移動式宇宙射線中子技術(shù)是觀測中尺度土壤水分的新方法，通過監(jiān)測近地表宇宙射線中子強(qiáng)度，可以反演百米尺度范圍內(nèi)平均土壤水分狀況，為創(chuàng)新土壤水觀測研究提供了新方法。

中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院趙文智和張勇勇研究團(tuán)隊通過野外考察、定位觀測和模型分析等手段，從樣地—樣線—區(qū)域多尺度，對祁連山、河西走廊近地表宇宙射線中子強(qiáng)度特征、非土壤水氫源類型和中尺度土壤水分時空格局等進(jìn)行了研究。

課題組引進(jìn)移動式宇宙射線中子儀設(shè)備，觀測了我國寒旱區(qū)中尺度土壤水分狀況。建立了126個大樣地（200m×200m），采集5292份土樣，行程近7000km，建立了寒旱區(qū)近地表中子強(qiáng)度預(yù)測模型，提出了移動式宇宙射線中子技術(shù)反演中尺度土壤水分參數(shù)化方案。研究結(jié)果顯示，反演參數(shù)主要受下墊面影響。

此外，研究量化了土壤有機(jī)質(zhì)、土壤礦物中的晶格水和植被對中子強(qiáng)度的干擾影響程度。研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)、土壤礦物中的晶格水雖占比小，但對觀測結(jié)果影響顯著。研究還利用歸一化植被指數(shù)（NDVI）代替生物量進(jìn)行植被校正，提高了寒旱區(qū)中子強(qiáng)度反演土壤水分精度。

通過升尺度轉(zhuǎn)換、空間插值和模型計算方法，研究人員繪制了高精度土壤水分時空分布圖集，計算了祁連山、河西走廊土壤水資源儲量，揭示了干旱區(qū)山地—綠洲—荒漠土壤水資源狀況和時空分異特征。

相關(guān)研究成果在Geoderma、CATENA、Research　in　Cold　and　Arid　Regions、《地球科學(xué)進(jìn)展》《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報》期刊發(fā)表，西北研究院張勇勇和趙文智研究員為上述研究成果第一作者及通訊作者。以上研究成果獲國家自然科學(xué)基金項目、中國科學(xué)院先導(dǎo)A類項目、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會會員項目的資助。

圖1　祁連山中尺度土壤水觀測試驗

圖2　祁連山、河西走廊中尺度土壤水驗證點(diǎn)分布圖

圖3　中尺度土壤水觀測的植被干擾校正