基于大型蒸渗仪和遗传算法的受旱玉米蒸发蒸腾量估算

受旱胁迫下作物蒸发蒸腾量估算重要且复杂,依托新马桥农水综合试验站6台大型称重式蒸渗仪开展玉米受旱胁迫专项试验,对不同受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量特征进行分析,在双作物系数法估算无受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量的基础上,采用遗传算法优化率定基础作物系数Kcbini、Kcbmid、Kcbend和作物系数上限Kcmax,同时基于试验站实测太阳辐射数据采用遗传算法优化率定了Angstrom公式经验参数a、b,进而优化了参考作物蒸发蒸腾量(ET0)的计算结果,并以此基础运用双作物系数法估算受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量。结果表明:营养生长中前期轻微的水分亏缺可能会刺激玉米适应性机能,复水后各项生理功能恢复正常;水分亏缺加重时不仅会使玉米当期的蒸发蒸腾量减少,而且会产生累积效应,将这种胁迫影响传递到之后的生育阶段;相同受旱胁迫强度对玉米生殖生长阶段影响更为明显,且易造成永久胁迫;Kcbini、Kcbmid、Kcbend、Kcmax的率定结果分别为0.150、1.090、0.152和1.400,在此基础上运用双作物系数法估算无受旱胁迫下玉米全生育期蒸发蒸腾量的均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE分别为1.39 mm和0.97 mm,比对应的FAO-56推荐值估算结果小6.74%和8.23%,受旱胁迫下玉米计算的2个处理全生育期RMSE、MAE和MRE均值分别为1.60 mm、1.18 mm和6.73%,整体估算效果虽然没有无受旱胁迫下的好,但仍优于FAO-56推荐值的估算结果。因此,基于双作物系数法和遗传算法的受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量估算合理可靠,该研究可为区域制定适宜灌溉制度和降低农业旱灾损失风险提供理论依据。     

基于液流量的苹果树蒸腾量模拟

利用热脉冲茎流计监测西北旱区盛果期苹果树茎干液流变化规律,采用自动气象站测定气象因素的变化,在试验基础上分析了苹果树液流量的动态变化并分别采用基于冠层变化的季节蒸发蒸腾模型(Cj)、双作物系数模型(Kcb)和Priestley-Taylor模型对日均蒸腾量进行模拟。研究结果表明,日均茎干液流量呈先增加后降低的单峰曲线,基于冠层变化的季节蒸发蒸腾模型可以准确估算西北旱区盛果期果树的日均蒸腾量,模拟的日均蒸腾量可以减小液流量的时滞影响,提高长时间估算果树蒸腾量的精度。     

基于SIMDual_Kc模型估算非充分灌水条件下冬小麦蒸散量

为研究关中冬小麦植株蒸腾和土壤蒸发规律,利用2 a冬小麦小区控水试验实测数据,率定和验证了双作物系数SIMDual_Kc模型在关中地区的适用性.用大型称重式蒸渗仪的实测蒸散量值(或水量平衡法计算值)与模型模拟值进行对比.结果表明:SIMDualKc模型可较准确地模拟关中不同水分条件下冬小麦蒸散量,且模拟精度较高.模型估算的平均绝对误差为0.643 3 mm/d.模型估算的冬小麦初期、中期和后期的基础作物系数分别为0.35,1.30,0.20.另外,模型还可以较准确地估算不同水分供应条件下的土壤水分胁迫系数、土壤蒸发量和植株蒸散量.冬小麦整个生育期,土壤蒸发主要发生在作物生育前期,中期较低,后期略微增大;植株蒸腾主要发生在作物快速生长期和生长中期,整个生育期中呈先增大后减小的趋势.     

基于哈格里夫斯法评价印度普萨参考蒸散量（摘选）

精确测定参考作物蒸散量(ET o)对于精确计算作物水分利用是非常必要的。FAO-56 Penman-Monteith法(FAO-56 PM)是联合国粮食和农业组织认可的测定参考作物蒸散量的标准方法。可是,一些天气变量,特别是相对湿度、太阳辐射和风速经常缺失,这可能会妨碍利用FAO-56 PM方法进行ET o估算。为了克服以上情况,评价哈格里夫斯法在估算位于拉金德拉农业大学的菩萨天文台数据的准确性和实用性是很重要的。哈格里夫斯方程经常高估一个区域,因此该方法在普萨地区已经不再使用。利用统计回归分析对哈格里夫斯系数进行校正,得到结果分别由0.002 3和17.8降到0.001 62和-3.039 39。比较利用修正的哈格里夫斯方程和FAO-56 PM计算得到ET o,均方根误差(RMSE)和均偏置误差(MBE)比最小值0.77和-0.11 mmd小1.00和0.21,相应的导致在ET o估算中出现小错误。1998—2006年间的数据经R2、X2检验和一致性指数检测均表现出显著相关性。在普萨地区,利用修正的哈格里夫斯方程(ET AHG平均值为3.71 mmd)和FAO-56PM方法估算得到的ET o基本一致。     

河西绿洲灌区主要作物需水量及作物系数试验研究

利用Penman-Monteith公式计算了甘肃张掖绿洲主要作物各生育期参考作物蒸散量,利用农田水量平衡方程及土壤水分胁迫系数计算了作物实际蒸发蒸腾量,并计算比较了充分灌溉和非充分灌溉条件下不同生育期作物需水特征,确定了非充分灌溉条件下主要作物的作物系数。结果表明,非充分灌溉条件下,主要作物各生育期需水规律和充分灌溉具有一致变化趋势。非充分灌溉条件下,小麦、玉米、马铃薯全生育期作物系数平均值分别为0.81、0.7和0.73。在全生育期当中,随生育期的延续,主要作物叶面蒸腾比例逐渐增大,棵间蒸发逐渐减少。     

关中地区夏玉米和冬小麦不同蒸发蒸腾量估算方法的研究

参考作物蒸发蒸腾量(ET0)是精准估算作物需水量、提高农田水分利用效率的重要依据。基于2013-2017年的田间试验数据以及相关气象观测资料,采用5种计算ET0的方法计算关中地区日平均ET0和年平均ET0,采用Origin对ET0及环境因子进行相关分析,使用标准误差估计(SSE)和决定系数r2,在FAO-56 PM和其他4种简单替代方法之间进行比较。结果表明:对ET0和气象因子的标准分数的分析表明,ET测量值和5种方法的估计值均高度依赖于太阳辐射和温度,但与相对湿度和风速的关系较小。对5种ET0估算方法,即:FAO-56 Penman-Monteith(FAO-56 PM)、Penman-Monteith(PM)、Priestly-Taylor(PT)、Mankink(MK)和Hargreaves(HG)进行了评估。统计分析表明PM可代替FAO-56 PM方法来预测该地区的ET_0值。这与作物蒸发蒸腾量(ETC)的准确估计直接相关,这也取决于作物生理特征和发育阶段、天气参数、环境条件和管理实践。     

参考作物蒸发蒸腾量计算方法在海河流域的适用性

参考作物蒸发蒸腾量（ET0）的计算公式很多，各公式所需参数各异，为寻找一种所需资料少而又精度较高的替代方法，选用1998年FAO-56分册推荐的Penman－Monteith（PM）、Hargreaves、Irmark-Allen等6种方法分别计算海河流域10个典型气象站30 a的参考作物蒸发蒸腾量，并以PM公式为标准，对其他方法进行评价。结果表明，10个站点中除了五台山地区，Hargreaves与FAO-24 Radiation 这2种方法更接近于PM方法的计算结果，其误差较小，在海河流域缺少辐射和风速     

基于水分胁迫系数的枣树园土壤含水率估算

为了实现黄土高原地区滴灌条件下枣树园土壤含水率的小范围快捷监测,根据FAO-56水分胁迫系数的定义和相关计算公式,得到了基于土壤水分胁迫系数的黄土高原地区滴灌条件下枣树根层土壤平均含水率估算公式．2009年4-9月将该公式应用于西北农林科技大学陕西米脂孟岔试验站的枣树试验园,配置了3种不同的土壤含水率控制下限,对枣树2个重要生育期的土壤含水率进行了估算,模拟了水分动态变化过程,并对估算值和实测值进行对比和误差分析．结果表明:采用基于FAO-56水分胁迫系数的计算公式对土壤含水率的动态模拟达到了较高的精度,估算值与实测值之间误差较小:其中开花坐果期各处理(灌水下限为60％,50％,40％的田间持水率)的估算值与实测值之间的相关系数分别为0828 0,0907 3,0935 1;标准误差分别为0055,0093,0068．果实膨大期各处理的相关系数分别为0777 2,0766 7,0905 5;标准误差分别为0057,0092,0079．估算值与实测值之间的相关系数随土壤含水率的增大而减小,随土壤水分胁迫程度的增大而增大,即土壤含水率较高时对公式精度有一定的影响．该方法较适用于黄土高原半干旱地区,对农业用水管理具有一定参考价值．     

砂石覆盖条件下夏玉米蒸发蒸腾量的估算

【目的】准确估算作物蒸发蒸腾量(ETc)。【方法】基于2014—2016年遮雨棚下夏玉米土箱生长试验,对砂石覆盖条件下夏玉米ETc的单、双作物系数法计算公式进行了修正,并以小型蒸渗仪测得的ETc,实测对修正后的作物系数法的适用性进行了评估。单作物系数由ETc,实测和参考作物蒸发蒸腾量直接计算得到,用2014和2016年的单作物系数与砂石覆盖量进行拟合,得出计算ETc的单作物系数法修正公式后对2015年度的数据进行验证。【结果】砂石覆盖条件下夏玉米各生育阶段的ETc,单和ETc,实测较为接近。在双作物系数法中引入修正系数验证后发现各处理条件下的计算值接近ETc,实测。【结论】双作物系数法的计算结果能更好地估算砂石覆盖条件下夏玉米的蒸发蒸腾量。     

水分胁迫条件下羊草群落生育期双作物系数计算方法的验证

基于浑善达克沙地2005-2006两个不同水文年对羊草、拂子茅、冰草构成的羊草群落生育期中气象因子及生理因子野外观测试验数据,用联合国粮农组织FAO-56分册中介绍的方法计算了羊草群落生育期基本作物系数和土壤蒸发系数,并对基本作物系数进行了地区气象因素和牧草单叶气孔阻力校正。用校正后的作物系数模拟计算的蒸腾、蒸发量与实际观测值间进行了拟合相关图、拟合优度参数法的有效性检验。结果表明:计算的蒸发、蒸腾量与实测结果基本接近。考虑水分胁迫时,有条件的地区应该对作物系数进行地区气象因素和单叶气孔阻力校正。     

非充分灌溉预报决策支持系统的研究

采用FAO-56 Penman-Monteith公式和双作物系数法计算出作物需水量,根据初始土壤含水率和作物生长发育的长度,通过农田土壤水量平衡原理计算出当前的土壤含水率,依此作为判断灌水与否以及预报灌水日期的依据。当土壤含水率下降到土壤水分下限值时就灌水,计算并输出灌水量,当其未达土壤水分下限值时,则预报需要灌水的日...     

Determining FAO-56 crop coefficients for peanut under different water stress levels

Accurate estimates of peanut (Arachis hypogaea L.) water requirements are needed for water conservation. The objective of this study was to evaluate the FAO-56 crop coefficients for peanut grown under various levels of water stress in a humid climate. Two experiments were conducted in three automated rainout shelters located at the University of Georgia Griffin Campus in Griffin, Georgia, USA in 2006 and 2007. Irrigation was applied when the modeled soil water content in the effective root zone dropped below a specific threshold of the available water content (AWC). The irrigation treatments corresponded to irrigation thresholds (IT) of 40, 60 and 90% of AWC. The soil water balance was used to compute observed evapotranspiration (ET _cm) from measured soil water content at six different soil depths. The length of the four developmental stages was different than the values listed in FAO-56. The 2-year average absolute relative error of K _cini was 8, 19 and 6% for 40, 60 and 90% IT, respectively. For the 90% IT, the FAO-56 K _cmid and K _cend were almost identical to the 2-year averages of the observed K _cmid and K _cend, respectively. The findings of this study confirmed that the FAO-56 procedure was reasonably accurate for estimating peanut ET under water stress in a humid climate.     

微咸水膜下滴灌棉花根区土壤水盐运移规律研究

研究了微咸水膜下滴灌条件下,不同矿化度的微咸水灌溉对棉花根区土壤水分、盐分变化的影响。结果表明,在相同灌水定额条件下,棉花根系对高配比微咸水混灌后的土壤水分消耗小,土壤盐分对棉花根系耗水具有抑制作用。当微咸水灌水定额小于25 mm时,易导致土壤盐分的表聚现象。根据土壤含水率与土壤电导率之间的相关关系,建立了宽行土壤电导率计算模型。通过实测值验证,试验地宽行深度为0～30 cm时,土壤电导率计算值与实测值误差率不大于5%,故在此土壤深度范围内可通过模型预测土壤电导率值。     

不同水分条件对草坪草耗水及生长影响的研究

利用小型蒸渗仪,开展了不同土壤水分条件下,早熟禾、高羊茅、结缕草、野牛草4种草坪草的耗水规律及生长特性的试验研究。研究发现草坪草的耗水在时间上的变化为双驼峰型,第一个耗水高峰期出现在5月中旬到6月末,第二个耗水高峰期出现在7月中旬到9月中旬。各年中草坪草耗水随降雨的变化而变化。且S1处理的草坪生长量、根重均高于S2和S3处理,但S2和S3处理的草坪生长量、根系发育差异不大。草坪草累积耗水量和日平均耗水量均随控制土壤水分下限的降低而显著降低。在草坪灌溉管理中灌溉控制土壤水分下限可控制在40%~60%的田间持水量。     

冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动数值模拟

冬小麦深度灌水可以促进根系深扎,提高水分利用率。为了定量计算深度灌水条件下土壤水分动态,根据冬小麦不同深度灌水试验,用土壤水分运动方程的源项模拟不同深度灌水,建立了冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动模型,采用有限差分法求解。利用不同深度灌水冬小麦试验数据对模型进行验证,结果表明模型计算的土壤含水率与实测土壤含水率的动态变化趋势一致,二者显著相关,相关系数在0.90以上,模型平均绝对误差最大值为0.023 cm3/cm3,平均相对误差最大值为8.22%,均方根误差最大值为0.03 cm3/cm3。所建模型具有较高的模拟精度,可用于模拟不同深度灌水条件下冬小麦土壤水分分布与动态变化。     

不同灌溉制度对矮化密植红枣土壤水盐分布的影响研究

为探究裸地滴灌不同灌溉制度对矮化密植红枣根区土壤水盐分布和红枣产量的影响,对灌溉定额为196、224和252mm,灌水次数8次和14次、共6种组合的矮化密植红枣进行滴灌试验,研究表明,低频灌溉可明显提高土壤含水率,相同灌溉定额条件下,低频灌溉较高频灌溉更有利于土壤水分的保持;高频灌溉控盐效果优于低频灌溉;随灌溉定额的增加低频灌溉较高频灌溉产量增加明显,而高频灌溉产量降低幅度比低频灌溉快;在合理灌溉定额下,采用高频灌溉较低频灌溉更能获得较高的产量。     

Evaluation of capacitance probes for optimal irrigation of citrus through soil moisture monitoring in an entisol profile

 Continuous monitoring of soil moisture content within and below the rooting zone can facilitate optimal irrigation scheduling aimed at minimizing both the effects of water stress on the plants, and also the leaching of water below the root zone, which can have adverse environmental effects. The use of Sentek capacitance probes (EnviroSCAN RT5) in scheduling citrus irrigation was evaluated using 3-year-old Hamlin orange trees [Citrus sinensis (L.) Osb.] on Swingle citrumelo rootstock [Citrus paradisi Macf. × Poncirus trifoliata (L.) Raf.] grown in a Candler fine sand (hyperthermic, uncoated, Typic Quartzipsamments). Available soil moisture calculated according to capacitance probe readings of soil moisture agreed well with that calculated using soil water release curves determined in the laboratory. A utility program was developed to process the data collected by the capacitance probe into a spreadsheet format. Processed data were used to calculate soil water storage within and below the citrus root zone at desired time intervals. Irrigation set points (i.e., full point equivalent to maximum desirable water storage and refill points I and II) were defined based on field capacity determined both in the field and in the laboratory and permanent wilting point. It was possible to maintain the water content in the root zone between the full and refill points I and II during most of the growing season. Although soil water content in the root zone exceeded the full point during periods of high irrigation, it drained rapidly within 24–48 h after the end of such irrigation events. Using soil moisture depletion in the root zone during periods of low water application to estimate citrus evapotranspiration (ET), the calculated daily average ET during 10-day period in November was 1.33 mm day⁻¹. Received: 11 August 1998     

非充分灌溉条件下春小麦三水利用效果研究

在非充分灌溉条件下,采用不同的灌水次数和不同的灌水定额进行灌溉试验,考虑灌水与无灌水2个因素,对春小麦的水分利用系数及水分生产率进行研究。结果表明,生育期土壤水和灌溉水所产生的效果对于小麦在80%以上,土壤水和降水对春小麦产量的影响是不可忽略的。从而进一步揭示和明确了灌溉水、土壤水、降水的价值,使几种水对作物产生的效果得到客观的评价。在干旱条件下水分利用率高是以牺牲产量为代价,在实际生产中应结合考虑各因素进行优化利用。     

不同作物种植条件下微咸水灌溉的土壤环境效应试验研究

在田间试验条件下,采用正常灌溉定额和淋洗灌溉定额2种灌溉水平,对小麦、葵花、玉米3种作物进行了不同灌溉水浓度处理的灌溉试验,对3种作物种植条件下土壤水盐运移规律进行了研究。研究发现灌溉水浓度达到某一临界值时,盐分将在土壤剖面一定深度的土层内聚集明显增大。且不同作物的临界灌水浓度值不同。