棉花冠层气孔阻力的探讨

根据棉田的实测资料，分析花铃期棉花气孔阻力与土壤吸力的关系，最后建立气孔阻力的一元线性计算模式。     

六种冠层阻力模型在冬小麦蒸散估算中的应用

蒸散量是农田水循环中水分损失的主要途径,其准确估算对节水灌溉具有重要意义。单源的Penman-Monteith （P-M）模型是最常用的蒸散量估算方法,但模型中冠层阻力的合理参数化一直是研究中的难点。该研究选取常用6种冠层阻力模型,使用北京顺义2 a（2020年和2021年）的波文比实测结果,分析不同模型进行冬小麦冠层阻力及蒸散估算的可行性。结果表明：1）无参数校正条件下,6种模型均低估了冬小麦冠层阻力,同时高估了蒸散量。其中,Todorovic模型（TD）的普适性最好,其模拟的冠层阻力、蒸散量与实测值的R2都在0.605及以上;耦合的冠层阻力模型（CO模型）普适性最差,冠层阻力、蒸散量与实测值的R2分别为0.113、0.046;2）进一步使用2021年的试验数据进行模型参数校正、2020年的数据进行验证,发现校正后的JA、CO、GA、KP及FAO56-PM模型计算的冠层阻力和蒸散量与实测值的一致性大幅提高。除JA模型低估冠层阻力外,其余均高估冠层阻力、低估蒸散量。其中KP模型模拟的冠层阻力和蒸散量效果最好,R2均在0.907及以上,而其余5种模型估算精度也较好。6种模型的估算精度排序为KP、GA、TD、FAO56-PM、CO、JA。综上,所评价的模型校正后均可作为P-M模型的冠层阻力输入来估算冬小麦蒸散量,但TD 模型不需要参数校正,在数据不足时可作为首选;而KP模型参数较少,校正后拟合精度最高,在数据充足时可作为首选。研究结果对华北地区使用P-M一步法计算冬小麦蒸散量具有重要价值。     

不同冠层阻力公式在玉米田蒸散模拟中的应用

在我国北方地区,水分供给一直是影响粮食产量的主要因素。玉米作为我国三大粮食作物之一,关乎其水分蒸散的观测和模拟一直是气象、水文、生态等相关学科的重要研究内容。研究玉米蒸散对于粮食安全、节水灌溉、提高作物水分利用效率具有重要意义。作为经典的双源模型,Shuttleworth-Wallace(SW)模型分别考虑土壤蒸发和植被蒸腾,非常适合于稀疏植被的蒸散估算。本文在SW模型中采用不同冠层阻力公式对玉米地蒸散进行模拟,并用涡度相关实测通量数据对模型的模拟效果进行验证。结果表明,采用Jarvis冠层阻力公式的SW1模型与采用Kelliher-Leuning冠层阻力公式的SW2模型模拟的蒸散量都与实测值吻合较好,相关系数均在0.85以上(P0.01),一致性指数都达到0.92以上。敏感性分析表明,SW模型估算蒸散对冠层阻力最敏感。在计算冠层阻力的各个参数中,SW1模型估算蒸散对田间持水量最敏感,其次是最小气孔阻力和有效叶面积指数;SW2模型估算蒸散对最大气孔导度最敏感。传统SW模型中,冠层阻力计算采用Jarvis公式,计算复杂。改用Kelliher-Leuning公式后,在一定程度上简化了模型的计算,更方便模型应用。     

冠层—气温差监测和诊断冬小麦农田水分

以农田生态系统为研究单元，以ＳＰＡＣ的理论为基本原则，深入探讨了冠层－气温差与冬小麦农田土壤和作物水分状况的关系。在比较精确和连续的大田试验基础上，得出了冠层－气温差监测０￣５０ｃｍ土层相对含水量的模型及诊断冬小麦水分状况的指标，该模型和指标可直接用于指导灌溉。     

苏南地区典型作物冠层阻力参数及潜热通量的模拟

准确测算和模拟农田潜热通量对农业生产有着重要意义。该研究基于波文比能量观测系统对苏南地区夏玉米和冬小麦生育期内潜热通量进行连续观测,采用Katerji-Perrier（KP）和Todorovic（TD）两种方法来确定Penman-Monteith（P-M）模型中冠层阻力参数,探究两种冠层阻力参数子模型的估算误差及成因。结果表明：冬小麦生育期内主要气象因子呈现相似变化趋势,净辐射日均值呈现出波动上升趋势。两种冠层阻力参数子模型对冬小麦潜热通量模拟均取得良好的模拟效果,模拟R2不小于0.84,纳什系数不小于0.86,但KP模型精度稍高于TD模型。KP模型对冬小麦和夏玉米潜热通量均有高估,而TD模型高估了夏玉米潜热通量,饱和水汽压差是影响KP和TD两种冠层阻力参数子模型误差的主要因素,且饱和水汽压差越大绝对误差越大。研究为当地农业用水管理提供科学依据。     

冠层温度—气温差与作物水分亏缺关系的研究

试验研究了冬小麦在不同土壤水分条件下拔节～抽穗期冠层温度－气温差变化规律及其随作物生长发育期的变化状况。结果表明,作物在充分供水条件下冠层温度－气温差变化较平缓;缺水时变化较大。冠层温度－气温差随作物生长发育期的变化趋势为低水分处理高于高水分处理。冠层温度－气温差可较合理反映土壤水分变化状况和作物水分缺程度。     

冠层温度-气温差与作物水分亏缺关系的研究

试验研究了冬小麦在不同土壤水分条件下拔节～抽穗期冠层温度-气温差变化规律及其随作物生长发育期的变化状况。结果表明,作物在充分供水条件下冠层温度-气温差变化较平缓;缺水时变化较大。冠层温度-气温差随作物生长发育期的变化趋势为低水分处理高于高水分处理。冠层温度-气温差可较合理反映土壤水分变化状况和作物水分亏缺程度。     

基于冠层叶气温差的苹果园土壤水分预报模型

该研究于2003～2004年采用便携式红外测温仪观测得到苹果主要生长季节晴天14∶00时冠层叶温数据,结合同步观测得到的空气温度数据及0～80 cm土壤相对有效含水率, 分析、建立以苹果树冠层叶气温差为指标的果园水分预报模型。该模型中,土壤相对有效含水率和冠层叶气温差的相关系数为－0.819(n=50),通过0.01水平显著性检验。并利用2002年及2005年的实测土壤水分数据对所建模型进行验证,结果表明：土壤相对有效含水率的观测值与计算值吻合较好,二者线性相关系数可达0.9137(n     

冬小麦,夏玉米水分胁迫监测系统

根据冬小麦、夏玉米田间试验结果分析了作物水分胁迫判别指标叶水热、冠层温度－气温差变化规律,在充分考虑判别指标随作物发育期变化的特征基础上,提出了叶水势、冠层温度－气温差反映土壤相对含水量的指标, 作物水分胁迫监测系统,对指导生产实践具有一定作用。     

夏玉米水分胁迫判别指标的研究

通过定点实验，研究了夏玉米不同水分胁迫条件下叶水势、冠层温度的变化特征，结果表明，土壤水分胁迫使夏玉米的叶水势降低，冠层温度升高，冠气温差增大。通过与良好供水的田块对照表明，叶水势和冠层温度可以作为作物水分胁迫的判别指标。     

夏玉米冠层温度变化的时滞效应及其对土壤水分监测的影响

考虑冠层温度变化的时滞效应,可能在一定程度上能够提高土壤含水率的监测精度。该研究以灌浆期的夏玉米为研究对象,利用精密红外温度传感器（SI-411）连续监测I1（田间持水量的85%～100%）、I2（田间持水量的70%～85%）和I3（田间持水量的50%～65%）3个不同水分处理下的冠层温度,并同步获取试验地地面净辐射、大气温度、空气相对湿度等环境因子数据,以及不同水分处理小区0～10、0～20、0～30、0～40、0～60 cm不同深度处土壤含水率数据,利用高斯函数拟合冠层温度及环境因子日变化过程以此确定拟合曲线的峰值时刻,通过峰值时间差确定两者之间的时滞关系,并利用多元线性回归分析确定冠层温度的主要影响因素,最后在考虑冠层温度与主要影响因素之间时滞关系的基础上,分析冠层温度变化的时滞效应对监测土壤含水率的影响。结果表明：不同水分处理下的冠层温度峰值具有较大差异,峰值大小依次为I3、I2、I1;I1、I2、I3水分处理的冠层温度峰值时刻分别滞后净辐射约70、70、100 min,超前大气温度和相对湿度约60、60、30 min;冠层温度变化的主要影响因素为大气温度,其次为地面净辐射,最后为相对湿度;考虑时滞效应的冠气温差与土壤含水率的相关性更高,考虑时滞效应的冠气温差对土壤含水率的监测效果有一定提升。研究可为利用作物生理特性提高土壤水分监测精度提供参考。     

太行山山前平原冬小麦和夏玉米灌溉指标研究

根据1998～2001年的田间试验,研究了太行山山前平原高产农区主要作物冬小麦和夏玉米耗水量与产量和水分利用效率的关系,确定了这两种作物不同生育期水分敏感指数和允许的土壤水分下限指标和有限供水条件下的优化供水制度。并通过对叶片水势和冠气温差的测定,建立了这两种指标与作物水分亏缺程度的关系,形成指导农田灌溉的土壤指标、冠气温差指标和叶片水势指标体系     

长江中下游地区Venlo型温室空气温湿度以及黄瓜蒸腾速率模拟研究

根据温室能量和质量平衡的物理学原理,建立了一个以温室外气候条件(太阳辐射、温度、湿度、风速等)为驱动变量,以温室结构、温室覆盖材料、温室内作物(高度、叶面积指数)为参数的温室小气候模拟模型,并利用上海Venlo型温室的三季试验数据对模型进行了检验。结果表明：模型能较好地预测中国长江中下游地区Venlo型温室内夏季和冬季空气温度、湿度以及作物蒸腾速率。模型对该地区夏干季节(2001年8月,三伏天)、夏湿季节(2002年6月下旬至7月中旬,梅雨季节)和冬季(2002年1月27日~2月5日)温室内空气温度、湿度以及作物蒸腾速率预测值与实际观测值的决定系数(R²)和标准误(SE)分别为：0.89,0.75,0.52;1.1℃,4.4%,0.040 g·m^-2·s^-1;0.80,0.84,0.77;1.5℃,4.4%,0.018 g·m^-2·s^-1;0.84,0.59,0.73;1.6℃,6.0%,0.012 g·m^-2·s^-1。该研究为进一步探讨温室环境的优化调控提供了理论依据和决策支持。     

冻融期秸秆覆盖量对土壤剖面水热时空变化的影响

为了揭示季节性冻融期秸秆覆盖量对土壤剖面水热时空变化的影响,分析对比了裸地和5种不同玉米秸秆覆盖厚度(5、10、15、20和30 cm)地块的土壤剖面含水率和土壤温度等值线变化特征,采用数理统计分析方法对土壤剖面水热变化进行了统计学分析。结果表明:在季节性冻融期,裸地最大冻结深度为52 cm,土壤剖面水热变化较为剧烈,0~40 cm属于水热变化活跃层,覆盖厚度为5和10 cm时的土壤剖面水热变化活跃层分别为0~20和0~10 cm。秸秆覆盖厚度为15 cm时可平抑土壤剖面水热的变化,并能达到良好的保温效果。秸秆覆盖厚度为5 cm时,在土壤冻融作用和秸秆覆盖的双重效应下,耕作层土壤水分较其他地块高,储水保墒效果显著。当秸秆覆盖厚度大于15 cm时,土壤保墒保温效果不随秸秆覆盖量的增加而增强。从预防冻害和蓄水保墒角度出发,最佳秸秆覆盖厚度为10~15 cm。研究成果对于季节性冻土地区冬春季节农田秸秆覆盖的科学实施具有重要的指导意义。     

渭北旱塬区不同沟垄覆盖模式对春玉米土壤温度、水分及产量的影响

为提高旱作区降水利用率,改善作物的水分有效性,于2007-2010年在陕西合阳县旱农试验站,设置了垄上覆地膜,沟内分别覆普通地膜、生物降解膜、玉米秸秆、液体地膜和沟不覆盖5个不同沟垄覆盖栽培模式。以传统平作为对照,研究了不同沟垄覆盖栽培模式对春玉米田土壤温度、水分及产量的影响,并对其经济效益进行了比较分析。4a结果表明,沟覆普通地膜和沟覆生物降解膜处理玉米苗期5～25cm平均土壤温度分别较对照增高2.4和2.1℃;沟覆玉米秸秆处理较对照降低1.7℃。不同集雨处理均能显著改善玉米前期土壤水分,而后期沟覆玉米秸秆、沟覆液体地膜和和沟不覆盖处理0～200cm土层土壤贮水量与对照无差异,沟覆普通地膜和沟覆生物降解膜处理下层土壤贮水量低于其他处理。沟覆生物降解膜、沟覆普通地膜和沟覆玉米秸秆处理增产效果显著,4a平均产量分别较对照增产35.2%、34.7%和33.6%,平均水分利用效率提高30.6%、30.2%和28.6%。沟覆玉米秸秆处理净收入最高,生物降解膜次之,4a平均净收入分别较对照增加3299和2752元/hm2。因此,垄覆普通地膜沟覆秸秆和垄覆普通地膜沟覆生物降解膜处理在改善土壤水温效应的同时能显著增产增收,是渭北旱塬区春玉米的高效栽培模式。     

冻融期气温与土壤水盐运移特征研究

在中国西北干旱、寒冷地区,冻融作用是土壤盐碱化独特的形成机制。该文以内蒙古河套灌区为例,基于田间实测资料,对土壤冻融期间多年水分、盐分和温度的变化规律进行分析。研究结果表明：不同土层各个年度的土壤温度变化规律基本一致,土壤温度的变化滞后于气温的变化,而且滞后时间随着土层深度的增大而增大;气温的降低引起了土壤温度的降低,从而引起水分和盐分的迁移;盐分的时间变异系数(0.30～0.85)大于水分的变异系数(0.02～0.40),说明盐分的运移机制比水分运移机制复杂。该研究结果为河套灌区冻融土壤水热盐耦合模拟的研究和秋浇制度的制定提供了基础理论依据。     

地膜秸秆双覆盖对免耕种植玉米田土壤水热效应的影响

针对免耕秸秆覆盖种植在北方旱区导致土壤温度降低,从而造成作物产量下降的问题,该研究依托山西寿阳农业部旱地农业野外科学试验站长期保护性耕作定位试验,在免耕秸秆覆盖(NTSM)的处理上增加了地膜覆盖措施,研究秸秆地膜双覆盖免耕(NTSMP)措施对农田土壤水分、土壤温度、水分利用效率及作物产量的影响。研究结果表明,在玉米生长前期,NTSMP 0~20 cm土层的土壤含水率分别比NTSM和对照处理(CT)高20.2%和21.5%,差异显著(P0.05),但在40~110 cm土层,NTSMP处理土壤含水率却分别比NTSM及CT低8.8%~14.0%和12.7%~18.8%,差异显著(P0.05)。整个生育期结束后,NTSMP处理的土壤储水量出现了负增长,但与CT处理相比差异并不显著(P0.05)。玉米生育期前期(4月~5月)0~10 cm土壤平均温度,NTSMP处理比NTSM和CT分别高3.2℃和1.9℃,差异显著(P0.05)。NTSMP处理的玉米产量分别比NTSM和CT高50.3%、36.8%(P0.05),水分利用效率分别提高了42.5%和30.4%(P0.05)。可见,NTSMP在玉米生育前期可以增加表层土壤温度,提高表层土壤含水率,为玉米生长提供了良好的水热条件,并最终实现了玉米产量和水分利用效率的大幅提高。     

可降解地膜对土壤、温度水分及玉米生长发育的影响

针对普通地膜覆盖导致的农田土壤污染现象,进行了可降解地膜、普通地膜覆盖及露地栽培玉米对比试验,探讨可降解地膜对土壤温度、土壤水分、玉米生长发育、产量及相关农艺性状的影响。结果表明,与露地栽培相比,可降解地膜覆盖能明显提高玉米播种后2个月的地表和地下10 cm的土壤温度,增加玉米播种至大喇叭口期0～20 cm、>20～40 cm的土壤水分含量,使玉米生育进程加快,出苗率和拔节期节根层数及条数增加,玉米不同生育时期株高、叶面积及地上部干物质积累量增加,玉米穗粒数增加9.6%,千粒质量增加20.9%,产量增加35.1%。可降解地膜和普通地膜间差异不显著。研究认为,以可降解地膜替代普通地膜应用于农业生产是可行的。