内蒙古通辽膜下滴灌玉米棵间蒸发量SIMDual_Kc模型模拟

为明确内蒙古东北部地区玉米膜下滴灌棵间蒸发的变化规律,探索玉米膜下滴灌节水增产机制,在田间试验的基础上,采用经过参数率定与验证的双作物系数SIMDual_Kc模型,模拟分析了土壤含水率、土壤棵间蒸发及作物系数的变化规律,结果表明:1)双作物系数SIMDual_Kc模型模拟内蒙古东北部地区滴灌玉米土壤含水率与实测值具有很好的一致性;2)利用双作物系数SIMDual_Kc模型估算出该地区覆膜玉米生育初期、中期和后期作物系数分别为0.15、1.05、0.4,无膜滴灌玉米初期、中期和后期作物系数分别为0.15、1与0.4;3)根据双作物系数模型SIMDual_Kc模拟了2014和2015年滴灌玉米棵间蒸发量占作物蒸散发的比例,覆膜滴灌较无膜滴灌少,说明覆膜能有效降低作物棵间蒸发量,具有降低作物耗水量的潜在优势。研究结果可以为内蒙古东北部地区玉米滴灌生产实践提供科学依据。     

局部湿润模型模拟南疆滴灌枣园蒸散量及蒸腾量适用性研究

为构建适用于模拟南疆滴灌成龄枣园蒸散及其组成成分的模型,了解枣园土壤蒸发特征,本研究在双源模型和局部湿润灌溉方式下稀疏植被蒸散估算模型基础之上构建滴灌枣园局部湿润模型,以涡度相关法实测2017年枣园蒸散数据,对双源模型（Shuttleworth-Wallace）及滴灌枣园局部湿润模型（Partial Root-zone Irrigation model）系数进行拟合;之后通过评价两种模型模拟值的可靠性以及增加和减少模型参数10%来观测模型各参数对蒸散的影响方式,并校验各模型参数计算公式的准确性;然后以涡度相关法与液流法实测的2018年枣园蒸散与蒸腾量为基准值,对双源模型与滴灌枣园局部湿润模型模拟2018年枣园蒸散及蒸腾量的可靠性进行评价,筛选出适合模拟南疆滴灌枣园蒸散及其组分的模型并模拟滴灌枣园土壤蒸发特征。结果表明：滴灌枣园局部湿润模型和双源模型的模型系数拟合准确;依据模型模拟评价标准,两种模型模拟2018年枣园蒸散的结果均为极好,且精度基本一致。滴灌枣园局部湿润模型模拟蒸腾量结果良好,与实际测定值之间的差值为15.73 mm;双源模型模拟蒸腾量结果不可取。因此筛选出滴灌枣园局部湿润模型模拟枣园土壤蒸发,枣园土壤蒸发量占蒸散量的19.74%。滴灌枣园局部湿润模型可以准确估算滴灌成龄枣园蒸散及蒸散组成成分。     

基于气象-生理的夏玉米作物系数及蒸散估算

准确估算作物系数对预测作物实际蒸散量和制定精准的灌溉计划至关重要。为反映作物逐日作物系数变化,综合考虑气象和生物因子对作物生长的共同影响,采用五道沟水文实验站大型蒸渗仪夏玉米实测蒸散及气象数据,基于地温及叶面积指数建立了气象-生理双函数乘法模型,并结合梯度下降法对模型进行了精度优化。结果表明,在整个玉米生长期中,作物系数实测值和计算值平均绝对误差为0.12,均方根误差为0.15,相关性为0.91,蒸散量实测值与计算值平均绝对误差为1.0 mm/d,均方根误差为4.5 mm/d,相关性为0.75。该模型计算的全生育期蒸散量准确率（误差在2～3 mm/d以内）相比使用联合国粮农组织（FAO）推荐的作物系数计算所得准确率提高了3倍以上,可更精确用于作物系数及蒸散量计算。     

水稻蒸散特征及日尺度作物系数估算*5

基于南京2012年水稻生长季蒸渗仪水稻实际蒸散数据及相应生物、气象环境资料,对水稻生长季的参考作物蒸散量、实际蒸散量及作物系数进行分析,并建立作物系数估计模型。结果表明：水稻生长季内逐日参考作物蒸散量呈单峰曲线变化,峰值出现在分蘖-拔节期;逐日实际蒸散量变化则表现为双峰型,耗水双高峰发生于分蘖-抽穗期。日参考作物蒸散量和实际蒸散量均有明显的季节性变化特征。水稻生长季内实际作物系数趋势变化特征与FAO修正作物系数较一致,但二者在数值上具有较大差异,建立的水稻作物系数与其影响因子（叶面积指数、气温、净辐射）的关系模型检验表明,其拟合度为0.887,将模型应用于计算水稻农田蒸散量,其拟合度为0.943,说明模型能较精确地估算稻田日蒸散量。该模型基于日尺度影响因子,在一定程度上简化了水稻作物系数的计算过程,明确了不同类型因子对水稻作物系数的影响程度,可应用于水稻作物系数的连续动态估算。     

水稻蒸散特征及日尺度作物系数估算

基于南京2012年水稻生长季蒸渗仪水稻实际蒸散数据及相应生物、气象环境资料,对水稻生长季的参考作物蒸散量、实际蒸散量及作物系数进行分析,并建立作物系数估计模型。结果表明：水稻生长季内逐日参考作物蒸散量呈单峰曲线变化,峰值出现在分蘖-拔节期;逐日实际蒸散量变化则表现为双峰型,耗水双高峰发生于分蘖-抽穗期。日参考作物蒸散量和实际蒸散量均有明显的季节性变化特征。水稻生长季内实际作物系数趋势变化特征与FAO修正作物系数较一致,但二者在数值上具有较大差异,建立的水稻作物系数与其影响因子（叶面积指数、气温、净辐射）的关系模型检验表明,其拟合度为0.887,将模型应用于计算水稻农田蒸散量,其拟合度为0.943,说明模型能较精确地估算稻田日蒸散量。该模型基于日尺度影响因子,在一定程度上简化了水稻作物系数的计算过程,明确了不同类型因子对水稻作物系数的影响程度,可应用于水稻作物系数的连续动态估算。     

毛乌素沙地青贮玉米和紫花苜蓿作物系数研究

作物系数是估算作物需水量的一个重要参数,科学地确定作物系数对准确计算农田作物耗水量、制定科学合理的灌溉制度及水利工程规划设计等具有重要的意义和实际应用价值。通过Penmman-Monteith公式、ENVIdata-DT草地蒸腾自动测量系统确定充分灌溉条件下毛乌素沙地青贮玉米及紫花苜蓿的逐日参考作物蒸散ET0与实际蒸散ETc,计算青贮玉米及紫花苜蓿的逐日作物系数,得出青贮玉米在整个生育期的作物系数均值为0.91,且在各生长阶段相差较小。苜蓿第一茬及第二茬作物系数随着时间的推进呈现递增的规律,且在6月27日第一茬收割之后,作物系数大幅减小,第一茬的作物系数均值为0.87,第二茬为0.85。并通过播后天数、累积积温逐日模拟苜蓿及青贮玉米生育期内的作物系数,结果显示,在以播种后天数、生育期累积积温为自变量的拟合模型中,决定系数R2介于0.59~0.72,拟合效果较好。     

覆膜滴灌棉田蒸散量的模拟研究

通过综合考虑影响作物蒸散量的土壤、作物、大气3方面因子,结合新疆滴灌棉田覆膜栽培的生产实际,设计了不同覆盖度和品种试验,以Penman－Montieth方程估算参考作物蒸散量,确定了不同覆盖度及品种条件下的作物系数,并在此基础上实现了覆膜滴灌棉田蒸散量较为准确地估计。试验结果认为覆膜滴灌棉田全生育期蒸散量在540～620 mm之间,全生育期蒸散量和作物系数都随着覆盖度的增加而减小,叶面积指数与日蒸散量及作物系数关系密切,品种间由于品种特性的差异而引起的叶面积指数变化,最终导致了品种间作物系数K_c的不同。     

沙漠绿洲灌区膜下滴灌作物需水量及作物系数研究

根据 2001年甘肃民勤小坝口灌溉试验站自动气象站观测的气象资料，依据FAO Penman—Monteith公式计算出作物生育期内参考作物蒸发蒸腾量，结合实测的充分供水条件下作物耗水量，对膜下滴灌条件下大田作物的需水规律和作物系数进行了研究。确定了该地区膜下滴灌棉花和玉米各个生育阶段的作物系数，并建立了作物系数和有效积温及播种后天数的函数关系。该结果为该沙漠绿洲灌区膜下滴灌条件下棉花、玉米的水分管理提供了科学依据。     

三江平原稻田蒸散量模拟研究

基于2005-2007年涡度相关系统测量值和小气候观测资料,比较分析Penman、Penman-Monteith和Priestley-Taylor模型对三江平原稻田5-10月蒸散量的模拟效果。结果表明,3个模型参数采用常规参数时,Penman模型模拟值明显大于测量值,平均高估103.5%;但Penman-Monteith和Priestley-Taylor模型模拟效果较好,平均偏差分别为0.26和0.02mm·d-1,均方根误差分别为0.68和0.71mm·d-1。Penman和PenmanMonteith模型作物系数(Kc)与叶面积指数均呈极显著正相关关系,Priestley-Taylor模型修正式参数α值与叶面积指数、饱和水汽压差和风速均为正相关关系,且与饱和水汽压差和风速相关性达极显著水平。依据多元线性回归方程校正模型参数后,Penman模型模拟精度显著提高,平均偏差和均方根误差分别为0.28和0.64mm·d-1,模拟效率由负值转变为正值0.75。而Penman-Monteith和Priestley-Taylor模型模拟精度没有明显改变。方差分析进一步表明校正模型参数后3个模型的估算值没有显著性差异,说明3个模型对三江平原稻田蒸散量的估算精度一致。由此可见,Penman-Monteith和Priestley-Taylor模型无论是否校正作物系数或参数α,均适于估算三江平原稻田蒸散量,而Penman模型需在修正作物系数后方可用于估算三江平原稻田蒸散量。     

膜下滴灌土壤水盐与玉米产量对节水控盐灌溉模式响应的模拟

土壤盐渍化是干旱灌区农业可持续发展亟待解决的关键问题,膜下滴灌加适宜的节水控盐灌溉制度可有效控制根区土壤盐分,并提升作物产量。该研究以河套灌区玉米膜下滴灌田间试验为基础,应用农业水文模型（Agro-Hydrological & Chemical and Crop systems simulator, AHC）模拟分析了膜下滴灌农田土壤盐分胁迫和玉米产量对不同灌溉制度的响应,以期获得不同程度盐渍化土壤膜下滴灌玉米适宜的节水控盐灌溉制度。结果表明,土壤盐渍化、灌水下限及淋盐灌溉显著影响玉米灌溉制度和玉米耗水、产量与水分利用效率。轻度和中度盐渍化土壤玉米膜下滴灌适宜的节水-控盐-增产灌水下限分别为–25和–15 kPa,次灌水量为对应灌水下限无淋盐处理的灌水量与淋盐水量之和。轻度盐渍化土壤灌水下限为–25 kPa时,与不淋盐处理相比,淋盐处理盐分胁迫系数平均值可提高12.4%,产量可提高16.9%;中度盐渍化土壤灌水下限为–15 kPa时,与不淋盐处理相比,淋盐处理盐分胁迫系数平均值可提高31.1%,产量可提高25.2%。研究结果为河套灌区及类似干旱灌区玉米农田土壤水盐调控与灌溉管理提供科学依据。     

蒸散视角下护坡植被滴灌技术评价

为探明以复合型人造土壤为边坡种植土的植物蒸散对于高陡边坡生态恢复评价体系制定及水资源利用的重要意义，以黑麦草、高羊茅、早熟禾和"黑麦草+高羊茅+早熟禾"混合草种为研究对象，采用壤中滴灌技术，通过改进后的Penman-Monteith公式研究草本植物实际蒸散量与作物系数，以此评价壤中滴灌技术的生态效益。结果表明：高羊茅的作物实际蒸散量和作物系数最大，黑麦草其次，早熟禾最小，拟合的决定系数不小于0.847；养护初期各植物蒸散量相差较小，均保持在4.2 mm/d左右；养护结束后混合草种的蒸散量最大，早熟禾最小，分别约6.2、5.7 mm/d；养护前20 d，除早熟禾外，黑麦草、高羊茅、混合草种实际蒸散量均差异不显著，养护20 d后黑麦草、早熟禾、混合草种开始发生显著变化；30 d后各草种蒸散量均差异不显著；4类草本植物蒸散量差值随时间递增，前期混合草种蒸散量低于黑麦草、高羊茅，后期有明显的提升，50 d起混合草种作物系数大于单草种作物系数。以30 d为界，30 d作物系数相近；生长初期的作物系数变幅最明显，且月增幅随时间呈下降趋势，但黑麦草和高羊茅的作物系数在任意时段均相近。边坡模型试验前期，以坡面喷灌方式灌溉的植物生态值较高，植物生长情况优于壤中滴灌方式，但自养护中期开始，壤中滴灌技术在生态效益上凸显优势，比坡面喷灌技术高出40.7%～1 444.0%的生态值。     

秸秆覆盖条件下夏玉米田蒸散、水分利用效率和作物系数研究

Maize （Zea mays L.）, a staple crop grown from June to September during the rainy season on the North China Plain, is usually inter-planted in winter wheat （Triticum aestivum L.） fields about one week before harvesting of the winter wheat. In order to improve irrigation efficiency in this region of serious water shortage, field studies in 1999 and 2001, two dry seasons with less than average seasonal rainfall, were conducted with up to five irrigation applications to determine evapotranspiration, calculate the crop coefficient, and optimize the irrigation schedule with maize under mulch, as well as to establish the effects of irrigation timing and the number of applications on grain yield and water use efficiency （WUE） of maize. Results showed that with grain production at about 8 000 kg ha^-1 the total evapotranspiration and WUE of irrigated maize under mulch were about 380-400 mm and 2.0-2.2 kg m^-3, respectively. Also in 2001 WUE of maize with mulch for the treatment with three irrigations was 11.8% better than that without mulch. In the 1999 and 2001 seasons, maize yield significantly improved （P = 0.05） with four irrigation applications, however, further increases were not significant. At the same time there were no significant differences for WUE with two to four irrigation applications. In the 2001 season mulch lead to a decrease of 50 mm in the total soil evaporation, and the maize crop coefficient under mulch varied between 0.3-1.3 with a seasonal average of 1.0.     

基于双作物系数法的干旱区覆膜农田耗水及水量平衡分析

农田覆膜技术应用广泛,覆膜条件下农田蒸散发(ET)规律是制定合理灌溉制度、提高用水效率的基础。根据2014—2015年甘肃省石羊河流域春小麦试验观测资料率定和验证农田水量平衡模型,利用双作物系数法得到作物的耗水规律和耗水结构。结果表明,覆膜春小麦全生育期耗水比不覆膜减少10%~16%,有一定的节水效果。覆膜促进了春小麦全生育期蒸腾,蒸腾占总耗水的比例在70%~74%之间,比不覆膜情况提高了25%~27%。在春小麦生长前期,覆膜能够显著降低ET;中期,覆膜能够降低土壤蒸发、促进作物蒸腾。此外,覆膜还具有促进作物前期生长、延长作物中期生长、延缓冠层衰老的作用。     

滴灌夏玉米土壤水分与蒸散量SIMDualKc模型估算

为研究西北半干旱地区作物蒸腾和土壤蒸发规律,以及土壤蒸发量占蒸散量的比例(简称蒸发占比),开展2 a夏玉米滴灌控水试验,设置正常灌水(W1)、适度水分亏缺(W2)和中度水分亏缺(W3)3个灌水水平.采用W2实测土壤水分数据对SIMDualKc模型进行参数率定,并采用W1和W3实测土壤水分数据对模型进行验证;进一步基于SIMDualKc模型对不同水分供应的土壤水分胁迫系数、土壤蒸发量、植株蒸腾和蒸散量进行定量模拟分析.结果表明,SIMDualKc模型可以较好地模拟西北半干旱区滴灌夏玉米不同水分供应条件下的土壤水分动态变化过程,实测值与模型预测值有较好的一致性(R2＞0.88,RMSE＜5％);夏玉米生长期,模型能较好地估算不同水分供应的土壤水分胁迫系数、土壤蒸发量和植株蒸腾.土壤蒸发主要集中在生育前期,而生育中期较低,后期略微升高.植物蒸腾主要集中在快速生长期和生长中期,整个生育期呈先增大后减小的趋势.蒸散量随着土壤蒸发和植物蒸腾的变化而变化,前期主要受土壤蒸发的影响,快速生长期、生长中期和后期主要受植物蒸腾的影响.Wl～W3处理土壤蒸发量为78.1～100.2 mm,植株蒸腾为221.8～293.3 mm,蒸散量为299.3～383.0 mm,蒸发占比为24.1％～28.7％.研究可为西北半干旱地区制定合理的夏玉米滴灌制度和灌溉决策提供理论依据.     

不同灌溉方式对玉米植株生长参数及产量的影响

为了探究不同的节水灌溉方式对玉米植株生长参数及产量的影响,选择在内蒙古通辽市设计低压管灌、膜下滴灌和喷灌这3种节水灌溉方式的试验,并在整个生长期内毛灌溉定额相同的条件下,分别观测在3种灌溉方式下玉米整个生长期内的土壤水分变化及玉米的植株高度、茎粗、叶面积指数、叶绿素含量、生物量、株籽粒重等指标。结果表明:灌溉定额相同时,不同的灌水次数对土壤水分含量有较大影响,进而影响作物的生长发育。不同的节水灌溉方式对玉米植株生长、产量有显著影响:在整个生长期内,玉米生物量膜下滴灌高于喷灌,喷灌高于低压管灌,膜下滴灌高于喷灌46.74%,高于低压管灌98.81%,喷灌高于低压管灌35.49%;膜下滴灌实际产量大于喷灌2.85%,大于低压管灌7.83%,喷灌大于低压管灌4.84%。总体来说,3种灌溉方式中,膜下滴灌最好,喷灌次之,低压管灌最差。     

华北地区滴灌灌水频率对春玉米生长和农田土壤水热分布的影响

针对华北地区春玉米田间灌溉和降雨相结合的灌溉模式,以北京为典型试验区,在保证作物最优土壤水分下限和灌溉定额相同的基础上,研究了滴灌灌水频率对土壤水、热分布及春玉米根系分布和产量的影响.试验结果表明:在春玉米抽雄期以前阶段实施的滴灌各处理中,高频滴灌下土壤平均含水率和不同深度处的土壤基质势波动幅度较小,高频滴灌下土壤水分能保持在一个比较稳定的范围;土壤温度受灌水过程、土壤含水率及作物生育阶段的影响较明显,滴灌能显著延迟气温对土壤温度的影响:灌水频率对春玉米根系分布存在一定影响,高频灌溉能显著促进春玉米根系在上层土壤(0～40 cm)中的分布;此外,在这种典型的灌溉和降雨相结合灌溉模式下,不同灌水频率下玉米产量差异不显著.因此,建议华北地区春玉米滴灌模式采用低频滴灌.     

西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移对产量影响的预测模型

为了定量计算微咸水膜下滴灌对土壤水盐和西葫芦产量的影响,根据微咸水膜下滴灌土壤水盐运移特点和西葫芦生长试验,建立了西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移模型和水盐生产函数,并将二者联立,建立了西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移对产量影响的预测模型。利用西葫芦微咸水膜下滴灌水盐试验数据对模型进行验证,结果表明模型计算的西葫芦微咸水膜下滴灌土壤含水率和土壤含盐量与实测土壤含水率和土壤含盐量的变化趋势一致,模型计算土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的均方根误差分别为0.049 cm~3/cm~3、0.065 g/kg和3.83 t/hm~2,土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的平均相对误差分别为5.17%、7.42%和5.84%,土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的平均绝对误差分别为0.047 cm~3/cm~3、0.062 g/kg和3.95 t/hm~2。所建的模型具有较高的模拟精度,可用于模拟西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐动态和西葫芦产量。     

秸秆和地膜覆盖下春玉米农田腾发特征研究

通过大型称重式蒸渗仪和小型蒸发器测定秸秆和地膜覆盖下不同灌水处理春玉米地的腾发量,并结合气象、春玉米叶面积及产量等数据比较不同覆盖方式和灌水处理的优越性。分析了棵间蒸发量与降雨和灌水的脉冲性关系、降雨对腾发总量和参考作物腾发量的影响,得到各处理下不同生育阶段春玉米棵间蒸发占腾发总量的比例为大?小?大,且秸秆覆盖较地膜覆盖减少无效蒸发的作用强,利用不同处理下腾发总量与叶面积指数所呈现的线性函数关系,可求得春玉米各生育阶段的作物系数和全生育期的水分利用效率。结果表明:河西干旱地区适度调亏对水分利用效率影响不大,地膜覆盖下种植春玉米比秸秆覆盖效果好。