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.     

黄淮海平原夏玉米需水量和缺水量时空分布特征

为提高黄淮海平原夏玉米的灌溉效率,优化农业资源配置,依据黄淮海平原27个站点70年的试验统计资料,在作物需水量模型、降雨频率分析、作物系数相关理论的基础上,分析不同水文年型夏玉米的需水量和缺水量(即需要补充灌溉的水量)的时空分布。首先,根据各代表点的多年降雨资料,利用皮尔逊—Ⅲ型曲线确定降雨频率分别为25%,50%,75%,95%的4种水文年型及其相应的有效降雨量;其次,利用Penman-Monteith模型计算参考作物需水量,并结合作物系数法估算作物需水量,进而求得在4种水文年型下夏玉米的需水量、缺水量和灌溉需求指数;最后,基于ArcMap 10.7软件对所得到的夏玉米各需水要素进行插值分析,直观地描述黄淮海平原地区夏玉米需水量、缺水量和灌溉需求指数的时空分布特征。结果表明,1951—2020年间,黄淮海平原夏玉米需水量的高值区分布受水文年型变化的影响不大,主要分布在平原中部呈带状分布的区域;缺水量与灌溉需求指数分布特征相似,高值区的范围随干旱程度的升高(水文年型由湿润到干旱)而扩大,且主要分布于平原中部偏北的区域;有效降雨量高值区主要集中在平原东南部,整体分布呈由南至北逐渐递减的趋...     

内蒙古降水量分布及其对马铃薯灌溉需水量的影响

马铃薯是内蒙古的优势作物,其生长和产量主要受水分条件的制约.研究内蒙古降水量分布和马铃薯需水规律,可为马铃薯生产合理布局、合理用水以实现稳产提供依据.利用内蒙古1961-2010年46个气象站点的逐日气象资料计算分析了内蒙古马铃薯生育期有效降水量及分布、马铃薯生育期蒸散量和不同年型下马铃薯的灌溉需水量.结果表明:内蒙古马铃薯生育期有效降水量为25～ 240mm,时空分布不均匀,地区间差异大;马铃薯生育期蒸散量为300～700mm,400mm等值线从呼伦贝尔北部开始,穿过锡林郭勒盟的北部,向东到兴安盟.内蒙古地区马铃薯灌溉需水量由东到西有逐渐增大趋势,需水量等值线呈经向分布.1500m3/hm2等值线在内蒙古东北部,等值线以东的呼伦贝尔市、兴安盟的北部地区有效降水基本能满足马铃薯需求,正常年无需灌溉,适合马铃薯大面积种植;内蒙古西部和北部降水资源不足以支撑马铃薯生产,不适合马铃薯种植.歉水年降水量少、蒸散量大,马铃薯灌溉量比平水年平均增加40.4％.     

人民胜利渠灌区净灌溉需水量时空变异及影响因子分析

为了揭示人民胜利渠灌区农业净灌溉需水量的变化规律,明确作物种植面积、降水以及潜在蒸散量对农业净灌溉需水量的影响程度,利用面向对象的变化检测方法提取人民胜利渠灌区作物种植面积信息,基于土壤水分动态随机模型构建农业净灌溉需水量计算模型,并对主要环境因素进行敏感性分析。结果表明:2005-2015年人民胜利渠灌区农业净灌溉需水量介于5.76×10~8~6.97×10~8 m~3之间,呈波动变化,西南、东北地区农业净灌溉需水量较高;潜在蒸散量是该灌区净灌溉需水量变化的决定性因素,敏感性变化幅度为22.5%,降水参数影响其次,日降水频率贡献率更大,敏感性变化幅度为-16.4%,作物种植面积对其影响较小,敏感性变化幅度在5%以下。研究结果对人民胜利渠灌区农作物种植结构调整和农业用水量合理配置具有参考意义。     

未来气候变化对中国东北三省玉米需水量的影响预测

为了预测未来气候变化对中国东北三省玉米需水量的影响,该文在对中国东北三省近26 a来玉米生育期内参考作物蒸散量变化及玉米需水量分析的基础上,结合《排放情景特别报告》（Special Report on Emissions Scenarios, SRES）的两种排放情景A2（强调经济发展）和B2（强调可持续发展）预估的未来气候情景,研究探讨了未来气候情景下中国东北三省玉米需水量的变化趋势。结果表明,未来气候变化情景下,东北三省玉米需水量距平百分率大多表现为增加的趋势,最高可增加77.8%,而且不同地理环境及气候差异下,各地空间分布上也不尽相同。A2情景下,到2040年玉米需水量距平百分率平均增加27.2%,到2070年玉米需水量距平百分率平均增加34.5%,到2100年玉米需水量距平百分率平均增加42.9%;B2情景下,到2040年玉米需水量距平百分率平均增加28.6%,到2070年玉米需水量距平百分率平均增加33.3%,到2100年玉米需水量距平百分率平均增加37.3%。可见,未来中国东北三省水资源可能更趋于短缺状况。     

紫色土水分和壤中流对降雨强度的响应

为研究降雨强度对紫色土坡耕地不同深度土壤水分含量和壤中流的影响,初步揭示紫色土水分和壤中流之间的相互耦合关系,通过原位人工模拟降雨试验,在60,90,120 mm/h 3种降雨强度条件下,采用Minitrase TDR可埋式探头对紫色土坡耕地土壤剖面浅层(0—20cm)、中层(20—40cm)、深层(40—60cm)的土壤水分含量进行了实时连续测定,并在降雨过程中分层收集测量壤中流,开展了降雨—产流过程的观测试验。结果表明:(1)当雨强较小时,浅层土壤含水率变化曲线呈现上升期和稳定期,随着雨强和深度的增加则呈上升期、稳定期或始终处于稳定期;(2)随深度和降雨强度的增加,土壤含水率稳定时间增加,含水率变化越小,响应越不明显;(3)在不同降雨强度条件下,各土层均有壤中流产生,低雨强条件下壤中流都是单峰产流过程,中雨强和高雨强下为双峰产流过程;(4)壤中流产流时间随雨强增大而显著减小,随深度增加而显著增加;(5)降雨强度与土壤水分含量和壤中流参数三者间相互有显著相关性。     

黄土高原不同降雨年型乔、灌木蒸散特征与影响因素

以黄土高原地区17个乔木和15个灌木测定点生长季观测数据为基础,结合气象资料,综合分析了降水量、土壤前期储水量、潜在蒸散量与乔、灌木实际蒸散量的关系,研究了不同降雨年型乔、灌木生长季实际蒸散的差异及其影响因素。结果表明,无论是丰水年还是干旱年,乔木生长季实际蒸散量均高于灌木。不同降雨年型影响乔灌木实际蒸散的主要因素不同,丰水年影响乔灌木生长季实际蒸散的主要因素为降水,其次为潜在蒸散量而干旱年影响乔灌木生长季实际蒸散的主要因素为前期土壤储水量,其次为降水因素。     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落生长季土壤水分动态和蒸散量估算

以流动沙丘和不同恢复年限的人工和天然小叶锦鸡儿群落为研究对象,从土壤水分平衡角度对小叶锦鸡儿群落生长季土壤水分动态和蒸散量进行了研究.结果表明,与天然小叶锦鸡儿群落的土壤含水量相比,人工小叶锦鸡儿群落内土壤含水量较低,且呈现出随植被生长发育年限的增加而不断减少的趋势;从土层垂直方向看,流动沙丘土壤含水量较稳定,6年生和天然小叶锦鸡儿群落土壤含水量大致随深度的增加而逐渐增加,但11年生和22年生小叶锦鸡儿群落土壤含水量基本呈下降趋势,绝大多数土层含水量均低于1.50%,水分状况较差;在生长季,人工植被区绝大部分的降雨都通过蒸散丧失,在时间分布上,各样地蒸散量呈现单峰型曲线模式.     

通径分析结合BP神经网络方法估算夏玉米作物系数及蒸散量

准确估算蒸散量对于精准管理农田水分至关重要。为了解作物系数的动态特征,准确估算作物需水量,使用叶面积指数和气象要素模拟玉米全生育期作物系数及蒸散量。利用2018年五道沟实验站气象和称重式蒸渗仪实测数据,运用通径分析法筛选影响作物系数的关键因子,建立无雨期不同地下水埋深下作物系数模型,以此估算蒸散量。结果表明:1 m埋深下全生育期作物系数平均绝对误差为0.04 mm/d,相关系数为0.94,其中初期、发育期、中期和后期平均绝对误差分别为0.06、0.09、0.05和0.03 mm/d。3 m埋深下全生育期作物系数平均绝对误差为0.08 mm/d,相关系数为0.92,各生育期平均绝对误差分别为0.11、0.10、0.07和0.03 mm/d,利用温度、风速和叶面积指数模拟作物系数精度较高。1 m埋深全生育期ET平均绝对误差为0.72 mm/d,各生育阶段平均绝对误差分别为0.56、059、0.66和0.45 mm/d。3 m埋深全生育期ET平均绝对误差为0.73mm/d,各生育阶段ET平均绝对误差分别为0.82、0.98、0.68和0.29mm/d。不同时间尺度下(1、3、5 d) 2种埋...     

可能蒸散量动力学模型的改进及其对辨识土壤水分状况的意义

本文提出了关于月可能蒸散量ＥＴｉ（ｍｍ）动力学模型的改进形式：ＥＴｉ＝２２ｄｉ（１．６＋Ｕｉ＾１／２）ｗｏｉ（１－ｈｉ）／Ｐｉ＾１／２（２７３．２＋ｔｉ）＾１／４式中，ｉ是月份的编号，Ｐｉ是月平均气压（ｍｂ），ｔｉ是月平均气温（℃）、ｄｉ是月的天数，Ｕｉ是在１０－１２ｍ高度处观测的月平均风速（ｍ／ｓ），ｗｏｉ是在温度为ｔｉ时的饱和水汽压（ｍｍＨｇ），而ｈｉ是月平均相对湿度。月干燥度ｋｉ＝ＥＴｉ／ｒ     

基于水分供需关系的冬小麦夏玉米节水灌溉模式研究

节水灌溉是解决水资源短缺问题的重要途径之一。在长期田间试验的基础上, 运用Hydrus-1D模型对研究区冬小麦 夏玉米轮作条件下的田间水分运移过程进行了模拟分析, 探讨适宜的节水灌溉模式。结果表明, 表征土壤水分实测值与模拟值精度关系的Nash-Suttcliff效率系数Ens为0.652~0.903, 均大于0.5, 模型效果良好; 在灌水量为520 mm的传统灌溉模式下, 1.6 m土层深层土壤水分无效渗漏量为189 mm, 占地表总入渗补给水量的22.3%, 土壤水分无效渗漏大, 且与降雨和灌溉关系密切; 根据作物水分供需状况及土壤水分状况得出夏玉米、冬小麦季的灌溉量分别为50 mm、320 mm, 比传统灌溉模式共节水100 mm。改进后的灌溉模式对于土壤水分渗漏具有良好的控制作用, 土壤水分渗漏峰值明显降低, 根据作物供需与土壤水分状况提出的节水灌溉模式能减少土壤水分渗漏, 提高灌溉水利用效率。     

华北平原夏玉米农田生态系统蒸散规律研究

试验观测华北平原夏玉米全生育期农田蒸散日变化与季节变化特征结果表明 ,夏玉米农田蒸散量日变化规律明显 ,蒸散速率正午 13 :0 0达最大值 ,夏玉米日蒸散量随生育期的变化而变化 ,净辐射、土壤水分和叶面积指数影响夏玉米日蒸散量的变化。并建立了夏玉米农田水分运移的数学模拟方程     

基于遥感蒸发模型的干旱区灌区灌溉效率评价

为评价干旱区灌区的灌溉效率,该文以作物生长期灌溉地的蒸散发扣除降水量作为灌溉水的有效利用量,将灌溉水有效利用量与灌溉净引水量(总引水量减去退、排水量)的比值定义为灌溉水有效利用系数。利用遥感蒸散发模型可以较为准确地估算灌溉地蒸散发,从而可以避免传统灌溉水利用系数评估中难以准确估算通过灌溉到达作物根系层水量的问题。以河套灌区为研究对象,利用遥感蒸散发模型(surface energy balance algorithm for land,SEBAL)计算了区域内灌溉地作物生育期的蒸散发量,并结合降水量与净引水量的观测资料,对节水改造以来(2000-2010年)河套灌区灌溉水有效利用系数进行了分析和评价。结果表明,灌溉水有效利用系数近年来有增加趋势,同时灌溉水有效利用系数随降水量和净引水量的减小而增大,减少供水对灌溉水有效利用系数的影响要大于灌区节水改造工程的影响。另一方面,在灌区净引水量减少的情况下,灌溉地蒸发量能够维持在较稳定的水平,反映了近年来灌区节水改造的效果较好。     

基于加权灰色关联模型优选夏玉米沟灌方式

该文建立加权灰色关联综合评价模型,基于夏玉米耗水量、产量及其构成因素（穗长、穗周长、穗粒数、穗行数、百粒质量和产量）对沟灌方式进行优选。结果表明,同一水分控制下限,无论是产量综合评价,还是耗水及水分利用效率综合评价,宽垄沟灌种植模式的灰色关联综合评价均优于常规沟灌种植模式;其中灌水控制下限为田间持水量的70%（field water holding capacity, FC）的宽垄沟灌种植处理在第2层综合评价中耗水评价虽然位次第3,但产量评价和水分利用效率评价位次第1,在第1层综合评价中灰色关联度最大（0.852）,故灌水控制下限为70%（70%FC）最佳;其次为灌水控制下限为60%（60%FC）的宽垄沟灌种植处理,关联度为0.788,60%FC与70%FC二者关联度相差较小。加权灰色关联综合评价模型的评判结果与大田试验结果相吻合。因此,最终方案的最终选定可根据当地水资源状况而定,对于水资源相对丰富地区建议采用W70灌水方式,对于水资源相对匮乏地区建议采用W60灌水方式。研究可为灰色关联度方法在节水灌溉研究中的应用提供参考。     

夏玉米棵间土面蒸发与蒸发蒸腾比例研究

利用连续4年的大型称重式蒸渗仪和小型棵间蒸发器的测定资料,研究了不同灌溉定额条件下夏玉米生长期间的逐日蒸发蒸腾和棵间蒸发过程。结果表明,夏玉米总的蒸发蒸腾量在年际间变化较大,其中叶面蒸腾总量变化较大,在158.44～233.99 mm;棵间蒸发总量变化较小,在171.43～181.52 mm,棵间蒸发量占蒸发蒸腾量的比例(E/ET)在43.57%～52.52%之间。降水和灌溉以及气象因素对夏玉米生育期棵间蒸发的影响较小,而对叶面蒸腾的影响较大。得出充分灌溉和非充分灌溉条件下,棵间蒸发占蒸发蒸腾的比例与叶面积指数的相关系数分别达到0.85和0.77以上。     

沟灌夏玉米棵间土壤蒸发规律的试验研究

棵间土壤蒸发是农田土壤耗水的重要组成部分。该文采用两种规格的微型棵间蒸发皿(Micro-Lysimeter)分别测定沟灌夏玉米田沟、垄土面蒸发量,并对沟灌条件下夏玉米棵间土壤蒸发与作物蒸腾变化规律进行了试验研究,分析了相对棵间土壤蒸发强度与土壤含水率的关系以及棵间土壤蒸发强度与作物叶面积指数的关系。结果表明,沟灌条件下夏玉米棵间土壤蒸发量占全生育总耗水量的33.06%～34.35%,棵间土壤相对蒸发强度与表层土壤含水率和作物叶面积指数之间均呈现良好的指数函数关系,灌溉或降雨后2～3 d内土壤蒸发强度较大,受大气蒸发力影响明显。因此,在不影响作物蒸腾的条件下减少表层土壤的湿润面积和湿润次数是减少棵间土壤蒸发、提高作物水分利用效率的主要技术途径与措施。     

太行山山前平原区蒸散量和作物灌溉需水量的分析

应用Penman-Montieth、Priestley-Taylor和FAO-24 Blaney-Criddle 3种方法计算了太行山山前平原高产区的参考作物蒸散量并对计算结果和利用实际蒸散量计算的作物系数进行了分析,结果表明：Penman-Montieth公式和FAO-24 Blaney-Criddle公式估算的参考作物蒸散量结果相近,而Priestley-Taylor方法结果偏低;在不同公式基础上计算的作物系数也存在着明显的差异,以Penman-Montieth公式为基础计算的作物系数比较合理,FAO-24 Blaney-Criddle计算的作物系数在4月到10月之间比较合理,Priestley-Taylor公式计算的作物系数偏高;在分析了多年作物系数的基础上,对不同水分年型下的作物需水量和灌溉需水量进行了计算,冬小麦和夏玉米季的灌溉需水量分别在270～400 mm和0～330 mm之间。     

夏灌对内蒙古河套灌区土壤中磷元素迁移的影响

磷作为植物生长必需的元素之一,是引起水体富营养化的重要因素。通过对内蒙古河套灌区2008年夏灌前后农田灌、排水和地下水以及土壤中不同形态磷含量和土壤含水率的分析测定,借助SPSS13.0软件对监测结果进行统计分析,研究夏灌期间灌区土壤中磷元素的迁移规律及其影响因素。结果表明：夏灌后,土壤含水率仅表层有明显增加,且夏灌前后土壤含水率与土层深度显著相关（相关系数分别为0.751和0.770）,土壤中有效磷含量和土壤含水率显著相关（Sig.为0.009）;夏灌期间,不同土层深度处的磷元素含量差异显著,作物类型和种植方式对磷元素在土壤中的分布无显著影响;夏灌会造成土壤中磷元素向地下水迁移,且流失形态主要为可溶性磷。该文可为灌区科学合理的水肥管理以及控制磷流失提供依据。     

地膜残留量对新疆棉田蒸散及棵间蒸发的影响

为探讨残膜对干旱区农田蒸散耗水特征的影响,在新疆阿克苏典型覆膜滴灌棉田开展2 a小区试验研究,设计0、225、450 kg/hm2共3种不同的地膜残留量,采用水量平衡法,微型棵间蒸发仪法,于主要生育时期测定并计算土壤含水量、蒸散量、棵间蒸发量、作物蒸腾量、棵间蒸发占蒸散的比例。结果表明:随着地膜残留量增加棵间蒸发量、棵间蒸发占蒸散的比例呈增大趋势,而蒸散量及作物蒸腾量则逐渐减小。与无残膜处理相比,225和450 kg/hm2处理全生育期田间无效耗水的棵间蒸发量分别增加了9.27和22.20 mm,棵间蒸发占蒸散的比例增幅分别为2.6%和6.1%,作物蒸腾量降低34.89和55.94 mm。在棉花生育期内,棵间蒸发占蒸散的比例(E/ET)与叶面积指数(leaf area index,LAI)呈幂函数关系,各处理间棵间蒸发占蒸散的比例对叶面积指数的响应差异不同,450 kg/hm2处理蒸发占蒸散的比例随着LAI的增加,曲线下降趋势较明显;无残膜处理棵间蒸发占蒸散的比例与LAI的决定系数最高,均在0.9以上。土壤水分利用率也随残膜量的增加依次降低,当残膜量由0增加到450 kg/hm2时,土壤水分利用率从28.25%降至24.91%,可见,残膜增大了农田的无效耗水,不利于土壤水分的有效利用。研究可为制定缓解或克服残膜危害的应变调控技术提供依据。     

不同沟灌方式下玉米叶片气孔阻力差异

气孔调节在作物适应不同水分环境中起着重要作用,为了阐明作物在不同沟灌措施下的气孔活动规律,在大田分区试验中研究了交替非充分供水与常规沟灌下玉米叶片气孔阻力差异及气孔对水汽传导的贡献。结果表明,在叶片尺度上,玉米叶片气孔阻力自叶基至叶尖处梯度递减;在群体上,叶片气孔阻力自冠层上层向下层呈垂直递增趋势;群体上层叶片气孔阻力相对较小。玉米叶片正面气孔对CO2和水汽的传导贡献大于反面;除玉米苗期外,气孔对CO2和水汽传导贡献的80%以上来自于冠层上、中部叶片。在玉米营养生长阶段,不同叶序的叶片气孔阻力随叶龄的增大而增大,交替非充分供水加大了不同叶龄叶片之间的气孔阻力差异。在玉米生殖生长阶段,较为成熟的玉米叶片气孔阻力受叶龄的影响不明显。与常规沟灌比较,交替非充分供水增大了叶片反面气孔收缩程度,对水分亏缺反应更为敏感,冠层由顶叶至底叶的叶片气孔阻力呈垂直梯度递增,引起气孔导度快速衰减,从而提高了群体上层气孔对水汽的传导贡献。因此,玉米气孔阻力大小受到沟灌方式和土壤水分状况的调控,还与叶龄、叶面积指数等环境因素及气孔自身特性有关,其研究对控制灌溉及土壤—植物—大气连续体(Soil—plant—atmosphere continuum,SPAC)水汽循环研究具有理论意义。