黄淮海农作区玉米需水量时空变化特征比较研究

鉴于作物需水量变化趋势对制定灌溉策略与区域水资源配置的重要作用,依据黄淮海农作区50个标准气象站点50年逐日气象数据资料,基于SIMETAW模型,分析了黄淮海各农作亚区夏玉米、春玉米生育期需水量、灌溉需要量的时空变化趋势,主要气象因予时间变化趋势以及需水量与气象因子的相关性。结果表明：1）该地区夏玉米、春玉米生育期需水量平均值分别为321．70和456．70mm且近50年均呈下降趋势,两者降水耦合度分别为0．78、0．72;2）与夏玉米生育期灌溉需要量相比,春玉米生育期灌溉需要量地区差异大且下降更显著,但两者在豫西丘陵山地旱坡地一熟水浇地二熟区均呈上升趋势;3）夏玉米,春玉米需水量下降受太阳辐射、温度、平均风速、平均相对湿度、降水的综合影响,其中最主要气候原因为太阳辐射、温度;平均风速、降水量与之呈显著负相关,其他各因素为显著正相关。     

气候变化下东北农作区大豆需水量时空变化特征分析

为探讨气候变化背景下东北农作区大豆需水量变化特征,基于Simulation of Evapotranspiration of Applied Water(SIMETAW)模型,利用东北农作区58个气象站点1961—2010年的气象资料,分析气候变化背景下大豆不同生育时期内有效降雨量、需水量(ETc)与缺水量(WD)的时空变化特征。结果表明:近50年来东北农作区大豆花前有效降雨呈微弱增加的趋势,花后有效降雨呈下降趋势,大豆全生育期有效降雨量呈下降趋势,气候呈现暖干趋势;在大豆全生育期及各生育阶段长白山区的有效降雨量均高于其他亚区。全区大豆全生育期50年平均需水量为398.29mm,呈下降趋势,其分布呈西多东少、南多北少;全区大豆播种-出苗阶段需水量多年来保持稳定,平均为27.36mm,其分布呈北部及中部多、南部少。全区大豆出苗-开花阶段平均需水量为130.90mm,呈下降趋势,其分布呈南多北少,全区大豆开花-成熟阶段平均需水量为240.03mm,呈上升趋势,其分布呈中部多、南北少。近50年来,东北农作区大豆全生育期及不同生育阶段内缺水量为正值,其中松辽平原区大豆缺水量值最大。如果不考虑灌溉,研究区域有效降雨不能满足大豆的需水,有条件的地区,应适时补充灌溉,来保证大豆的稳产高产。     

气候变化对三湖连江灌区水稻生育期和灌溉需水量变化的影响

为研究气候变化对三湖连江灌区水稻生育期和灌溉需水量变化的影响,利用FAO Penman-Monteith公式计算了嘉鱼县三湖连江水库灌区1982—2021年的水稻灌溉需水量,并通过MK检验和时间序列分解。结果表明：在过去40年里,气温呈极显著上升趋势,而相对湿度、平均风速和日照时数明显下降;水稻生育期平均缩短14.75 d;水稻生育期内ETc上升,占全年的37.6%;多年平均有效降雨量下降,灌溉需水量增大,灌溉需求指数为0.42。水稻生育期缩短和灌溉需水量的增大是由气温、风速、相对湿度、日照等共同作用的结果,有效降水量和灌溉需水量呈相反增长趋势。     

近56年来豫西冬小麦需水量变化特征及成因分析

为了探清豫西地区(三门峡、卢氏、栾川、西峡、洛阳、孟津)近56年(1958—2013年)小麦需水量和净灌溉需水量的变化和成因,采用单作物系数法计算小麦需水量和净灌溉需水量,利用时间序列分析法、采用Mann-Kendall法分析小麦需水量变化趋势,采用通径分析法分析影响小麦需水量的主要气象因子。结果表明,豫西地区多年平均年参考作物蒸发蒸腾量为807.66 mm,平均日蒸发蒸腾量为2.21 mm/d,倾向率为-0.745 mm/年,呈波动减少趋势,1979年以后下降趋势明显。豫西地区小麦的平均需水量、净灌溉需水量分别为484、442 mm,孟津小麦的需水量和净灌溉需水量均为最多,该地区小麦需要消耗更多的灌溉水。豫西地区小麦需水量持续下降在一定程度上减少了灌溉水利用量,影响豫西地区小麦需水量的主要气象因子是气温。     

华北棉区棉花需水量时空变化研究

为分析气候变化背景下华北地区棉花需水量和水分生态适宜性时空变化特点,本研究利用华北棉区47个气象站点逐日气象数据,通过SIMETAW模型分析1986—2015年棉花生育期需水量(ETc)、有效降雨量(Pej)和灌溉需水量(ETaw)及变化趋势。结果表明:近30年来,棉花生育期需水量和灌溉需水量呈减小趋势,生育期有效降雨量呈增加趋势;6—8月棉花需水量最大,不同站点月均需水量在80~160mm;7月和8月是棉花灌溉需水量最小的月份,华北棉区平均灌溉需水量接近零,灌溉需水量最大的月份是6月,多年平均灌溉需水量为56.50mm;华北棉区地下水超采区与非超采区灌溉需水量分别为144.41和70.41mm,降水量的不同是造成这种差异的主要原因;华北棉区棉花生育期多年平均需水量、有效降雨量和灌溉需水量分别为560.19、467.32和98.75mm,棉花一年一熟制的灌溉需水量小于传统的冬小麦-夏玉米模式,而经济收益大于春玉米一年一熟制,在华北地区超采区适当增加棉花的种植面积,有利于缓解华北地区水资源缺乏的现状。     

冀中南多样化种植模式的适水效应分析

为优化冀中南作物种植结构,本研究以河北省典型地下水漏斗区邢台市为例,基于作物需水SIMETAW模型系统量化1965—2018年冬小麦、春棉花、春玉米、夏谷子、夏大豆和春绿豆等10种主要农作物的生育期需水量与灌溉需水量,针对当地不同降水年型和水资源条件以及不同作物的生育期、生长发育特点和前后茬作物的农学特性等构建11种不同的种植模式,分析不同种植模式需水及降水耦合度等参数。结果表明:1)各作物年均生育期需水量表现为春棉花(515.2mm)冬小麦(466.6mm)春玉米(424.9mm)春油葵(420.0mm)春甘薯(362.1mm)春马铃薯(354.2mm)夏大豆(313.9mm)夏玉米(298.7mm)春绿豆(288.1mm)夏谷子(217.5mm)。2)各作物年均生育期灌溉需水量表现为冬播作物春播作物夏播作物。冬小麦年均生育期灌溉需水量最大,为329.2mm;夏谷子最低,为82.8mm。3)传统麦玉一年两熟制周年需水量最大(753.4～780.3mm),相比之下,多样化轮作模式的生育期需水量可显著降低15%～34%,生育期灌溉需水量明显降低9%～32%。春玉米-冬小麦-夏玉米、春玉米-冬小麦-夏谷子、春甘薯-冬小麦-夏玉米和春甘薯-冬小麦-夏谷子等两年三熟制在丰水年、平水年和枯水年下的生育期需水量、灌溉需水量和周年需水量均较低。春绿豆-夏谷子一年两熟模式的年均生育期需水量最低,为504.4mm,年均生育期灌溉需水量为286.8mm。因此,在保证粮食安全的前提下,为减缓河北省地下水位持续下降的趋势,发展适水种植模式是节水农业的重要途径之一。     

河南省葡萄需水量的时空变化趋势及影响因素分析

基于河南省1960—2015年的17个基本气象站点的气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数法计算了河南省葡萄需水量;并利用线性趋势分析法和Mann-Kendall非参数检验法,对葡萄生育期需水量和不同月份需水量的年际变化趋势进行了分析。同时,也对其与气象因子的相关性进行了探讨。结果表明,1960—2015年,河南省葡萄生育期平均需水量为451.71 mm。56 a来,除4月份葡萄需水量呈不显著的上升趋势外,其他月份的需水量均呈下降趋势,尤其是6月、7月和8月的需水量均呈显著下降趋势。葡萄生育期需水量的空间分布特征为自西北向东南逐渐降低,豫西葡萄生育期平均需水量最高,为460.82 mm,豫南葡萄生育期平均需水量最低,为438.15 mm。对影响河南省葡萄生育期需水量的气象因子进行相关性分析表明,日照时数和平均风速与葡萄生育期需水量有极显著正相关性,平均相对湿度与生育期需水量呈极显著负相关性。     

鲁中地区夏玉米水分盈亏及灌溉需水量的时空变化特征

利用1980—2014年鲁中地区气象资料和夏玉米生育期资料,采用Penman-Monteith模型和单作物系数计算夏玉米各生育阶段需水量,利用美国农业土壤保持局推荐方法计算有效降水量、水分盈亏系数(CWSDI)和灌溉需水量,分不同生育期进行时空变化分析探讨。结果表明:近35年来,鲁中地区夏玉米全生育期和各生育期需水量均随时间变化呈减少趋势,拔节—抽雄期是需水量最大的阶段,随时间变化减少幅度最大,全生育期需水量主要空间变化规律一致,减少强度中心在中北部地区。全生育期和各生育期有效降水随时间变化呈增加趋势,2003年是突变增加的开始年份,全生育期增加强度中心在南部山区,拔节—抽雄期增加强度中心在中部平原。全生育期CWSDI随时间变化呈增加趋势,拔节—抽雄期增加幅度最大,自南向北递减。为满足夏玉米需水要求,全生育期平均灌溉需水量228 mm,拔节—抽雄期是灌溉需水量最大的阶段,随时间变化呈减少的趋势,减少强度中心在中部地区。研究结果可为鲁中地区夏玉米干旱监测评估、适时灌溉和提高水分利用效率提供数据支撑。     

新疆石河子垦区主要作物需水特征及水效益比较

根据新疆石河子垦区50年气象数据资料,计算分析了主要作物需水量变化及自然降水条件下农田水分平衡状况,并对主要作物水分生产效率效益进行了比较.结果表明:春小麦、冬小麦、春大豆、春谷子、苜蓿需水量均呈上升趋势,其中春小麦增加幅度最大,每5 a平均增加6.6 mm,而春玉米、水稻、棉花需水量呈下降趋势.粮食作物中以水稻亏水量最高,冬小麦、春玉米次之,而春大豆、春谷子、春小麦、薯类作物相对较小,经济作物中以糖类作物亏水量最高,其次为加工番茄、苜蓿、棉花,而瓜类、麻类、油料作物相对较小.不同灌溉方式下作物水分利用效率效益差异较大,粮食类作物如春小麦、春玉米水分利用效率高于其他作物,而果菜类作物如葡萄、蟠桃、线椒水分经济效益最高.     

河南省夏玉米生育期有效降雨量和需水量时空分布特征

依据河南省15个夏玉米主产区1961—2015年的气象资料,计算夏玉米生育期的需水量和有效降雨量,进而得到夏玉米生育期的灌溉需水量,并利用线性倾向估计和空间插值法对河南省夏玉米生育期降雨量、有效降雨量、需水量和灌溉需水量的年际变化趋势和空间分布特征进行分析,以期为河南省夏玉米生产中水资源合理分配和灌溉方案制定提供科学依据。结果表明,在时间分布上,1961—2015年,河南省夏玉米生育期降雨量和有效降雨量年际间整体上变化趋势平稳,而需水量和灌溉需水量整体上呈明显的下降趋势。在空间分布上,河南省夏玉米生育期年均降雨量整体上由东南向西北递减,年均有效降雨量从西南向东北递减;豫西夏玉米生育期年均需水量相对高于其他区域,而豫北灌溉年均需水量明显高于其他地区。     

参照作物腾发量变化规律的探讨

选用Penman-Monteith公式计算了三河市参照作物腾发量(ET0),分析了不同水文年降水与参照作物腾发量的变化关系,并对参照作物腾发量构成项进行了比较。结果表明:参照作物腾发量中辐射项(ETrad)的变化趋势基本反映了腾发量(ET0)的变化趋势,一年四季都处于主导地位,而空气动力学项(ETaero)全年变化较小,一般在冬季对腾发量有较大影响。     

基于SIMETAW模型的北京地区主要作物需水量估算

应用北京近56年气象数据对SIMETAW模型进行校正,并利用模型估算北京地区主要大田作物需水量。结果表明:SIMETAW模型对参考作物腾发量的模拟与彭曼-蒙特斯公式计算值较为接近,r>0.94,结果可靠。北京地区主要大田作物的需水量和作物系数在全生育期内均呈现单峰型曲线;果树类作物需水量相对较大,其次是粮经作物,其中春花生、棉花、春甘薯和冬小麦需水量较大,均在430 mm以上;蔬菜类作物由于生育期较短,单季耗水量小,均在400 mm以下。     

4种宿根花卉北京地区水分蒸散规律与节水灌溉

为指导节水灌溉,2006年在北京市小汤山镇国家精准农业研究示范基地利用小型蒸渗仪研究了石竹、萱草、鸢尾、八宝景天4种宿根花卉人工控制条件下的蒸散规律。采用蒸散量反馈式灌溉原理设置了4个灌溉水平:100%ETc(ETc为充足灌溉水平下植物的实际蒸散量)、75%ETc、50%ETc、25%ETc。100%ETc灌溉水平下石竹和萱草出现7和9月蒸散高峰,鸢尾和八宝景天的蒸散曲线平缓,它们6—10月的总蒸散量分别为432.61、332.40、186.93和161.37 mm。根据2006年试验地的实际降雨情况,6—8月4种植物均不需补充灌溉,但9、10月需补充灌溉,补充灌溉量分别为185.38、154.32、48.52和42.15 mm。测量、记录4个灌溉水平下各种植物的生长和观赏指标,数据分析结果表明,相比100%ETc的充足灌溉水平,在75%ETc的轻微干旱胁迫下,石竹、萱草、鸢尾的生长没有显著差异,而八宝景天即使在50%ETc的水平下生长和观赏性状也没有显著变化,说明八宝景天的耐旱性最强。因此石竹、萱草和鸢尾可以采取75%ETc,而八宝景天采取50%ETc的节水灌溉标准,相比充足灌溉分别节水46.35、38.58、12.13和21.08 mm。     

上海地区陆面蒸散发估算的研究

本文介绍了一种计算陆面蒸散发的气候学方法。应用波契特(Bouche)区域蒸散发互补关系概念，建立陆面蒸散发互补关系模型，以上海地区11个气象站的资料输入，计算了各站的年、季、月陆面蒸散发量，并分析了蒸散发量时、空分布特征。     

羊草草原退化系列上群落蒸发蒸腾日进程的分析

草原群落蒸发蒸腾是一个由各种因素综合影响的复杂问题。本文在羊草草原退化群落系列上，用土柱称重法进行群落蒸发蒸腾日观测，同时调查群落的有关特征特性，深入分析了羊草草原退化群落系列上群落蒸发蒸腾及其影响因素，得出：影响群落蒸发蒸腾的首要因素是大气蒸发力与植物根际土壤含水量。当植物根际土壤供水不足时，群落蒸发蒸腾日曲线普出现双峰值，应植物群落自身特征而言，不同退化程度的群落蒸腾不但与群落生物量有关，而且还与高蒸腾速率植物肿在群落中所占比例大小有关，一般随着放牧强度的增加，群落生物量减少，群落蒸腾减弱，群落蒸散没有明显下降。     

Determining Crop and Pan Coefficients for Cauliflower and Red Cabbage Crops Under Cool Season Semiarid Climatic Conditions

The aim of this study was to estimate the evapotranspiration of cauliflower and red cabbage crops grown under cool season semiarid climatic conditions from Class A pan evaporation. Actual evapotranspiration （ETc） of cauliflower and red cabbage crops was calculated according to the water balance approach. Reference evapotranspiration （ETo） was calculated with FAO Penman-Monteith equation. Pan evaporation （Epan） was measured by using Class A pan. Seasonal ETc was determined as 475 mm for cauliflower and 556 nun for red cabbage. Seasonal pan coefficient （kp=ETo/Epan） was determined as 0.82, and the seasonal crop coefficient （kc=ETc/ETo） was determined as 0.84 for cauliflower and 0.83 for red cabbage. So the evapotranspiration of cauliflower and red cabbage crops was estimated as 70% Class A pan evaporation.     

Estimation of Cucumber Evapotranspiration in Solar Greenhouse in Northeast China

The solar greenhouse without heating system has been widely used for vegetable production in Northeast China since the 1980s. The experiment was conducted in the solar greenhouse to study the relationship between evapotranspiration （ET） of cucumber and climatic factors. Reference evapotranspiration （ET0） and pan evaporation （Ep） were applied to determine cucumber evapotranspiration by regression methods. Results showed that the ET of cucumber increased with the increasing of solar radiation, air temperature and vapor pressure. The solar radiation was the most important factor that influences ET among environmental parameters. The determination coefficient （R2） was 0.865 between ET and Ep, higher than that between ET and ET0 （application of a constant vegetation coefficient, R2 = 0.46）. The pan coefficient （kp, determined from the ratio of ET to Ep） and the crop coefficients （kc, determined from the ratio of ET to ET0） showed considerable variability and no obvious systematic pattern could be described throughout the study period. Ep was linearly related to ET and 20 cm pan can be well used to determine the water requirement of cucumber under subsurface drip irrigation in this type of solar greenhouse.     

农田蒸散量模型构建及蒸散状况分析

笔者以辽宁省为例,利用1981～2002年间18个代表站点常规气象资料与土壤湿度观测资料,建立了不同供水条件下农田蒸散量的模拟模型,计算了自然条件下的农田蒸散量的变化。结果表明,辽宁省农田蒸散量年内呈单峰形变化,峰值出现在玉米抽雄开花期。农田蒸散量区域分布中间高四周低,趋势与自然降水分布不一致。农田蒸散量年际间呈波动性变化,多水年农田蒸散量明显高于正常年,90年代辽宁中部、辽东、辽南、辽北地区农田蒸散量呈逐年上升趋势,辽西地区农田蒸散量呈逐年下降趋势。     

基于Penman-Monteith模型和Shuttleworth-Wallace模型对太行山南麓人工林蒸散的模拟

蒸散作为陆地生态系统能量平衡和水分循环的一个关键环节,其改变会影响区域气候的变化。森林蒸散模拟研究在评价森林在区域水分循环中的作用具有重要的意义。本文采用Penman-Monteith(P-M)模型和Shuttleworth-Wallace(S-W)模型模拟了太行山南麓栓皮栎-侧柏-刺槐人工混交林的蒸散(ET),对模型模拟的ET与涡度相关法所得的ET进行了比较,评价了P-M模型和S-W模型模拟人工混交林ET的适用性,讨论了这两种模型对各阻力的敏感性。研究结果表明,P-M模型和S-W模型模拟所得的ET的季节变化和日变化类似。S-W模型和P-M模型模拟的ET均低于实测的ET,S-W模型模拟的ET比实测的ET偏低6%,P-M模型模拟的ET比实测值偏低21%,因此,P-M模型模拟的ET偏低更明显。与P-M模型相比,S-W模型模拟的ET与实测值的相关系数、一致性指数(IA)、均方根误差(RMSE)、相对误差(RE)较小。与P-M模型相比,S-W模型模拟的ET与实测值的拟合直线更加趋近1:1线。S-W模型模拟ET的效果优于P-M模型,S-W模型更适合于本研究区人工混交林蒸散的模拟。P-M模型模拟的2009年生长季的ET偏低更明显,将S-W模型模拟的ET分为蒸腾(T)和土壤蒸发(E),其中土壤E与ET比值为11.3%。土壤E约占ET的10%左右。P-M模型模拟ET偏低的原因可能与P-M模型中未考虑土壤表面阻力有关。S-W模型模拟的ET和T对冠层阻力(r_sc)最敏感,其次为植物冠层高度至参考高度间的空气动力学阻力(r_aa),对土壤表面至冠层高度间的空气动力学阻力(r_as)相对不敏感;土壤E对土壤表面阻力(r_ss)最敏感,对r_sc最不敏感。P-M模型模拟的ET对r_sc最敏感,对空气动力学阻力(r_a)敏感性较弱。      

林—果—农复合系统中植物蒸腾及系统蒸散的研究

本文讨论了林（带）、果（梨）、农（冬小麦）复合系统中植物蒸腾、耗水特征及耗水关系。结果表明冬小麦是系统中蒸腾耗水的主要部分（占系统耗水量的69．3％），梨树居中（占23．6％）。系统中蒸散耗水关系也表现出类似的规律。进一步分析指出，从合理利用水资源角度考虑，适当发展具有三层结构的林-果-农复合系统是可行的。