黄土塬区麦田蒸散特征

利用大型称重式蒸渗仪研究了黄土塬区冬小麦不同时段单元（生育期、月、日、时）的蒸散特征,并分析了叶面积指数、土壤含水量和气温、降水等因子对蒸散的影响.结果表明,在试验年份,各生育期内冬小麦的日蒸散量:孕穗 抽穗期﹥开花期﹥起身期﹥拔节期﹥灌浆期﹥返青期﹥成熟期﹥越冬期;生长前期蒸散受温度影响较大,中期受叶面积指数影响较大,后期土壤水分成为蒸散的限制因子,灌浆期内冬小麦日均蒸散量因受土壤水分亏缺影响而显著下降,日均蒸散量从孕穗 抽穗期的625 mm·d^-1 减小到灌浆期的2.66 mm·d^-1;月蒸散以4～6月最高,3个月蒸散量占试验期间总蒸散量的80％以上;麦田逐日蒸散变化曲线上的波动峰值反映了受降水作用土壤水分状况改善条件下的蒸散特征;时蒸散过程在总体遵循周期性的前提下表现出随天气而改变的现象.     

干旱区绿洲膜下滴灌棉田蒸散过程

水资源是干旱区农业发展最关键的限制因素。近年来,随着节水灌溉技术的发展,对缓解水资源供需矛盾、扩大灌溉面积起到了重要作用。理解非充分灌溉条件下的农田蒸散发过程,对于揭示农田水分循环和指导节水实践均具有重要的科学意义。本研究基于乌兰乌苏农业气象站2012年的涡度相关数据,分析了膜下滴灌棉田不同生育阶段的蒸散过程,通过FAO-56 Penman-Monteith方程估算参考作物蒸散量,在此基础上确定了干旱区绿洲膜下滴灌棉田的作物系数。结果表明:膜下滴灌棉田阶段蒸散耗水量和日蒸散强度在花铃期最大,阶段蒸散耗水量为248.51 mm,平均日蒸散强度为3.94 mm·d-1;蕾期次之,阶段蒸散耗水量为98.34 mm,平均日蒸散强度为3.78 mm·d-1;播种-出苗期最小,阶段蒸散耗水量为10.70 mm,平均日蒸散强度为1.07 mm·d-1;全生育期蒸散量为487.14 mm,平均作物系数为0.42;通过棉花不同生育阶段蒸散量和作物系数的确定,为棉花生育阶段不同灌溉时期和灌溉量的确定以及田间水分管理提供科学依据。     

华北平原冬小麦农田蒸散量

以华北平原冬小麦农田为研究对象,采用涡度相关技术和热红外遥感技术,研究了不同环境条件下土壤含水量与农田蒸散量及作物冠层温度的关系.结果表明,冬小麦在农田郁闭(LAI≥3)、晴天和土壤相对含水量低于田间持水量65%的情况下,蒸发比值日变化正午前后出现相对较低且平稳的变化趋势.在晴天情况下,农田潜热通量与作物冠层温度日变化和季节变化均呈极显著的非线性相关关系,而冠气温差、农田相对蒸散量则与0～100 cm土层的土壤相对含水量密切相关.以13:30～14:00的平均冠层温度值T_c、日最高气温T_{a max}和日净辐射总量Rn_d为统计数据,确立了冬小麦农田日蒸散量ET_d （mm）估算简化模式参数.     

奈曼地区灌溉麦田蒸散量及作物系数的确定

利用大型蒸渗仪测定了奈曼地区春小麦(Triticum aestivum L.)全生育期的蒸散量,并引用FAO Penman-Monteith等5种方法计算了相应时期的参考作物蒸散量,比较了FAO Penman-Monteith公式与其它4种方法间的关系,最后运用作物蒸散量和参考作物蒸散量计算了春小麦的作物系数．结果表明,春小麦苗期每周日平均蒸散量小于3mm·d^-1,随着叶面积系数增大,日平均蒸散量达到最大值6．49mm·d^-1(抽穗开花期),最终下降至1．94mm·d^-1(灌浆成熟期);根据试验年份的降雨分布情况,该地区的自然降水不能满足春小麦对水分需求,小麦苗期、拔节期和抽穗开花期水分亏缺比较严重,是田间水分管理的关键时期;与FAO Penman-Monteith公式的计算结果相比较,用Penman公式和FAO-24 Blaney-Criddle公式估算奈曼地区参考作物蒸散量误差较小;奈曼地区春小麦苗期、营养期、生殖期、成熟期4个生长阶段的作物系数分别为0．45、0．90、1．1l和0．52,其中成熟期的作物系数值与FAO-24给出的小麦作物系数值差异较大．     

生态模型在农田蒸散及土壤水分模拟中的适用性评价

为评价生态模型在农田蒸散及土壤水分运动模拟中的适用性,利用2013—2015年南京农业气象测站观测数据,评估了BEPS(Boreal Ecosystem Productivity Simulator)模拟冬小麦农田生态系统逐日蒸散及与土壤水分动态的可靠性,并进一步开展了植被冠层蒸腾和农田土壤蒸发分离。模拟结果表明:BEPS适用于研究冬小麦农田蒸散量及土壤水分运动规律;由于考虑了叶片聚集指数和冬小麦根系垂直分布递减系数随生育期变动的参数化改进,BEPS分别可以解释2013—2014年和2014—2015年两个生长季农田生态系统蒸渗仪实测蒸散量变化的83%和74%,参数化改进前后模型效率ME相当(前:0.8,后0.74),标准差RMSE(前:1.50,后1.05),平均偏差MBE(前:0.5,后0.35),误差减小;两个生长季中,土壤蒸发占冠层上方总蒸散的比例随生育进程而变化,全生育期发散比平均值分别为34%和29%;BEPS模拟的0~40 cm土层深度土壤水分随时间变化趋势与实测值基本一致,可以解释78%以上的土壤水分实测值变化,并能快速地响应降水变化。本研究表明,生态模型可以用于模拟冬小麦农田蒸散和土壤水分变化,并有助于厘定农田冠层中难以区分的植被蒸腾和土壤蒸发的比例关系,可为进一步开展气候变化背景下的区域蒸散发评估及与之相联系的农田节水管理奠定基础。     

夏闲期轮耕对小麦田土壤水分及产量的影响

2007-2010年在宁南旱区研究了夏闲期免耕/深松/免耕(T1)、深松/免耕/深松(T2)、连年翻耕(CT)3种耕作方式对麦田土壤水分及产量的影响.结果表明:经过3年夏闲期T1和T2处理后,农田土壤蓄水效率平均分别较连年翻耕处理提高15.2％和26.5％;T1和T2处理的降水潜在利用率较高,分别达到37.8％和38.5％,降水生产效率平均分别较连年翻耕处理提高9.9％和10.7％.夏闲期轮耕能显著降低休闲期的土壤无效蒸发,有效保蓄小麦生长期的土壤水分.在冬小麦生长前期,T1和T2处理0～200 cm土层土壤水分平均分别较连年翻耕处理增加6.8％和9.4％;在拔节-抽穗-灌浆期,与连年翻耕处理相比,两处理可显著提高0 ～ 200 cm土层土壤蓄水量,对作物产量的贡献率较高.不同轮耕模式在增加作物耗水量的同时也提高了作物产量及水分利用效率,与CT处理相比,3年T1和T2处理作物耗水量平均分别提高5.2％和6.1％,产量分别增加9.9％和10.6％,作物水分生产效率分别提高4.5％和4.3％.相关分析表明,在干旱缺水的宁南地区,冬小麦播种期、拔节-抽穗-灌浆期的土壤蓄水量可显著影响产量,尤其抽穗期的土壤蓄水量对产量的影响更大.     

作物农田蒸散计算模型的研究

农田蒸散是指田间条件下,作物棵间蒸发和蒸腾之和,它涉及土壤作物大气系统,受气象、作物和土壤等多种因素的制约。本文从田间试验出发,综合考虑影响农田蒸散的各种因素,建立了不同作物（棉花、玉米和冬小麦）农田蒸散的计算模型,为今后农业生产中的合理灌溉、节...     

黄土旱塬区土壤水分状况与作物生长、降水的关系

土壤水分研究是统筹农业生产和生态环境建设的关键环节.本研究结合4年田间定位试验,通过对黄土高原南部长武旱塬冬小麦和春玉米2012—2015年土壤水分状况的研究,分析农田土壤干层形成情况、土壤水分对作物生长的影响、降水对土壤水库的影响以及作物对土壤水分状况的影响.结果表明: 降水年型是冬小麦地土壤干层形成的主导因素,年内降水分布不均是春玉米地土壤干层形成的主导因素.长武旱塬区冬小麦和春玉米一年一季的种植制度不会导致永久性干层的产生;相较于春玉米,冬小麦根系生长习性更符合黄土旱塬区土壤水分循环特征,黄土旱塬区土壤水分有效性可保证作物产量稳定;降水作用下,冬小麦土壤水库充、放水过程呈现收获期、休闲期和苗期连续充水、缓慢消耗期和大量消耗期连续失水相互交替的特点.0～300和300～600 cm土层土壤水库不一致性现象明显,以最大根深作为野外监测试验中土壤含水量的取样深度时,由于深层土壤水库负反馈作用,不同降水年型下,休闲期和苗期的蒸散均会被高估,缓慢消耗期和大量消耗期的蒸散均会被低估.冬小麦田间过渡层存在的范围为140～360 cm;作物生长的时间跨度影响土壤水库效应的发挥,土壤水库对冬小麦供水表现为年际间的调节作用,土壤水库对春玉米供水表现为季节间的调节作用.     

陇东黄土旱塬作物组合系统农田耗水规律研究

本文根据１９８８－１９９１年陇东黄土旱塬作物组合模式（即作物轮作与复种模式）田间试验土壤水分测定资料,对作物组合系统中主要组分作物田间耗水量及其构成特征、变异规律及农田土壤水分的利用程度进行了研究,并探讨了不同作物组合系统的田间耗水量及其构成特征。结果表明,不同作物组合系统的田间耗水量及其构成特征存在明显差异;作物田间耗水量是一个动态变量,因作物种类、降水年型等不同而异,并与生育期有效降水量呈显著正相关;来自播前土壤有效储水的土壤供水量对秋播作物冬小麦和冬油菜生育期水分不足有重要补偿作用,是维持其较高的生产稳定性的关键原因;无论丰水年还是欠水年,冬小麦、玉米、谷子和马铃薯４种主要作物在农田水分利用程度上均存在一定差异。     

华北平原参考作物蒸散量变化特征及气候影响因素

参考作物蒸散量是估算作物需水量的关键因子,对指导农田灌溉是有十分重要的现实意义。在气候变化的背景下,利用Penman-Monteith方法,计算华北平原典型站点1961 2007年逐日参考作物蒸散量,并从能量平衡和动力学角度对其分解,分析年际变化和季节变化特征;结合数理统计方法,研究影响参考作物蒸散量及其构成项变化的主次气候因子,为该区农田水分管理提供更有效的科学指导。研究结果表明:在华北平原全区温度显著上升、日照时数,相对湿度,平均风速呈显著下降的背景下,绝大部分站点参考作物蒸散量及构成项呈显著下降趋势。夏季的参考作物蒸散量和辐射项值相对最高,冬季值最低;春季的空气动力学项值相对比例最高。辐射项与空气动力学项年际间呈负相关关系,春夏两季之间呈不显著正相关趋势,秋冬两季呈不显著负相关趋势。辐射项的变化主要受日照时数、风速及温度的影响,其中风速的贡献是负效应;空气动力学项的变化主要受风速、相对湿度及平均温度的影响,相对湿度的贡献是负效应。参考作物蒸散量的变化主要受日照时数、相对湿度、温度日较差和风速的综合影响。此外,降水与其呈显著负相关关系,下降幅度略高于参考作物蒸散量的变化幅度。     

羊草草原不同退化阶段群落蒸散量比较

运用微型蒸渗仪法对重度、中度和无退化羊草草原群落的日蒸散量进行了测定,并对其与土壤含水量、日均气温、大气湿度等因子的相关关系进行了分析。结果表明:各群落的日蒸散量均随着生长季推移逐渐增大,于6月中旬至7月中旬达到最大,而后逐渐降低;表层土壤含水量和日均气温是影响群落日蒸散量的主要因子,这2个因子与群落日蒸散量的回归关系极显著;群落生长季的累积蒸散量随着羊草草原群落的退化程度加深逐渐降低,且该值均低于生长季累积降水量。     

黄土高原南部旱作水分产量潜势计算模型及其参数修正

建立了旱作水分产量潜势计算模型 ,并对模型中的主要参数 (光能利用率、作物产量反应系数和作物系数等 )进行了修正 ,同时提出作物耗水量和水分订正系数等的估算方法 .冬小麦水分产量潜势为 530 0～ 630 0 kg· hm- 2 ,春玉米为 770 0～ 90 0 0 kg·hm- 2 .此外 ,本文还对农田水分条件进行了评价 ,指出黄土高原南部的东部地区水分条件较差 ,有较大的灌溉增产潜力 .     

关中灌区沟垄集雨种植补灌对冬小麦光合特征、产量及水分利用效率的影响

通过大田试验,研究了沟垄集雨种植结合不同补灌量处理对冬小麦光合器官、光合速率、产量和水分利用效率的影响.结果表明:沟垄宽度各为60 cm时,集雨种植不灌溉(T1)、返青期种植沟补灌375 m3·hm-2(T2)和种植沟补灌750 m3·hm-2(T3)3个处理较平作灌水750 m3·hm-2(畦灌,T4)处理的小麦籽粒产量分别提高2.8％、9.6％和18.9％,收获系数提高2.0％～ 8.5％,旗叶叶绿素含量提高41.9％ ～64.4％,整个生育期内0～ 40 cm土壤含水量增加了0.1％～4.6％;开花期和灌浆期的叶片光合速率分别较T4处理提高了22.3％～ 54.2％和-4.3％～67.2％,农田总水分利用效率较T4处理分别提高17.9％、10.4％和15.4％,比平作不灌水处理(CK)提高69.3％、58.6％和65.7％;降水利用效率较CK提高94.3％ ～ 124.5％;T2、T3处理各生育阶段叶面积均显著高于T4处理,灌溉水利用效率分别比T4处理提高119.1％和18.8％.在灌溉量减少50％的条件下,集雨种植比畦灌处理能维持较高的籽粒产量,显著提高灌溉水利用效率,尤其是在降雨量偏少的年份,可以显著提高小麦水分利用效率.     

冬小麦农田暂时水分胁迫状况下水、热通量日变化

以冬小麦农田尺度为研究对象,采用涡度相关技术测定农田能茸平衡各分量,研究暂时水分胁迫状况下农田蒸散通量和蒸发比值（evaporative fraction）日变化特征。结果表明,冬小麦在农田郁闭（LAI≥3）且土壤含水量为田间持水量的55％-65％时,晴天日农田潜热通量日变化在正午前后存在明显的“蒸散高地（evapotranspiration plateau）”现象,持续时间达2．5—4h,表现为蒸散通量增量日变化突然极显著降低,即蒸散通量呈相对稳定、甚至下降的变化趋势;反映在蒸发比值日变化过程方面,夜间和日出日落前后时刻蒸发比值变化较大,7：00-18：00时段内蒸发比值曲线近似呈倒“s”型,9：00～16：00时段内蒸发比值比较稳定,正午前后蒸散高地出现时,蒸发比值有所下降大约在0．5—0．65范围内,12：00—13：30时段内蒸发比值平均值接近9：00—16：00时段内蒸发比值平均值。     

黄土高原春小麦农田蒸散及其影响因素

蒸散与水循环、能量平衡密切相关,是黄土高原雨养农田生态系统最重要的水通量之一。准确测定半干旱区农田生态系统蒸散,对增强陆气相互作用的理解以及科学应对气候变化有重要意义。采用涡度相关技术对黄土高原春小麦农田生态系统蒸散进行了观测,利用气象梯度系统进行环境因子观测;分析了春小麦农田生态系统蒸散日、季动态及其环境影响因子。结果表明,黄土高原半干旱区春小麦农田生态系统蒸散呈早晚低、中午高的"单峰型"日变化特征;最大日峰值出现在8月(0.22mm/h)。生长季蒸散日峰值高于非生长季。春小麦农田最大日蒸散率值相对较低,这可能与该地区干旱少雨的气候特征有关。农田蒸散且具有明显的季节动态,与降水季节分布密切相关。7、8月份降水较多,月蒸散量较高。全年蒸散量(318.0 mm)略低于年降水量(332.3 mm);蒸散量与降水量比值为95.7%。非生长季蒸散量显著低于生长季(4—9月);二者之比为0.26。农田蒸散随土壤含水量和空气温度(低于26℃)增大呈指数增长趋势;随空气相对湿度、太阳辐射、风速增大呈先增大后降低的二次曲线变化趋势。净辐射是黄土高原半干旱区农田生态系统蒸散主要环境控制因子,土壤含水量次之。     

涡度相关法研究土壤水分状况对沙地杨树人工林生态系统能量分配和蒸散日变化的影响

为了解位于北京大兴区林场杨树人工林在不同的土壤水分环境条件下的水汽交换过程和能量的分配差异及其与环境因子关系,运用涡度相关（Eddy covariance,EC）法开路系统、常规微气象观测系统及土壤热通量板等设施对生态系统生长季内典型水分胁迫和无水分胁迫条件下蒸散日变化、能量分配以及与各环境因子的关系进行了测定分析和比较。结果表明,在水分严重胁迫日（以7月7日为例）,蒸散日变化过程为单峰曲线,全天（24h）蒸散量为2.4mm;而在无水分胁迫典型日（以7月25日为例）,蒸散日变化过程呈多峰曲线,全天蒸散量为4．5mm。能量平衡分析显示,无水分胁迫条件下潜热通量（LE）占净辐射通量（Rn）的比例远高于水分胁迫条件下潜热通量占净辐射通量的比例,说明水分充足时,能量的大部分用于蒸散。水分胁迫条件下蒸散速率与各环境因子的相关性均低于无水分胁迫条件下蒸散速率与环境因子的相关性。水分胁迫条件下,蒸散速率主要与净辐射和下垫面因子关系显著,而与其它因子的相关性较小;无水分胁迫条件下,蒸散速率与下垫面土体含水量和各气象因子均表现出较强的相关性。大气温度对于两个典型日蒸散速率的影响均很小;土壤含水量与水分胁迫日的蒸散速率几乎没有相关性,反应出土壤水分含量低至对蒸散几乎没有贡献了。     

河南省冬小麦需水量和缺水量的时空格局

基于河南省30个气象站气候资料以及冬小麦生育期资料,采用美国农业部土壤保持局推荐的方法计算了有效降水量,应用Penman-Monteith模型和作物系数计算1981—2010年各站冬小麦全生育期需水量,结合数理统计方法,分析近30年来河南省冬小麦需水量和缺水量的时空变化特征,并对其主要影响因子进行探讨。结果表明:Penman-Monteith模型对河南省冬小麦全生育期参考作物蒸散量的模拟能力较强,模拟值与同期小型蒸发皿蒸发量的相关系数r=0.85(P0.01);近30年来,河南省冬小麦全生育期降水量、有效降水量、需水量和缺水量的平均值分别为244.0、114.9、408.0和293.1 mm;在空间分布上,冬小麦全生育期降水量和有效降水量自南向北逐渐减少,而需水量和缺水量与之相反,呈自南向北逐渐增加;1981—2010年各地冬小麦全生育期降水量和有效降水的区域间差异增大,而需水量和缺水量的区域差异在缩小;从时间上看,需水量和缺水量均有下降趋势,但其线性变化趋势并不显著;各站点变化趋势存在区域差异,豫西和豫北呈增加,其余地区呈下降。偏相关分析表明,风速减小是导致河南省冬小麦需水量呈下降的最主要原因,而缺水量与降水量关系最为密切。逐步回归分析显示,需水量和缺水量的变化是各气象因素以及物候期综合作用的结果,从影响因素看,全生育期天数和降水量分别对需水量和缺水量的贡献最大。     

限量灌溉下冬小麦水分利用效率模拟

用参数调试后的DSSAT-CERES Wheat模型,以郑州地区冬小麦全生育期降水偏缺的2003-2004年逐日气象资料为背景数据,在分析作物阶段缺水量的基础上,限定灌溉量100 mm以内,分不灌水、灌一水、二水、三水处理,着重模拟研究限量灌溉对冬小麦水分利用的影响,并引入田间水分管理反映指标(WMRIs)为优化灌溉方案设计提供综合评价参考.结果表明:限量灌溉可在一定程度上缓解水分胁迫,促进增产并提高水分利用效率;各种处理均较不灌水明显增产,增产率为13.1%～73.3%;小麦对水分的吸收利用总体表现为灌二水优于灌三水优于灌一水;水分利用效率越冬水+灌浆水最高,灌溉水利用效率拔节水最高;拔节期是限量灌溉的最佳时期.     

冬小麦-夏玉米两熟农田节水效应的可行性

2001-2003年在中国科学院禹城综合试验站研究了冬小麦一夏玉米两熟农Kt节水效应的可行性。结果表明,本地区降雨量主要集中在夏玉米生育时期,月蒸散量呈“M”型变化,双峰一般出现在冬小麦与夏玉米的抽穗开花时期,而且两年的蒸散积累趋势纵向比较均显示出其一致性的特点,这是研究耗水规律的基础环节。土壤水分从时间分布来看,在灌溉降雨的水分供应下,冬小麦期间土壤水分呈下降的趋势,而夏玉米期间土壤水分却有所升高。土壤水分从空间分布来看,土壤水分变化趋势较一致,呈“Z”型变化,0～60cm层次的土壤水分动态变化幅度较大。实验证明夏玉米产量与前季冬小麦产量有一定的互补作用,全年WUE与灌水量成负相关。冬小麦-夏玉米两熟农田实行冬小麦灌溉而夏玉米不灌的灌水措施可行。     

气候变化对黄淮海平原冬小麦产量和耗水的影响及品种适应性评估

基于IPCC5 3种代表性温室气体浓度排放路径(RCP)的情景集成数据,采用VIP生态水文模型,模拟分析了黄淮海平原未来冬小麦产量、蒸散量的气候变化响应.模拟结果表明:未考虑CO2肥效时,3种典型排放路径下,冬小麦生育期都将因气温上升而缩短,其产量和蒸散量将呈下降趋势.CO2浓度增加对作物生长的有利影响强于气候变化带来的不利影响,是未来情景下冬小麦产量增加的主要原因.以RCP4.5为例,2050s黄淮海地区冬小麦平均产量将增加14.8%(无CO2肥效时产量下降2.5%),蒸散量降低2.1%.采用积温需求更高的品种将有利于冬小麦利用CO2肥效提高其产量,但耗水量将有所增加.因此,培育适应气候变化的作物品种、发展节水农业和管理技术是应对气候变化的关键.