覆膜滴灌紫薯农田水热传输规律及其对环境因子的响应

农田水热传输过程的量化对于农业用水管理和作物灌溉制度的制定具有重要意义。本文利用波文比通量观测系统实测数据和气象站资料,对覆膜滴灌紫薯农田的水热通量变化规律及其对环境因子的响应进行了研究。结果表明：潜热通量是全生育期覆膜滴灌农田能量支出的主要部分,显热通量和土壤热通量支出占比较小,全生育期潜热通量、显热通量、土壤热通量支出占比分别为69.12%、25.14%、6.57%。不同天气条件下,显热通量的大小和变化范围均小于潜热通量。潜热通量对降雨和灌溉的响应最为显著,且降雨影响程度大于灌溉。净辐射、气温对潜热通量的影响较大,表层土温和风速变化的影响则较低,各环境因子主要通过直接和间接作用共同对潜热通量产生影响。该研究成果可以深化对覆膜滴灌紫薯农田水热传输规律的认识,为作物高效用水提供理论依据。     

耕作措施对京郊冬小麦农田CO2、CH4排放通量的影响

通过设置在北京市大兴区青云店镇的不同耕作措施试验,利用静态箱-气相色谱法对2季冬小麦（2011年10月—2012年7月和2012年10月—2013年7月）各关键生育期内CO2、CH4的排放通量进行了测定。结果表明：免耕（NT）、深松（ST）、旋耕（RT）、传统耕作（CT）4种耕作措施下,冬小麦农田土壤总体表现为CO2源和CH4汇的功能,且CO2和CH4都有明显的日变化和季节变化特征。CO2日排放通量最高峰出现在0:00,最低峰出现在10:00;CO2季节排放通量最高峰出现在冬小麦播种期和收获期,最低峰出现在越冬期。CH4日排放和季节排放通量变化特征差异显著,但没有明显的变化规律。CO2排放通量与0~20cm各土层土壤温度呈正相关,与0~30cm各土层土壤质量含水率呈负相关关系。CH4排放通量与0~20cm各土层土壤温度呈正相关关系。4种耕作处理下,冬小麦农田CO2的季节平均排放通量为：传统耕作>旋耕>深松>免耕,CH4的季节平均吸收通量为：旋耕>传统耕作>免耕>深松。免耕相对于旋耕和传统耕作农田CO2季节平均排放通量降低了23.3%~27.1%;旋耕、传统耕作相对于免耕和深松CH4的季节平均吸收量增加了20%以上。因此,在京郊冬小麦农田,4种耕作措施（NT、ST、RT和CT）均能不同程度地增加CH4的吸收量,同时,采用免耕能进一步降低农田CO2排放量。     

地膜覆盖对旱作玉米田水热通量传输的影响研究

为探明旱作农田生态系统生态水文过程、提升农田水分利用效率,选取黄土高原东部旱作春玉米田为研究对象,设置露地（CK）和地膜覆盖（PM）两种处理,利用涡度相关系统对两种处理条件下玉米田水热通量进行了连续观测,基于观测结果对两种处理下玉米田水热通量的日、季节变化特征和能量分割进行了分析。结果表明：两个处理各能量通量均存在显著的日、季节变化特征。在快速生长期（拔节期）,降水后CK和PM处理潜热通量（λET）均明显增大,而显热通量（H）和土壤热通量（G）均减小;但在后期（成熟期）,降水对各能量通量变化过程的影响没有快速生长期明显,表明玉米生育期内降水的分布能够显著影响旱作玉米田的能量平衡。玉米生育期内,净辐射（Rn）主要以λET为主,而休闲期Rn主要以H为主。Rn是玉米田λET的最主要影响因子,其次是平均气温和饱和水汽压差,风速和相对湿度对λET的影响相对较小。     

冬小麦田春灌前后CO2排放通量的日变化特征及对比分析

[目的]分析冬小麦春灌前后CO2通量的变化特征,给农田生态系统的碳排放对大气中CO2通量的影响提供一定支撑。[方法]采用静态透明箱法,通过手持式CO2测量仪(testo 535)观测分析了冬小麦田春灌前后每天不同时段内静态透明箱箱体内的CO2通量变化,通过不同时段内的CO2通量变化计算冬小麦田春灌前后每天不同时刻的CO2排放通量,分析比较了冬小麦田春灌前后CO2通量的日变化特征。[结果]春灌前,冬小麦田CO2通量在-0.123~0.056mg/(m2 s)之间;春灌后,冬小麦田CO2排放通量在-0.345~0.276mg/(m2 s)之间。冬小麦田春灌后的CO2排放通量明显高于春灌前,其中光合作用吸收CO2和呼吸作用释放CO2同时增加,但吸收大气中CO2的速率增加的更大。冬小麦田在春灌前CO2排放通量的日变化特征为单峰型曲线,但在春灌后逐渐向双峰型曲线转变。[结论]春灌影响冬小麦CO2排放通量的日变化。     

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。     

半湿润地区葡萄园水热通量特征及其对环境因子的响应

研究稀疏植被下垫面水热通量特征对于提高农业水管理和高效利用农业气候资源极为重要,利用2018年葡萄园波文比系统数据和气象资料,分析了半湿润地区葡萄园下垫面水热通量在不同生育阶段和典型天气条件下的分配特征及潜热通量对相关气象因素的响应,并运用BP神经网络对葡萄园潜热通量进行预测,根据预测模型,分析比较潜热通量对环境因子变化的敏感性。结果表明,水热通量的日变化呈单峰二次曲线,从7∶00左右开始增长,12∶30左右达到峰值后开始减小,夜间基本不变。感热通量在全部生育期都占了地表能量的绝大部分,潜热通量较小,所占比例随生育期时间逐渐增大,在果实膨大期达到最大后开始减小。在雨天,水热通量各分量都比晴天小,潜热通量略大于感热通量。而阴天潜热通量的变化幅度明显比其他天气条件下都大。BP神经网络根据气象因子模拟出的潜热通量与波文比法的计算值相关性较高,同时,潜热通量对净辐射和土壤热通量的变化最为敏感,而对风速变化的敏感性较低。     

沼液灌溉麦地土壤CO_2和N_2O排放通量变化特征

为揭示奶牛场沼液灌溉后麦地CO2和N2O排放通量的变化特征及与相关环境因子相互关系,采用静态箱-气相色谱法对奶牛场沼液灌溉后第1d土壤CO2和N2O排放通量连续进行24h观测,同时观测灌前1d、灌后第2d、第4d和第7d排放通量。结果表明,沼液灌溉(SI)、习惯施肥(CF)、不施肥(CK)处理灌后第1d土壤CO2与N2O日排放通量范围分别为115.55~253.44、66.97~114.17、62.86~125.96mg/(m2·h)与115.79~401.1、4.15~21.04、1.44~28.32μg/(m2·h),日峰值和日谷值均出现在14:00和5:00;除CK外,各处理排放通量与地表及距地表5cm处地温显著相关(P0.05)。灌溉前后CK和CF处理CO2和N2O排放通量变化较小。灌溉后SI处理土壤CO2和N2O排放通量迅速升高且分别在灌后第1d和第2d达到排放峰值,此时CO2和N2O排放通量分别较SI处理灌溉前分别升高111.9%和890.0%,随后SI处理CO2和N2O排放通量开始下降,灌溉后第7d分别与CK和CF处理相比无显著差异。灌溉后7d内SI处理的CO2和N2O累积排放量均显著高于CK和CF处理。     

不同气象条件下陇中玉米农田生态系统水分利用效率研究

【目的】探究陇中半干旱区玉米农田生态系统水分利用情况。【方法】利用陇中半干旱区玉米农田生态系统,涡度系统碳水通量数据,分别从生态系统水分利用效率(WUE)、固有水分利用效率(IWUE)探讨了不同气象条件对半干旱区玉米农田生态系统水分利用效率的影响。【结果】WUE和IWUE在生长季均值分别为4.71 g/kg和32.04(g·h Pa)/kg。IWUE考虑了饱和水汽压差(VPD)对蒸散量(ET)的非线性影响,GEP与ET在日尺度上存在滞后效应,而IWUE能有效地减弱滞后效应。阴晴天的光合有效辐射、饱和水汽压差、液流速率、蒸散量均为单峰曲线,晴天的值大于阴天的。阴晴天的碳通量变化不明显,水分利用效率为"U"型曲线,阴天的碳通量大于晴天的。阴天饱和水汽压差和液流速率与WUE的线性相关关系均较差,晴天的饱和水汽压差和液流速率与WUE的相关关系较阴天好,而IWUE的拟合效果好。【结论】与WUE相比,IWUE能更好地评价该地区碳水耦合情况。     

灌水延迟对冬小麦产量及水分利用效率的影响研究

通过田间试验,研究了冬小麦关键生育期灌水延迟对其产量和水分利用效率的影响,结果表明:冬小麦冬浇水延迟20 d灌溉,与优化灌水处理相比,产量与水分利用率均无显著差异;拔节水延迟20 d灌溉,枯水年会显著降低水分利用率,丰水年会显著提高水分利用效率;灌浆水延迟20 d灌溉,枯水年会显著提高产量。冬小麦全生育期内不灌水会极显著的降低其产量和水分利用效率。通过综合分析冬小麦全生育期耗水量、产量与水分利用效率之间的关系,提出半干旱地区冬小麦最佳灌水模式:枯水年份,冬小麦灌浆水延迟20 d灌溉,丰水年份,冬小麦拔节水延迟20 d灌溉,可获得适宜的产量和较高的水分利用效率。     

低丘红壤区旱田水热通量特征及其气象影响因素

为研究低丘红壤区近地层农田水热通量特征,更好地利用农业气候资源、理解农业水文生态系统过程,利用2013年和2014年田间波文比系统数据和气象资料,分析了红壤区近地层的水热通量分配特征及相关气象因素的影响。结果表明:1能量平衡各个分量的日变化呈单峰趋势且受到天气条件影响很大,其中潜热通量所占份额最大,感热和土壤热通量均较小。2能量平衡各分量的分配具有季节性变化,7月份净辐射和潜热通量较大,土壤热通量在5月、7月为正值,10月、12月为负,表明研究区土壤在秋冬季节向外输出热量;在花生的生长季,花生地的波文比小于橘园,表明花生地的潜热交换多于橘园。3对旱地潜热和感热影响较大的气象因素有净辐射、相对湿度,其次有气温,而风速和水汽压对潜热、感热交换的影响并不显著。雨季降水量与农田潜热、感热总体呈负相关,旱季降水量影响相对较小。     

Evaluating the Crop Water Stress Index and its correlation with latent heat and CO2 fluxes over winter wheat and maize in the North China plain

Plant water status is a key factor impacting crop growth and agricultural water management. Crop water stress may alter canopy temperature, the energy balance, transpiration, photosynthesis, canopy water use efficiency, and crop yield. The objective of this study was to calculate the Crop Water Stress Index (CWSI) from canopy temperature and energy balance measurements and evaluate the utility of CWSI to quantify water stress by comparing CWSI to latent heat and carbon dioxide (CO₂) flux measurements over canopies of winter wheat (Triticum aestivum L.) and summer maize (Zea mays L.). The experiment was conducted at the Yucheng Integrated Agricultural Experimental Station of the Chinese Academy of Sciences from 2003 to 2005. Latent heat and CO₂ fluxes (by eddy covariance), canopy and air temperature, relative humidity, net radiation, wind speed, and soil heat flux were averaged at half-hour intervals. Leaf area index and crop height were measured every 7 days. CWSI was calculated from measured canopy-air temperature differences using the Jackson method. Under high net radiation conditions (greater than 500 W m⁻²), calculated values of minimum canopy-air temperature differences were similar to previously published empirically determined non-water-stressed baselines. Valid measures of CWSI were only obtained when canopy closure minimized the influence of viewed soil on infrared canopy temperature measurements (leaf area index was greater than 2.5 m² m⁻²). Wheat and maize latent heat flux and canopy CO₂ flux generally decreased linearly with increases in CWSI when net radiation levels were greater than 300 W m⁻². The responses of latent heat flux and CO₂ flux to CWSI did not demonstrate a consistent relationship in wheat that would recommend it as a reliable water stress quantification tool. The responses of latent heat flux and CO₂ flux to CWSI were more consistent in maize, suggesting that CWSI could be useful in identifying and quantifying water stress conditions when net radiation was greater than 300 W m⁻². The results suggest that CWSI calculated by the Jackson method under varying solar radiation and wind speed conditions may be used for irrigation scheduling and agricultural water management of maize in irrigated agricultural regions, such as the North China Plain.     

极端干旱区成龄葡萄园蒸散研究

利用波文比能量平衡法对新疆吐哈盆地葡萄园的蒸散变化规律进行了研究。结果表明,葡萄园水热平衡各分量的日变化呈典型的单峰曲线,潜热、感热和土壤热通量都随净辐射的增减而增减,但峰值出现的时间和大小各异,潜热通量占净辐射能量支出的大部分,其变化规律与净辐射的日变化规律一致性最好,土壤热通量变化很平缓,趋势与净辐射基本相同,但滞后净辐射2～3h。在晴朗无云的条件下,葡萄蒸散速率日变化呈单峰型。蒸散从早晨8:00以后出现,迅速增加,到中午13:00-15:00达到峰值,随后蒸散速率迅速下降;葡萄生长期内耗水强度呈现先增大后减小的趋势,果粒膨大期耗水强度最大为8.78mm/d,葡萄整个生长期内的日均蒸发蒸腾量为5.58mm,蒸发蒸腾总量为1 228.45mm。     

膜下滴灌水量对谷子光合作用及水分利用效率影响

以"张杂谷5号"为试验材料,采用对比设计,在内蒙古阿拉善左旗巴彦浩特镇进行了田间试验,研究了北方干旱沙漠绿洲农区谷子全生育期光合作用的变化过程以及水分利用效率。结果表明:在试验条件下,膜下滴灌谷子不同生育期的日平均净光合速率、日平均蒸腾速率和日平均气孔导度呈"单峰"变化,在抽穗期达到峰值;日平均胞间CO_2浓度呈"V"形变化,在抽穗期达到谷值。不同生育阶段日平均叶片水分利用效率亦呈现"单峰"变化,抽穗期达到最大值。抽穗期净光合速率、蒸腾速率、气孔导度随日时间变化均呈现出"单峰"变化规律,随着灌溉定额的增加而增大;而胞间CO_2浓度则呈现出相反的变化规律,随着灌溉定额的增加而减少。通过综合分析得出,当地水资源缺乏情况下井灌区膜下滴灌较适宜的灌溉定额为3 750m~3/hm~2。     

汽车空气加热器扩散燃烧过程数值模拟

用Fluent软件对空气加热器在不同过量空气系数下的扩散燃烧进行了数值计算,得到了燃烧室内温度、速度、湍流强度和CO分布,并对热流密度进行了计算。研究结果表明,过量空气系数对最高燃烧温度和CO分布影响不大。随着过量空气系数增加,燃烧室内轴向上温度先减小后增加,轴向上总的表面热流密度和辐射密度减小。在同一工况下,燃烧室内径向温度、速度和湍流强度先增加后减小。这为实现加热器的改造提供了理论依据。     

抽穗开花期涝渍胁迫对冬小麦生理指标的影响

通过蒸渗测坑在小麦抽穗开花期设置4种不同模式的涝渍处理,来研究不同涝渍胁迫下,小麦净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）等生理指标的日变化规律。试验结果表明：农田水位调控对小麦生理指标有显著的影响,且不同处理下生理指标变化趋势存在差异性。在抽穗开花期内,轻微的渍水胁迫对小麦生理指标产生有利影响,使其保持在较高水平。较严重的涝渍胁迫会导致净光合速率等生理指标较大幅度的下降,在小麦抽穗开花期内要尽量避免出现这种情况。     

玉米农田生态系统蒸散发模型参数优化

[目的]在无法根据实测值得到具体模型参数的地域,对经验参数进行优化以提高区域蒸散发模型的精度.[方法]通过黑河流域生态水文过程综合遥感试验水文气象观测数据集中的大满超级站气象要素梯度观测系统的数据,研究玉米农田生态系统的蒸散发模型优化问题.采用差分进化自适应算法,以潜热通量和感热通量为优化目标,引入能量闭合因子对模型参...     

新疆滴灌春小麦需水规律初步研究

通过1 a滴灌春小麦小区试验,试验设4 0503、150、2 250 m3/hm2三个水分处理,初步分析了不同灌溉定额下滴灌小麦各生育阶段的耗水特性及对小麦产量的影响。研究结果初步认为,滴灌小麦在新疆具有可行性;滴灌小麦在20～40 cm土层耗水强度最大,耗水高峰期为拔节期和抽穗期,其次是灌浆期、分蘖期和苗期;通过试验数据拟合认为滴灌小麦在灌溉定额3 500 m3/hm2时,产量相对最高,为7 681.2 kg/hm2。     

不同药剂对麦叶蜂的防治效果

2010年在麦叶蜂严重发生的小麦田内进行了不同药剂的防治试验,结果表明:在麦叶蜂3、4龄幼虫高峰期,用48%毒死蜱EC 600~900 g/hm2、50%稻丰散EC 450~1 050 g/hm2、98%晶体敌百750~1 500 g/hm2或4.5%高效氯氟氰菊酯EC 300~450 g/hm2,对麦叶蜂均具有极显著的防治效果,药后16～40 h的杀虫效果均达到95%以上,且各药剂及其用量之间无显著差异。      

基于改进PT-hybrid算法的地表潜热通量变化分析

潜热通量(LE)影响陆地生态系统的水量平衡和能量收支。【目的】提高不同植被类型对应的地表潜热通量的反演精度对于探究生态水文过程具有重要的现实意义。【方法】本研究采用动态植被模型--LPJ-GUESS模型,引入表征植被占比的参数fv对PT-hybrid潜热通量算法加以改进,从而提高陆面蒸散发的反演能力。【结果】根据全球49个通量站点的地面观测LE验证改进后的算法,改进算法所得LE值与实测值的决定系数R²从0.63增加到0.74,均方根误差RMSE从17.1 W/m²降低到11.7 W/m²。进一步分析1982-2014年全球陆地LE变化特征,发现低纬度地区的LE均高于高纬度地区,并且LE在同一纬度上也呈现出不同的分布趋势。【结论】改进后的模型对地表潜热通量模拟精度显著提高,有助于精细刻画地表LE的时空分布特征。