土壤水分动态模拟方法简介

本文综述了农田土壤水分动态变化的模拟研究进展,其中以土壤水分测定及预测模型的研究为主要内容,同时介绍了一些国内外关于土壤水分变化方面的研究动态及最新研究进展。首先对土壤水分含量的测定方法进行说明,详细阐述了TDR、FDR和探地雷达在土壤水分测定中的应用。最后对土壤水分含量预测中应用较广泛的方法进行简要的分析和讨论。     

时域反射仪及其在节水农业研究中的应用

文中简要介绍了时域反射仪（ＴＤＲ）及其测定土壤水分的原理、特点和使用技术。根据在室内模拟滴灌土壤水分移动规律和田间微孔地膜渗水性能研究中应用ＴＤＲ测定土壤水分的两个试验,探讨了ＴＤＲ在节水农业研究中应用的优势。     

非饱和土壤水分运动参数的确定——以昆明红壤土为例

应用数学物理方法对降雨入渗、产流等水量转化关系模拟时,土壤水分运动参数即土壤水分特征曲线、扩散率、导水率是必不可少的数据,影响和控制着水及溶质在土壤和地下水中的分布和运移速度,是描述和研究土壤水运移的关键参数.以昆明地区红壤为例,利用离心机测定土壤水分特征曲线、水平土柱测定扩散率并计算出导水率,利用VG公式拟合土壤水分特征曲线,通过指数经验公式拟合土壤水体积分数与扩散率、导水率的关系,结果表明具有显著的相关性.在参数确定过程中,充分考虑了颗粒粒径、干容重等影响,得到了最优的土壤水分运动参数,为相关研究提供一定的参考.     

田间土壤水分特征曲线参数反演

针对非饱和土壤水分特征曲线传统测定手段耗时长、成本高且精度存在明显不确定性等问题,研究了土壤水分特征曲线参数估计的数值反演方法,建立了数值反演计算的数学模型,提出了反演计算方法,并将反演结果与室内试验数据进行了比较,同时采用田间实测数据进行了验证.结果表明,此反演计算方法推求的土壤水分特征曲线参数与试验实测值具有很好的一致性,可以用于田间复杂情况下参数的推求.     

波涌沟灌土壤水分入渗的室内试验

应用土壤水动力学的基本原理,设计了波涌沟灌条件下水分入渗的室内试验,针对不同供水时间、循环率及周期对土壤水分入渗过程的影响,测定土壤水分运动有关参数。     

基于时间序列MODIS数据的川续断栽培区土壤水分变化研究

以栽培川续断为研究对象,选择贵州省黔南州龙里县、贵定县的栽培基地为试验区,利用贵州省2010年全年的MODIS植被和温度产品,采用Ts-NDVI特征空间模型,先构建温度植被干旱指数(temperature-NDVI dryness index,TVDI),再通过TVDI与土壤水分的经验关系,反演得到试验区的土壤水分分布图.利用时间序列分析,得到了试验区土壤水分的年内变化特征.从总体上看,从春末到秋初,栽培区的土壤水分比较稳定,变化相对其他时段较小.初春时节,土壤含水量最低.进入秋季后,土壤含水量变化剧烈.在冬季,土壤水分则是先上升后下降,且变化幅度最大.此外,将遥感反演结果与同一时段的两次实地测定的土壤水分进行对比验证,发现遥感反演的结果与实测值较接近.研究结果表明利用本文的方法监测中药材栽培区的土壤水分含量切实可行.     

垃圾填埋场中土壤水分滞后效应的影响因素

为定量描述垃圾填埋场中土壤水分变化情况,必须考虑滞后效应的影响.对填埋场分层填土及封场后表层覆土的滞后效应进行了数值模拟,并对土壤水分特征曲线模型参数进行了灵敏度分析,结果表明:质地对滞后的影响明显,颗粒越细,曲线斜率越大;随着α的增大,土壤水分特征曲线右移,α越大,滞后现象越明显.通过滞后效应对垃圾土壤水分运移的影响规律的研究,可为室内试验和现场试验参数的选取和测定提供理论依据.     

我国旱地土壤水分状况的研究

本文从旱地土壤水分状况的研究、作物生长与土壤水分状况,农业措施对旱地土壤水分状况的影响;以及旱地土壤水分模式几个方面,叙述了我国旱地土壤水分状况研究的概况,并对我国今后旱地农业的发展提出了建议。     

不同粒径下土壤水分特征曲线的测定与拟合模型的研究

为研究不同粒径下土壤水分特征曲线的变化规律并探究描述曲线的最佳模型,以4种不同粒径的土壤为研究对象,用Ku-pF仪进行土壤水分特征曲线的测定,并用3种经验模型对实测曲线进行了拟合。试验结果表明:土壤粒径越小,其孔隙结构越密实,中、小空隙增多且连通性变差,土壤具有较高的进气值和良好的持水性能。不同经验模型对不同质地土壤的适用性不同,利用经验模型来拟合非饱和土壤水分特征曲线时,不能脱离参数的物理背景而单纯地追求拟合精度,通过对比、分析3种常用模型,得出Fredlund and Xing模型是描述土壤水分特征曲线的最佳模型。     

滨海沙地木麻黄人工林土壤水分动态及有效性

以连续定位测定数据,对福建海岸带木麻黄林地土壤水分动态及有效性进行分析.结果表明,木麻黄防护林土壤水分的季节变化分为5个时期:土壤水分积累期、土壤水分消退期、土壤水分缓冲期、土壤水分平稳期、土壤水分恢复期.土壤水分垂直变化在1m内垂直剖面上,水分变异系数都在0.45以上,土壤水分变异较大.从土壤水分有效性来看,其土壤水分基本上处于难效水状态,在时间和深度上,中龄林土壤难效水出现的机率为90.8%,略低于幼龄林土壤(幼龄林为98.3%),相应中龄林土壤中效水出现的机率为9.2%,略高于幼龄林土壤(幼龄林为1.7%).通过对影响土壤水分含量的气象因子的综合分析,得到土壤含水量与气象因子之间的多元回归方程.降水是限制木麻黄林木生长发育的主要因子.     

土壤水分遥感反演研究进展

土壤水分是陆面生态水文循环的重要组成部分. 及时、准确地获取土壤水分数据,对研究全球气候问题、构建流域水文模型、监测干旱等具有极其重要的意义. 遥感技术具有范围广和信息传输快等优点,为土壤水分监测提供了全新的手段. 本文梳理了可见光–近红外遥感、热红外遥感、可见光–近红外–热红外遥感、主动微波遥感、被动微波遥感的发展现状及对应的土壤水分反演方法,介绍了结合主被动微波遥感的GNSS-R技术,对土壤水分反演研究中的热点问题进行了归纳和总结,并展望了土壤水分遥感反演的发展趋势.      

土壤水分植被承载力初步研究

土壤水分植被承载力是干旱、半干旱和半湿润易旱地区土壤水分与植物生长关系调控、合理利用水土资源和林草植被的核心科学问题之一。定位研究密度与植物生长、土壤水分补给和消耗的关系是确定土壤水分植被承载力的实验基础。我们以黄土高原半干旱区16年生人工柠条林为例,进行了实验研究,实验密度包括8700、7100、5100、3200、1600丛/hm2。研究结果如下:土壤水分植被承载力为土壤水分承载植物的最大负荷,它是指在较长时期和特定条件下,土壤水分所能维持相应植物群落健康生长的最大密度;多年生柠条根系虽然可分布到500cm以下土层,但是大部分根量分布在0～150cm土层,根系随深度分布可用指数方程描述;降水最大入渗深度为170～270cm。柠条主要吸收利用0～270cm土层的土壤水分;一年内植物生长与土壤水分的关系可分为4个阶段;柠条密度与生产力或土壤水分补给量为线形关系,与土壤水分消耗量为二次抛物线关系,研究区柠条林地土壤水分承载力为8115丛/hm2,柠条林合理利用方向为保持水土和改善环境质量。     

土的含水率测定方法综述

土的含水率测定对于农业生产、地质灾害、工程建设和遗址保护等领域有着非常重要的意义,随着物联网技术的应用和传感器技术的发展,研发适应人工智能的含水率测定技术需求急迫。文中整理比对了各国含水率测定规范方法,并对现有测定方法的优缺点和适应性进行总结分析。提出应进一步加强土壤水分间接测试理论的定量研究,完善数学模型;测定仪器逐步向小型化、低功耗、无损型转变;测定方法应与现代信息技术紧密结合,加强含水率数据的采集和应用于反馈、控制的人工智能管理研究。     

陕北黄土区山地枣林土壤水分研究进展

土壤水分是制约陕北黄土区山地枣林经济可持续发展的重要因素之一。本文从山地枣林土壤水分动态、山地枣林地土壤干层、山地枣林地土壤水分与根系分布、山地枣林地土壤水分与节水型修剪的研究四个方面介绍了近些年来陕北黄土区山地枣树生长与土壤水分关系研究的最新进展,以期为今后该区域进行山地枣园营造和管理、红枣生产基地稳定发展提供科技支撑与理论依据。     

基于GIS的两种土壤水分模拟方法的对比研究

借助数字地形分析和GIS方法,将野外采样和空间分析相结合,研究了利用区域土壤水分空间统计模型和地形湿度指数模型模拟土壤水分的方法。并在此基础上,以陕北黄土高原为实验样区,利用实测的土壤水分数据分别构建两种模型对土壤水分进行模拟,分析了不同模型模拟土壤水分的精度,对两种方法模拟土壤水分的效果进行了评价。     

土壤水分含量对银杏光合特性的影响

应用温室盆栽试验方法,采用完全随机试验设计,研究了4个家系1年生银杏实生苗在不同土壤水分条件下的光合特性。试验共设16处理,即4种水分水平(田间持水量的80%,60%,40%和20%)、4个银杏家系,处理为100d。结果表明:(1)在前两种土壤水分条件下,银杏净光合速率、气孔导度、细胞间隙CO2浓度、蒸腾速率及Fv/Fm差异较少,而在后两种土壤水分条件下,5个指标明显降低;(2)测定的各项指标之间相关系数都较大,其中与Fv/Fm相关密切的为净光合速率,与净光合速率相关密切的为细胞间隙CO2浓度和蒸腾速率;(3)土壤水分供应不足(即干旱胁迫)的条件下,银杏净光合速率随着土壤水分含量的下降而下降,主要因气孔限制所致,同时直接影响了光合作用的电子传递和CO2同化过程。     

农作物对表层土壤水分的影响

文章在对山西省农业科学院东阳试验示范基地的大豆、玉米、向日葵、谷子、棉花、小麦等作物进行表层土壤水分测定的基础上,采用方差分析和多重比较方法分析了同一作物不同深度和不同作物同一深度中土壤水分含量的差异性.结果显示:这6种作物在不同深度水分含量的变化趋势不同,但差异较小.同深度由于作物不同土壤水分差异明显,但不同作物之间差异显著性不同,其中小麦和向日葵的水分含量与其他作物水分含量的差异极显著.通过水分测定与分析最终为该区域的作物种植提供一定参考意见.     

果园土壤水分时间稳定性研究

利用TRIME-TDR获取烟台某果园0—30cm、0—60cm和0—100cm土层土壤水分,运用变异系数和相对偏差等方法研究土壤水分时间稳定性.结果表明,研究区大部分测点不同土层土壤水分在时间上的变异程度都属于中等变异;土壤水分时间稳定性随土层厚度增加而增强;基于土壤水分时间稳定性特征可确定研究区不同土层土壤水分平均值的代表性测点,且代表性测点的预测精度都较高;不同土层土壤水分平均值之间以及变异系数之间的相关性都较强,精度要求不高时,研究区0—60cm和0—100cm土层土壤水分平均值可分别用其代表性测点的上层土壤水分估算.     

不同植被类型下的土壤水分特征研究——以陕西省神木县中鸡镇为例

研究陕西省神木县中鸡镇不同植被类型下土壤含水量的变化特征,主要对不同植被类型下0~70 cm剖面土壤水分总体分布特征进行分析.研究区土壤水分平均值范围3.42%~5.66%,从垂直分布分析,不同地类下土壤水分含量沿垂直剖面的变化具有波动性.小叶杨林地剖面土壤水分的变化呈波浪形趋势,沙柳灌丛剖面土壤水分的变化总体呈降低型趋势,沙葱草地剖面土壤水分的变化总体上呈增长型趋势,裸露沙地剖面土壤水分的变化总体呈稳定型趋势.对研究区土壤水分进行半方差函数分析,块基值显示小叶杨林地、沙葱草地、沙柳灌丛、裸露沙地的土壤水分属于强烈的空间自相关.     

遥感技术在土壤水中的应用研究

简要介绍了国内外遥感监测土壤水分研究现状及研究的方法和途径。指出了3S技术的广泛应用、土壤水分遥感监测模型的优化，将是土壤物理学领域的重点研究方向。