北京城市森林生态系统能量分配的季节动态研究

  目的  森林是陆地生态系统的主要组成部分,对全球碳水循环和能量交换过程有重大影响,然而对城市森林生态系统能量交换过程的了解仍很有限,本文在北方城市森林开展生态系统水热通量的机理研究,对制定科学合理的人工林水分管理策略具有重要意义。  方法  本研究利用涡度协方差观测法,探讨了2018年北京奥林匹克森林公园各表面能量组分的日变化和季节变化,以及控制能量分配的主要生物物理因子。  结果  全年日均净辐射通量（R_n）为133 W/m2,日均感热通量（H）为23.6 W/m2,日均潜热通量（LE）为26.9 W/m2。波文比（β = H/LE）为0.88。在非生长季,感热通量大于潜热通量,在生长季开始,潜热通量逐渐超过感热通量,占据主导地位。Priestley-Taylor系数（α系数）、冠层导度（g_s）和解耦系数（Ω）都与土壤含水量（VWC）和归一化植被指数（NDVI）呈正相关的关系,与饱和水汽压差（VPD）则呈现先上升后下降的关系。β与VWC、VPD和NDVI都呈现负相关的关系。VWC和VPD通过影响冠层导度,控制潜热通量及能量分配。  结论  本研究结果表明:干旱条件能显著降低生态系统冠层导度,从而降低潜热通量,影响能量分配。此外,为提高潜热通量比例,最大化城市绿地的降温功能及其价值,在冠层构建期和生长季干旱期进行一定程度的灌溉是一项合理的用水管理措施。      

风沙土膜下滴灌灌溉水量对玉米生长和产量的影响

[目的]为了更好地为风沙土膜下滴灌灌溉制度的制定提供理论依据。[方法]通过田间试验对不同灌溉水量条件下风沙土地区膜下滴灌玉米生长和产量的影响进行研究。[结果]灌溉水量对玉米株高、茎粗、叶面积指数（LA,）和单株地上干物质重等营养生长指标影响较小;穗长、穗粗、行粒数、百粒重、穗粒重、穗重等产量构成性状和产量均随着灌水量的增加先增大后减小,灌溉水量为75％Er时产量最高,达到7．67t／hm3;水分利用效率（WUE）随着灌溉水量的增加线性下降,25％ET时WUE最大,为1．30kg／m3。[结论]在风沙土地区,玉米膜下滴灌灌溉水量宜控制在25％ET～75％ET。     

葡萄园水碳通量对灌溉、降雨和霜冻的响应

为分析灌溉、降雨、霜冻对西北旱区葡萄园水碳通量的影响,以我国西北干旱区葡萄园为例,采用涡度相关系统和茎流计对降雨、灌溉和霜冻前后的葡萄园水碳通量进行连续对比观测。结果表明:1)降雨后,葡萄园蒸散发量迅速增加,随着时间推移逐渐降低;日峰值出现的时间由14:00推迟到15:00,葡萄园蒸腾量呈缓慢增加趋势;2)灌溉后,葡萄园蒸散发量先逐日增加,达到峰值后再逐渐减小;3)灌溉和降雨均明显增加了葡萄园的碳汇量;4)霜冻后,葡萄叶片几乎死亡,蒸腾量急剧减小接近于0,净生态系统交换量的波动迅速减缓,葡萄园转入碳源阶段。     

Experimental Investigation of Soil Evaporation and Evapotranspiration of Winter Wheat Under Sprinkler Irrigation

Sprinkler irrigation is one of the typical irrigation technologies used for the winter wheat-summer maize double cropping system in the North China Plain. To evaluate the evapotranspiration （ET） of winter wheat under sprinkler irrigation in Beijing area, field experiments were conducted in growing seasons through 2005-2008, in the experimental station located in Tongzhou County, Beijing, China, with different irrigation depths. Results indicated that a relatively large variation of soil water content occurred within 0-40 cm soil layer. The seasonal ET of winter wheat generally increased with increasing irrigation amount, while the seasonal usage of soil water had a negative relationship with irrigation amount. Soil evaporation （Es） was about 25% of winter wheat ET during the period from reviving to maturity. Es increased while Es/ET decreased with increasing irrigation amount. Sprinkler irrigation scheduling with relatively large irrigation quota and low irrigation frequency can reduce Es and promote the irrigation water use efficiency.     

不同矿化度水源膜下滴灌对棉花土壤盐分分布及生长的影响

利用微咸水膜下灌溉是缓解干旱区农业灌溉资源短缺的有效途径之一,分析不同矿化度水源膜下滴灌对土壤盐分分布及作物生长的影响对于确定灌溉水源矿化度阈值具有重要意义。开展4 a不同梯度矿化度水源膜下滴灌棉花测坑试验,设置6个处理矿化度分别为1 g/L(CK)、2 g/L(A)、3 g/L(B)、4 g/L(C)、5 g/L(D)和6 g/L(E),分析不同梯度矿化度水源膜下滴灌土壤盐分累积及棉花生长特征,确定微咸水膜下滴灌棉花灌溉矿化度阈值。结果表明：2019-2022年,0～100 cm平均土壤电导率以每年0.920dS/m、0.995 dS/m、1.196 dS/m和1.188 dS/m的速率呈线性增长的趋势。随着灌溉年限增加,不同梯度微咸水膜下滴灌下土壤电导率呈现增加趋势。5 g/L和6 g/L处理土壤盐分累积最大,分别为38.70%和39.19%;灌水12 h后,宽行表层20～40 cm土壤盐分累积最为明显,土壤电导率为0.30～2.1 dS/m;窄行土壤盐分在40～60 cm土层处出现累积,土壤电导率为1.26～1.93 dS/m。矿化度为3 g/L水源膜下滴灌棉花土壤盐分累积量较小...     

应用农田水量平衡原理计算三种蔬菜的需水量和作物系数

根据田间水分和肥料最优控制下测定的土壤水分，利用农田水量平衡原理分别计算了花椰菜、苋菜和菠菜生长期内的作物需水量。根据作物需水量和气象资料计算的参考作物蒸散量，计算3种蔬菜在不同生育期内的作物系数。结果表明，花椰菜、苋菜和菠菜在整个生长期内的需水量分别为223．8mm,144.9mm和148.1mm；作物系数的平均值分别是0．68，0．94和0．65；除苋菜的作物系数与叶面积指数的拟合关系相关性不显著外，花椰菜和菠菜的作物系数与叶面积指数呈对数函数关系。     

节水灌溉方式下作物需水量和灌溉需水量研究综述

中国是一个严重缺水的国家,农业用水浪费严重,发展节水农业势在必行。作物生长需水量与灌溉需水量密切相关,作物生长需水量估算方法各异,并以彭曼公式为主,该公式与参照作物需水量(ET0)和作物生长系数(Kc)有关。计划灌溉需水量是节水灌溉管理的一个重要因素,其定额方式各有利弊,仍然以农田水量平衡方程为主要评估手段。     

A simulation model assisted study on water and nitrogen dynamics and their effects on crop performance in the wheat-maize system: (II) model calibration, evaluation and simulated experimentation

The test on the model with data collected from two years’ field experiments revealed an ability to satisfactorily simulate crop parameters such as LAI, biomass accumulation and partitioning, yield, and variables influencing crop growth and development as nitrogen uptake by crops and partitioning in different organs, and dynamics of soil water and nitrogen including infiltration and leaching. With the model, crop yield, water use efficiency (WUE), nitrogen use efficiency (NYE) and water-nitrogen leaching at specific soil layers under various water and nitrogen management practices were simulated to provide data used as references for designing sustainable nitrogen and water management practices. The outputs of the simulated experiment with various treatments of irrigation and nitrogen application indicated that crop yield was closely related to water and nitrogen application, crop water use was positively related to irrigation amount, and nitrogen fertilization could improve the crop water use and WUE within certain limits. This is a valuable evidence to be considered in water-saving farming. Nitrogen uptake had a positive relation to nitrogen application, while irrigation to some extent improved its uptake by crops and hence increased NYE. Additionally, irrigation and fertilization had great effects on nitrogen leaching. Thus, in order to improve WUE and NYE, the model showed how nitrogen application and irrigation should be well coordinated.     

土壤水分含量对梨叶片光合特性的影响

以盆栽黄冠梨幼树为试材,研究不同土壤水分含量(SWC)对光合作用的影响规律,以确定梨园节水灌溉适宜的土壤水分调控指标.结果表明,SWC为50.6%时水分利用效率(WUE)最高;SWC由97.9%降至50.6%时,气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)与净光合速率(Pn)均下降,但Tr的下降幅度大于Pn的下降幅度而导致WUE的升高.SWC由50.6%降至19.7%时,WUE降低,降低的主要原因在于羧化效率下降导致Pn的大幅度降低.干旱复水后,Pn和Tr均有较大的回升,复水第2天后SWC为98.5%时,Pn和Tr大幅度的回升,但Tr回升的幅度更大,导致此时的WUE降为整个试验阶段的最低;复水第5天SWC为66.8%时,Pn和WUE均低于对照,这可能与叶片羧化功能受损后Pn不易恢复有关.     

Optimization of water and nitrogen management for surge-root irrigated apple trees in the Loess Plateau of China

The Loess Plateau is one of the main regions for growing apple trees in China, but a shortage of water resources and low utilization of nitrogen have restricted its agricultural development. A 2-year field experiment was conducted which included three levels of soil water content(SWC), 90–75%, 75–60%, and 60–45% of field capacity, and five levels of nitrogen application(N_(app)), 0.7, 0.6, 0.5, 0.4 and 0.3 kg/plant. The treatments were arranged in a strip-plot design with complete randomized blocks with three replications. For both years, the water and N_(app) had significant(P0.05) effects on leaf area index(LAI), yield, water use efficiency(WUE) and nitrogen partial factor productivity(NPFP) while the interaction effect of water and N_(app) on yield, WUE and NPFP was significant(P0.05) in 2018, and not in 2017. For the same SWC level, WUE first increased, then decreased as N_(app) increased, while NPFP tended to decrease, but the trend of LAI with different N_(app) was closely related to SWC. At the same N_(app), the LAI increased as SWC increased, while the WUE and NPFP first increased, then decreased, but the yield showed different trends as the SWC increased. The dualistic and quadric regression equations of water and N_(app) indicate that the yield, WUE and NPFP cannot reach the maximum at the same time. Considering the coupling effects of water and N_(app) on yield, WUE and NPFP in 2017 and 2018, the SWC level shall be controlled in 75–60% of field capacity and the N_(app) is 0.45 kg/plant, which can be as the suitable strategy of water and N_(app) management for the maximum comprehensive benefits of yield, WUE and NPFP for apple trees in the Loess Plateau and other regions with similar environments.     

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。     

生态系统尺度水汽通量分配——以寒温带兴安落叶松林为例

目的蒸散发(ET)包括蒸发(E)和蒸腾(T), 是生态系统降雨(P)返回大气的最主要形式, 在气候变化背景下, 了解大兴安岭北部多年冻土区的寒温带兴安落叶松林的ET特征及其分配状况, 有助于进一步理解北方森林对气候变化的响应模式。方法在2015年7月10日至8月10日期间, 利用模型与野外实测的方法对寒温带兴安落叶松林蒸发(E)、蒸腾(T)及蒸散发(ET)进行研究。E包括林地蒸发(E_f)和林冠截留(E_c), 而林分蒸腾总量(T_tot)则为优势木(T_d)、中等木(T_i)、劣势木(T_s)蒸腾量之和。分析非降水和降水日的ET及其组分特征和分配, 探讨水汽通量对气象因子的响应。结果非降雨和降雨日的ET及其组分的日变化均呈单峰格局, 且非降雨日曲线的日峰值均高于降雨日。非降雨日, E_f、T_d、T_i、T_s和ET分别为10.3、25.6、15.2、10.8和66.3mm; 降雨日, E_f、E_c、T_d、T_i、T_s和ET则分别为2.2、24.3、11.2、5.1、3.8和47.8mm。非降雨日, E_f/ET为15.5%, 而T_tot/ET为78.0%, 其中T_d/ET、T_i/ET和T_s/ET分别贡献38.7%、23.0%和16.4%;降雨日, E_f/ET低至4.6%, E_c/ET则可以达到50.9%, 而T_tot/ET降低至42.2%, 其中T_d/ET、T_i/ET和T_s/ET分别为23.5%、10.6%和8.0%;表明非降雨日ET以T为主(具体为T_d), 降雨日则以E(具体为E_c)为主。观测期间94.7%的P主要以ET形式返回大气, 其中由T贡献57%, E贡献38%。总体上, 无论降雨与否, ET与23m处净辐射(R_n)的相关性均高于其与水汽压亏缺(VPD)的相关性, T_tot与二者的相关性则差异不大, 而E_f的表现则与ET相反, 说明R_n是生态系统能量循环和物质交换的最主要驱动力, T_tot同时主要受到R_n和VPD的约束, 而E_f优先受VPD的限制。结论兴安落叶松优势木的蒸腾能力强于中等木和劣势木, 以往研究多采用T_d(或包括较大径级的T_i)为林分尺度上推计算过程的基准值的方法会高估林分整体的蒸腾能力, 实际误差的大小取决于林分的分化程度以及是否降雨等因素。非降雨日的气象条件更有利于植被-大气界面的水汽交换, 降雨的发生会影响生态系统ET的分配模式。      

基于DSSAT模型的河南省冬小麦需水量分析

为定量评估河南省不同生态地点冬小麦需水量变化特征,应用DSSAT模型模拟了充分灌溉、雨养不灌溉条件下河南省15个地点连续10 a(2003—2012年)冬小麦产量、田间蒸散量、作物蒸腾量、土壤蒸发量等,分析了灌溉增产以及水分生产率的分布规律,并计算河南省不同地点平均需水量和缺水量。结果表明:充分灌溉条件下,河南省15个生态地点10 a间冬小麦平均产量介于7 847~9 565 kg/hm~2,作物蒸腾量介于319~380 mm,土壤蒸发量介于96~166 mm,田间蒸散量介于445~539 mm,水分生产率介于1.67~1.98 kg/(hm~2·m~3);雨养不灌溉条件下,15个生态地点10 a间冬小麦平均产量介于1 927~6 260 kg/hm~2,作物蒸腾量介于66~244 mm,土壤蒸发量介于120~195 mm,田间蒸散量介于209~370 mm,水分生产率介于0.79~2.17 kg/(hm~2·m~3)。15个生态地点10 a间灌溉增产介于1 594~6 698 kg/hm~2,总体呈中北部较高南部较低。15个生态地点10 a间需水量介于395~452 mm,河南省中东部及南部需水量相对较低;缺水量介于76~282 mm,整体呈北高南低。研究结果可为河南省冬小麦水分定量化管理措施的制定提供参考。     

基于环境因子驱动的温室番茄土壤栽培超前决策灌溉模型的验证及其关系分析

为验证超前决策灌溉模型在土壤栽培中的科学性,筛选基于超前决策灌溉模型的最优灌溉量组合,以Penman-Monteith模型为对照(PM处理),分别在番茄的开花坐果期和果实膨大期设置超前决策灌溉模型计算灌溉量(ET)的3个水平(0.8 ET、1.0 ET、1.2 ET),共计10个处理,通过春秋两茬试验,分析比较不同灌溉模型对土壤含水量、番茄生理指标、产量、品质与水分利用效率的影响,并利用熵权-TOPSIS法评价不同处理番茄的综合指标。结果表明:与对照相比,超前决策灌溉模型处理土壤含水量的波动较小,光合能力、植株产量与水分利用效率显著提高。运用熵权-TOPSIS综合分析法进行排序,T2-3处理(开花坐果期使用1.0 ET灌溉,果实膨大期使用1.2 ET进行灌溉)排第1位,秋茬番茄PM处理(使用PM模型进行灌溉)排在第8位,春茬温室番茄PM处理排在第10位。秋茬与春茬温室番茄最优处理T2-3相较于PM处理,叶片的净光合速率提高约9.7%和24.3%,蒸腾速率降低约16.5%和14.6%,产量和水分利用效率分别提升了4.7%、8.7%与0.8%、9.5%。研究结果表明在温室番茄的土壤栽培中,无论是春季还是秋季,超前决策灌溉模型比PM模型灌溉精度高;且在开花坐果期使用1.0 ET灌溉、果实膨大期使用1.2 ET进行灌溉为超前决策灌溉模型最优的灌溉量组合。     

海河平原春季限水灌溉下冬小麦农田水分动态及产量形成特征

海河平原冬小麦生产与水资源匮乏的矛盾十分突出，亟需建立限水灌溉制度，实现丰产与水分高效的协调统一。于2018—2020年冬小麦生长季，选取旱地组（石麦22、衡观35和冀麦418）和水地组（石农086、冀麦585和石新828）2种类型小麦品种，设置适期播种和晚播2个播期以及春季2次灌水、不灌水和春3、4、5、6叶龄1次灌水处理。研究不同处理土壤水分动态变化及冬小麦产量形成特征。结果表明： 春季限水灌溉下，0—60 cm土层为主要供水层，其含水量（SWC60）变化显著影响小麦产量形成；春4叶龄为冬小麦春季1次灌水的最佳灌溉时期，灌水前干旱程度较轻，灌水后直至乳熟末期SWC60才低于60%，干旱胁迫也相对较轻；春季限水灌溉下，冬小麦产量显著降低，旱地组品种产量降幅低于水地组品种。不同春季叶龄1次灌水处理总体表现为春4叶龄灌水产量降幅最小，平均减产约10%。春季1次灌水晚播处理的产量水平与对应的适期播种处理无显著差异。春4叶龄灌水处理产量和水分利用效率（WUE）显著高于其他春季1次灌水处理，其单位面积穗数、穗粒数和千粒重更为均衡协调，最终在实现7 502.9~8 050.0 kg·hm^?2产量水平的同时，WUE达17.5 ~20.1 kg·hm^?2·mm^?1，较春季2次灌水节水70.1 mm。上述研究结果为构建精量高效的小麦春季限水灌溉制度提供了依据。     

亚热带稻田能量平衡闭合状况分析

通过采用线性回归,能量平衡比率和相对残差频率分布3种统计方法对涡度相关法通量观测的稻田能量平衡闭合状况进行了评价,并分析了能量平衡闭合程度的季节变化趋势。结果表明,在稻田生态系统中存在能量不闭合现象,年能量平衡比率为0.87,年平均不闭合程度为13%;能量平衡比率在5—8月份平均为0.85,能量不闭合程度较高;1—4月份和9—12月份平均为0.92,不闭合程度较低。在假定常规的有效能量测定正确的前提下,可以认为涡度相关测定的湍流通量可能被低估了。     

山西省小麦需水量的地理分布

用彭曼（Ｈ．Ｌ．Ｐｅａｍａｎ）法计算了全省９４个县市的参考作物蒸散量，再结合作物系数Ｋｃ值计算出小麦需水量ＥＴｍ；根据小麦生育期间的降水量得出了小麦的灌溉需水量（ＥＴｍ─降水量）。根据以上数据绘制了山西省小麦需水量图和灌溉需水量图，并对各地区的小麦需水量进行了简要评价。     

温室青椒开花座果初期耗水规律与影响因素分析

通过盆栽试验,研究了膜下滴灌及滴灌情况下温室青椒开花座果初期的耗水规律,分析了两种情况下土壤含水率、相对湿度、温度和叶面积指数(LAI)对青椒开花座果初期耗水量的影响。结果表明,膜下滴灌、滴灌情况下,植株平均耗水量分别为0.87和2.0mm/d,地膜覆盖使耗水量减少了51.3%;利用蒸发皿测定的水面蒸发量能够很好地估算温室内的青椒耗水量,两种情况下温室青椒开花座果初期蒸发皿系数分别为0.39和0.82;土壤含水率、温度与青椒耗水量同步变化,相对湿度与耗水量异步变化,叶面积指数(LAI)的增大使耗水量增加。     

宁夏盐池油蒿叶片水分利用效率的生长季动态变化及对环境因子的响应

  目的  探明西北半干旱区典型沙生植物油蒿叶片的水分利用效率季节动态及其对环境因子的响应机制,为生态系统过程建模提供重要的生理生态参数。  方法  本研究于2018年5—9月,使用 LI-6400XT便携式光合仪,测定了油蒿叶片的气孔导度（g_s）、净光合速率（P_n）、蒸腾速率（E）,并计算得出来叶片水分利用效率（WUE）,分析了WUE与土壤含水量（SWC）、叶片表面饱和水汽压差（VPD_l）、光合有效辐射（PAR）及叶片表面温度（T_l）的关系。  结果  油蒿叶片的g_s、P_n、E和WUE对SWC、VPD_l、PAR和T_l具有一定的响应关系。当SWC ≤ 0.08 m3/m3时,g_s、E、P_n、和WUE对VPD_l的响应更为敏感;SWC > 0.08 m3/m3时,g_s、P_n、E和WUE对PAR与T_l的响应更为敏感。  结论  本研究结果进一步证明,油蒿在干旱条件下通过气孔的调节来适应环境变化,环境因子通过影响g_s,进而影响植物的P_n和E,从而使WUE发生改变,且WUE在干旱时较低,表明土壤干旱胁迫制约油蒿叶片光合作用,从而使叶片水分利用效率受到抑制。因此,得出如下结论:油蒿通过水分资源保存策略来适应干旱环境。      

不同水分处理对两种机采种植模式棉花蒸散发、产量及品质的影响

为明确不同水分处理对两种机采种植模式棉花蒸散发特征、产量形成及品质变化的影响，于2020-2021开展田间小区试验，设4个灌溉处理3 600 m³/hm²(D1)、4 500 m³/hm²(D2)、5 400 m³/hm²(D3)、6 300 m³/hm²(D4),2种机采模式等行距种植(R1)和宽窄行种植(R2)。结果表明：2种机采种植模式土壤蒸发量(Es)、蒸散量(ET)、Es/ET均随灌水量的增加而增加；不同灌水处理土壤日蒸发量在灌溉后1～4 d处于较高水平，R1较R2分别高6.98%、7.55%、8.53%、7.19%。年均蒸散量4个灌水处理R1分别为397.6 mm、465.2 mm、547.2 mm、665 mm, R2分别为412.5 mm、482.1 mm、563.5 mm、684.5 mm, R2较R1分别高3.76%、3.64%、2.96%和2.94%。4个灌水处理Es/ET比值R1为27.4...