤相对湿度〉90％时,对水分胁迫郑单958、承玉2号不敏感,鲁单981敏感;在土壤相对湿度〈70％时,水分胁迫条件下承玉2号不敏感,而鲁单981、郑单958敏感。气孔导度（g1）变化规律：随着水分胁迫加剧,3个夏玉米品种气孔导度均下降,在土壤水分较高时,气孔导度变化规律不明显,在土壤水分较低时,气孔导度明显下降（P〈0．01）,细胞间隙CO2浓度（Ci）随土壤水分胁迫加剧而上升。上述结果表明：与叶片的光合和水分状况相比,夏玉米的气孔对土壤水分的匮缺更为敏感。     

基于Radarsat-2 SAR数据反演定西裸露地表土壤水分

利用Radarsat-2 SAR数据和定西地区野外土钻法及WET仪器观测的土壤水分数据,分析了同极化后向散射系数与不同土层深度土壤水分之间的关系,采用交叉极化(VV/VH)组合模型反演土壤水分并进行对比验证。结果表明:水平、垂直同极化后向散射系数均与10~20 cm土壤含水量相关性最好,相关系数R均为0.74;受地表粗糙度和土壤质地等影响,同极化后向散射系数与0~10 cm土壤水分相关性均较低。交叉极化组合模型的反演值与10~20 cm实测土壤水分相关性较高,R值达0.75,而与0~10 cm和20~30 cm实测值的相关性较低(R值分别为0.47和0.52),但均通过α=0.05的显著性检验;WET仪器实测0~6 cm土壤水分经校正后与反演值的相关系数为0.46(通过α=0.01的显著性检验),校正后的结果有效提高了WET仪器测量精度。交叉极化组合模型可用于裸露地表土壤水分的反演,更适用于提取10~20 cm土壤含水量信息。     

内蒙古河套灌区春玉米作物系数试验研究

作物系数曲线是估算作物生长季耗水量变化的重要参数。基于2013年4—9月内蒙古巴彦淖尔市临河区田间水分试验和1994—2013年气象站观测资料,利用水量平衡法反求春玉米作物系数,分析生长季内的变化规律, 建立动态模拟方程,并与联合国粮农组织 (FAO) 分段直线法结果进行比较, 提出胁迫条件下作物系数的叶面积修正方法。结果表明:玉米作物系数随发育进程可用三项式曲线描述,变化趋势与产量水平无关, 但随产量增高而变幅增大;以出苗后相对积温为时间变量建立模拟方程效果较好,决定系数 (R2) 均在0.92以上;模拟计算出各站点最大 (1.30~1.48) 和平均 (0.831~0.919) 作物系数,与FAO分段直线法计算的典型值和区间值基本一致,生长中期平均相对误差为3.4%~7.2%;提出利用相对叶面积指数修正作物系数的计算方法;通过2014年实例检验,土壤水分模拟值与实测值的平均相对误差为6.3%,相对误差小于15%的占95.8%。