不同蒸散量时间尺度提升法用于节水灌溉稻田的对比分析

蒸散量（ET）时间尺度提升方法能充分利用遥感数据与地面观测的优势,获得精确的区域日尺度估算值,对指导农业水管理特别是农田灌溉具有重要的意义。该研究以节水灌溉稻田为研究对象,基于2015和2016年稻季涡度相关系统实测数据,在能量强制闭合的条件下,选择了4种基于能量平衡原理的蒸散量尺度提升方法,分析了蒸发比、作物系数、冠层阻力、辐照度比4个尺度转换因子在节水灌溉条件下的变化特征,对比了四种方法提升估算日尺度ET与涡度相关系统实测值的差异。结果表明,节水灌溉条件下蒸发比、作物系数、冠层阻力3个尺度转换因子的生育期平均日变化和其他下垫面相比有一定特殊性,辐照度比的变化仅取决于研究区域所处纬度位置。作物系数法与冠层阻力法以 10:00－11:00小时值估算日蒸散量结果的准确性较好,决定系数和一致性系数分别达到0.92和0.97以上,正弦关系法的模拟效果稍差,但该方法估算效果稳定,可作为一种粗略的尺度提升方法。各时段蒸发比法估算值均存在一定程度的低估,但相关性较好,用考虑饱和水汽压差的线性关系修正后,10:00－11:00估算结果的准确性和一致性均最好,决定系数和一致性系数分别为0.987和0.996。研究结果明确了适宜长江中下游节水灌溉稻田ET时间尺度提升各估算方法的较优时段,并表明修正后的蒸发比法提升估算日尺度ET最优。     

节水灌溉稻田蒸发蒸腾过程及其比例变化特征研究

为探究节水灌溉稻田蒸发蒸腾过程及其比例变化特征,建立能准确反映水稻蒸腾与棵间土壤蒸发分摊关系的计算公式,采用自制的微型蒸渗仪系统观测2015年和2016年水稻生育期稻田蒸散量（ETCML）和蒸发量（E）,分析了典型天气和各生育期ETCML、E和蒸腾量（T）的日/稻季变化特征及E与T的比例变化。结果表明：晴天ETCML、T和E变化趋势相同,但E易受生长阶段与环境的影响;阴天ETCML和T呈多峰变化;雨天测量值有明显误差,微型蒸渗仪会因降雨、灌水、强风、水汽凝结、边界效应、水稻生长等因素而影响数据的可靠性。节水灌溉稻田T决定了ETCML的大小和变化规律,E仅在初期呈倒“U”形。ETCML和T逐日变化随净辐射（Rn）先增后减,在分蘖中后期达到峰值,存在明显的物候特征。蒸发量与蒸散量的比值(E/ETCML)由水稻生长初期的0.95逐渐减小,全生育期平均为0.37。 E/ETCML可用其与水稻移栽时间和叶面积指数(LAI)的对数关系进行描述,决定系数均大于0.88。研究蒸发蒸腾比例特征对田间水分管理及指导灌溉具有重要意义,可为双源蒸散模型的改进与拟合提供重要的数据支撑。     

节水灌溉稻田土壤呼吸变化及其影响因素分析

为了揭示节水灌溉稻田土壤呼吸变化特征及其影响因素,基于蒸渗仪试验结果,分析了不同灌溉模式对稻田土壤呼吸速率日变化的影响,阐明了土壤呼吸速率对节水灌溉干湿交替过程的响应;同时,分析了节水灌溉稻田土壤呼吸速率的影响因子。结果表明,在处理间土壤水分状况差异较小的生育阶段,节水灌溉和常规灌溉稻田土壤呼吸速率日变化规律基本一致;在处理间水分差异较大的生育阶段,控灌稻田土壤呼吸日变化幅度较大,且速率和变化幅度均要大于常灌稻田土壤。控灌稻田全生育期土壤呼吸速率日变化均值为常灌稻田的1.47倍。控灌稻田土壤一般在复水和脱水的临界点上会出现土壤呼吸速率峰值。控灌稻田土壤呼吸速率受土温和土壤水分影响较大。稻田土壤呼吸速率与5 cm土温有较好的指数相关性,控灌稻田土壤达到了显著水平(P0.05)。土壤体积含水率在35%~55%之间时,土壤体积含水率43%为控灌稻田土壤呼吸的一个临界值,当土壤体积含水率低于临界值时,土壤呼吸速率随着土壤含水率的升高而逐渐增大(P0.05),当土壤体积含水率超过临界值时,土壤呼吸速率随着土壤含水率的增大而降低(P0.05)。研究结果为更加全面地评价节水灌溉的生态环境效应,同时为准确评估稻田生态系统碳源/汇特征提供依据。     

土壤含水率和含盐量对盐渍土甲烷吸收能力的影响

甲烷（CH4）是一种强效温室气体,准确认识特定类型土壤CH4源汇特征及影响因子调控作用,对于提升土壤CH4吸收潜力以减缓全球气候变化具有重要意义。该研究以盐渍土为研究对象,在土壤室内培养试验中,设置了3个土壤含水率处理,分别为田间持水率（Field Capacity,FC）的50%（50%FC）,75% FC和100% FC;并在每个含水率下设置了6个含盐量处理,电导率分别为0.3、1.0、2.0、3.2、4.9和6.2 dS/m,研究不同土壤含水率和含盐量条件下盐渍土CH4吸收特征。在田间测坑试验中,观测了0.3、1.0和5.0 dS/m 3种含盐量土壤的CH4吸收特征及其对水分动态的响应。室内土壤培养试验结果表明,100%FC下6种盐分水平土壤CH4累积吸收量分别是75%FC下的1.08～1.39倍和50%FC的1.27～1.72倍,表明在田间持水率范围内,含水率升高促进了土壤CH4吸收;在3种含水率下,土壤CH4累积吸收量均随着处理含盐量升高而降低,6.2 dS/m最高含盐量处理的CH4累积吸收量相比0.3 dS/m最低含盐量处理显著降低了42.6%、52.3%和55.1%;相比50%FC、100%FC含水率下高含盐量对土壤CH4吸收具有更强的抑制作用,土壤含水率和含盐量对CH4吸收的影响存在显著的交互作用。田间测坑试验在野外田间条件下进一步验证了室内培养试验的结果,试验观测期内所有含盐量处理土壤CH4吸收速率均与土壤含水率呈显著正相关关系（P<0.01）;1.0和5.0 dS/m含盐量处理的累积CH4吸收量分别为0.3 dS/m非盐渍土处理的82.6%和59.8%,高含盐量抑制了土壤对CH4的吸收。研究结果表明盐渍土是CH4的汇,并受到土壤含水率和含盐量显著影响,在盐渍土开发利用中应考虑通过合理的水盐调控以提高土壤CH4汇的能力。     

蒸发比法能量强制闭合及其对稻田蒸散量估算精度的影响

为探求节水灌溉稻田蒸发比(潜热通量与有效能量的比值,EF)变化特征及能量平衡闭合情况对稻田蒸散量测算的影响,该研究采用涡度相关系统,监测了2014-2016年节水灌溉稻田湍流通量过程,分析了稻田蒸发比的不同时间尺度的变化特征,对比了能量强制闭合前后湍流通量的比例与过程变化。结果表明,节水灌溉稻田EF与旱作物不同,小时尺度EF先减小后增加,在10:00-12:00时段的数值最为稳定。水稻全生育期EF均在0.7～1.0之间变化,均值约0.93,潜热蒸散是稻田主要的能量消耗项。能量强制闭合修正后湍流通量明显增加,日峰值差异最大,昼夜交替时,稻田能量平衡处于过闭合状态;能量强制闭合后不同时间尺度上的蒸散量都明显增加,能量强制闭合是涡度相关法准确计算蒸散量的前提。研究结果可为稻田蒸散量准确测算与蒸散模型扩展研究提供重要的数据支撑与方法。     

不同水盐条件下盐渍土硝化过程特征

以滨海盐渍化土壤为研究对象,通过室内培养试验,研究了不同土壤水分(田间持水率(FC)的50%,75%,100%)和盐分(0.8,3.0,6.0,15.0 g/kg)条件下盐渍土壤的硝化过程特征.结果表明:100%FC处理的NH_4~+-N的消耗速率分别是50%FC和75%FC处理的1.61~1.91倍和1.29~1.40倍,NO_3~--N的生成速率分别是50%FC和75%FC处理的1.40~1.92倍和1.26~1.59倍,表明高水分同时促进了氨氧化作用和亚硝酸氧化作用;在3.0和6.0 g/kg盐分水平下,盐分对亚硝酸氧化作用的抑制程度明显强于氨氧化作用,从而引起了NO_2~--N的累积,且3种水分水平下均出现这种现象;土壤含盐质量比为15.0 g/kg时,NH_4~+-N,NO_3~--N和NO_2~--N的变化均处于很低水平,高盐分对氨氧化作用和亚硝酸氧化作用均产生严重抑制.氨氧化作用和亚硝酸氧化作用对质量比含量的不同步响应影响了土壤的无机氮存在形态和转化过程,这对认识盐分影响下的土壤氮素循环提供了重要依据.     

不同时间尺度节水灌溉水稻腾发量特征与影响因素分析

利用自制小型蒸渗仪系统在江苏省昆山市试验研究基地测定了2015年水稻生育期稻田蒸散量和土壤蒸发量,分析了节水灌溉稻田蒸散量、水稻蒸腾量和土壤蒸发量在水稻生育各期的日变化规律和稻季逐日变化趋势及分配特征,分别讨论了不同时间尺度上蒸腾量和蒸发量与净辐射(Rn)、叶面积指数(LAI)、饱和水汽压差(D)、空气温度(Ta)、风速(V)和表层土壤含水率(W)的相关关系。结果表明,节水灌溉稻田蒸散量(ET)与水稻蒸腾量(T)均呈明显的倒"U"型单峰变化趋势,变化规律也基本保持一致。土壤蒸发量(E)在水稻生育前期也呈倒"U"型单峰变化,之后没有明显的日变化特征。夜间蒸腾量正负波动,水汽凝结对蒸渗仪的测量产生了不可忽视的影响。水稻生育期的T与ET逐日变化趋势及波动状况也都基本一致,总体上为先增加后减小,高峰期出现在分蘖后期。以分蘖后期为界,之前稻田蒸散以蒸发为主,之后以蒸腾为主。从水稻移栽到乳熟,E/ET从接近1逐渐减小至0.19,黄熟期略有增加。在小时和日时间尺度上,影响节水灌溉稻田蒸腾量与蒸发量的主要因素不完全相同,影响程度也不相同。Rn和LAI分别是小时和日尺度上水稻蒸腾量最主要的影响因素,而LAI和D则分别是两尺度上土壤蒸发量最主要的影响因素。在所有因素中,LAI对两时间尺度蒸腾量和蒸发量均有显著影响(α0.001)。尺度差异的分析对田间水分管理及水转化研究都有重要的现实意义。     

南方节水灌溉稻田能量通量特征及其规律分析

利用涡度相关系统在江苏省昆山市试验研究基地2013年水稻生育期所测的净辐射量、土壤热通量、潜热通量和显热通量等观测资料,分析了能量各通量在典型晴天、阴天的日变化规律和稻季能量通量的日变化、月变化及分配特征,讨论了能量各组分占净辐射量的比例和不同时间尺度上稻田的能量闭合情况。结果表明:能量平衡各分量在亚热带南部季风区节水灌溉稻田典型晴天以及水稻生育期间月均日变化均呈明显的倒"U"型单峰趋势,典型阴天能量平衡各分量日均值和峰值均小于晴天,但也呈单峰型变化趋势。稻季潜热通量占净辐射量的86.2%,土壤热通量占净辐射量的1.3%,不同时间尺度上净辐射量均主要以潜热形式加湿大气,感热通量占净辐射量的0.8%,与潜热通量差异显著,且占净辐射量的比例呈此消彼长的关系。在能量通量的测量过程中,与净辐射量相比,感热、潜热通量滞后于净辐射量约0.5 h,土壤热通量滞后1.5~2.5 h。热传输速度不同步,从而影响了能量的短期闭合率。但与其他生态系统相比,该节水灌溉稻田生态系统能量闭合度较高,说明该试验区涡度数据可靠,通量特征及规律具有较好的代表性,有利于通量研究的进一步开展。