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坡耕地整地下农田土壤水分与团粒特征互作关系
1
作者 张详曙 陈晓冰 +4 位作者 倪晓庆 刘雍鑫 义轩 许昊 杨婷 《农业工程学报》 北大核心 2025年第2期163-174,共12页
土壤团粒是形成土壤结构的基础,从土壤微观角度深入分析土壤团粒与土壤水分之间的作用关系,可为进一步阐明丘陵山区坡耕地整地后土壤结构如何调控田间水肥利用提供理论支撑。该研究将染色示踪试验和扫描电镜试验相结合,利用图像解析、... 土壤团粒是形成土壤结构的基础,从土壤微观角度深入分析土壤团粒与土壤水分之间的作用关系,可为进一步阐明丘陵山区坡耕地整地后土壤结构如何调控田间水肥利用提供理论支撑。该研究将染色示踪试验和扫描电镜试验相结合,利用图像解析、统计分析等方法,探究水平、反坡2种典型整地措施(坡耕地为对照)下田间土壤团粒特征与土壤水分状况之间的互作影响。结果表明:在相同外部供水条件下,整地使田间土壤水分集中分布在0~10 cm土壤浅层空间内,显著小于坡耕地田间土壤水分分布范围,水平和反坡整地后形成的田间土壤水分运动变化程度相比坡耕地分别提高11.09%和7.14%。水平和反坡整地后的土壤团粒相较于坡耕地(平均分形维数为1.19)空间分布均匀程度更高(平均分形维数分别为1.16和1.18),整地使土壤团粒中孔隙大小组成的差异性分别降低5.81%(水平)和10.10%(反坡),且水平台田间土壤团粒中孔隙空间分布方向更复杂(概率熵为0.957 8)。水平台土壤团粒特征中的空间分布均匀化程度对其田间土壤水分空间分布和运动的影响程度最大(关联度为0.812),而反坡台和原状坡耕地的土壤团粒大小组成对土壤水分空间分布和运动的影响程度最大(关联度分别为0.708和0.698)。整地措施显著改变坡耕地土壤团粒状况,进而影响田间土壤水分。因此,针对丘陵山区坡耕地选择适宜的整地措施,一定程度上可以有效改善田间土壤结构,进而调控土壤水分状况,促进农业生产。 展开更多
关键词 水平整地 反坡整地 土壤团粒结构 土壤水分分布 土壤水分运动
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宁南黄土丘陵区人工柠条林与苜蓿地土壤水分特征
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作者 任鸿武 汪星 +4 位作者 吕雯 滕远 杨赵昱 侯嘉娜 马维薇 《水土保持研究》 北大核心 2025年第2期158-166,177,共10页
[目的]探究柠条与苜蓿土壤水分特征,阐明宁南山区人工植被对土壤水分的影响,进而为生态环境高质量发展提供科学依据。[方法]采用土壤水分自动监测系统对宁夏固原彭阳县人工种植柠条林地(20 a)与紫花苜蓿地(18 a)0—200 cm土层生长季土... [目的]探究柠条与苜蓿土壤水分特征,阐明宁南山区人工植被对土壤水分的影响,进而为生态环境高质量发展提供科学依据。[方法]采用土壤水分自动监测系统对宁夏固原彭阳县人工种植柠条林地(20 a)与紫花苜蓿地(18 a)0—200 cm土层生长季土壤水分进行了长期定位监测。[结果](1)人工柠条林地与苜蓿地土壤含水量差异显著(p<0.05),0—200 cm土层柠条林地土壤含水量平均值大于苜蓿地,苜蓿地土壤含水量下降幅度大于柠条林地;(2)柠条林地0—200 cm土层土壤含水量先增大后减小再增大,苜蓿地整体呈现“S”形;(3)人工柠条林地与苜蓿地分别在60—200 cm土层和40—200 cm土层土壤水分垂直变异系数趋于稳定,柠条林地在30—40 cm土层土壤水分变异系数大于苜蓿地;(4)人工柠条林地0—200 cm土层平均土壤储水量较苜蓿地显著提高(p<0.05),5月7日—6月7日和6月26日—7月9日人工柠条林地平均土壤储水量高于苜蓿地;(5)人工柠条林地与苜蓿地0—200 cm土层土壤含水量对降雨的响应最深层为人工柠条林地40 cm土层、苜蓿地30 cm土层,人工柠条林地0—30 cm土层土壤含水量对降雨的响应速度大于苜蓿地。[结论]苜蓿地0—200 cm土层平均土壤含水量相较于人工柠条林地较低,且40—200 cm土层土壤含水量受降水补给有限,易造成水分亏缺。 展开更多
关键词 土壤水分 柠条苜蓿 土壤水分入渗 土壤储水变化量
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宁夏黄土丘陵区不同时间尺度山杏林土壤水分动态及影响因素
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作者 韩新生 许浩 +1 位作者 刘广全 曹扬 《水土保持学报》 北大核心 2025年第4期48-59,共12页
[目的]明确不同水文年和时间尺度气象因子对土壤水分的影响,为气候变化背景下水土资源综合管理提供科学依据。[方法]以宁夏南部半干旱黄土丘陵区山杏人工林为研究对象,于2018—2023年生长季,利用智墒传感器连续监测土层深度为100 cm的... [目的]明确不同水文年和时间尺度气象因子对土壤水分的影响,为气候变化背景下水土资源综合管理提供科学依据。[方法]以宁夏南部半干旱黄土丘陵区山杏人工林为研究对象,于2018—2023年生长季,利用智墒传感器连续监测土层深度为100 cm的水分特征,分析土壤水分对降水量、气温、太阳辐射、相对湿度等气象因子的响应特征。[结果]丰水年、平水年、枯水年生长季平均降水量分别为597.7、428.5、298.1 mm,生长季0~100 cm土层土壤水分体积分数分别为19.69%、16.67%、11.88%。土壤水分月变化在丰水年呈先升后降趋势,平水年和枯水年呈先降后升趋势;土壤水分日变化在丰水年、平水年、枯水年分别呈波浪状、“u”形、“w”形。不同水文年土壤水分的季节变化格局均为相对稳定期(4—5月)和频繁波动期(6—10月)。土壤水分的垂直空间格局整体来看,从丰水年到枯水年,速变层深度逐渐加长,活跃层先增后减,次活跃层逐渐减短,相对稳定层逐渐显现;从丰水年到枯水年,土壤水分与气温的相关性逐渐增强,与太阳辐射、潜在蒸散的相关性先升后降,与相对湿度的相关性由正转负,与饱和水汽压的相关性逐渐减弱;气象因子对土壤水分变化的解释率逐渐升高,分别为29.2%、44.8%、61.5%。在日、月、生长季尺度,降水量对土壤水分变化的作用逐渐增强,逐步回归分析进入的气象因子逐渐减少,对土壤水分变化的解释率逐渐增大。[结论]不同水文年、时间尺度、土层土壤水分动态及影响因素均存在差异,枯水年土壤水分下降明显,今后人工林恢复及经营时,应兼顾考虑树种的抗旱特性及对环境要素的适应性。 展开更多
关键词 土壤水分 时间尺度 降水年型 山杏林 黄土丘陵区
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基于长时间序列遥感监测的库布齐沙漠向日葵土壤水分及生长情况探究
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作者 佟长福 侯洪飞 +2 位作者 郑和祥 王莹 赵颖 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第6期157-165,172,共10页
库布齐沙漠为我国第七大沙漠,面临着农业干旱和盐碱地频发的严峻挑战,主要原因为地下水资源的过度开发利用,进一步加剧了土壤盐碱化的严重性。因此,研究选取内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗作为研究区域,旨在构建一个用于监测区域性土壤水... 库布齐沙漠为我国第七大沙漠,面临着农业干旱和盐碱地频发的严峻挑战,主要原因为地下水资源的过度开发利用,进一步加剧了土壤盐碱化的严重性。因此,研究选取内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗作为研究区域,旨在构建一个用于监测区域性土壤水分(Soil Moisture Content,SMC)和向日葵生长情况的时间序列监测系统。研究基于长时间序列的Landsat 8、MODIS以及无人机航拍数据,综合多种植被指数对向日葵生长状况进行全面分析,同时应用多种干旱指数对区域性向日葵土壤水分信息进行反演。研究结果表明:①VSWI(植被水分胁迫指数)在捕捉SMC动态方面具有较高精度(r>0.65);②干旱指数在捕捉向日葵SMC动态时,其性能会受到变量特征、温度和作物覆盖度等因素的影响,导致VSWI、TCI(温度状况指数)、VCI(植被状况指数)、VHI(植被健康指数)和TVDI(温度-植被干旱指数)的性能下降;③VSWI结合NDRE(归一化差异红边指数)和GNDVI(绿色归一化差异植被指数)能够实时监测作物的需水情况和营养状况。本研究提出的工具能够精准提取向日葵的生长状态及土壤水分信息,为干旱和半干旱地区的水资源管理和农作物的优化灌溉提供了科学支持。 展开更多
关键词 库布齐沙漠 遥感反演 土壤水分 向日葵
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贺兰山东麓绿洲多层次土壤水分亏缺及其影响因素的时空分析 被引量：1
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作者 侯迎 刘雯惠 +3 位作者 褚阳 马小娟 姚诗雨 倪同欣 《干旱区地理》 北大核心 2025年第4期649-660,共12页
在被誉为“塞上江南”的贺兰山东麓绿洲,土壤水分是影响生态保护和社会经济高质量发展的重要限制因素。基于10层土壤水分数据(0~100 cm),利用时空趋势分析、偏回归分析等方法,对贺兰山东麓绿洲土壤水分亏缺的时空分布、演变特征及其影... 在被誉为“塞上江南”的贺兰山东麓绿洲,土壤水分是影响生态保护和社会经济高质量发展的重要限制因素。基于10层土壤水分数据(0~100 cm),利用时空趋势分析、偏回归分析等方法,对贺兰山东麓绿洲土壤水分亏缺的时空分布、演变特征及其影响因素进行多维分析,有助于深入理解该区不同深度土层水分变化的关联性及交互影响。结果表明:近20 a该区各层土壤水分的亏缺程度呈加剧趋势。随着土层深度增加,北部和南部绿洲各层土壤水分分别呈现亏→盈→亏→盈→亏和亏→盈→亏的多维空间分布特征,以及湿润化→干旱化→湿润化和湿润化→干旱化的多维时空演变趋势;降水量(PRE)和大气饱和水汽压差(VPD)对各层土壤水分的影响逐渐减弱,气温(TMP)的影响先增强后减弱,归一化植被指数(NDVI)的影响逐渐增强。综合而言,该区不同深度土层水分及其影响因素呈现规律性、多维时空变化特征,0~10 cm土层水分受PRE强烈的正向影响,10~30 cm和30~100 cm土层水分分别受TMP和NDVI较强的负向影响。 展开更多
关键词 标准化土壤水分指数 土壤水分亏缺 时空变化 多维结构 贺兰山东麓绿洲
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民勤2种梭梭林地幼苗更新对土壤水分与养分的响应
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作者 王方琳 刘有军 +2 位作者 柴成武 段文倩 杜娟 《防护林科技》 2025年第4期8-12,29,共6页
以民勤绿洲边缘天然梭梭林地和人工梭梭林地为研究对象,采用样带法调查2种梭梭林地的更新苗数量,同时采集样方内0~90 cm土层的土壤样品,比较分析土壤水分、电导率、土壤有机质、全氮(N)、速效磷(P)变化特征及相关性,探讨2种梭梭林地幼... 以民勤绿洲边缘天然梭梭林地和人工梭梭林地为研究对象,采用样带法调查2种梭梭林地的更新苗数量,同时采集样方内0~90 cm土层的土壤样品,比较分析土壤水分、电导率、土壤有机质、全氮(N)、速效磷(P)变化特征及相关性,探讨2种梭梭林地幼苗更新与土壤因子之间的关系。结果表明:1)良好的土壤水分有利于梭梭幼苗的更新,天然梭梭林地幼苗更新数量显著大于人工梭梭林地,林地土壤电导率、土壤pH也对梭梭幼苗更新有影响;2)梭梭更新苗根系主要生长在0~30 cm深的土壤层中,对养分的利用与消耗均较小,土壤有机质、全N、速效P对天然梭梭和人工梭梭幼苗更新的影响较小。良好的水分条件是梭梭更新的先决条件,浅层土壤盐分质量分数过高也不利于梭梭幼苗的更新,幼苗更新阶段受土壤养分的影响较小。 展开更多
关键词 梭梭 幼苗更新 土壤水分 土壤养分
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基于时空融合模型和TVDI的土壤水分监测方法研究
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作者 赵军 刘坚 +2 位作者 胡飞鹏 托瑞 孙紫云 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期112-118,共7页
目的针对以往利用温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)监测土壤水分时多采用MODIS或Landsat TIRS/TIRS-2等单一遥感数据,导致在时空分辨率方面存在数据缺陷问题,方法提出一种基于多源遥感数据时空融合模型(spa... 目的针对以往利用温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)监测土壤水分时多采用MODIS或Landsat TIRS/TIRS-2等单一遥感数据,导致在时空分辨率方面存在数据缺陷问题,方法提出一种基于多源遥感数据时空融合模型(spatiotemporal image-fusion model,STI-FM)和TVDI的土壤水分监测方法,探究该方法的土壤水分监测效果和STI-FM融合多源遥感地表温度在试验区的适用性。结果结果表明:(1)STI-FM融合MODIS或Landsat TIRS/TIRS-2的地表温度数据质量较好;运用STI-FM推测的地表温度数据与遥感监测的地表温度数据具有较强的相关性,得到R2为0.89,均方根误差(root mean squared error,RMSE)为2.85 K,即STI-FM适用于本文试验区。(2)与传统TVDI相比,利用STI-FM改进地表温度数据并结合优选植被指数的TVDI对试验区土壤水分监测精度提高效果更显著,与原始NDVI-LST特征空间计算的TVDI相比,6,7月份TVDI与土壤水分的相关系数分别提高了0.07和0.14。(3)与再分析土壤水分资料ERA5-Land的土壤水分数据相比,改进后的TVDI土壤水分监测结果精度更高,6,7月份TVDI与土壤水分的相关系数分别提高了0.1和0.44。结论综上所述,基于STIFM的TVDI可以提高土壤水分监测效果,在提高监测精度的同时,监测土壤水分数据较其他土壤水分监测方法具有更高的空间分辨率,为TVDI土壤水分监测提供了一种新思路。 展开更多
关键词 土壤水分 TVDI 时空融合模型 时空融合 适用性
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浑善达克沙地榆树疏林生长季土壤水分含量动态变化
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作者 闫德仁 黄海广 +2 位作者 闫婷 胡小龙 杨制国 《温带林业研究》 2025年第2期31-36,62,共7页
【目的】土壤水分含量动态变化对科学经营管理浑善达克沙地榆树疏林具有重要指导意义。【方法】采用土壤水分自动记录仪定位定时监测榆树疏林、疏林沙化和疏林流沙三种立地条件下土壤水分含量的变化。【结果】生长季节(4—9月)不同立地... 【目的】土壤水分含量动态变化对科学经营管理浑善达克沙地榆树疏林具有重要指导意义。【方法】采用土壤水分自动记录仪定位定时监测榆树疏林、疏林沙化和疏林流沙三种立地条件下土壤水分含量的变化。【结果】生长季节(4—9月)不同立地条件下,不同土层深度土壤水分含量均高于冻融季(1—3月);在生长季节,榆树疏林立地条件下,0~20 cm土层水分含量最高,其次是20~40 cm土层水分含量,而80~120 cm土层水分含量最低;疏林沙化立地条件下,0~20 cm土层水分含量最高,其次是20~40 cm土层水分含量,而60~80 cm土层水分含量最低;疏林流沙立地条件下,60~80 cm土层水分含量最高,其次是160~200 cm土层水分含量,而120~160 cm土层水分含量最低。【结论】不同季节、不同土层深度和不同立地条件下榆树疏林土壤水分含量存在明显的变化规律,且地表植被生长状况影响降雨入渗深度。 展开更多
关键词 浑善达克沙地 榆树疏林 土壤水分
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黄土塬区不同土地利用方式土壤水分对次降雨的响应特征 被引量：1
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作者 赵意茹 高钰琪 +4 位作者 王中琦 房凤如 韩晓阳 刘文兆 朱元骏 《水土保持研究》 北大核心 2025年第2期34-42,共9页
[目的]探究土壤水分对次降雨响应过程,揭示该地区不同土地利用方式的土壤水分特征,进而为缺水地区降水利用和农业水资源合理配置提供观测依据。[方法]对2021年黄土塬区苜蓿草地、休闲地、高产农田(正常施肥)和低产农田(长期不施肥)4种... [目的]探究土壤水分对次降雨响应过程,揭示该地区不同土地利用方式的土壤水分特征,进而为缺水地区降水利用和农业水资源合理配置提供观测依据。[方法]对2021年黄土塬区苜蓿草地、休闲地、高产农田(正常施肥)和低产农田(长期不施肥)4种土地利用方式的土壤水分进行了定位监测,并分析其对大于30 mm的3次降雨事件响应过程。[结果]随着降雨量的增加,苜蓿草地、休闲地、高产农田和低产农田的降雨入渗和水分再分布深度也呈增大趋势,最大水分入渗深度分别为300,500,500,500 cm。不同土地利用方式土壤含水量具有明显的季节特征,月均土壤含水量呈现先增大后减小的趋势,最小值分别出现在8月、1月、1月和6月,最大值均在10月。雨季后,土壤水分仍处于再分布过程,12月底苜蓿草地、休闲地、高产农田和低产农田水分再分布深度分别达到400,700,800,700 cm;土壤储水量变化滞后于降雨量,9—10月土壤储水量变化最强烈,苜蓿地、休闲地、高产农田和低产农田土壤储水量增幅分别为390.6,197.5,299.8,157.4 mm。[结论]4种土地利用方式中,亏缺严重的苜蓿草地土壤水分对降雨的响应最为敏感,最大响应深度可达400 cm,土壤储水量变化幅度也最大,水分再分布过程导致其变化滞后于降水量。 展开更多
关键词 土壤水分 入渗深度 土地利用方式 次降雨 黄土塬区
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峰丛洼地不同土地利用方式土壤水分对降雨入渗的响应机制 被引量：3
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作者 林佳欣 罗为群 +3 位作者 张谭锋 陈雅祺 李航 刘绍华 《节水灌溉》 北大核心 2025年第4期24-30,37,共8页
岩溶峰丛洼地是我国西南地区典型的岩溶地貌类型区,该区域石漠化、水土流失及生态退化的问题严重,缺少水土,而其中土壤水是限制岩溶峰丛洼地生态修复与生态系统稳定的关键因素之一。因此,研究土壤水分变化规律对维持峰丛洼地生态环境以... 岩溶峰丛洼地是我国西南地区典型的岩溶地貌类型区,该区域石漠化、水土流失及生态退化的问题严重,缺少水土,而其中土壤水是限制岩溶峰丛洼地生态修复与生态系统稳定的关键因素之一。因此,研究土壤水分变化规律对维持峰丛洼地生态环境以及保障人类生产生活具有重要意义。目前的研究缺少对岩溶峰丛洼地不同土地利用方式土壤水分动态变化进行连续监测,并且缺乏基于实时监测数据来探讨降雨入渗对土壤水分含量变化影响的研究。选取了典型岩溶峰丛洼地,对峰丛坡面5种不同土地利用方式土壤水分进行实时监测,通过分析土壤水分的季节变化以及不同降雨强度下土壤水分的响应特征,旨在探究岩溶峰丛洼地坡面不同土地利用方式土壤水分的变化规律及降雨入渗机制。研究结果表明:①传统玉米种植区的平均土壤水分含量最低,赤苍藤种植区土壤水分含量均值最高,玉米+扶芳藤植物篱区和赤苍藤种植区内土壤水分含量在雨季对降雨的响应不显著。②传统玉米种植区、火龙果种植区和玉米+薜荔植物篱区土壤水分含量在旱季较为稳定,而玉米+扶芳藤植物篱区和赤苍藤种植区内土壤水分含量在雨季更为稳定;在雨季,各试验小区土壤水分对降雨的响应更为敏感。③在大雨和暴雨条件下,5种土地利用方式土壤水分含量均对降雨有显著响应;降雨强度越大,土壤水分得到补给的滞后期越短;在大雨条件下,各试验小区土壤水分均得到有效补给,而在暴雨条件下各试验小区土壤水分含量反而减少。④赤苍藤种植区土壤水分受降雨影响最小,其中表层土壤对降雨的响应比深层土壤弱。相比之下,传统玉米种植区土壤水分受降雨影响最大,且深层土壤受降雨影响最为显著。 展开更多
关键词 岩溶峰丛洼地 土壤水分 土地利用 降雨入渗 降雨强度
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桥山林区不同林分和坡位土壤水分对典型降雨的响应 被引量：1
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作者 郭义选 李婧 +4 位作者 徐国策 张译心 陈曦 谷丰佑 王斌 《水土保持学报》 北大核心 2025年第1期84-93,101,共11页
[目的]降雨是土壤水分补给的主要来源,直接影响着土壤水分的分布特征,进而影响植被的生长状况,为探明桥山林区不同林分和坡位土壤水分对典型降雨的响应规律。[方法]以黄土高原南部桥山林区为研究对象,通过对典型林分(阔叶纯林和针阔混交... [目的]降雨是土壤水分补给的主要来源,直接影响着土壤水分的分布特征,进而影响植被的生长状况,为探明桥山林区不同林分和坡位土壤水分对典型降雨的响应规律。[方法]以黄土高原南部桥山林区为研究对象,通过对典型林分(阔叶纯林和针阔混交林)不同土层深度土壤水分和降雨的监测,探究不同植被覆盖和坡位条件下的各层土壤水分体积分数对典型降雨的响应特征。[结果]1)研究期,降雨量主要集中在8月、9月、10月,其中9月的降雨量最大为251.7 mm。各样点同一土层的土壤水分体积分数季节性差异显著(p≤0.05),不同土层的平均土壤水分体积分数均在夏季最低。2)中雨事件仅浅层土壤水分体积分数对降雨发生响应,针阔混交林土壤水对降雨的响应强度>阔叶纯林。3)大雨事件土壤水对降雨的响应为针阔混交林大于阔叶纯林,不同坡位的响应关系为浅层坡下>坡中>坡上,深层坡上>坡中>坡下。4)暴雨事件土壤水对降雨的响应为阔叶纯林大于针阔混交林,不同坡位的响应关系为浅层坡下>坡中>坡上,深层坡上>坡中>坡下。5)在3场降雨中针阔混交林的补给量分别为纯阔叶林的1.55、1.65、1.00倍。[结论]探究桥山林区土壤水分对降雨的响应和浅层土壤水运动的过程,对桥山林区坡面降雨资源的优化配置和森林生态系统可持续恢复具有重要意义。 展开更多
关键词 土壤水分 降雨响应 桥山林区 林分类型
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黄土高原北部沟坡系统土壤水分时空分布特征 被引量：1
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作者 郭保江 甘淼 +1 位作者 李同川 邵明安 《水土保持研究》 北大核心 2025年第5期102-110,121,共10页
[目的]探究黄土高原北部沟坡系统土壤水分的时空分布,分析不同地形下土壤水分对极端降雨事件的响应,为建立和量化沟坡系统水文循环提供参考。[方法]以六道沟流域沟坡系统为研究对象,利用中子仪和自动时域反射仪(TDR),分析了沟谷、沟坡... [目的]探究黄土高原北部沟坡系统土壤水分的时空分布,分析不同地形下土壤水分对极端降雨事件的响应,为建立和量化沟坡系统水文循环提供参考。[方法]以六道沟流域沟坡系统为研究对象,利用中子仪和自动时域反射仪(TDR),分析了沟谷、沟坡和沟岸的水分变化过程,探讨了影响土壤水分变化的主要因素。[结果](1)沟谷中的土壤含水量(SWC)显著高于沟坡和沟岸(p<0.05)。暴雨条件下,沟坡和沟岸的水分入渗深度均小于20 cm。81.8 mm的极端降雨补充了沟岸40 cm土层的含水量。(2)地形和土壤质地决定了沟谷150 cm以下的SWC分布,而温度则是沟坡和沟岸0—20 cm土层之间SWC的主要驱动因子。(3)极端降雨条件下,中子仪比TDR更能准确地描述沟坡和沟岸的SWC。[结论]极端降雨会加剧沟坡的土壤干燥化程度,而地形对土壤水分空间分布的影响大于降雨。 展开更多
关键词 土壤水分 沟坡系统 地形地貌 土壤质地 土壤干层 黄土高原
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基于Sentinel多源遥感数据的农田地表土壤水分反演 被引量：1
13
作者 李万涛 杨明龙 +3 位作者 唐秀娟 夏永华 杨赈 严正飞 《南方农业学报》 北大核心 2025年第1期87-96,共10页
【目的】通过多源遥感数据协同作用分析滇中地区姚安灌区的农田地表土壤含水率,为后续对滇中高原地区的地表土壤水分研究提供参考。【方法】选择Landsat 8、Sentinel遥感数据为数据源,构建土壤水分与特征参数关系式,比较线性回归模型、B... 【目的】通过多源遥感数据协同作用分析滇中地区姚安灌区的农田地表土壤含水率,为后续对滇中高原地区的地表土壤水分研究提供参考。【方法】选择Landsat 8、Sentinel遥感数据为数据源,构建土壤水分与特征参数关系式,比较线性回归模型、BP神经网络模型、粒子群优化(PSO)的BP(PSO-BP)神经网络模型、随机森林(RF)算法预测土壤含水率的精度,选择最佳方法反演姚安灌区农田地表土壤含水率。【结果】协同Sentinel-1微波数据和Sentinel-2光学数据,水云模型作用下VV后向散射系数减少0.1~0.4 dB、VH后向散射系数减少0~0.05 dB;加入特征参数,对比线性回归模型,BP神经网络模型的决定系数(R^(2))提高0.4589、PSO-BP神经网络模型的R^(2)提高0.3811、RF算法的R^(2)提高0.4544,其中,BP神经网络模型的R^(2)和均方根误差(RMSE)较优。依据BP神经网络模型反演的土壤含水率与监督分类的土地利用分类进行叠加分析,可知姚安灌区土壤含水率集中在20%~30%,位置主要集中在姚安灌区中部,土壤含水率10%~20%区域主要集中在姚安灌区北部,而土壤含水率30%~40%区域覆盖面积少且分散。姚安灌区的土壤类型根据土壤墒情的划分标准主要属于褐墒(合墒)和黑墒(饱墒)。【建议】优化模型及算法,增加土壤含水率实测数据量,提高反演精度;针对水资源分布不均的问题,融合无人机遥感数据,对土壤含水分进行实时监测,动态分配水资源,形成土壤水分评价机制与监测机制,实现水资源的合理分配。 展开更多
关键词 水云模型 Sentinel数据 线性回归模型 BP神经网络模型 土壤水分反演
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基于Transformer和LSTM算法的河套灌区土壤水分预测研究 被引量：1
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作者 王钥 郑方元 +3 位作者 雍婷 查元源 周龙才 徐祥森 《节水灌溉》 北大核心 2025年第2期1-8,14,共9页
土壤水是土壤中的关键指标,其变化直接影响着作物生长,并影响着水资源利用的管理决策。因此,准确地预测土壤水分有利于对农业水资源进行合理的规划利用。使用深度学习算法进行土壤水分预测在当前的农业、水资源管理和生态学等领域具有... 土壤水是土壤中的关键指标,其变化直接影响着作物生长,并影响着水资源利用的管理决策。因此,准确地预测土壤水分有利于对农业水资源进行合理的规划利用。使用深度学习算法进行土壤水分预测在当前的农业、水资源管理和生态学等领域具有重要性。深度学习算法能够从大规模数据中学习土壤水分的复杂模式和时空关系,为土壤水的准确预测提供了新的机会。为了探索新兴深度学习方法Transformer在土壤水分预测中的有效性,选择河套灌区义长灌域为研究区域,利用地下水位观测数据、气象数据、SMAP土壤水数据等作为训练数据,设置了1、5、10 d共3种数据滞后情况,验证Transformer算法在土壤水时间序列预测任务中的有效性,并与目前广泛应用于时序预测任务中的LSTM进行对比。研究表明Transformer在土壤水分时间序列预测任务中具有更好的预测能力,相比于LSTM,其R^(2)平均提升约0.181,RMSE平均下降27.6%。同时,Transformer在应对滞后变化带来的影响时更具鲁棒性,在3种数据滞后情况下Transformer的预测平均R^(2)分别比LSTM高出了0.121、0.167、0.256,站点平均RMSE分别降低了30.7%、28.6%、23.5%。此外,Transformer对于土壤水序列中的非线性信息的提取能力更强,对于高频振幅的土壤水时间序列Transformer拥有更强的预测能力。 展开更多
关键词 土壤水分预测 深度学习 时序预测 Transformer模型 LSTM模型 数据滞后
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西宁市南山典型林地土壤水分变化特征 被引量：1
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作者 张秀芝 司剑华 《节水灌溉》 北大核心 2025年第4期38-43,共6页
为探究西宁市典型人工林林地土壤水分时间动态变化规律,选择西宁市南山3种典型林地(油松×青海云杉混交林、油松人工林、青海云杉人工林)作为研究对象,在每块样地布设1个土壤水分观测点,采用管式土壤墒情监测站定位观测2023年5-10... 为探究西宁市典型人工林林地土壤水分时间动态变化规律,选择西宁市南山3种典型林地(油松×青海云杉混交林、油松人工林、青海云杉人工林)作为研究对象,在每块样地布设1个土壤水分观测点,采用管式土壤墒情监测站定位观测2023年5-10月土壤体积含水量,测定深度为100 cm,每10 cm为一个测层,每月分上、中、下旬进行土壤水分含量观测,分析不同林地类型土壤水分时间动态变化规律。结果表明:①日尺度,表层土壤含水量在晴天和阴天白天呈“V”字形变化,土壤含水量日变化与林内温度和土壤温度呈负相关。②季节尺度,土壤水分变化划分为3个时期:土壤水分稳定期、土壤水分消耗期、土壤水分增墒期。③气象因子对土壤水分的影响程度:降水天气下,大气湿度>土壤温度>林内温度>风速>太阳辐射;无降水天气下,大气湿度>风速>林内温度>土壤温度>太阳辐射。 展开更多
关键词 土壤水分动态 半干旱地区 人工林 油松×青海云杉混交林
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宁夏黄土区平茬对退化沙棘林土壤水分的影响
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作者 李振明 董立国 +9 位作者 安钰 万海霞 韩新生 何钰 王月玲 郭永忠 韩懂懂 许浩 郑纪勇 蔡进军 《水土保持学报》 北大核心 2025年第4期208-214,224,共8页
[目的]为解决退化沙棘林平茬与土壤水分关系不清的问题,系统研究平茬对退化沙棘林土壤水分的影响,以期为宁夏黄土区沙棘林平茬复壮提供理论和技术上的支撑。[方法]设置平茬(高度≤30 cm)、不平茬2个处理,每个处理4个重复,采用随机区组... [目的]为解决退化沙棘林平茬与土壤水分关系不清的问题,系统研究平茬对退化沙棘林土壤水分的影响,以期为宁夏黄土区沙棘林平茬复壮提供理论和技术上的支撑。[方法]设置平茬(高度≤30 cm)、不平茬2个处理,每个处理4个重复,采用随机区组设计进行排列。[结果]1)平茬处理表层(0~20 cm)土壤水分体积分数较未平茬处理显著增加4.10%~70.01%;平茬处理浅层(20~80 cm)土壤水分体积分数较未平茬处理显著增加8.99%~11.12%;平茬处理中层(80~180 cm)土壤水分体积分数较未平茬处理显著增加14.36%~28.97%;平茬处理深层(180~280 cm)土壤水分体积分数较未平茬处理显著增加5.48%~29.21%。2)平茬处理0~280 cm土层土壤储水量较未平茬处理显著增加7.11%~22.90%,土壤水分亏缺指数较未平茬处理显著增加98.16%~300.00%。3)平茬处理表层(0~20 cm)土壤总孔隙度较未平茬处理显著减少1.90%,非毛管孔隙度较未平茬处理显著减少44.84%,毛管孔隙度较未平茬处理显著增加1.18%。[结论]退化沙棘林平茬显著增加土壤水分体积分数、储水量及毛管孔隙度,减少土壤水分亏缺。 展开更多
关键词 宁夏黄土区 沙棘 平茬 土壤水分 持水特性
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基于水-热-δ^(18)O耦合模型的沙柳土壤水分利用规律分析
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作者 许琳琳 刘秀花 +5 位作者 石长春 郑策 贺屹 贺军奇 高耀伟 刘祖钰 《农业工程学报》 北大核心 2025年第9期81-92,共12页
为探究旱区沙柳地土壤水入渗、蒸发过程与根系吸水的时空来源,该研究采用原位监测、水-热-δ^(18)O耦合模拟与粒子追踪等方法,探究生长季(3—9月)毛乌素沙柳地包气带土壤水分利用规律。结果表明,研究区δ^(18)O的动力特征在3种分馏(no f... 为探究旱区沙柳地土壤水入渗、蒸发过程与根系吸水的时空来源,该研究采用原位监测、水-热-δ^(18)O耦合模拟与粒子追踪等方法,探究生长季(3—9月)毛乌素沙柳地包气带土壤水分利用规律。结果表明,研究区δ^(18)O的动力特征在3种分馏(no fractionation,NF;Gonfiantini,GF;Craig-Gordon,CG)模式中GF模型效果最佳,土壤水蒸发过程为温度控制的同位素分馏迁移。粒子和δ^(18)O迁移路径共同明晰了土壤水受降水补给-蒸发作用与植被吸水的时空发生过程。春、夏季降水稀少,蒸发强度与干旱持续时间决定土壤水蒸发速度与蒸发深度,其中4—5月蒸发作用弱,土壤蒸发深度可达0~120 cm;6—7月蒸发作用强烈,蒸发深度可达0~135 cm。此外,土壤初始含水量状态决定降水后入渗-蒸发过程的优先级,即干燥土壤接受小雨补给后入渗速度慢,蒸发能力增强,蒸发深度(0~13 cm)等于入渗深度,此时随降水进入土壤的粒子均受蒸发作用从地表离开;而有效补给后再降小雨,入渗深度(20 cm)会大于蒸发深度(16 cm),土壤可获得有效补给。因此,根区土壤水源于频发的小-中降水和单次大降水事件,穿过易蒸发区(0~40 cm),长期滞留40~90 cm深度。沙柳的水分利用策略源于其根系分布和浅层土壤水可用度,在返青季,浅层(0~40 cm)消融的土壤滞留水是其主要耗水来源。进入生长季,当降水充沛时,浅层土壤水(0~40 cm)仍是其主要吸水来源,当月降水可满足生长需求;当降水稀少时,浅层土壤含水量的降低驱使其转移吸水层位,前期降水滞留的中层(60~100 cm)土壤水是其吸水的主要来源。该结果进一步明晰了降水-土壤-植被的水文耦合过程,为指导旱区包气带水资源有效管理与植被恢复提供科学依据。 展开更多
关键词 同位素 数值分析 土壤水分 粒子追踪 水分循环与利用 包气带 毛乌素沙地
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黄土残塬沟壑区人工林小流域土壤水分时空变化特征
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作者 王子涵 龚铭 +6 位作者 赵炯昌 池金洺 朱洪盛 左启林 王丽平 王百群 于洋 《水土保持研究》 北大核心 2025年第1期92-100,共9页
[目的]了解残塬沟壑小流域土壤水分的时空分布特征,开展生态建设和探究水文过程对气候-植被-地貌综合效应的敏感性至关重要。[方法]以地处山西吉县蔡家川的人工林小流域为研究区,基于流域尺度野外定位监测与地统计等方法,分析了小流域... [目的]了解残塬沟壑小流域土壤水分的时空分布特征,开展生态建设和探究水文过程对气候-植被-地貌综合效应的敏感性至关重要。[方法]以地处山西吉县蔡家川的人工林小流域为研究区,基于流域尺度野外定位监测与地统计等方法,分析了小流域土壤水分时空变化特征。[结果](1)研究时段内总降雨历时为308 h,累计降雨量311.1 mm,占全年降雨量的77.95%,小流域土壤水分变化具有明显的垂直分异特征。(2)采用有序最优分割法将人工林小流域土壤水分分为三层,其中,0-10 cm为土壤水分活跃层,其体积含水量均值为(13.91±4.08)cm^(3)/cm^(3)(CV=29%),10-80 cm为土壤水分次活跃层,其体积含水量均值为(16.28±5.01)cm^(3)/cm^(3)(CV=31%),80-180 cm为土壤水分调节层,其体积含水量均值为(14.25±1.89)cm^(3)/cm^(3)(CV=13%)。(3)人工林小流域不同深度土壤水分呈现出西北低、东南高的特点。反距离权重法土壤水分空间插值的精确度最高,纳什系数为0.52,均方根误差为2.04。[结论]蔡家川人工林小流域的水分空间分布受到地形、降水和植被等多方面因素的影响,水分空间分布总体上呈现出东南高、西北低的特点。 展开更多
关键词 黄土高原 土壤水分 空间插值 空间分布
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不同林型橡胶林土壤水分入渗特征及影响因子
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作者 马关媛 蒋小金 +3 位作者 刘佳庆 刘文杰 陈春峰 张瑞 《水土保持研究》 北大核心 2025年第1期57-65,72,共10页
[目的]探究不同林型橡胶林土壤入渗特征及其影响因子,为高效、可持续橡胶林的构建提供数据支撑。[方法]以单一橡胶林(SR)、人工雨林橡胶林(AF)、橡胶-益智复合林(AR)、橡胶-可可复合林(RC)、橡胶-茶树复合林(RT)对入渗过程进行拟合和评... [目的]探究不同林型橡胶林土壤入渗特征及其影响因子,为高效、可持续橡胶林的构建提供数据支撑。[方法]以单一橡胶林(SR)、人工雨林橡胶林(AF)、橡胶-益智复合林(AR)、橡胶-可可复合林(RC)、橡胶-茶树复合林(RT)对入渗过程进行拟合和评价。[结果]纵观0-100 cm土壤剖面,SR容重最大,孔隙度、田间持水量和饱和持水量最小;SR初始入渗速率(0.03 cm/min)、平均入渗速率(0.009 cm/min)、稳定入渗速率(0.005 cm/min)均显著低于橡胶复合林;通过拟合发现Horton模型对胶农复合林入渗过程拟合较好且拟合参数具有物理意义;除非毛管孔隙度外,土壤物理性质与初始入渗速率有极显著相关关系(p<0.01),与总累积入渗量、稳定入渗速率有显著相关关系(p<0.05),但与平均入渗速率无显著相关性(p>0.05),而稳渗前累积入渗量受土壤持水性能的影响显著(p<0.01)。[结论]结合田间入渗过程,采用初始入渗速率、稳定入渗速率和稳渗前累积入渗量来评估不同林型橡胶林土壤水分入渗和储存性能;SR土壤持水能力、渗透性均低于橡胶复合林,其中RC土壤持水能力最好,RT土壤入渗性能最好,因此间作茶树和可可对改善土壤结构及水文特性有重要作用。 展开更多
关键词 土壤水分入渗 物理性质 入渗速率 拟合模型
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生态输水对青土湖白刺灌丛沙堆土壤水分及质地的影响
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作者 于永明 刘淑娟 +2 位作者 袁宏波 安富博 刘虎俊 《西北林学院学报》 北大核心 2025年第3期171-178,共8页
为探讨生态输水对白刺灌丛沙堆土壤水分、物理性质以及白刺灌丛沙堆功能的影响,从而为正确评估青土湖生态输水的生态效益和植被保育提供科学依据。本研究分析了生态输水后青土湖水面的形成,对湖岸白刺灌丛沙堆距水面不同距离、不同部位... 为探讨生态输水对白刺灌丛沙堆土壤水分、物理性质以及白刺灌丛沙堆功能的影响,从而为正确评估青土湖生态输水的生态效益和植被保育提供科学依据。本研究分析了生态输水后青土湖水面的形成,对湖岸白刺灌丛沙堆距水面不同距离、不同部位、不同土层深度的土壤水分及其粒度组成产生的影响。结果表明:1)青土湖生态输水后湖岸白刺沙堆不同部位土壤含水量不同,沙堆上部最高,均值为9.621%,中部最低,为5.692%,上部比中部高3.929%;白刺沙堆不同土层深度含水量不同,表层0~5 cm最低,均值为7.206%,40~60 cm最高,为10.147%,相差2.941%;在0~60 cm土壤深度,含水量随深度增加呈升高的趋势。在距水面距离0~250 m,随距离增加,白刺沙堆土壤含水量逐渐降低,距离0 m时白刺沙堆土壤含水量最高,为17.084%,250 m时土壤含水量最低,为2.498%,相差14.586%,250 m后趋于平稳。2)青土湖白刺沙堆土壤颗粒以细砂粒为主,体积百分比含量为64.215%~74.563%,黏粉粒含量较低,为4.391%~10.699%,粗砂粒含量为19.856%~25.087%;沙堆中上部细砂粒含量较下部和沙堆间高,而黏粉粒与粗砂粒则是下部和平地高于中上部。3)距水面不同距离的白刺沙堆土壤粒径以细砂粒为主,体积百分比含量为66.025%~77.645%,粗砂粒次之,为12.418%~32.298%,粉粒含量为1.077%~9.129%,黏粒含量最低,为0.034%~2.140%;在距水面0~300 m,随距水面距离的增加,细砂粒、黏粉粒含量逐渐减少,粗砂粒含量逐渐升高。白刺沙堆不同土层深度土壤颗粒以细砂粒为主,粗砂粒次之,黏粒含量最低,细砂粒、粉粒、黏粒(浅)表层含量高于深层,粗砂粒则是深层比表层含量略高。4)距水面距离、白刺沙堆部位对土壤分形维数均有极显著影响,各土层分形维数最大值均出现在距水源0~50 m处,最大值为2.339~2.469;随距水面距离的增加,各土层分形维数整体变化不规则;而土层深度对土壤分形维数无显著影响。 展开更多
关键词 白刺灌丛沙堆 土壤水分 土壤颗粒
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