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。     

灌溉水盐分和灌水量对温室气体排放与玉米生长的影响

为揭示地下水与微咸水灌溉条件下灌水量对土壤CO2、N2O排放和春玉米生长的影响,设置2种灌溉水含盐量（1.1、5.0g/L）和3种灌水量（210、255、300mm）,于2019年4—9月在内蒙古自治区河套灌区进行了春玉米田间试验。结果表明,不同灌水量下,微咸水（含盐量5.0g/L）灌溉比地下水（含盐量1.1g/L）灌溉土壤N2O累积排放量提高了19.86%~44.21%,但利用微咸水灌溉并不会影响土壤CO2累积排放量与全球增温潜势。在相同的灌溉水盐分条件下,灌水量为300mm时土壤CO2、N2O累积排放量和全球增温潜势均最大,灌水量为210mm和255mm时并不会对土壤CO2、N2O的累积排放量和全球增温潜势产生显著影响。相关性分析表明,土壤含水率和无机氮含量是影响土壤CO2、N2O排放的重要因素,灌溉水盐分通过促进土壤的硝化作用促进土壤N2O排放。在微咸水灌溉条件下,春玉米产量较地下水灌溉减少了30.88%~37.32%。随着灌水量的增大,春玉米产量呈增加趋势,但255mm和300mm灌水量条件下的春玉米产量差异不显著。在地下水与微咸水灌溉条件下,灌水量为255mm时,土壤盐分累积较小,春玉米产量较高,土壤CO2、N2O累积排放量和全球增温潜势相对较小,是灌区适宜采用的灌溉定额。     

西北地区夏玉米不同生育期蒸发蒸腾量模拟模型适用性评价

【目的】蒸发蒸腾量(ET)是农业生产的主要参数,ET的准确估算对农田精准用水管理和区域水资源优化配置具有重要意义。【方法】利用2012—2013年夏玉米作物指数与气象因子,采用基于参考作物蒸发蒸腾量(ET0)经验模型(Schendel、Hargreaves-M4(H-M4))的单作物系数法、单源模型(Priestley-Taylor(P-T))和双源模型(Shuttleworth-Wallace、Two-Patch)对作物蒸发蒸腾量进行模拟,并对比分析各估算模型模拟情况。【结果】基于不同生育期实测和平衡蒸发蒸腾量均值的比值修正P-T模型经验系数?,P-T修正模型对夏玉米全生育期ET模拟值与大型称质量式蒸渗仪实测值拟合的平均绝对误差(MAE)、决定系数(R2)、平均相对误差(MRE)、相对均方根误差(Relative root mean-squared error,RRMSE)和整体评价指标(GPI)排名分别为0.977 5 mm/d、0.5689、0.843 4、0.450 4和1,苗期分别为0.959 2 mm/d、0.332 0、0.478 4、0.481 1和3,拔节抽雄期分别为1.038 8 mm/d、0.507 8、0.551 7、0.429 0和1,成熟期分别为0.548 1 mm/d、0.774 6、0.915 8、0.423 9、0.692 1和1;H-M4模型对灌浆期ET模拟MAE、R2、MRE、RRMSE和GPI排名分别为1.344 3 mm/d、0.727 9、2.298 3、0.491 0和1。模拟结果均达到极显著(P<0.01,P代表显著性水平)。【结论】P-T和基于单作物系数法的H-M4均具有输入较少参数获取较精确ET估算值的优势,因此P-T可作为全生育期及苗期、拔节抽雄期和成熟期蒸发蒸腾量最优模拟模型,H-M4可作为灌浆期蒸发蒸腾量最优模拟模型。     

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。     

采用作物系数法和PM模型估算南京地区玉米田蒸发蒸腾量

蒸发蒸腾量(ET)是农田水平衡中的重要环节,ET的准确估算有助于提高农田水分管理水平。在测定农田小气候、土壤蒸发和玉米生长旺季液流量基础上,比较了单作物系数法(Kc法)、双作物系数法(Kcb法)、不同冠层阻力计算的Penman-Monteith模型(PM1和PM2法)估算南京地区玉米田ET的适用性,并对玉米整个生育期ET变化及其影响因素进行分析。结果表明以液流法和土壤蒸发测定的总ET为基准,PM1方法估算的夏玉米ET误差最小,与实际测定ET的决定系数(R2)、平均绝对误差(MAE)和一致性指数(d)分别为0.52、0.8 mm/d和0.48。以PM1模型估算的夏玉米全生育期ET为310mm,日均ET为3.16mm/d,最大值出现在拔节期和抽穗期,整体变化呈单峰型。ET与气象因素响应顺序为净辐射饱和水汽压温度风速。本研究可为优化玉米田水资源管理和提高水资源有效利用提供参考。     

基于蒸腾估算的不同施肥量对夏玉米生长及产量的影响研究

利用作物蒸腾和土壤蒸发之间的定量分配占比确定最优施肥量,是指导合理灌溉、提高水肥利用效率的重要研究内容。该研究测定了夏玉米蒸腾量、土壤蒸发量、作物生长参数和产量,并用修正双作物系数法估算全生育期夏玉米蒸发蒸腾量,分析了雨养条件下,不同施肥量对夏玉米植株蒸腾(T_c)和土壤蒸发(E)及产量的影响。结果表明:夏玉米生长初期,施肥量对T_c的影响不明显,E对蒸散量(ET_c)的贡献大于T_c;生长中期,施肥量越大,T_c相对较大,0肥(N1)低肥(N2)中肥(N3)高肥(N4),T_c对夏玉米蒸散量ET_c的贡献大于E;生长后期,N2处理T_c最高,N4处理最低。不同施肥量下,T_c、E整体呈现下降趋势,T_c、E对ET_c相互影响。不同施肥量夏玉米产量N3N2N4N1,N3处理比N1处理产量高16.9%、N3处理比N4处理产量高9.6%。施肥量过多或太少,都会降低夏玉米产量。适当施肥可以提高T_c在ET_c中的所占比例(N3最高,T_c/ET_c=67.53%),降低E的消耗,从而使水分消耗向增加作物产量的方向分配。     

灌水量、种植密度和行距对河西地区春玉米产量的影响

为确定河西地区膜下滴灌春玉米适宜的灌水量和配套栽培技术,2020年在中国农业大学石羊河流域农业与生态节水试验站开展大田试验,设置2个灌水量(W₁,W₂)、2个种植密度(D₁,D₂)和3种行距(L₁,L₂,L₃),共12个处理,3次重复.通过测定株高、叶面积指数(LAI)、干物质累积及分配等指标,研究灌水量、种植密度与行距对春玉米生长、产量和水肥利用效率的影响.结果表明,在相同灌水量下,处理D₂的株高和LAI显著高于D₁,增加种植密度提高了玉米群体干物质积累量、产量及水分利用效率(WUE).处理W₂D₂L₃的干物质累积量和产量最高,分别为96.45和17.72 t/hm²;处理W₁D₂L₃的水分利用效率最大,为3.57 kg/m³.灌水量与种植密度两者交互作用对产量及其构成因素的影响具有统计学意义(P<0.05);灌水量、种植密度与和行距三者交互作用对收获指数的影响具有统计学意义(P<0.05),对作物耗水量(ET)和WUE的影响具有统计学意义(P<0.01).灌水量、种植密度与行距均对河西地区春玉米群体结构、耗水量、产量及水分利用效率存在一定的调控效应:由大到小为种植密度、行距和灌水量.综合分析,“80%ET_c+10.0万株/hm²+宽窄行”为河西地区膜下滴灌春玉米适宜的灌水和种植模式.     

CERES-Wheat模型中两种蒸发蒸腾量估算方法比较研究

基于CSM-CERES-Wheat模型中Priestley-Taylor(PT)和FAO56 Penman-Monteith(PM)2种蒸发蒸腾量估算方法分别模拟了冬小麦2011—2012年和2012—2013年2个生长季的累积蒸发蒸腾量、日蒸发蒸腾量、土壤含水率、地上干物质以及籽粒产量,并对2种方法的模拟结果进行了评价和比较。对2种方法模拟的蒸发蒸腾量值与试验区域内大型称量式蒸渗仪的实测结果进行了比较,结果表明,基于PT和PM方法的CERES-Wheat模型均可以准确地模拟干旱-半干旱地区冬小麦的蒸发蒸腾量,累积蒸发蒸腾量和日蒸发蒸腾量的误差分别小于5.4%和3.4%。同时,模型还可以模拟土壤水分动态情况,在0~20 cm土层,CERES-Wheat模型的模拟值与实测值的标准化均方根误差(RRMSEn)为39.38%,模拟结果较差,但20 cm土层以下,2种方法的模拟值与实测值的RRMSEn均小于23.1%,且对40~60 cm土层的模拟结果最好。CERES-Wheat模型基于PT和PM方法对冬小麦在2011—2012年和2012—2013年生长季地上生物量的模拟值与实测值的RRMSEn分别为13.57%和22.76%,产量的RRMSEn分别为11.80%和15.42%,模拟结果均较好。另外,CSM-CERES-Wheat模型基于PT方法模拟的蒸发蒸腾量小于基于PM方法的模拟值,而PT方法对土壤含水率的模拟结果高于PM方法的模拟结果,且PT方法对地上生物量以及产量的模拟结果高于PM方法,用2种方法模拟的成熟期地上生物量及产量的RRMSEn值均在25%以内。总之,CSM-CERES-Wheat模型采用2种方法对蒸发蒸腾量、土壤含水率及干物质和产量的模拟结果均较好,表明该模型在我国干旱-半干旱地区的应用性较好,可为该地区不同水分条件下冬小麦的生长情况提供理论支持。     

不同灌水量对绿洲玉米生长动态及子粒灌浆特征的影响研究

为探明不同灌水量对玉米生长动态与子粒灌浆特征的影响,研究分析了不同灌水量下绿洲春玉米不同生育期株高、干物质积累和干物质生产率变化动态及子粒灌浆特征。结果表明,不同灌水处理玉米株高均随生长而增加,但其生长速度有所不同,进入灌浆期玉米株高增加明显减慢,且随灌水量的增加而增加。合理有效的限量灌水不仅有利于玉米干物质积累并保持较高的干物质生产率,而且玉米籽粒平均灌浆时间相对缩短,平均灌浆速率相应增加。     

基于CatBoost的温室日参考作物蒸发蒸腾量估算模型研究

参考作物蒸发蒸腾量(Reference Evapotranspiration,ET₀)是估算作物需水量、制定灌溉制度、提高用水效率,实现农业节水的重要参数。针对传统Penman-Monteith(P-M)公式计算作物蒸发蒸腾量需要参数多,计算复杂等问题,提出了一种基于支持分类特征的梯度提升决策树(CatBoost)算法估算温室日参考作物蒸发蒸腾量。以温室修正型Penman-Monteith公式计算的ET₀作为标准值,通过Pearson’s方法对输入参数与ET₀之间的相关性进行分析,组合不同输入特征向量。当输入参数组合为3参数,即平均室内温度、平均相对湿度、累积太阳辐射时,CatBoost性能最优,测试集估算精度MAE为0.220 mm/d,RMSE为0.310 mm/d。进一步对比了6种其他机器学习模型(XGBoost、AdaBoost、随机森林、决策树、KNN、SVM)的估算精度,结果表明CatBoost模型具有最佳的估算精度和稳定性,能够较好地模拟参考作物蒸发蒸腾量。构建的日参考作物蒸发蒸腾量估算模型为水肥精准化管理、灌溉控制系统研发提供了一种新的思路。     

滴灌灌溉量、施氮量和种植密度对春玉米产量的影响

[目的]提高西辽河平原春玉米水氮利用效率,优化种植密度,发挥水、氮、密协同作用,实现玉米高产高效.[方法]2017-2019年采用随机区组设计实施了田间定位试验,以3a的平均产量(Y)为因变量,以试验设定的灌水量(W)、施氮量(N)、种植密度(D)为自变量,建立三元二次回归模型,并分析Y与W、N、D之间的互作关系.[结...     

江苏地区不同参考作物蒸发蒸腾量估算模型

为了研究不同参考作物蒸发蒸腾量ET₀估算方法在江苏地区的适用性,收集了江苏省徐州市、高邮市和昆山市1957年1月至2019年12月的气象数据,采用12种不同模型估算了各站点的ET₀,其中模型Priestly-Taylor,Hansen,Jensen-Haise,Makkink是基于辐射数据的模型;MC-Cloud,1985 Hargreaves,Thornthwaite是基于温度数据的;Copais,Valiantzas 1和Valiantzas 2是综合法模型;XGBoost和SVM是机器学习模型.12种ET₀的估算模型计算值分别与Penman-Monteith模型(PM)计算值进行比较,结果表明:各站点的综合评价指数GPI最高的为机器学习模型中的SVM模型;在输入参数相同的情况下,机器学习模型模拟精度优于综合法和温度法以及辐射法中的Pristley-Taylor和Makkink模型;机器学习模型随着输入参数减少,模拟精度依次降低.研究结果可以为江苏地区气象数据不完善时估算ET₀提供科学依据.     

灌水量及灌水频率对玉米生长和水分利用的影响

利用遮雨棚蒸渗桶栽试验,研究灌水量和灌水频率对夏玉米生长、产量和水分利用的影响.试验以“郑单958”为研究材料,设置3个灌水量水平W1(120%ETc),W2(100%ETc)和W3(80%ETc)和3个灌水频率D1(3 d),D2(6 d)和D3(9 d)共9个处理,在生育期内对桶栽玉米的各项生长指标进行观测,分析不同处理对玉米的影响.结果表明:玉米的株高、叶面积、干物质量和产量随着灌水量的增大,均呈现出增加趋势;随着灌水频率的增大,均呈现出下降趋势.显著性分析表明,灌水量对夏玉米生长特性和产量的影响程度大于灌水频率.单株玉米产量在W₁D3处理下达到最大值,在W₃D1处理下玉米产量最小,差异具有统计学意义.水分利用效率和灌溉水利用效率则随灌水量的增大呈现先增大后减小趋势,且随灌水频率的增加逐渐降低.W₂D3处理的水分利用效率和灌溉水利用率最高,分别为1.83和1.61 kg/m3.基于各处理水分利用效率和产量变化,W₁D3(120%ETc,9 d)可作为基于试验条件下较适宜的灌水技术.     

黄土丘陵沟壑区自然条件下不同辐射面蒸发蒸腾量的预测

基于黄土丘陵沟壑区自然条件下的田间试验,利用TDR测定了研究区不同辐射面15个不同坡面的含水量,基于水量平衡法计算得到蒸发蒸腾量,揭示了不同辐射面蒸发蒸腾量的变化规律,研究了坡向、坡度对蒸发蒸腾量的影响,在此基础上构建了预测模型,并对其预测结果进行了验证.研究结果表明:①黄土丘陵沟壑区蒸发蒸腾量在越冬期过后,逐渐增大,...     

淮北平原冬小麦蒸发蒸腾量与不同土层土壤含水率关系初探

利用大型称重式蒸渗仪测定了冬小麦不同生育期的农田蒸发蒸腾量,分析了冬小麦的蒸发蒸腾变化规律,探讨了参考作物蒸发蒸腾量(ET0)、土壤含水率与作物蒸发蒸腾量(ET)之间的关系。结果表明,ET0和蒸渗仪实测的ET生育期内变化趋势基本一致;冬小麦ET受0~60cm土层土壤含水率的影响,尤其是0~40cm土层土壤含水率对作物ET影响显著,80cm以下土层土壤含水率基本对作物ET无明显影响。     

蒸发蒸腾量时间序列的混沌特征分析

利用成都1951-2000年的气象资料和地理参数,用Penman-Monteith公式计算蒸发蒸腾量(ET0)。根据混沌理论,采用Welch法和小数据量法识别ET0的混沌特征,根据G-P关联维和C-C方法得出主要的混沌特征指标,并利用RBF神经网络和Volterra级数进行一步预测。研究表明:ET0序列存在一定的混沌特征,最小嵌入维数m=6时对应的吸引子维数D=2.025,最大李雅诺夫指数大于0;利用RBF神经网络和Volterra级数自适应方法对ET0进行预测一步预时,Volterra级数自适应一步预测结果误差较小,预测精度较高。因此,在实际中可采用Volterra级数自适应模型进行ET0一步预测。     

气象因子的变化对参考作物蒸发蒸腾量的影响

根据东江流域1961—2005年的气象资料,利用平均影响量和气象因子缺失数值试验,分析气象因子变化对参考作物蒸发蒸腾量的影响。结果表明,日照时数的平均影响量最大,温度、相对湿度其次,二者相近,风速最小;夏季日照时数的平均影响量比其他因子大得多,冬、春季日照时数的平均影响量依然最大,但与温度、相对湿度的平均影响量差距减小...     

灌水量对玉米大喇叭口期光合日变化及干物质积累的影响

【目的】揭示灌水量对春玉米大喇叭口期光合日变化规律,进一步明确玉米干物质积累的差异性。【方法】以春玉米品种广德5为试验材料,在2018年灌水量定位试验基础上,2019年设置了DGT1(315m³/hm²)、DGT2(645 m³/hm²)、DGT3(945 m³/hm²)、DGT4(1 275 m³/hm²)、DGT5(1 605 m³/hm²)5个灌水量以及在2020年增设不灌水雨养对照(DGT0),分析灌水量对春玉米大喇叭口期最大展开叶叶片光合特性日变化、光响应曲线以及干物质积累的影响。【结果】随着灌水量的增加,各处理光合速率(Pn)日变化、气孔导度(Gs)日变化以及蒸腾速率(Tr)日变化均呈双峰曲线变化趋势,存在午休现象,达到双峰时间相同,峰值大小存在一定差异;而各灌水量处理的胞间CO₂摩尔分数(Ci)日变化则呈先降低后升高的“V”字形曲线变...     

蓄水坑灌条件下灌水量对棵间蒸发强度的影响研究

采用蓄水坑灌技术,研究了不同灌水量处理下(W90,W150,W210)的果园棵间蒸发。在田间采用微型蒸渗仪,观测了距树干不同距离处棵间地表蒸发强度、距坑口不同深度处坑壁蒸发强度的逐日变化过程,并利用微型气象站和nk3500手持气象仪,同步观测了地表棵间以及蓄水坑内的气象因素。结果表明:不同灌水量处理下的棵间地表蒸发逐日变化特征基本一致,呈现随时间先逐渐递减,然后稳定的变化规律;不同灌水量处理下的棵间坑壁蒸发、棵间总蒸发逐日变化特征基本一致,呈现单峰性,随时间先逐渐增大、后逐渐减小、最后稳定的变化规律;不同灌水量下的棵间坑壁、棵间地表蒸发强度存在显著差异;W90、W150,W210处理下的棵间总蒸发量分别为41 920、45 045、45 447mm3,W210比W90处理下的棵间总蒸发量大1.08倍,棵间总蒸发量随着灌水量的增加而呈现逐渐增加趋势。蓄水坑灌条件下,灌水量大小对果园棵间蒸发影响显著,研究成果将更进一步揭示蓄水坑灌节水机理,并为蓄水坑灌理论的完善提供重要的科学依据。