基于水分驱动的AquaCrop模型及其研究进展

介绍了AquaCrop模型的原理及基本参数,从模型的校验与应用两方面阐述了该模型的研究进展。指出目前仍缺乏实测数据验证AquaCrop模型对蒸发及蒸腾的模拟效果;AquaCrop模型在严重水分及盐分胁迫下模拟结果精度较差;已开展的模拟研究地域范围窄;由于缺少更复杂的生理子模块,AquaCrop模型不能很好解释水分胁迫对光合产物向籽粒运输分配过程的影响。为了提高模型的模拟精度并进一步延伸模型的应用范围,应完善模型水分及盐胁迫模块,并在较广范围内获取丰富的实测数据对模型开展进一步的校验研究。     

黄土高塬沟壑区农田土壤养分与作物产量变化的长期监测

【目的】 土壤养分含量是反映土壤肥力状况的重要指标,对农田肥料投入和土壤养分进行长期定位监测,有利于准确反映土壤养分变化趋势。利用黄土高塬沟壑区不同施肥监测区 10 年的长期监测资料,分析对比不同监测区土壤养分含量和作物产量的变化,分析土壤养分、产量与施肥的关系,为当地农田生产的施肥管理提供理论依据。 【方法】 本研究试验监测区的农田管理完全参照大田管理模式,共设置四大试验监测区,包括无肥监测区(CK)、化肥监测区(HF)、化肥有机肥监测区(HM)和农民地块监测区(NM),肥料均于作物播种前作为基肥撒施。在每年冬小麦收获期 6 月中下旬,或玉米收获期 9 月中下旬,采集表层(0—20 cm)土壤样品,处理后进行土壤养分的分析,并且在作物收获期测算作物产量以及植株地上部分的氮、磷、钾含量。 【结果】 与试验前相比,CK 监测区土壤有机质降低 1.73 g/kg,HF监测区增加 1.97 g/kg,HM监测区增加 2.20 g/kg,NM 监测区增加 1.44 g/kg;CK 监测区土壤全氮减少 0.08 g/kg,其他施肥监测区增加 0.05～0.13 g/kg;HF 监测区土壤碱解氮增加 7.8 mg/kg,而其他监测区均不同程度地降低;HM 监测区土壤有效磷增加最为显著,增幅达到 11.86 mg/kg,HF 监测区增加 8.42 mg/kg,NM 监测区增加 3.06 mg/kg,CK 监测区增加 2.44 mg/kg;CK 监测区土壤速效钾明显下降,降低 38 mg/kg 左右,NM 监测区增加最为显著,增加量为 27.5 mg/kg。对冬小麦而言,相比于 CK 不施肥区,HF、HM 和 NM 监测区都能够显著提高产量,但各施肥监测区之间产量差异不显著。农田养分平衡分析表明,化肥和有机肥配施,可使土壤中 N、P、K 素均有盈余;只施化肥时会导致土壤 K 素亏缺严重;当土壤长期不施用任何肥料时,土壤各养分元素均出现亏缺。 【结论】 在黄土高塬沟壑区,作物生育期降水量及其分配、积温条件和肥力水平对小麦产量影响显著。施肥 10 年后,各施肥区土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量都有不同程度的提高,土壤碱解氮只有单施化肥的增加。无肥监测区由初始含量的最高水平最终降至最低,证明了长期施肥对于土壤肥力的维持具有重要意义。另外,该地区农民地块存在过量施肥现象。      

不同覆盖措施对黄土高原旱作农田N2O通量的影响

为研究秸秆和地膜覆盖条件下旱作冬小麦田N_2O通量变化及水热状况,在中国科学院长武农业生态试验站采用静态箱-气相色谱法测定了冬小麦种植期间无覆盖处理(CK)、地膜覆盖处理(PM)、全年覆盖秸秆处理4 500 kg·hm~(-2)(M4500)和全年覆盖秸秆9 000 kg·hm~(-2)处理(M9000)土壤N_2O排放通量,并同步测定了土壤水分、土壤温度和气温。研究表明:CK、PM、M4500和M9000处理生育期内N_2O通量范围分别为17.24~321.86、19.03~388.00、21.57~344.53μg·m-2·h-1和24.77~348.42μg·m-2·h-1,生育期内N_2O平均排放通量分别为110.64、146.48、131.31μg·m-2·h-1和142.26μg·m-2·h-1,与CK相比,PM、M4500和M9000处理N_2O平均排放通量分别提高了32.29%、18.68%和28.57%,其中,PM和M9000处理与CK之间差异达极显著水平(P0.01)。PM处理N_2O累积排放量(7.25 kg·hm~(-2))较CK处理(5.18 kg·hm~(-2))提高了40%(P0.05),秸秆覆盖处理M4500(6.30kg·hm~(-2))和M9000(7.17 kg·hm~(-2))N_2O累积排放量较CK处理分别提高23%和38%(P0.05),PM和M9000处理N_2O累积排放量显著高于M4500,PM和M9000处理之间无显著差异。不同覆盖条件下生育期N_2O通量表现出明显的季节变化特征,小麦生长季始末期较高中期较低,N_2O排放受降水影响明显。生育期N_2O累积通量主要源于冬小麦拔节期至收获期,PM、M4500和M9000处理拔节期至收获期N_2O排放量分别占整个生育期的41%、40%和43%,均高于CK(38%)处理。土壤温度变化可以解释69%~76%土壤N_2O通量变化,土壤水分仅解释了37%~51%的土壤N_2O通量变化。回归分析表明无覆盖时,土壤水分是影响土壤N_2O排放的关键因子,秸秆覆盖和地膜覆盖条件下土壤温度是影响土壤N_2O排放的关键因子。覆盖秸秆4 500 kg·hm~(-2)是黄土旱塬区较为适宜的冬小麦栽培模式。     

中国几种典型农田土壤磷素固液相分配规律

土壤养分、污染物的生物有效性与其固液相分配规律密切相关.本研究通过室内模拟试验,设置不同的水、热、肥条件和培养时间序列.采用高速离心法对红壤、黑土、潮土、黑垆土、填土5种典型土壤的磷素同液相分配规律及其影响因素进行了探讨.结果表明,质地不同土壤磷素固液相分配系数(Kd)值差别很大,整体变化趋势是红壤黑垆土填土黑土潮土.不同培养条件下土壤磷素同液相分配系数(Kd)值变化特征表现出随着培养时间延长,土壤磷素Kd值增大,土壤磷素生物有效性逐渐降低.水吸力、浓度与之相反,随着水吸力的增加土壤磷素Kd值变小,随着施入磷素浓度的增加而Kd值降低.在整个温度梯度中,当温度处于20～25℃左右时,土壤磷素Kd值达到最小值,液相磷素含量相对增多,养分有效性增强.     

Budyko-Fu模型下气候季节性指标中水热变化时相差的选取研究

流域水热耦合过程研究中，Budyko理论近年来得到了广泛的应用，其中又以傅抱璞公式（Budyko-Fu）比较著名。本研究在Budyko-Fu模型下，对其控制性参数ω与3种气候季节性指标的关系分别进行了分析。3种气候季节性指标包括SI1—考虑年内月降水量距平特征，SI2—考虑用正弦曲线模拟降水量与潜在蒸散季节变化时各自的振幅差别特征，以及SAI—在SI2的基础上进一步考虑降水量与潜在蒸散季节变化的相位差别。文章探讨了SAI指标计算中降水量与潜在蒸散季节相位取值年际变化与否的影响，由此形成SAI1和SAI2两个指标；随后比较了不同气候季节性指标在径流变化模拟中的应用效果。结果表明，在流域尺度水热耦合年际过程分析中，若气候季节性指标采用SAI2，即同一流域水热变化时相差由多年平均状况确定，且年际间保持不变，则效果较好；由此季节性指标结合NDVI数据给出的参数ω半经验公式的决定系数（R²）达到了0.746。在此基础上应用Budyko-Fu公式，流域年径流量的模拟精度显著提高。     

黄土塬区不同地膜覆盖度下土壤水热状况研究

为进一步优化覆膜种植模式、了解作物增产机制,比较了黄土塬区无作物种植的旱作农田垄沟条件下土壤水热状况对不同地膜覆盖度(30%,50%,70%,85%,100%,CK即0%)的响应特征。结果表明:(1)地膜覆盖保水效果(Y,4—9月土壤贮水增量)与覆盖度(X)呈正相关关系,拟合方程为Y=1.65 X+42.60,相关系数R=0.98;地膜覆盖度越大,5m土层内有效蓄积降水量越多;覆膜条件下降水入渗土壤的深度已到3m以下。(2)土壤表层温度随覆盖度的增大而升高,有助于低温季节作物出苗;85%膜地温与全膜基本相近。地膜覆盖度从30%增加到85%过程中,白天地温达到峰值的速度加快,峰值加大。(3)综合考虑农田覆膜栽培的土壤水热状况及经济效益,以85%地膜覆盖为最佳选择。     

梯田玉米土壤水分动态研究

依据田间试验资料，对梯田玉米土壤水分动态特征进行了研究。并以谷子和休闲地作为对比，对不同植被覆盖条件下的梯田土壤水分差异进行了探讨。结果表明：（1）雨季降水对玉米地土壤水分的补给起着重要的作用，其土壤贮水量动态与年内的降雨周期相吻合；（2）不同植被覆盖条件对梯田土壤水分状况影响较大，玉米、谷子全生育期的农田蒸散量分别为502．9mm和473．9mm，同期对照休闲地的蒸散量仅为414．1mm；（3）玉米全生育期ET／E0（农田蒸散量／同期水面蒸发量）的比值为0．77，并且在拔节期和抽雄期都大于1，而谷子全生育期该值为0．69。     

TDR研制与应用方面的若干进展

通过分析近年来国内外关于TDR的文献，总结了TDR研制与应用方面的若干新进展，概括了在使用TDR时应注意的几个问题。结果表明，线圈型TDR探针可很好地解决TDR探针在物理长度上的限制；多功能TDR探针可用来同时测定含水量与基质势、含水量与土壤热学性质、含水量与盐度和温度。当温度在5～45℃之间变化时随着温度的升高，TDR在沙壤土中测定的土壤含水量降低，而在粘壤土和有机质含量高的土壤测定的土壤含水量值升高。TDR探针应以合适的角度插入土壤，同时尽量避免摇摆、两探针不平行插入等误操作。     

TDR研制与应用方面的若干进展

通过分析近年来国内外关于TDR的文献,总结了TDR研制与应用方面的若干新进展,概括了在使用TDR时应注意的几个问题。结果表明,线圈型TDR探针可很好地解决TDR探针在物理长度上的限制;多功能TDR探针可用来同时测定含水量与基质势、含水量与土壤热学性质、含水量与盐度和温度。江温度在5－45℃之间变化时随着温度的升高,TDR在沙漠土中测定的土壤含水量降低,而在粘壤土和有机质含量高的土壤测定的土壤含水量值升高。TDR探针应以合适的角度插入土壤,同时尽量避免摇摆、两探针不平行插入等误操作。     

黄土塬区小麦茎流速率变化及其与环境的关系

利用Dynamax茎流测量系统和自动气象站分别对黄土塬区小麦(陕麦150)拔节期和开花期的液流变化及其周围气象环境因子变化进行了监测。结果表明:(1)两个时期小麦茎流速率日变化趋势基本相同,为单峰型;液流启动时间分别为早晨7:00—8:00和6:00—7:00,在中午12:00—14:00左右达到各自峰值,其值大小分别为1.90和2.66g/h(4月24日和25日,晴天,拔节期),3.39和2.96g/h(5月18日和19日,晴天,开花期),21:00左右降到最低,夜间无明显液流;晴天茎流速率明显大于阴天。(2)不同时期茎流速率日变化与环境因子日变化紧密相关。相关分析显示,影响小麦茎流变化的主要因子是光合有效辐射、大气温度、湿度和风速等;其中,湿度与茎流速率负相关。