AquaCrop作物模型在黄土塬区夏玉米生产中的适用性评价

为评价Aqua Crop作物模型在黄土塬区的适用性,基于Hsiao等人推荐的玉米参数对模型参数进行调试及验证。在陕西长武地区模拟2003、2004、2005、2007、2008、2010年玉米生育期内生物量、蒸发蒸腾量的变化过程及收获时产量、地上部生物量,将模拟值与收集到的实测值进行对比、分析。结果表明,这6年模拟产量与实测产量间的校正决定系数(Adj)R2为0.9270,相对误差在-2.479至11.182之间;模拟地上部生物量与实测地上部生物量间的Adj.R2为0.7842,模型对产量的模拟效果优于对生物量的模拟;2005年和2008年模拟蒸散量与实测蒸散量间的Adj.R2分别为0.6229和0.7973。模拟效果较好,对黄土塬区夏玉米水分优化管理模拟有重要意义。     

膜下滴灌棉花根系吸水模型研究

通过室内三组桶栽水平试验,在不同生育期对棉花根系进行取样,得到棉花根长密度分布函数,并在每次灌水前后对试验桶进行取土样及称重,进而得到土壤剖面的含水量和棉花的蒸腾量;由根长密度分布函数、土壤含水量及棉花蒸腾量,选定根系吸水模型为Feddes模型,经模型计算:土壤水分的模拟值与实测值吻合较好,该模型能够准确地描述膜下滴灌棉花根系吸水,表明建立的棉花根系吸水模型是可行的。     

根据气象信息指导南疆棉花膜下滴灌的试验研究

为了探索利用气象信息指导膜下滴灌棉花科学灌溉的可行性,在南疆阿拉尔布设田间试验,根据自动气象站采集的气象信息计算作物蒸发蒸腾量（ET_c）,当蒸发蒸腾量与降水量的差值累计达到30 mm时即进行灌溉。试验设置3个灌水定额处理,T1：24 mm,T2：30 mm,T3：36 mm,分别为水分亏缺量的0.8,1.0和1.2倍,同时设置1个当地生产中的常规灌溉处理作为对照（T4）,重复3次。试验过程中,对不同处理棉田的土壤水分动态变化、植株生理指标、籽棉及皮棉产量、灌溉水利用效率和田间水利用效率进行了监测与分析。结果表明：根据气象信息指导灌溉的处理生育期耗水量在361.8~435.2 mm,且灌水定额越大,全生育耗水量越多,但均显著低于常规灌溉处理522.1 mm的总耗水量。根据气象信息确定灌溉时间的处理,籽棉产量与灌水定额呈显著的正相关关系,T3处理籽棉产量7 072.05 kg·hm^-2与T4对照处理7 245.28 kg·hm^-2的籽棉产量无显著差异,但灌水量却减少了164 mm;灌溉水利用效率随着灌水定额的增加而减小,但均显著高于对照处理。综合灌水量、产量及水分利用效率等因素考虑,认为当棉田作物蒸发蒸腾量与降水量的差值累计达到30 mm灌溉+灌水定额36 mm的组合,可以在保证棉花不减产的条件下,显著提高灌溉水利用效率和田间水利用效率,适用于南疆地区根据气象信息指导膜下滴灌棉花的灌溉管理。     

水分胁迫条件下膜下滴灌作物蒸发蒸腾量计算模式的研究

研究了充分供水和水分胁迫条件下膜下滴灌棉花的需水规律,确定了膜下滴灌棉花作物系数Kc的分布规律,根据作物水分胁迫指标CWSI的物理意义,建立了水分胁迫条件下CWSI和作物实际蒸发蒸腾量ETa的函数关系。依据实测的ET0、Kc以及不同水分处理各生育阶段的CWSI值,计算出干旱缺水条件下膜下滴灌棉花的ETa,同实测值相比单生育阶段的计算值相对误差在16%以下,全生育期相对误差不到4%。     

缺水条件下非充分灌溉制度预报系统的研制

以Jensen作物水分生产函数模型为基础,运用动态规划方法,建立了非充分灌溉条件下冬小麦、棉花、夏玉米的优化灌溉制度预报系统;并编制了可视化的程序界面,只要输入相关参数(土壤田间持水率、初始含水率、土壤容重、可供水量、不同阶段潜在作物蒸发蒸腾量,各阶段不同水平年的有效降雨量值和作物不同阶段的计划湿润层深度),就可得出适合于不同地区的优化灌溉制度,操作简单,具有实用性。以山西晋中和临汾地区为例验证,系统计算显示上述3种作物比传统灌溉分别节水为9%,7%和3%;在供水量不足的情况下,系统可指导如何在时间上分配水量以使减产最小,且可得知在这种灌溉方式下的具体减产量。     

基于CROPWAT模型的拉萨地区燕麦优化灌溉制度研究

针对西藏高海拔地区灌溉人工草地发展面临牧草灌溉基础理论研究薄弱的现实,以拉萨市为研究区,依托田间试验和CROPWAT模型模拟预测,对燕麦需水量、耗水量、优化灌溉制度等进行研究。结果表明,拉萨地区燕麦全生育期需水量为570 mm,不同水分条件下耗水量在464~570 mm之间,分蘖、拔节初期为燕麦灌水关键期。通过CROPWAT模型模拟,确定当地燕麦灌水2~4次较适宜。最优非充分灌溉制度的灌水时间为播种前、分蘖期和拔节初期,净灌水量分别为37、43、30 mm。     

Hargreaves计算参考作物蒸发蒸腾量公式经验系数的确定

介绍了联合国粮农组织(FAO)推荐的Hargreaves公式计算参考作物蒸发蒸腾量与Penman-Monteith公式计算值的转换系数,依据位于陕西省杨凌区的西北农林科技大学灌溉试验站19a的气象观测资料,分别用FAO推荐的Penman-Monteith公式和Hargreaves公式计算对应时段的参考作物蒸发蒸腾量,然后通过分析确定出Hargreaves公式的经验系数。经验证表明,得出的结果可靠,可应用于生产实际。     

旱作覆膜玉米生长和水分利用对气候变化的响应

基于3 a连续冬小麦-夏玉米覆膜轮作试验校准和验证AquaCrop模型的适用性,模拟研究了气候变化对夏玉米生长、产量和水分利用的影响,分析了覆膜措施对气候变化的应对效果。结果表明:关中地区(以武功、宝鸡和西安地区为例)年平均温度呈逐年递增趋势,温度增加幅度由高到低依次为宝鸡、西安和武功,增温速率分别为0.20、0.12℃·10a~(-1)和0.09℃·10a~(-1);降雨量呈逐年递减趋势,减少幅度大小依次为西安、宝鸡和武功,减小量分别为3.59、3.23 mm·10a~(-1)和2.64 mm·10a~(-1)。AquaCrop模型在关中地区表现出了良好的适用性,可以较好地模拟连续覆膜条件下作物的产量指标、水分利用和生长的动态变化,冠层覆盖度模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)介于1.1%～15.3%,生物量模拟值和实测值之间的RMSE介于0.626～2.540 t·hm~(-2),土壤贮水量模拟值和实测值之间的RMSE介于12.6～47.4 mm。模拟研究表明,上世纪60年代以来,随着气温不断升高,武功、宝鸡和西安地区的夏玉米生育期均呈逐年缩短趋势,特别是1980s以来,减少幅度达2.76、4.82 d·10a~(-1)和5.94 d·10a~(-1);在不同的降水年型下,覆膜处理产量均高于裸地处理,且其变异系数较小;在干旱气候条件下,覆膜处理依然可以获得一定的籽粒产量,与裸地处理相比,覆膜处理表现出了较好的稳产效应。同时,覆膜处理有效减少了玉米苗期土壤表层蒸发(平均减少7.6 mm),从而在土壤中保蓄更多的降雨;覆膜处理虽然增加了土壤耗水量,但其通过保蓄土壤水分,稳定作物产量,有效提高了玉米的水分利用效率。因此,关中地区旱作覆膜可以有效适应当地气候变化,在一定程度上应对干旱气候,具有较好的增产稳产效应。     

基于称重法对影响蒸发蒸腾量的主要气象因子研究分析

通过模拟实验采用称重法测定了不同时间尺度下的蒸发皿水面蒸发量与充分灌水条件下植物蒸腾耗水量,同时监测对应时段影响蒸发蒸腾量变化的的气象因子。通过Pearson相关分析法与偏相关检验对蒸发蒸腾量与气象因子间的相关性进行了分析,同时在此基础上,对相关性较高(在α=0.01水平上极显著相关且通过偏相关筛选)的几个主要气象因子与水面蒸发量、植物潜在蒸发蒸腾量变化过程间的相关关系进行了多元非线性拟合,构建了简单的潜在蒸发蒸腾量计算方程,并进行了检验。结果显示:(1)影响水面蒸发与植物蒸腾的主要气象因子一致:温度、太阳净辐射与相对湿度;(2)太阳净辐射与温度、湿度的变化有较高的相关性(r=0.718,r=-0.639);(3)利用温度和湿度两项指标可以较好地模拟蒸发量与蒸腾量的变化过程(R²=0.743),对于缺乏太阳净辐射资料的小灌区(点),可以利用温、湿度和作物参数构建近似的作物蒸发耗水模型,基于实时的气象资料计算对应时段作物的蒸腾蒸发耗水量,以便快速获得作物的耗水量与需水量,实时掌握农田水分亏缺状况,进行及时补灌。     

基于波文比-能量平衡法的半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量估算

为准确估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量,在测定气象数据的基础上,以水量平衡法的实测蒸发蒸腾量(ET)为参考,分析判断波文比-能量平衡法估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量的适用性以及整个生育期内葡萄ET的变化规律,分别采用单作物系数法(K_c)、双作物系数法(K_cb)估算半干旱半湿润地区葡萄ET。结果表明:全生育期内波文比-能量平衡法与水量平衡法之间的均方根误差(RMSE)与纳什系数(NSE)分别为0.54与0.64,决定系数为0.82,说明波文比-能量平衡法可以较好地应用于半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾估算,双作物系数法比单作物系数法估算结果更为精确,计算出的双作物系数0.85、1.07、0.71可以作为本地区值。     

绿洲膜下滴灌调亏马铃薯水分生产函数及灌溉制度优化

通过田间试验研究了绿洲膜下滴灌调亏马铃薯各生育期耗水规律及其影响因素,建立了以Jensen模型为基础的水分生产函数并对马铃薯灌溉制度进行了优化。结果表明:块茎膨大期马铃薯水分敏感指数最大,块茎形成期次之,苗期和淀粉积累期较小;块茎形成期轻度调亏对马铃薯产量无显著影响(P0.05),而块茎形成期中度调亏、块茎膨大期轻度和中度调亏对其产量均有显著影响(P0.05);块茎形成期轻度调亏的水分利用效率比块茎形成期中度调亏、块茎膨大期轻度调亏和全生育期充分灌水分别提高了6.2%、8.3%和6.7%;膜下滴灌调亏马铃薯产量随耗水量增加而增加,水分利用效率随之降低,全生育期充分灌水比块茎膨大期中度水分调亏耗水量增加22.4%,产量增加20.4%,水分利用效率降低14.0%。采用遗传算法并结合水分生产函数进行灌溉制度优化,结果表明:河西绿洲区膜下滴灌马铃薯全生育期灌溉定额为225 mm时,产量最高,为43.86 t·hm-2,灌溉水利用效率为19.5 kg·m-2;灌溉制度为苗期灌水20~30 mm,块茎形成期灌水70~75 mm,块茎膨大期灌水100~115mm,淀粉积累期灌水20~25 mm,灌水间隔为7 d。因此,膜下滴灌调亏在降低马铃薯耗水量的同时,提高了水分利用效率,在块茎形成期轻度水分调亏不影响产量,可达到节水增产的目的。     

Investigation of crop evapotranspiration and irrigation water requirement in the lower Amu Darya River Basin,Central Asia

High water consumption and inefficient irrigation management in the agriculture sector of the middle and lower reaches of the Amu Darya River Basin(ADRB)have significantly influenced the gradual shrinking of the Aral Sea and its ecosystem.In this study,we investigated the crop water consumption in the growing seasons and the irrigation water requirement for different crop types in the lower ADRB during 2004–2017.We applied the FAO Penman–Monteith method to estimate reference evapotranspiration(ET0)based on daily climatic data collected from four meteorological stations.Crop evapotranspiration(ETc)of specific crop types was calculated by the crop coefficient.Then,we analyzed the net irrigation requirement(NIR)based on the effective precipitation with crop water requirements.The results indicated that the lowest monthly ET0 values in the lower ADRB were found in December(18.2 mm)and January(16.0 mm),and the highest monthly ET0 values were found in June and July,with similar values of 211.6 mm.The annual ETc reached to 887.2,1002.1,and 492.0 mm for cotton,rice,and wheat,respectively.The average regional NIR ranged from 514.9 to 715.0 mm in the 10 Irrigation System Management Organizations(UISs)in the study area,while the total required irrigation volume for the whole region ranged from 4.2×109 to 11.6×109 m3 during 2004–2017.The percentages of NIR in SIW(surface irrigation water)ranged from 46.4%to 65.2%during the study period,with the exceptions of the drought years of 2008 and 2011,in which there was a significantly less runoff in the Amu Darya River.This study provides an overview for local water authorities to achieve optimal regional water allocation in the study area.     

麦草覆盖免耕栽培马铃薯调亏灌溉技术试验研究

2008~2009年在甘肃民乐县洪水河灌区进行了麦草覆盖免耕栽培马铃薯调亏灌溉大田试验,结果表明:麦草覆盖马铃薯栽培苗期进行轻度水分胁迫,处理的产量较覆盖充分灌溉处理没有显著降低,而马铃薯的水分利用效率、干物质、淀粉以及维生素C含量都与其它处理间存在差异,其值均达到了最大,分别为7.41 kg/m3、22.41%、15.44%1、4.56 mg/100g鲜薯;同时麦草覆盖栽培充分灌溉处理产量等各项指标均优于常规土壤起垄种植充分灌溉处理,说明该技术能更有效地提高作物水分利用效率(WUE),改良块茎品质,提高产量,且幼苗期轻度水分亏缺是覆盖马铃薯调亏灌溉的最佳时期和调亏程度。     

河套灌区参考作物蒸发蒸腾量估算方法研究

参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）是计算作物需水量的基础,一般用FAO推荐的Penman-Monteith公式（PM公式）计算。但是在河套灌区部分地区缺少辐射数据的观测,因而无法利用PM公式计算ET₀。本文选用河套灌区临河气象站1990—2012年的气象资料,分析了利用PM公式计算参考作物蒸发蒸腾量ET₀与气象要素的关系,发现对ET₀影响最大的气象因素为净辐射,其次为饱和水气压差和平均温度。建立了基于饱和水气压差、温度和风速的ET₀估算公式,验证结算显示相关系数、纳什效率系数和总量平衡系数分别为0.96、0.92、1.00。在风速缺测的条件下,也建立了基于饱和水汽压差和温度的ET₀估算公式。以上两个公式为河套灌区缺资料条件下ET₀的估算提供了简单且准确的估算方法。     

极端干旱区滴灌条件下葡萄茎流变化规律研究

为探究极端干旱区滴灌葡萄植株茎流变化规律及其影响因素,本文采用Flow4-DL包裹式茎流计监测滴灌和沟灌条件下葡萄植株的茎流变化规律,研究了茎流速率的变化规律与气象因子的相互关系,以及日茎流量与参考作物蒸发蒸腾量之间的关系.研究结果表明:在晴天,葡萄植株茎流速率的日变化呈现双峰曲线;在阴天,葡萄植株茎流变化曲线呈现多峰型;通过对各环境因子与葡萄植株茎流进行偏相关分析,得到茎流与光合有效辐射、风速极显著相关,与饱和水汽压显著相关,与温度、湿度不显著相关,相关程度依次为:光合有效辐射＞风速＞饱和水汽压＞空气湿度＞空气温度;采用逐步删除法进行多元回归分析,得到茎流与光合有效辐射、风速、饱和水汽压具有较强的线性相关关系,回归方程达到极显著水平;滴灌和沟灌情况下日茎流量与参考作物蒸发蒸腾量呈显著线性相关关系,且沟灌的相关性高于滴灌.     

近46 a六盘山东西两侧参考作物蒸散量特征

基于六盘山东西两侧甘肃平凉市7个气象站1965-2010年逐日气象要素,采用Penman Monteith模型计算了逐日参考作物蒸散量,应用Mann Kendall非参数检验法,分析了年际变化和季节变化特征。结果表明：① 1965-2010年,平凉市参考作物蒸散量多年平均在890～1 142 mm,全市西南部蒸散量最小,东部最大,年内夏季达到最大值,春、秋季次之,冬季最小;② 近46 a来,平凉市大多数站点参考作物蒸散量呈显著下降趋势;③ 影响平凉市参考作物蒸散量季节变化的主要气候因子是风速和日照,其中,风速是影响全市蒸散量呈下降趋势的主导因子。     

Efficiency of Subsurface Drip Irrigation for Potato Production Under Different Dry Stress Conditions

Efficient water delivery systems such as drip irrigation can contribute towards increasing crop yield potential, improving crop water and fertilizer use efficiency. However, critical management considerations such as subsurface drip irrigation are necessary to attain improved irrigation efficiencies and production benefits particularly under arid regions. The objective of this study was to determine the effect of two irrigation methods, surface and subsurface drip irrigation combined with four irrigation levels, 100, 80, 60 and 40% of crop evapotranspiration on yield and yield components of potato grown on sandy soil. The field experiments were conducted in the years 2008 and 2009. In terms of soil water availability to plants, subsurface drip provided more favorable growth conditions for plant growth and maintained higher soil water content at the root zone, which resulted in a significant higher potato yield compared to surface drip irrigation. The difference between the two irrigation methods on yield components was concentrated on the mean tuber weight per plant, while no significant difference was found on the tuber number per plant. Reducing the amounts of applied water significantly decreased total potato yield and its components. Under subsurface drip irrigation, reducing amounts of applied water to 80% ETc gave comparable yield and yield components to surface drip at full irrigation supply, indicating that 20% irrigation water can be saved without affecting the potato yield. At all irrigation levels, subsurface drip recorded higher water use efficiency (WUE) over surface drip. Maximum value was observed at 40% ETc. Fertilizer use efficiency (FUE) was also higher under subsurface drip and reduced significantly under both irrigation methods with increasing water deficit. These results suggested that subsurface drip offers the potential of better water management with respect to saving and distribution of water in the root zone and to obtain maximum yield accompanied by highest water and FUE.     

河西走廊荒漠-绿洲蒸散对夏季高温天气响应的初步研究

高温事件对水文过程的影响以及生态系统对高温事件的响应成为全球变化关注的重要问题之一。以2010年7月20-30日河西走廊临泽地区出现的持续高温天气为案例,初步探讨了高温期间该地区水面蒸发、参考作物蒸散量和植物蒸腾的变化规律,分析了蒸散产生变化的主要原因,并分析了气温与蒸散之间的关系。结果表明：高温期间水面蒸发量比多年同期平均值增加42%,参考作物蒸散比多年同期平均值增加19%。平均气温和最高气温增加是其变化的主要原因。回归分析表明,在2005-2009年7月20-30日平均气温距平值每升高1 ℃时,水面蒸发距平值增加0.58 mm;最高气温距平值每升高1 ℃时,水面蒸发距平值增加0.39 mm。而对于参考作物蒸散而言,在2005-2009年7月20-30日平均气温距平值每升高1 ℃,参考作物蒸散量距平值增加0.11 mm;最高气温距平值每升高1 ℃,参考作物蒸散量距平值增加0.06 mm。荒漠灌木沙拐枣蒸腾速率在2010年高温期比2008-2009年同期平均值增加373%,在2008-2009年7月20-30日,相对湿度距平值每增加1%,蒸腾速率减少0.39 g•cm-²•d-¹。     

甘肃民勤荒漠绿洲区调亏灌溉对西瓜水分利用效率、产量与品质的影响

2005～2006年在甘肃民勤地区对大田西瓜进行了调亏灌溉试验,结果表明:水分亏缺同时降低了土壤含水率和作物的蒸腾速率,土壤含水率的降低减少了作物的棵间蒸发,二者综合作用降低了土壤的水分消耗速率;开花-座果期的水分亏缺会同时降低西瓜的蒸腾速率、光合速率和单叶片水平的水分利用效率,并且最终会造成产量的下降;座果-膨大阶段轻度水分亏缺处理在复水后获得补偿生长的效应,产量高于充分灌水的对照;各调亏处理均不同程度提高了西瓜的Vc含量和可溶固形物浓度,其中以座果-膨大期进行水分亏缺的处理提高程度最大.综合考虑不同调亏处理对西瓜各项指标的影响,座果-膨大期轻度的水分亏缺不仅提高了果实的Vc含量和可溶固形物浓度,而且与对照相比,产量也有所提高,达到了大量节水而不减产,提高水分利用效率,改善果实品质的综合效应,是实施调亏灌溉的理想阶段.