计算农田蒸散量的冠层温度法研究

目前,测算农田蒸散的方法有许多种,但都难以准确地求出大面积范围内的平均蒸散.红外测温技术由蒸散的估算提供了一种新的方法,本文在对几种冠层温度——蒸散模型评述的基础上,由实测资料用Brown-Rosenbefg模型计算了冬小麦郁闭地面后的农田蒸散并与波文比方法计算的蒸散做了比较.结果表明,该模型可以较好地用于计算作物郁闭地面后的农田蒸散.     

微灌毛管水力解析及优化设计的遗传算法研究

根据微灌毛管水力学特性,应用遗传算法理论和方法,提出微灌毛管水力解析及设计的新方法,建立了两种典型毛管水力解析和设计的遗传算法模型及求解方法,该方法可适用于非均匀坡度、不等间距及不等流量灌水器的毛管解析和设计。模拟计算结果表明,该方法具有较高的求解效率和计算精度。     

ET_0的主因子和主成分神经网络模型比较

为了简化BP神经网络预测ET0的模型,将气象因子包括最高、最低和日平均温度、日照时数、相对湿度和风速进行主成分分析和偏相关分析,提取主成分和主因子,分别建立了基于主成分和主因子的三层BP神经网络模型,并对两种模型的训练和预测结果进行比较。选取湟水流域的乐都气象站2003年到2006年5月逐日的气象资料,采用Matlab神经网络工具箱进行模型训练与预测。结果表明主成分神经网络训练和预测模型的精度都优于主因子神经网络模型。主要是由于两种模型选取输入层的因子不同造成的。     

土壤水分胁迫下冬小麦籽粒灌浆特性的研究

利用2008--2009年度田间小区冬小麦灌溉试验资料,研究了不同水分胁迫程度、不同水分胁迫时期对冬小麦籽粒灌浆进程以及籽粒产量的影响.研究结果表明:在不同水分调控条件下,冬小麦籽粒灌浆规律符合"慢一快一慢"的"S"型生长曲线,可以用Logistic曲线拟合;且水分调控对籽粒灌浆参数有不同程度地影响,进而对粒重有重大影响.随着水分胁迫的加剧,冬小麦灌浆起步时间愈早,达到峰值的时间愈快.而在孕穗、抽穗和灌浆期任一期内缺水处理都会缩短小麦灌浆持续时间,减少穗粒数,也降低粒重,最终影响产量.因此在冬小麦拔节期可允许轻度的水分胁迫,而灌浆期则应尽量避免任何程度的水分胁迫.     

基于GIS的陕北风沙滩区地下水资源评价系统研究

以黄土高原风沙滩区为例,采用数据库技术和电子地图技术,并利用均衡法,建立风沙滩区所需要的水资源评价系统.系统具有该地区经济状况、水文地质参数、地下永动态状况等数据的管理和地下水资源数量评价等多种功能.陕北风沙滩区总补给量为151 804×10m4/a,总排泄量为162 612×104m3/a,多年平均地下水资源量为145 125×10m3,与历次水资源评价相比,本次评价结果准确可靠,可作为榆林能源化工基地建设用水依据.     

加气灌溉对番茄地土壤CO_2排放的调控效应

【目的】CO_2是大气中最重要的温室气体,对全球变暖起到重要作用。加气灌溉通过改善土壤通气状态,提高作物产量、品质及水分利用效率等已被大量研究证实,然而加气灌溉引起的土壤环境效应研究较少,且通过静态箱法系统地研究加气灌溉对设施菜地土壤CO_2排放影响的研究尚未见报道。因此,分析加气灌溉对土壤CO_2排放的影响,对评估加气灌溉技术的农田生态效应具有重要作用。【方法】供试番茄品种为‘飞越’,通过温室小区试验利用文丘里计作为加气设备,通过地下滴灌系统实现水气结合的加气灌溉方式。采用静态箱-气相色谱法对温室番茄地土壤CO_2排放进行原位观测,研究加气灌溉对土壤CO_2排放的调控效应。试验按灌水量(充分灌溉、亏缺灌溉)和加气(加气、不加气)的双因素设计,设置4个处理,分别为:加气亏缺灌溉(AI1)、不加气亏缺灌溉(CK1)、加气充分灌溉(AI2)和不加气充分灌溉(CK2),每个处理3个重复。研究加气和充分灌溉较不加气和亏缺灌溉对温室番茄地土壤CO_2排放、土壤水分、土壤温度和土壤有机碳的影响。【结果】番茄整个生育期,不同加气灌溉模式下土壤CO_2排放通量随移植后天数增加呈波动性变化,总体呈现先增加后减小的趋势,峰值均出现在番茄开花坐果期。加气和充分灌溉处理较对应的不加气和亏缺灌溉处理增加了番茄整个生育期土壤CO_2平均排放通量和排放量,但差异不显著(P0.05)。AI1、CK1、AI2和CK2处理土壤CO_2平均排放通量分别为229.31、193.66、259.10和224.76 mg·m~(-2)·h~(-1),且以AI2处理土壤CO_2排放量最大(6 383.43 kg·hm~(-2)),分别是AI1、CK1和CK2处理的1.12、1.32和1.13倍。此外,不同加气灌溉模式下土壤充水孔隙率(WFPS)在番茄整个生育期内大致呈下降的趋势;土壤温度(T)大致呈上升的趋势,且同一时刻处理间土壤温度差异较小;而土壤有机碳(SOC)含量呈波动性变化且番茄整个生育期SOC含量变化幅度较小。加气灌溉较对应的不加气灌溉降低了T和WFPS,增加了SOC含量,但差异均不显著(P0.05);充分灌溉较对应的亏缺灌溉增加了WFPS和SOC,但不显著,对T的影响不一。此外,经相关性分析可知,土壤CO_2排放通量与土壤充水孔隙率呈负相关,与土壤温度和有机碳呈正相关,但相关性均不显著(P0.05)。【结论】通过温室小区试验得出,加气灌溉增加了土壤CO_2排放,但不显著(P0.05)。研究结果为评估加气灌溉技术的农田生态效应和设施菜地温室气体减排提供了一定的参考和科学依据。     

CERES-Wheat模型中两种蒸发蒸腾量估算方法比较研究

基于CSM-CERES-Wheat模型中Priestley-Taylor(PT)和FAO56 Penman-Monteith(PM)2种蒸发蒸腾量估算方法分别模拟了冬小麦2011—2012年和2012—2013年2个生长季的累积蒸发蒸腾量、日蒸发蒸腾量、土壤含水率、地上干物质以及籽粒产量,并对2种方法的模拟结果进行了评价和比较。对2种方法模拟的蒸发蒸腾量值与试验区域内大型称量式蒸渗仪的实测结果进行了比较,结果表明,基于PT和PM方法的CERES-Wheat模型均可以准确地模拟干旱-半干旱地区冬小麦的蒸发蒸腾量,累积蒸发蒸腾量和日蒸发蒸腾量的误差分别小于5.4%和3.4%。同时,模型还可以模拟土壤水分动态情况,在0~20 cm土层,CERES-Wheat模型的模拟值与实测值的标准化均方根误差(RRMSEn)为39.38%,模拟结果较差,但20 cm土层以下,2种方法的模拟值与实测值的RRMSEn均小于23.1%,且对40~60 cm土层的模拟结果最好。CERES-Wheat模型基于PT和PM方法对冬小麦在2011—2012年和2012—2013年生长季地上生物量的模拟值与实测值的RRMSEn分别为13.57%和22.76%,产量的RRMSEn分别为11.80%和15.42%,模拟结果均较好。另外,CSM-CERES-Wheat模型基于PT方法模拟的蒸发蒸腾量小于基于PM方法的模拟值,而PT方法对土壤含水率的模拟结果高于PM方法的模拟结果,且PT方法对地上生物量以及产量的模拟结果高于PM方法,用2种方法模拟的成熟期地上生物量及产量的RRMSEn值均在25%以内。总之,CSM-CERES-Wheat模型采用2种方法对蒸发蒸腾量、土壤含水率及干物质和产量的模拟结果均较好,表明该模型在我国干旱-半干旱地区的应用性较好,可为该地区不同水分条件下冬小麦的生长情况提供理论支持。     

基于标准化降水指数SPI的泾惠渠灌区干旱演变对冬小麦气候产量的影响

为了研究干旱变化对于作物产量的影响机制,以泾惠渠灌区为例,选用标准化降水指数SPI作为干旱评判指标,采用Mann-Kendall趋势检验、最大熵谱分析等方法分析了灌区干旱的变化特征,以及干旱演变下冬小麦气候产量的变化规律。研究表明:(1)灌区冬小麦实际产量呈显著增加趋势(Z=7.6482),气候产量呈不明显减少趋势(Z=-0.5686);(2)灌区总体干旱化趋势明显(通过了99%的显著性检验),这种趋势在春、夏、秋三季都达到了显著水平;(3)干旱存在16 a的年代际周期波动,4~5 a的年际周期;(4)播种前7—9月份和播种后的10、11月的干旱情况对于冬小麦气候产量的影响最大,是影响作物气候产量的关键期;(5)SPI3-9与冬小麦气候产量关系最密切,可以解释46.21%的产量变异;(6)随着干旱的年代际周期变化,SPI3-9与冬小麦气候产量之间的相关系数从0.44上升至0.74,干旱对于冬小麦气候产量的影响有增强的趋势。     

冬小麦冠层高光谱特征与覆盖度相关性研究

在2010年度与2011年度冬小麦生长季大田试验小区,实测了3个播种密度、3个灌水水平下冬小麦冠层的高光谱反射率与覆盖度。分析了冬小麦冠层光谱特征以及不同生育期冬小麦冠层光谱特征参数与覆盖度的相关性,建立了基于光谱特征参数的不同生育期冬小麦覆盖度估算模型。结果表明:从返青到成熟,冬小麦冠层可见光区光谱反射率先减小后增大,近红外区先增大后减小。不同种植密度下,适宜供水冬小麦在可见光波段的反射率依次小于轻度亏水、重度亏水条件下的冬小麦;在近红外波段,规律正好相反。在相关性分析中,传统光谱特征参数和新光谱特征参数与覆盖度在不同生育期均具有较好的相关性。相比以传统光谱特征参数为自变量的冬小麦覆盖度估算模型,基于绿峰峰度的估算模型可以提高冬小麦覆盖度的估算精度。     

沟灌条件下灌水沟入渗特性研究

为探明沟灌时灌水沟的水分入渗规律,从沟灌二维入渗过程、入渗湿润锋运移特性、累计入渗水量变化过程、土壤含水量分布等方面研究了沟灌的入渗特征及其影响,研究表明：灌水沟中水深、沟底宽、湿周对沟灌入渗过程均有明显影响。沟中水深增大,有利于加大侧向入渗,垂向入渗减少,而水深减小,会加大垂向入渗,增加深层渗漏。灌水沟底宽不影响灌水沟的侧向入渗,仅影响垂向入渗,底宽减小,垂向入渗深度相应减小,且土壤表面以下40 cm深以内水平向入渗深度平均值与最大垂向入渗深度的比值在沟底宽小时均大于沟底宽大时。合理的断面形式和大小有利于减小垂向入渗,加大水平侧向入渗,灌水沟断面形式为梯形断面时,宽深比近似为2效果最优。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。