黄土高原南北样带不同土层土壤水分变异与模拟

为掌握黄土高原区域尺度土壤水分的时空分异特征及其影响因素,在黄土高原布设一条南北方向样带（N=86）,动态监测0~5 m剖面土壤含水率。采用经典统计学方法分析了土壤蓄水量的分布规律、变异特征及影响因素。结果表明:不同土层土壤水分均呈中等程度变异,并由南向北递减,样带0~5 m剖面平均土壤蓄水量为735 mm;随着土层深度的增加,土壤水分在空间上的变异增强,而在时间上的变异减弱,表明深层土壤水分具有较强的时间稳定性特征。干燥度、黏粒、归一化植被指数和坡度是影响区域土壤水分空间分布的主要因素,可作为一定置信水平上预测区域土壤水分空间分布状况的预测变量。     

贵州喀斯特区域土壤水分时空分布特征

基于贵州喀斯特区域2011-2015年53个自动土壤水分观测站0~100 cm的逐日土壤水分、降水、气温资料,分析了不同农业气候区土壤水分时空分布特征、变异系数以及土层之间的相关关系。得出以下主要结论:（1）各区土壤水分的范围总体相差较小,据 0~100 cm层土壤水分相对小值区的分布形态,可分为持续性土壤干旱区、季节性土壤干旱区、土壤湿润区。（2）依据各区土壤水分的变异系数相对大值区的时空分布形态类似可分为变异一致区、季节变异区及持续变异区。（3）通过10~50 cm对其下层土壤水分的关系研究发现,温暖湿润区、温和湿润区、高寒区研究土层（10~50 cm）与其下层（20~90 cm）土壤水分相关系数均>0.60,其余各区土层只与其下20~40 cm土层相关系数较大,而对其下更深土层相关系数较小;从滑动日数来看,各区10~50 cm土层与其下10~20 cm、30~50 cm、60~100 cm层最大相关系数的滑动日数随深度的增加而增加,分别为3~10日、10~20日、20~30日。（4）通过对比各区土壤水分与其变异系数分布特征发现,土壤水分的低值区发生的层次及时间与变异系数大值区基本相对应,土壤水分的变化除与降水、气温直接关系外,还可能与土质及环境等其他要素有关。      

古尔班通古特沙漠蚀余沙丘的发现及其意义

我国贺兰山以东的沙漠多以流动沙丘为主,但新疆北部准噶尔盆地在年降水量不足150ｍｍ的古尔班通古特沙漠则以固定、半固定沙丘为主。因而研究这一沙漠的“准稳定态”,对我国沙漠理论的研究和风沙灾害治理、土地沙漠化防治均有重要意义。     

古尔班通古特沙漠南部沙垄水分动态--兼论积雪融化和冻土变化对沙丘水分分异作用

2004年3月至2005年7月对古尔班通古特沙漠南部典型半固定沙垄土壤水分进行了系统监测,结合气象资料,特别是对冬季积雪和冻土资料的分析,认为该沙漠沙丘土壤水分时空变化规律在很大程度上受积雪融化和季节性冻土的影响.由于冬季稳定存在20~30 cm的积雪于春季融化,使得春季沙丘土壤含水率成为全年最高的季节,从而为早春植物的萌发生长创造了有利的条件.冬季1 m多深的冻土于早春时节由表及里开始消融,沙丘表面融化的雪水在坡面重力作用下,沿难以透水的冻土层上界自坡上向坡下发生迁移,在春夏季形成了垄间最高、坡部次之和垄顶最少的土壤水分空间格局.该研究具有生态学意义,可为古尔班通古特沙漠特殊环境条件下植被恢复与重建提供依据.     

彭州市水田土壤有机质近25年时空变异特征

采用地统计学与GIS相结合的方法,分析了彭州市1982年至2007年25年间水田土壤有机质含量的时空变异特征。研究表明,彭州市水田土壤有机质含量总体明显提高,平均含量从25.65g/kg变为33.04g/kg,等级由Ⅲ级变为Ⅱ级含量;就空间分布上分析,水田土壤有机质分布格局发生明显的改变,其含量的相对高值区从东南转向了中部,相对低值区从东北转向了西南,水田土壤有机质含量增加区域占94.2%,而减少区域占5.8%。     

黄土区切沟对不同植被下土壤水分时空变异的影响

为掌握切沟对土壤水分时空变异的影响,选取水蚀风蚀交错区两个典型切沟样点为研究对象。采用时间序列分析和经典统计学方法,从土壤水分时间变化特征和空间分布格局两方面探讨。结果表明:距沟道不同距离下土壤储水量差异明显。300 cm处样点可作为测定尺度下土壤储水量平均值。土壤水分在垂直方向上的变异受植被特征影响,沟道影响较小。坡面土壤储水量的空间分布呈现不同的分布格局。坡顶风速大,土壤水分蒸发快,坡中处土壤储水量最高,为949.9 mm,距切沟越近土壤水分快速散失,坡下土壤水分接近4%,亏缺严重。杏树地土壤储水量远高于柠条地,柠条地土壤储水量分布较为单一。土壤蒸发、植被、沟道等因素使得坡面土壤水分分布更加复杂。     

亚洲中部干旱区积雪时空变异遥感分析

亚洲中部干旱区的大尺度遥感积雪信息研究,可在跨界河流水资源分配利用方面提供数据支持,对国家重大战略的生态安全保障有重要作用。采用数据融合方法,将MOD10A2和MYD10A2数据进行融合去云处理,结合气象站点积雪数据评估去云后的积雪识别精度;提取积雪覆盖率(SCP)与积雪日数(SCD)信息,分析SCP与SCD年际、年内变化差异;结合数字高程模型,分析不同高程带下SCP的时空变化规律。结果表明:(1)MOD10A2与MYD10A2融合去云处理,可有效去除云的干扰,准确提取亚洲中部干旱区积雪变化信息。(2)年内SCP最大值范围为55.7%~77.4%,最小值范围为1.6%~2.9%,融雪期SCP下降速率具有明显地域差异,总体SCP呈缓慢增加趋势。(3)总体SCD呈略微下降趋势,32.2%的区域呈下降趋势,30.9%的区域呈增加趋势,36.9%的区域保持稳定不变。(4)海拔1 000 m以下,SCP年内随季节变化呈U型,年际变化显著;1 000~4 000 m区域,SCP年内均随季节的变化呈现出V型,年际变化呈现出稳定性波动;6 000 m以上为永久性积雪,季节、时空变化差异性均不明显。     

北京城区24年来土壤Hg元素时空变异特征

采用地统计学和GIS相结合的方法,研究了北京城区24年来2个阶段(1987—2005年,2005—2011年)土壤汞含量的时空变化特征。结果表明,随着能源消费结构的变化,研究区不同时期土壤汞含量发生了明显的变化,随着时间的推移呈现下降的趋势。1987—2005年,由于工厂搬迁、煤改气等措施的大力实施,土壤汞含量呈现明显的下降,从1.291μg/g减少到0.556μg/g。而2005—2011年,土壤汞含量变化并不显著,从0.556μg/g减少到0.490μg/g。空间上,从1987年至今,研究区二环内土壤汞含量高值区的范围在不断缩小。从1987年到2005年,二环内土壤汞贫化明显,土壤Hg含量下降了1μg/g以上,Ⅲ级和超Ⅲ级区域面积从142.22 km2,经过18年后减小到53.59 km2。相对于2005年,2011年研究区只有二环内中北部和西南三环区域土壤汞贫化相对较明显,土壤Hg含量下降了0.3μg/g以上,Ⅲ级和超Ⅲ级区域面积经过6年后减小到40.51 km2。     

青藏高原坡面冻土土壤水分空间变异特性

为深入揭示坡面冻土水分运移规律及其主要影响因子,以青藏高原巴颜喀拉山北坡为例,结合冻融变化过程,研究不同地形条件冻土土壤水分空间变异特征,利用分类回归树模型（CART）和典范对应分析（CCA）识别影响坡面冻土土壤水分空间异质性的主控因子及其相互作用关系。研究结果表明:①受坡面地形与冻融过程影响,冻结期坡面冻土土壤水分侧向流动减弱,以垂直迁移为主,上坡位含量高于下坡位,反之,融化期上坡位含量则低于下坡位。②影响坡面冻土土壤水分的主要环境因子为高程、土壤质地、土壤温度和植被覆盖度,但在不同冻融阶段下其影响因子存在差异,在冻结状态下主要因子为高程、土壤质地和土壤温度,其相对贡献率分别达到19.97%、19.45%和9.56%;在融化阶段下主要因子为高程、植被覆盖度和土壤质地,其相对贡献率分别为37.4%、14.9%和10.7%。③ 0~20 cm浅层深度上影响坡面冻土土壤水分的主要因素为坡度、高程和植被覆盖度,其相关系数分别高达0.941 2、0.903 9和0.563 1;中下层深度上其主要影响因素较为复杂。     

高寒草甸土壤水分的影响因子及其空间变异研究

以黄河源区典型高寒草甸草地类型为对象,运用旋转主成分分析法对影响高寒草甸土壤水分的植被盖度、群落高度、土层根系深度、草地类型等9个环境因子进行了分析,将这些环境因子分为4个主成分因子依次为:立地与草地类型因子、植被因子、坡向风速因子和地形因子.同时,采用统计方法对于不同深度土壤水分进行了统计分析,揭示了土壤水分在整个土壤剖面上的空间变异可划分为:速变层(0~30 cm)、活跃层(40 cm)、次活跃层(50 cm)和相对稳定层(60 cm).     

The variation of morphological features and mineralogical components of biological soil crusts in the Gurbantunggut Desert of Northwestern China

Increasingly complex life forms were found in older biological soil crusts in the Gurbantaunggut Desert in Northwestern China. These crusts may play a critical role in mineral erosion and desert soil formation by modifying the weathering environment and ultimately affecting mineralogical variance. To test this hypothesis, variations in the morphological features and mineralogical components of successional biological soil crusts at 1 cm were studied by optical microscopy, SEM and grain size analysis. Concentrations of erosion-resistant minerals decreased with crust succession, while minerals susceptible to weathering increased with crust development. Neogenetic minerals were found in late stage crusts, but not in early stage crusts. Silt and clay concentrations were highest in early formation crusts and soil mean particle size decreased with crust succession. Cyanobacteria, lichen and moss were shown to erode and etch rocks, and secondary minerals produced by weathering were localized with the living organisms. Thus, more developed crusts appeared to contribute to greater mineral weathering and may be a major cause of mineralogical variance seen in the Gurbantunggut Desert. The greater activity and complexity of older crusts, as well as their improved moisture condition may function to accelerate mineral weathering. Therefore, protection and recovery of biological crusts is vital for desert soil formation.     

藏北高原土壤湿度时空变化分析

使用2009年DOY (Day of Year) 145~288时段与2001~2010年夏季(DOY 161~240时段)的Terra/MODIS 16 d合成的植被指数产品数据MOD13 A2和8 d合成的地表温度(Land Surface Temperature,T_LS)产品数据MOD11 A2,构建T_LS~I_EV(Enhanced Vegetation Index,I_EV)特征空间,从而得到了条件温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Drought Index,I_TVD)反映的藏北土壤湿度空间分布。对藏北高原2009年植被生长季内土壤湿度的季节性变化及2001~2010年夏季土壤湿度的年际变化特征进行分析,研究结论表明:随着植被盖度的增大,干、湿边斜率逐渐变小,植被对环境温度的变化具有缓冲效应;藏北高原土壤湿度的季节性变化明显,主要受温度、降水、植被覆盖和冻土过程等季节性变化的影响;近10年研究区内土壤湿度有轻微的旱化趋势,但不同气候区内的年际变化表现不一致;气温表现不同程度的显著升温趋势,部分站点的降水有不显著减少趋势,其它站点降水表现为年际波动,而区域统计的I_TVD值年际波动与站点气温的变化大体一致。     

黄土高原退耕坡地土壤水分空间变异性研究

以神木生态观测站为例,利用经典统计学方法对黄土高原退耕坡地土壤水分在空间三维不同方向和不同位置的空间变异性进行了研究,并对空间变异的尺度和时间依赖性等问题进行了探讨,以便为坡地水分管理和植被恢复提供参考。研究结果表明土壤水分在垂直方向和水平方向(垂直于坡长方向)的平均变异程度为弱变异;而在东西方向(坡长方向)、二维平面和三维空间上为中等变异性;土壤水分沿坡长方向从坡顶到坡脚表现出先减小后增大的趋势,且在各坡位变异程度不一,呈现出变异程度为坡上>坡中>坡下的趋势;土壤水分沿南北方向表现为阴坡>山脊>阳坡的明显趋势,其变异程度为阳坡>阴坡;在40~200 cm土层深度内,土壤水分在垂直方向表现出先减小后增大的趋势,且在各土层的变异程度与各层平均土壤水分成明显的正相关。     

西藏参考作物蒸发蒸腾量的时空变异规律

根据西藏高原区38个气象站点自建站到2006年的逐日气象观测资料,利用FAO-56标准Penman-Monteith公式计算各站逐日参考作物蒸发蒸腾量(ET₀)。重点分析了7个站点逐日、逐月ET₀年内变化规律,采用Mann-Kendall法对其月际和年际ET₀进行趋势检验;利用Kriging插值及Surfer8.0空间分析功能,得到西藏高原区年ET₀均值的等值线图,分析了全区年ET₀均值的空间分布特征。结果表明:昌都、林芝和那曲的逐日ET₀在年内变化曲线基本一致,呈现单峰抛物线形状,拉萨、泽当和日喀则的逐日ET₀年内变化趋势基本一致,6～9月变化曲线呈现较快的下降趋势,狮泉河的ET₀呈现单独变化趋势;所有站点的逐月ET₀年内变化规律与逐日ET₀相同,最大值均出现在6月份,最小值出现在12月份;日喀则各月及干湿季ET₀的Mann-Kendall检验大多呈现显著的降低趋势,其次是泽当,呈现增加趋势较多的是林芝;全系列年ET₀均值Mann-Kendall检验呈现降低趋势的站点偏多;西藏高原区年ET₀均值具有东部和中南部高,东北部和东南缘低的空间分布规律。     

古尔班通古特沙漠与绿洲交错带土地利用变化对土壤特性的影响

对比研究了古尔班通古特沙漠与绿洲交错带8种土地利用类型的土壤特性变化. 结果表明: 不同土地利用类型的土壤粉砂含量差异性显著(P<0.05). 人类活动干扰的时间越长、 强度越大, 粉砂和极细砂含量越高, 而细砂反之. 在人类活动干扰前期(≤5 a), 土壤养分与干扰时间成反比, 而后(＞5 a)与时间成正比. 不同土地利用类型的土壤养分分为4个等级: 1级为盐碱地, 为最高等级; 2级为生态防护林地、 荒草地和天然灌木林地; 3级为10 a农田地、 5 a菜园地和3 a农田地; 4级为5 a农田地, 为最低等级. 人类活动使得土壤盐分由原来的(盐碱土)上层高、 下层低转为上层低、 下层高. 而且盐分与干扰时间成反比. 土地利用变化的过程中, 土壤盐分与Cl^-、 SO₄^2-、 Ca²⁺、 Mg²⁺、 K⁺和Na⁺离子均成正比, 而与HCO₃^-离子成反比. 5 a农田地土壤退化指数(-30.58%)最高, 是其他土地利用类型的1.5~3.9倍.     

Temporal variation of soil seed banks in two different dune systems in northeastern Inner Mongolia,China

To assess the potential contribution of soil seed banks to seedling recruitment, and to the vegetative processes of dune systems in semi-arid areas, a comparison of temporal variation in soil seed bank was made between active and stabilized dune systems in northeastern Inner Mongolia, China. The results showed that between-year difference in seed density for the stabilized system was smaller than that for the active one, but there were similar variations with season in seed bank for both dune systems. Furthermore, seed densities of the dominant species on the respective dune type (i.e., annuals on the stabilized dune and psammophytes on the active dune) varied more sharply with season, but more gently in annual variation than those of other phytogroups. These findings suggest that (1) seeds of annuals in the soil of the stabilized dune, or seeds of psammophytes in the soil of the active dune contributed much to seedling recruitment or plant species colonization, (2) the relationship between soil seed bank and seedling recruitment was complex in both dune systems.     

珠江三角洲经济区土壤碳储量及有机碳时空变化规律研究

土壤碳库是陆地碳库生态系统的主体,在全球碳平衡中具有重要的作用。通过开展珠江三角洲经济区多目标区域地球化学调查,获得了土壤全碳及有机碳数据,采用"单位土壤碳量"方法计算土壤碳储量,显示珠江三角洲经济区土壤有机碳总体分布:表层(0～0.2 m)土壤有机碳为9.71×107 t,碳密度为2271.34 t/km2;中层(0～1.0 m)土壤有机碳为3.71×108 t,碳密度为8666.05 t/km2;深层(0～1.8m)土壤有机碳为5.87×108 t,碳密度为13722.73 t/km2。对比其他地区,珠江三角洲土壤碳密度处于较低水平。分析了土壤、土地利用、地貌类型与成土母质对区域土壤碳库的影响程度,不同土壤单元有机碳储量分布特征。与第二次土壤普查比较,20年期间珠江三角洲表层土壤有机碳总体减少0.22×108 t,损失幅度达19.20%,仅惠州等地区有所增加。不同生态系统土壤有机碳减少程度不同。     

古尔班通古特沙漠及周边区域冬季大气边界层高度对地表积雪的响应

古尔班通古特沙漠是中国唯一冬季存在长期积雪的沙漠,在此特殊地理环境下,沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征和相互关系尚未明确。本文利用1980—2019年SMMR（Scanning Multichannel Microwave Radiometer）、SSM/I（Special Sensor Microwave/Imager）、SSMI/S（Special Sensor Microwave Imager/Sounder）被动微波遥感雪深数据、古尔班通古特沙漠腹地雪深观测数据和ERA5再分析资料（the Fifth Generation ECMWF Reanalysis）边界层高度数据,分析了沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征与相互关系。结果表明：古尔班通古特沙漠及周边区域冬季雪深年均值为8.45 cm,整体呈现东北部和南部积雪较深,其他区域积雪较浅并呈现出由沙漠中心区域向四周逐渐减少的特点,雪深在古尔班通古特沙漠及其东北、南边的邻近区域呈升高趋势,剩余地区呈下降趋势。古尔班通古特沙漠及周边区域冬季边界层高度年均值为105.54 m,呈现东南部和西北部高,中心沙漠区域、东北部、西南部较低的特点,边界层高度在沙漠及周边区域升高而其他区域降低。古尔班通古特沙漠的冬季雪深和大气边界层高度时空变化整体呈负相关,其中93.17%以上的沙漠区域呈负相关,平均相关系数为-0.32,最大相关系数绝对值为-0.58,空间相关系数为-0.42（P<0.05）。     

小秦岭金矿带农田土壤重金属的时空变异趋势及其意义

研究农田土壤重金属累积的时空变异特征及定量化预测变异趋势,是探讨土壤重金属地球化学累积效应及预警方法的关键。收集整理小秦岭金矿区以往调研资料和陆续的动态监测数据,对比分析了近28年来研究区农田土壤重金属特征污染物Hg、Pb、Cd、Cu的时空变异特征和扩散速率,并利用年均增长量和总变化率2个参数,定量计算了研究区土壤Hg、Pb、Cd、Cu的累积速率,探讨其环境意义。分析表明,1985年至今研究区农田土壤重金属Hg、Pb、Cd含量平均值持续增长,Cu有所波动,但总体也呈增长趋势。在区域分布上,Hg、Pb、Cd基本以双桥河流域为浓集中心,随着时间的推移,污染范围均逐渐扩大,且向下游有加重的趋势,Cu和Pb的污染范围虽然也在扩大,但极重污染区正在减小甚至消失。     

小秦岭金矿带农田土壤重金属的时空变异趋势及其意义

研究农田土壤重金属累积的时空变异特征及定量化预测变异趋势,是探讨土壤重金属地球化学累积效应及预警方法的关键。收集整理小秦岭金矿区以往调研资料和陆续的动态监测数据,对比分析了近28年来研究区农田土壤重金属特征污染物Hg、Pb、Cd、Cu的时空变异特征和扩散速率,并利用年均增长量和总变化率2个参数,定量计算了研究区土壤Hg、Pb、Cd、Cu的累积速率,探讨其环境意义。分析表明,1985年至今研究区农田土壤重金属Hg、Pb、Cd含量平均值持续增长,Cu有所波动,但总体也呈增长趋势。在区域分布上,Hg、Pb、Cd基本以双桥河流域为浓集中心,随着时间的推移,污染范围均逐渐扩大,且向下游有加重的趋势,Cu和Pb的污染范围虽然也在扩大,但极重污染区正在减小甚至消失。