南方平原灌区稻田涝水过程模拟

基于高邮灌区典型区域降雨涝水过程监测,根据灌区特点对水箱模型进行改进,构建了适合于平原稻区稻田涝水过程模拟模型,采用自适应遗传算法对模型参数进行了率定,并对模型在水稻灌区的适应性进行评价.结果表明:稻田水箱模型对稻田涝水过程模拟具有较高精度.率定期,降雨径流模拟值与实测值均方根误差RMSE为0.17~0.28 mm/h,相关系数r大于0.95,模型纳什系数NSE为0.79~0.96.验证期,降雨径流模拟值与实测值之间均方根误差RMSE为0.06~0.29 mm/h,相关系数r超过0.88,模型模拟纳什系数NSE为0.73~0.93;对稻田蓄水深的模拟,均方根误差RMSE为15~20 mm,相关系数均大于0.95,纳什系数NSE为0.84~0.90.因此,改进的稻田水箱模型能够反映稻田的水循环过程,可为南方平原水稻灌区防洪除涝减灾对策的制定提供决策支持.     

不同时间尺度节水灌溉水稻腾发量特征与影响因素分析

利用自制小型蒸渗仪系统在江苏省昆山市试验研究基地测定了2015年水稻生育期稻田蒸散量和土壤蒸发量,分析了节水灌溉稻田蒸散量、水稻蒸腾量和土壤蒸发量在水稻生育各期的日变化规律和稻季逐日变化趋势及分配特征,分别讨论了不同时间尺度上蒸腾量和蒸发量与净辐射(Rn)、叶面积指数(LAI)、饱和水汽压差(D)、空气温度(Ta)、风速(V)和表层土壤含水率(W)的相关关系。结果表明,节水灌溉稻田蒸散量(ET)与水稻蒸腾量(T)均呈明显的倒U型单峰变化趋势,变化规律也基本保持一致。土壤蒸发量(E)在水稻生育前期也呈倒U型单峰变化,之后没有明显的日变化特征。夜间蒸腾量正负波动,水汽凝结对蒸渗仪的测量产生了不可忽视的影响。水稻生育期的T与ET逐日变化趋势及波动状况也都基本一致,总体上为先增加后减小,高峰期出现在分蘖后期。以分蘖后期为界,之前稻田蒸散以蒸发为主,之后以蒸腾为主。从水稻移栽到乳熟,E/ET从接近1逐渐减小至0.19,黄熟期略有增加。在小时和日时间尺度上,影响节水灌溉稻田蒸腾量与蒸发量的主要因素不完全相同,影响程度也不相同。Rn和LAI分别是小时和日尺度上水稻蒸腾量最主要的影响因素,而LAI和D则分别是两尺度上土壤蒸发量最主要的影响因素。在所有因素中,LAI对两时间尺度蒸腾量和蒸发量均有显著影响(α0.001)。尺度差异的分析对田间水分管理及水转化研究都有重要的现实意义。     

土壤含水率和含盐量对盐渍土甲烷吸收能力的影响

甲烷（CH4）是一种强效温室气体,准确认识特定类型土壤CH4源汇特征及影响因子调控作用,对于提升土壤CH4吸收潜力以减缓全球气候变化具有重要意义。该研究以盐渍土为研究对象,在土壤室内培养试验中,设置了3个土壤含水率处理,分别为田间持水率（Field Capacity,FC）的50%（50%FC）,75% FC和100% FC,并在每个含水率下设置了6个含盐量处理,电导率分别为0.3、1.0、2.0、3.2、4.9和6.2 dS/m,研究不同土壤含水率和含盐量条件下盐渍土CH4吸收特征。在田间测坑试验中,观测了0.3、1.0和5.0 dS/m 3种含盐量土壤的CH4吸收特征及其对水分动态的响应。室内土壤培养试验结果表明,100%FC下6种盐分水平土壤CH4累积吸收量分别是75%FC下的1.08～1.39倍和50%FC的1.27～1.72倍,表明在田间持水率范围内,含水率升高促进了土壤CH4吸收;在3种含水率下,土壤CH4累积吸收量均随着处理含盐量升高而降低,6.2 dS/m最高含盐量处理的CH4累积吸收量相比0.3 dS/m最低含盐量处理显著降低了42.6%、52.3%和55.1%（P<0.05）;相比50%FC,100%FC含水率下高含盐量对土壤CH4吸收具有更强的抑制作用,土壤含水率和含盐量对CH4吸收的影响存在显著的交互作用。田间测坑试验在野外田间条件下进一步验证了室内培养试验的结果,试验观测期内所有含盐量处理土壤CH4吸收速率均与土壤含水率呈显著正相关关系（P<0.01）;1.0和5.0 dS/m含盐量处理的累积CH4吸收量分别为0.3 dS/m非盐渍土处理的82.6%和59.8%,高含盐量抑制了土壤对CH4的吸收。研究结果表明盐渍土是CH4的汇,并受到土壤含水率和含盐量显著影响,在盐渍土开发利用中应考虑通过合理的水盐调控以提高土壤CH4汇的能力。     

考虑地形对气温影响的ET_0计算方法研究

局部地形因子的剧烈变化对气温的影响会进一步影响参考作物需水量(ET0)的精确估算。以贵州省为例开展地形对气温影响下的ET0计算方法,采用符号回归的方法,构建Modis实测气温值与经度、纬度、海拔、坡度、坡向等地形因子以及插值气温之间的函数关系,并将其代入FAO56PM公式,进而得到考虑地形对气温影响的ET0计算方法。研究结果表明,计算所得的气温与Modis气温实测值之间的相关系数均大于0.49,可以有效减小气温的估算误差,具有较好的模拟效果;考虑地形对气温影响的ET0与传统插值方法所得的贵州省内日ET0空间分布特征相一致且较为连续;考虑地形对气温影响下南坡上的ET0大于北坡,且ET0随坡度的增加而减小,当坡度大于60°时,坡度对ET0的影响不容忽视。研究结果可为贵州地区农业精准灌溉和灌区水资源精准配置提供指导依据。     

水稻控制灌溉对稻麦轮作农田N_2O排放的调控效应

为了揭示水稻控制灌溉对稻麦轮作农田N2O排放的调控效应,该文对稻麦轮作农田N2O排放进行原位观测,分析稻麦轮作农田N2O排放对水稻控制灌溉水分调控的动态响应。结果表明,水稻灌溉模式对后茬冬小麦田N2O排放产生了显著的后效性影响,控制灌溉稻季农田N2O排放总量较常规灌溉稻季农田平均增加了136.9%(P0.05),而稻季采用控制灌溉的麦季农田N2O排放总量较稻季采用常规灌溉的麦季农田平均减少47.1%(P0.05);稻季采用控制灌溉的稻麦轮作农田全年N2O排放总量平均为761.50 mg/m2,较稻季采用常规灌溉的轮作农田平均减少了1.0%,差异很小(P0.05)。稻季采用控制灌溉的稻麦轮作农田N2O-N损失率为1.01%,稻季采用常规灌溉的轮作农田N2O-N损失率为0.98%。麦季N2O排放通量的峰值一般出现在施肥后伴随降雨时,降雨后7~10 d是麦季N2O剧烈排放的关键时期。水稻控制灌溉较常规灌溉没有增加稻麦轮作农田的N2O排放。研究结果为准确估算中国农田N2O排放量及制定N2O减排措施提供参考。     

作物水分亏缺诊断研究进展

水分胁迫是影响作物生产最为普遍的环境威胁,水分亏缺的诊断对农田灌溉和精确农业的发展具有重要意义。植物本身具有一种适应土壤水分胁迫的生理生态调节机制,以度过不良的生长环境,这为水分亏缺诊断提供了信号和依据。本文从土壤指标、气象指标和作物指标角度综述了作物水分亏缺诊断的研究进展,讨论了各种方法指标的利弊,并从应用研究角度分析了应用尺度存在的问题。     

改进Hargreaves-Samani模型预测广西盆地参考作物蒸散量

准确估算参考作物蒸散量(ET₀)对于区域水资源管理和灌溉决策有着重要意义.Hargreaves-Samani模型(HS)是目前公认结构最简单且精度较高的ET₀估算模型.为了进一步提高HS模型预测精度,采用蜂群理论和广西盆地20个气象站(1961—2019年)数据对HS模型全局校准,使用1961—2000年数据对HS模型进行校准,2001—2019年数据在日、月、年尺度上验证.结果表明：全局优化后的经验参数C,m和a中,参数a随地形起伏差异较大,而参数C和m差异较小;校准后HS模型(平均MAE和R²分别为1.06 mm/d和0.86)优于原始HS模型(MAE和R²分别为2.20 mm/d和0.68);在日、月和年时间尺度上,校准HS模型和原始HS模型都高估了ET₀,但校准的HS模型与P-M模型计算的ET₀更为接近.因此,对仅有温度数据的地区,推荐采用校准的HS模型估算ET₀.     

控制灌溉稻田的甲烷减排效果

为探讨节水灌溉水分调控对稻田甲烷（CH4）排放的影响,寻找节水减排的稻田灌溉模式,依据5a田间原位观测资料,分析控制灌溉稻田CH4排放规律及其减排效果。结果表明,控制灌溉稻田稻季CH4排放量为1.07±0.17 g/m2,较淹水灌溉稻田（6.49±0.17 g/m2）降低83.5%,差别极显著。本研究得到的中国东南部稻田稻季和全年CH4排放量均低于已有报道中的中国稻田CH4排放量,其中控制灌溉稻田全年CH4排放量低于世界大部分地区稻田。根据本研究结果估算中国稻田CH4排放总量为2.06 Tg/a,大面积推广控制灌溉后,中国稻田CH4排放量还将进一步下降。控制灌溉模式显著影响水稻全生育期稻田CH4排放通量的变化,削峰效果显著。控制灌溉稻田CH4排放通量在返青期至分蘖中期（移栽后18 d内）逐渐上升至最大值,然后逐渐减小,从水稻分蘖后期（移栽后21 d）开始至生育期结束均维持在较低水平。控制灌溉稻田CH4排放通量峰值为3.69 mg/m2·h,较淹水灌溉稻田降低69.0%。在持续降雨的作用下,控制灌溉和淹水灌溉模式下稻田CH4排放通量均呈现下降趋势。控制灌溉模式的土壤水分调控,使稻田经历一系列的脱水过程,改变了根层土壤的水气状况,减小了稻田CH4排放。控制灌溉模式在水稻全生育期的应用可显著地减少稻田CH4排放。     

不同供氮水平及水分调控条件下水稻光合作用光响应特征

为了揭示不同水氮调控对水稻功能叶片光合作用光响应特征的影响,在2种供氮水平下,针对分蘖末期和拔节孕穗期开展了不同土壤水分状况下水稻功能叶片光合速率的光响应特征研究。实测结果表明,随土壤水分的降低,水稻功能叶片的光响应曲线下降,且在光强高于400μmol/(m2.s)时,不同土壤水分状况的光响应曲线差距变大,低氮处理光响应曲线受水分亏缺的影响较大。基于实测结果,建立水稻叶片光合速率光响应曲线的数学模拟,得到不同水氮处理水稻功能叶片光响应的特征参数,结果显示最大净光合速率、光饱和点随着土壤水分的降低而下降、其中低氮处理下降幅度较大,在复水后均出现反弹。因此,水分胁迫会降低水稻叶片对强光的适应能力,但此能力在复水后可恢复,在200～300kg/hm2施氮量范围内,增加施氮量可以有效改善叶片光响应特征、并有效促进复水之后反弹补偿的产生,在制定水稻节水灌溉的土壤水分调控指标时,要考虑不同的施氮水平的影响。     

稻田土壤重金属赋存形态·运移规律及灌溉的影响

简述土壤重金属赋存形态及影响因素,水稻植株对土壤重金属的吸收、分布和富集,以及土壤重金属运移及其影响因素的研究进展。针对不同灌溉导致的稻田土壤环境和水稻生长吸收功能等差异,提出不同灌溉模式下稻田重金属迁移转化规律有待研究的问题。