宁夏马铃薯需水量的时空特征分析

[目的]探讨宁夏马铃薯（Solanum tuberosum）需水量的时空特征。[方法]采用联合国粮农组织（FAO）推荐的Penman-Monteith公式,计算宁夏1981~2007年21个站点参考作物蒸散量,进而得到西吉、同心等典型站点的马铃薯全生育期内的需水量,统计分析其时空变化特征和生育期需水量的变化规律。最后,分析了气候变化背景下宁夏马铃薯需水量变化状况。[结果]马铃薯需水量高值区对应宁夏的中部干旱地区;宁夏马铃薯需水量在近27年内呈现上升的趋势,并且南部山区上升趋势明显大于中部地区;从播种-分枝期,马铃薯日需水量逐渐增大,花序-盛花期这一作物生长旺盛阶段为需水高峰期,块茎成熟-收获期日需水量迅速下降。此外,分析表明,缺水幅度将进一步加大,未来马铃薯生长将要面临更加严峻的水分问题。[结论]该研究可以为宁夏的实际灌溉、水资源合理利用和农田水利工程规划等农业生产工作提供科学依据。     

应用热扩散技术对柠条锦鸡儿主根液流速率的研究

运用热扩散技术对柠条锦鸡儿根部液流速率(Fs)进行连续测定,同步进行环境要素的实时监测。选择2008年4—10月30天典型晴天日观测数据。结果表明:1)Fs在晴天日表现出典型的宽峰型正态分布,可划分为4个特征差异明显的阶段,反映了大气环境因子对液流的直接驱动效应,以及柠条锦鸡儿叶片气孔行为对液流变化的调控作用。2)液流的变化受多个环境因子共同驱动,其中潜在蒸发散(ET0)综合性强、与Fs相关紧密,是分析液流特征更为可靠的复合型环境变量。Fs与主要环境因子间的耦合关系因时段而异,在早晨启动的液流上升阶段,Fs与太阳辐射、ET0间均呈线性关系,反映了太阳辐射等因子对液流的驱动与对光合作用的激活效应,而在峰值后的下降阶段基本呈Sigmoidal-Hill函数关系;Fs随大气水分亏缺(VPD)的变化与随太阳辐射、ET0的变化趋势相反,表明VPD在达到一定值后启动气孔调节行为以及抑制过度蒸腾耗水的效应。3)柠条锦鸡儿根部Fs与主要环境要素间的变化近似同步,试验期间没有出现典型的时滞现象。4)在整个生长季的大部分时间内观测到柠条锦鸡儿根部夜间持续存在着液流现象,夜间液流量平均占全天液流量的3.83%。试验结果可例证热扩散技术在根部测定液流并用来计算灌木树种单株耗水方法的科学性与优越性。     

Hydraulic Balance and Design of Covering System in Landfills

In order to solve desiccation cracks of conventional compacted clay cover system in arid and semi arid areas, three alternative evapotranspiration (ET) covers were proposed.One alternative option configuration consisted of 1m vegetation soil layer and 1m barrier soil layer, while two additional alternatives contained biointrusion barriers layer placed at different depths within the structural profile.Considering precipitation and evapotranspiration, a one dimensional moisture transport model through multilayer unsaturated soil was developed.By the case study of four covering systems under precipitation and evapotranspiration intensity of Dalian city at 1976, it was shown that the compacted clay layer of the traditional landfill cover could not get effective moisture charge.ET cover act as a reservoir during precipitation events and subsequently returned it to atmosphere as evapotranspiration.The biointrusion barriers layer located in the second ET cover design would restrict animal movement and play a key role in drainage.Consequently, these results would be used to assist in decisions making of the landfill cover system in semi arid areas.     

喷灌冬小麦耗水与棵间蒸发试验

 【目的】研究喷灌条件下冬小麦的耗水规律,指导田间灌溉实践。【方法】在北京地区2005－2008年3个冬小麦生长季节,开展不同喷灌水量条件下土壤水分分布、冬小麦耗水和棵间蒸发特性的试验研究,并分析影响棵间蒸发的主要因素。【结果】喷灌条件下,0～40 cm土层土壤的含水量受灌溉水量影响较明显,耗水量随着灌水量增加而增加。返青至收获期,冬小麦棵间蒸发为耗水量的25%左右,棵间蒸发随着灌水量的增大而增大,但棵间累积蒸发与作物耗水量之比随之而下降。【结论】适当加大灌水定额,减少灌溉次数,可在一定程度上抑制土壤的无效蒸发,提高灌溉水的利用率。     

柱状苹果树生长生理与蒸散特征对水分的响应研究

通过研究不同灌水量和地表覆膜条件对柱状苹果树的生长生理及蒸散特征的综合影响,探寻适合苹果树生长且水分利用效率高的灌水量和保水措施。通过遮雨棚下可称量式蒸渗桶试验,设置4个灌水水平:60%ETC(W1)、80%ETC(W2)、100%ETC(W3)和120%ETC(W4);地表覆膜处理分别为有覆盖(M)和无覆盖(NM),分析柱状苹果树的干物质量、光合速率、蒸腾速率和阶段耗水情况对不同灌水量和地表覆盖条件的响应规律。结果表明,干物质量随灌水量增加而增加,且M处理可促进干物质量的积累;净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均随着灌水量的增加而升高。不同生育期净光合速率和蒸腾速率由大到小依次均为:果实膨大期、果实成熟期、开花座果期、叶变期。相同灌水量和地表覆盖处理条件下,不同时刻净光合速率由大到小依次为10:00、13:00、08:00,蒸腾速率由大到小依次为13:00、10:00、08:00,气孔导度由大到小依次为10:00、08:00、13:00。瞬时水分利用效率(LWUE)最大值和最小值分别出现在W2处理10:00(4.52μmol/mmol)和W4处理13:00(2.62μmol/mmol);全生育期总蒸散量随着灌水量增加而增加,NM处理较M处理增加11.02%~16.35%。开花座果期、果实膨大期、果实成熟期和叶变期的耗水强度分别为3.29~4.36 mm/d、2.40~4.85 mm/d、0.83~1.79 mm/d和0.77~1.53 mm/d,耗水模数分别为19.34%~27.40%、55.99%~61.41%、8.62%~12.63%和5.85%~7.24%。最终得出120%ETC灌水量和地表覆膜条件有利于改善柱状苹果树的生长和生理状况,但80%ETC处理水分利用效率最高。地表覆膜不仅促进苹果树生长而且降低了土壤蒸发量,具有一定的保水作用。因此,MW2处理为相对节水的灌溉模式。     

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。     

基于气温预报的参考作物腾发量预报方法比较

为探索精确预报未来短期ET0的方法,比较了4种基于气温预报ET0预报模型,即Hargreaves-Samani(HS)、Thornthwaite(TH)、简化的Penman-Monteith(PT)及McCloud(MC)模型。收集了西藏林芝站2001年1月1日至2013年12月31日的实测逐日气象数据和2012年6月6日至2013年12月31日逐日对未来7d的气象预报数据,在气温预报精度评价的基础上,采用4种基于温度的参考腾发量计算模型直接进行ET0预报,然后采用率定后的模型进行ET0预报,最后与实测气象数据和FAO-56PM公式计算的ET0值进行比较。结果表明,未率定的4种模型预报误差均较大,其中PT公式精度稍高。经率定后,4种公式的预报精度都有所提高,平均准确率为70%,MAE值HS模型最小,平均为0.57mm/d,其他3个模型为1.27~1.50mm/d;RMSE都在2.0mm/d左右;r值总体仍不高,TH模型平均仅有0.19,其他3种模型在0.6左右。综合来看,PT模型的预报效果稳定性优于其他3个模型。对于林芝地区附近的灌区,无论有无气象观测数据供模型率定,建议采用PT模型进行ET0预报。     

耦合模拟退火优化最小二乘支持向量机的日参照蒸散量模拟计算

针对传统最小二乘支持向量机模型的训练速度慢、不易在线训练、计算量大及参数选择困难等缺陷,提出采用耦合模拟退火优化最小二乘支持向量机算法,建立基于耦合模拟退火优化最小二乘支持向量机的参照作物蒸散量预测模型。选取陕西省的榆林、安康和西安气象站监测的1971-2014年气象资料进行模型训练、测试与验证,研究气象监测获取原始数据作为网络输入,参照蒸散量ET0为输出,构建CSA-LSSVM预测模型,并将CSA-LS-SVM预测结果与LSSVM模型及经典ET0模型模拟计算结果进行比较。结果表明,CSA-LS-SVM模型模拟计算精度和总ET0模拟模型都优于LSSVM模型及其他经典模型模拟结果。该研究CSA-LS-SVM模型为陕西地区气象资料缺乏情况下ET0精确计算提供科学依据,为作物需水量的智能决策提供参考。     

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。     

蒲草群落蒸散耗水规律及影响因子研究

利用Penman-Monteith模型及单作物系数法计算了2013年石佛寺人工湿地蒲草全生育期的逐日实际蒸散量,对比分析了各时期的自由水面蒸发量,并采用偏相关法分析了影响蒲草群落实际蒸散量及水面蒸发量的气象因子。结果表明,蒲草全生育期单位面积的累积蒸散量为607.96mm,整体呈先升高后下降趋势,其中稳定期蒸散强度最大达到4.52mm/d,是生态需水的关键时期,相应全生育阶段的水面蒸发量为560.11mm,蒸散系数达到1.09,说明蒲草的存在能够增加湿地水分的扩散;蒸腾和蒸发受各生育阶段气象因子的影响程度不同,主要受太阳辐射和风速的影响。