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水分胁迫条件下RZWQM2模型验证和改进研究

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水分胁迫条件下RZWQM2模型验证和改进研究

作者：窦子荷西北农林科技大学

学位级别：硕士

水分是作物生理活动及物质运输的基础,是农业发展的关键因子之一。作物能够正常生长的关键在于根系能从土壤中吸收水分以弥补蒸腾失水损失,当蒸腾超过水分吸收时,作物发生水分胁迫。作物生长模型模拟田间试验,可在某些方面发挥重要作用... 详细信息

水分是作物生理活动及物质运输的基础,是农业发展的关键因子之一。作物能够正常生长的关键在于根系能从土壤中吸收水分以弥补蒸腾失水损失,当蒸腾超过水分吸收时,作物发生水分胁迫。作物生长模型模拟田间试验,可在某些方面发挥重要作用。而作物生长模型对水分胁迫条件下作物生长发育的准确模拟,有助于将模型更好地应用于干旱半干旱地区。针对现有模型对水分胁迫条件下作物生长的模拟精度较低的问题,根区水质模型(Root Zone Water Quality Model2,RZWQM2)在原有水分胁迫指标的基础上,提出了两种新的水分胁迫指标。本研究用这三种水分胁迫指标分别模拟在陕西杨凌遮雨棚下开展的冬小麦分段受旱试验(2012-2014),并对这三种指标的模拟效果进行评价。此外,叶片是光合作用的载体,对作物干物质积累及产量有显著影响。叶面积的低估可能是造成水分胁迫条件下作物生物量、产量偏低的原因之一。因此,本研究利用陕西杨凌遮雨棚下开展的冬小麦玻璃土柱(2014-2016)和田间试验(2012-2014)数据,建立水分胁迫条件下冬小麦叶面积伸展的动态模拟模型。研究中以四基点温度(基准温度、较低最适温度、较高最适温度、上限温度)建立温度响应函数,以相对有效含水率为水分胁迫指标,分别建立描述土壤水分胁迫对叶片伸展和衰老过程影响的水分胁迫响应函数。然后,用建立的温度响应函数和水分胁迫响应函数修正Logistic函数的一阶导数,以模拟叶面积的逐日增加、衰减速率。利用2014-2015年的玻璃土柱试验数据对所建立的模型进行参数率定、2015-2016年的玻璃土柱试验数据对校正后的模型进行验证,最后用2012-2014共2 a的大田试验数据对模型进行验证并与CERES-Wheat模拟的叶面积指数(leaf area index,LAI)进行比较。本研究主要取得以下研究成果:(1)经校正和验证后,RZWQM2模型可以很好地模拟充分供水条件下冬小麦的生长发育过程。但三种水分胁迫指标对冬小麦生物量和籽粒产量的模拟精度仍偏低,主要表现为低水处理的模拟精度低于高水处理,前期受旱处理的模拟精度低于后期受旱处理。因此RZWQM2模型对前期受旱和严重受旱条件下的冬小麦生长过程的模拟还需进一步改进。(2)三种水分胁迫指标相比,水分胁迫指标2(water stress index2,WSI2)对冬小麦各受旱处理的模拟效果相对较好,突出表现为提高了冬小麦越冬期和返青期受旱条件下生物量、产量的模拟精度。如需利用现有模型对水分胁迫条件下冬小麦生长发育过程进行模拟,建议选用的水分胁迫指标为WSI2。(3)新建立的冬小麦叶面积模型,以相对有效含水率A为0.2和0.7作为土壤水分胁迫影响冬小麦叶片衰老、伸展速率减小、伸展速率不变的阈值。经两年玻璃土柱试验和两年大田试验验证,该模型对水分胁迫条件下冬小麦叶面积增长和衰减动态变化的模拟较为准确。(4)利用两年大田试验数据,比较新建立的冬小麦叶面积模型与CERES-Wheat模型模拟的LAI,发现新模型能更准确地模拟土壤水分胁迫条件下冬小麦LAI增长和衰减的动态变化。

关键词：冬小麦作物模型水分胁迫叶面积 Logistic函数

基于PenPan模型的中国大陆地区蒸发皿蒸发量的时空变化及成因分析

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基于PenPan模型的中国大陆地区蒸发皿蒸发量的时空变化及成因分析

作者：朱晓华西北农林科技大学

学位级别：硕士

蒸发皿蒸发量是大气蒸发能力的重要参考指标,研究蒸发皿蒸发量有利于探索水文循环过程和合理分配水资源。中国大陆地区获取蒸发皿蒸发量的方法一般为实测法和模型模拟法,实测法往往存在缺测和转换误差(20 cm和E601之间)的缺陷,PenPan模... 详细信息

蒸发皿蒸发量是大气蒸发能力的重要参考指标,研究蒸发皿蒸发量有利于探索水文循环过程和合理分配水资源。中国大陆地区获取蒸发皿蒸发量的方法一般为实测法和模型模拟法,实测法往往存在缺测和转换误差(20 cm和E601之间)的缺陷,PenPan模型在蒸发皿蒸发量模拟方面具有较好的应用效果,能够弥补实测法的不足。本研究选取PenPan模型来估算全国区域内的蒸发皿蒸发量:本文选取1961-2001年中国大陆地区20 cm蒸发皿观测值对PenPan模型进行校正(1961-1991年)和验证(1992-2001年),按照气候特征(温带季风区、亚热带季风区、高原山地区、温带大陆区)和不同时间尺度(年、季、月尺度)对PenPan模型进行线性校正,得出不同时间尺度最优校正方案,从而为PenPan模型在中国区域的应用提供依据;选取1961-2017年的气象数据利用校正后适合各区域的PenPan模型对各地区蒸发皿蒸发量进行计算,并探究各气候区域的蒸发皿蒸发量的变化趋势并分析其成因。采用T检验、Mann-Kendall(M-K)趋势分析、反距离权重法(ArcGIS空间插值)分别对中国区域蒸发皿蒸发量进行突变点分析、趋势分析、空间变化分析。考虑各气候区气象因素不同,影响蒸发皿蒸发量的主导因素有可能不同的特性,采用多元线性回归和析因数值实验法探究各气候区在突变点前后时期影响年和季节蒸发量的主导因素。研究发现:(1)PenPan模型的模拟精度呈现空间差异性,相对而言温带季风区和亚热带季风区比温带大陆区和高原山地区的模拟效果要好。PenPan模型的校正系数存在季节性差异,单个站点校正系数时空变化明显,各区域的校正系数在夏季最小。(2)不同气候区的蒸发皿蒸发量突变时间节点存在差异,温带大陆区的突变点为1987年,亚热带季风区的突变点为1989年,高原山地区的突变点为1980年,温带大陆区的突变点为1988年。辐射项夏季蒸发量较大区域在温带大陆区及其与高原山地区的分界区域,其余季节在高原山地区和亚热带季风区的南部地区;动力项冬季蒸发量较大区域在高原山地区和亚热带季风区的南部地区,其余季节在温带大陆区;总蒸发量较大区域随着季节推移逐渐由北到南转移;中国大陆地区整体蒸发量最大区域在温带大陆区。(3)风速的下降和饱和水汽压差的上升是影响各气候区蒸发量趋势变化的关键因素。由于各气候区的的气候条件不同,在第一时期,亚热带季风区两种方法归因结果都是由于太阳辐射下降致使蒸发皿蒸发量处于下降趋势;其余地区则是由风速占主导地位,两种方法探究结果在地区和季节略有差别。在第二时期,四个气候区两种方法探究结果的年主导因素都是饱和水汽压的差的上升,此时“蒸发悖论”现象消失。本文的研究结果表明,基于校正后的PenPan模型对中国大陆地区的蒸发皿蒸发量进行计算具有较好的模拟效果,可以为不同气候区蒸发量时空变异特性及成因分析提供技术支持,研究结果能够为中国水资源的时空合理调配提供决策支持。

关键词：蒸发皿蒸发量 PenPan模型模型校正时空变化成因分析

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传统凤鸟图形在博物馆文创产品设计中的应用

传统凤鸟图形在博物馆文创产品设计中的应用

作者：杨秋月西京学院

学位级别：硕士

伴随中国成为世界第二大经济体,与此所带来的国民对于文化的消费与体验变得日益重要与突出,以文化为消费对象并作为传达载体的创意产业是拉动中国未来经济发展的后发力量。凤鸟图形自古以来都是汉民族的象征图腾之一。本文以凤鸟图形为... 详细信息

伴随中国成为世界第二大经济体,与此所带来的国民对于文化的消费与体验变得日益重要与突出,以文化为消费对象并作为传达载体的创意产业是拉动中国未来经济发展的后发力量。凤鸟图形自古以来都是汉民族的象征图腾之一。本文以凤鸟图形为例,试图通过对凤鸟纹饰的发生、发展演变以及随之所赋予的象征寓意的变迁,对其不同时期的造型形态进行分析和梳理;并将其形态造型特征结合产品功能属性加以融合。以此为个案探索传统图形在当代博物馆文创产品设计中的应用空间,为今后相关课题的研究与设计实践提供借鉴。本文在学习借鉴已有研究成果的基础上,运用设计学、图像学、历史文化学等多个视角与研究方法进行分析。该论文构架包括四个部分内容:第一部分通过分析传统图形在当下博物馆文创产品设计中的应用背景与现状,了解该领域研究现状及其突显的问题,为后续开展研究提供基础;第二部分追溯凤鸟图形起源,挖掘凤鸟图形背后的象征寓意与文化含义,并从造型特点上对凤鸟图形在不同时期所特有的特征进行总体概括,对其艺术造型进行形态分析并凝练出该图形总体造型特点;第三部分为实践部分,通过前两章的研究积累,对传统凤鸟造型进行较为全面的整体把控。该部分尝试将传统凤鸟造型与现代新科技、新方法与新艺术形式相融合,结合当下特定消费群体需要创作符合其功能需求与审美诉求的艺术作品与设计产品;第四部分为传统图形在未来博物馆文创产品应用上的趋势、发展以及提出的建议与展望。中国传统图案有着悠久的历史与辉煌的成就,如何继承并使之创新,是当代设计师所肩负的历史责任。将以凤鸟图形为代表的中国传统元素进行创造性的当代视觉转化,并与博物馆文创产品相结合,获得商业保障与利益的同时,传播民族传统文化,它将是带动博物馆文化创意产业发展的有效抓手。

关键词：凤鸟图形博物馆文创产品设计

基于日光诱导叶绿素荧光的云贵高原骤旱事件监测

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基于日光诱导叶绿素荧光的云贵高原骤旱事件监测

作者：李若彤西北农林科技大学

学位级别：硕士

基于Google Earth Engine平台和SEBAL模型的黄土高原地区蒸散量模拟研究

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基于Google Earth Engine平台和SEBAL模型的黄土高原地区蒸散量模...

作者：孙哲西北农林科技大学

学位级别：硕士

黄土高原地区生态环境脆弱,水资源极度缺乏,准确计算黄土高原地区蒸散量(ET)有助于合理管理分配黄土高原地区水资源。近年来,基于遥感方法估算蒸散量的方法逐渐得到应用,但在不同地区的适用性还有待验证。SEBAL(Surface Energy Balance ... 详细信息

黄土高原地区生态环境脆弱,水资源极度缺乏,准确计算黄土高原地区蒸散量(ET)有助于合理管理分配黄土高原地区水资源。近年来,基于遥感方法估算蒸散量的方法逐渐得到应用,但在不同地区的适用性还有待验证。SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land)模型作为一种高精度、适于大区域遥感估算蒸散量的有效方法已经在全世界多个地区被广泛应用,但其使用过程中仍存在数据收集及计算过程复杂、运算过程受限于本地计算机计算能力而耗时费力等问题。为探究黄土高原地区蒸散量,减少SEBAL模型使用过程中的限制条件,本研究基于Google Earth Engine平台获取高精度的Landsat卫星遥感影像数据集,在此基础上构建SEBAL模型。再以位于黄土高原的陕西省安塞和长武两地为例,利用涡度协方差观测数据验证卫星遥感数据驱动的SEBAL模型模拟结果与中分辨率成像光谱仪ET产品MOD 16在黄土高原地区的适用性,并分析研究SEBAL模型对于“热”点温度的敏感性,两地模型反演过程中主要地表参数及能量平衡分量的反演结果,日尺度和月尺度ET的空间分布,不同土地利用类型的日蒸散量及其时间变化等。最后,利用一元线性回归方法分析了日蒸散量与地表温度之间的相关关系。研究得到如下主要结论:(1)在黄土高原地区,温度与地表日蒸散之间的相关性较大,其次是日照时数,而相对湿度、风速与地表日蒸散之间相关性较小。在安塞地区,与ET相关性最强的气象因子为T(r=0.49)。在长武地区,与ET相关性最强的气象因子为T(r=0.71)。在长武地区,ET与T、T、T间相关系数(0.68、0.59、0.71)均远远大于安塞地区ET与T、T、T间相关系数(0.49、0.47、0.46),表明长武地区地表日蒸散量与温度间的相关性远大于安塞地区。(2)在安塞和长武两地,SEBAL模型对“热”点温度均显示出较高的敏感性,但此高敏感性对于遥感反演蒸散的结果影响不大。(3)MOD 16产品在安塞和长武两地的适用性低于SEBAL模型。与安塞和长武两地两地涡度协方差观测数据相比,SEBAL模型的均方根误差分别为0.52与0.36,因此SEBAL模型在黄土高原地区具有较高的适用性。(4)在安塞和长武两地,水体、耕地及森林区域的日蒸散量在4-7月份整体呈现上升趋势,8-11月份整体呈现下降趋势;地表温度与蒸散量存在明显的负相关关系,安塞和长武的决定系数R分别为0.94和0.95。(5)研究结果表明SEBAL模型与GEE云平台相结合可以快速、准确地计算黄土高原地区蒸散量,从而为黄土高原地区用水的科学管理提供依据。

关键词： SEBAL 遥感蒸散土地覆盖类型 GEE

基于日光诱导叶绿素荧光的黄土高原干旱监测研究

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基于日光诱导叶绿素荧光的黄土高原干旱监测研究

作者：曹银轩西北农林科技大学

学位级别：硕士

随着气候变化的加剧,干旱的频率、持续时间以及发生范围都越来越严重。快速、准确地监测干旱的发生,探索植被光合对干旱的响应,以及气象因子对植被光合的影响对于保障我国农业生产的可持续发展具有重要意义。基于遥感的日光诱导叶绿素荧... 详细信息

随着气候变化的加剧,干旱的频率、持续时间以及发生范围都越来越严重。快速、准确地监测干旱的发生,探索植被光合对干旱的响应,以及气象因子对植被光合的影响对于保障我国农业生产的可持续发展具有重要意义。基于遥感的日光诱导叶绿素荧光(SIF)具有对干旱条件下区域植被光合作用进行早期监测和准确评估的潜力。本文选取黄土高原为研究区域,采用标准化降水蒸散发指数(SPEI)和土壤含水量描述黄土高原地区的干旱情况,同时利用GOSIF数据集表征不同植被的光合作用,结合植被指数以及生态系统总初级生产力(GPP)分析了黄土高原地区2007年典型干旱事件中SIF监测植被活动变化的能力,并对SIF捕捉干旱胁迫下GPP变化的能力进行了研究,最终研究了黄土高原地区2001-2017年生长季内(4-10月)植被光合作用对干旱的响应情况及其受气象因子的影响程度。研究主要得到以下结论:(1)植被指数在监测黄土高原地区干旱对植被活动的影响时存在一定的滞后和低估情况,而日光诱导叶绿素荧光SIF信号在时间变化和空间变化方面都能够比植被指数更为快速、准确地监测干旱对黄土高原地区植被活动的影响。SIF能够消除光合有效辐射的影响,对降水等水分条件的变化更加敏感。因此,SIF可以作为监测区域干旱发生及动态变化过程的重要指标。(2)GOSIF数据与通量站点GPP数据之间存在较强的线性关系,两者之间的决定系数R根据植被类型的不同依次为:落叶阔叶林(0.94)、常绿针叶林(0.91)、草甸(0.86)、耕地(0.85)以及热带雨林(0.67)。在黄土高原地区,GOSIF数据与VPM GPP遥感产品数据在空间分布上呈现一致性,SIF与GPP之间呈显著的线性相关关系(R=0.88),且其线性关系会随着干旱程度的增加而减弱。SIF能够比植被指数EVI更加准确地捕捉到干旱胁迫下植被GPP的变化,因此可以通过SIF数据进行干旱胁迫下植被GPP的估算。(3)黄土高原地区植被生长季内SIF和SPEI之间呈显著正相关关系的区域占比为87.8%,其中半干旱地区植被光合对干旱的响应程度较强(r=0.49),半干旱地区97.7%区域的植被SIF和SPEI之间表现出显著的相关性;半湿润地区植被光合对干旱的敏感性较低(r=0.34),半湿润地区84.5%区域的植被SIF和SPEI之间表现出显著的相关性。不同类型植被光合对干旱的响应程度也存在差异,其中草地对干旱响应的敏感性最高,响应最强的SPEI时间尺度为3-4个月;林地对干旱响应的敏感性最低,SPEI时间尺度为3-10个月。(4)黄土高原地区植被SIF与各气象因子之间存在显著的相关关系。其中,温度是影响黄土高原植被光合的重要气象因子,温度与黄土高原植被SIF呈显著正相关关系的像元占比约为98.9%;降水与黄土高原植被SIF呈显著正相关关系的像元占比约为99.2%,降水对黄土高原植被光合的影响随干旱程度的增加而增强,在干旱地区降水的影响作用最大;SIF与光合有效辐射呈显著正相关的像元占比约为72.8%,主要分布在黄土高原南部的半湿润地区。不同类型植被光合受不同气象因子的影响也存在差异,其中温度和降水在草地、耕地和荒漠植被生态系统中是影响植被光合最为重要的气象因子,而在林地生态系统中,光合有效辐射对植被光合的影响强于降水。

关键词：日光诱导叶绿素荧光干旱监测气象干旱植被光合黄土高原

基于CERES-Wheat模型的冬小麦动态水分生产函数研究

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基于CERES-Wheat模型的冬小麦动态水分生产函数研究

作者：姚宁西北农林科技大学

学位级别：硕士

作物水分生产函数是描述作物产量和生长期内灌溉水量之间关系的函数,常用于灌溉制度优化和非充分灌溉理论研究。常用的该类函数中,水分胁迫对产量的影响一般用水分敏感指数来描述,但该指数具有较强的时间和空间变异性,随气候、土壤、作... 详细信息

作物水分生产函数是描述作物产量和生长期内灌溉水量之间关系的函数,常用于灌溉制度优化和非充分灌溉理论研究。常用的该类函数中,水分胁迫对产量的影响一般用水分敏感指数来描述,但该指数具有较强的时间和空间变异性,随气候、土壤、作物品种的不同,指数值都会有显著变化。一般地,作物水分生产函数要通过专门的小区受旱试验和统计回归方法获得。但受旱试验往往较为复杂、费时费力,妨碍了作物水分生产函数的深入研究和应用。本研究利用CERES-Wheat小麦生长模型来推导冬小麦水分生产函数,基本思路是:利用较易获得的常规田间试验数据进行模型校正,然后利用校正后的模型上模拟小区分段受旱试验,并以模拟结果推导所需要的水分生产函数。本研究进行了两年的遮雨棚下冬小麦分段受旱试验,试验将冬小麦整个生育期划分为越冬、返青、拔节、抽穗和灌浆5个主要生长阶段,每相邻两个生长阶段连续受旱,形成4个不同的受旱时段水平(D1—D4),根据小麦生育期的需水量,设置灌水定额分别为40和80 mm两个水平(I1和I2),共形成8个处理,每处理3次重复,在遮雨棚内采用裂区试验布置,此外在旁边设置1个各生育期全灌水的对照处理,通过对比分析不同分段受旱条件下冬小麦的株高、叶面积指数、生物量、物候期和产量等生理生态指标的动态变化过程,探究不同生长阶段水分胁迫对旱区冬小麦生长发育和产量形成的影响;其次,利用上述试验数据对CERES-Wheat模型进行了参数估计和模型验证,文中设置了5套不同的参数估计和验证方案,利用DSSAT-GLUE参数估计模块得到不同的参数估计结果。通过对比分析冬小麦物候期、单粒重、生物量、产量、以及土壤水分含量的模拟值和实测值之间的差异,以确定利用DSSAT-CERES-Wheat模型模拟旱区冬小麦生境过程的精度;最后利用模型模拟了56年(1955.10-2012.6)气候情境下小麦的生长过程和产量形成,并以模型模拟数据为基础求解了相应的水分生产函数,并与田间试验所得的水分生产函数进行了对比分析,得到了如下主要结果和结论:(1)在冬小麦营养生长阶段进行连续水分胁迫时,明显影响小麦的正常生长发育,越冬期和返青期受旱时冬小麦的株高和叶面积指数都最小,但是拔节后受旱对小麦植株生长影响不明显,且拔节期后冬小麦株高和叶面指数的平均生长速率均为拔节前的10倍左右;拔节期前受旱各处理小麦的生物量都没有明显的差异,但是拔节后受旱各处理差异明显,越冬期和返青期受旱处理的生物量明显低于其它各处理,并且后期复水也不能弥补生物量的严重损失;干旱胁迫能缩短冬小麦的生育期,在同一灌溉水平下,受旱阶段D1、D2、D3、D4的抽穗期和开花期比对照处理延迟1-3 d,且受旱时期越早、胁迫程度越大,则生育期越提前,成熟期最大可提前5 d;相同灌溉水平下,若抽穗和灌浆期受旱(即越冬、返青、拔节期灌水)可获得较高的有效穗数和穗粒数,但千粒重较低;而抽穗和灌浆期灌水,可以提高冬小麦千粒重,但穗数和穗粒数较低;在I1和I2水平下,越冬期和返青期受旱处理的产量最低,仅为对照处理产量的42%左右,但I1水平下拔节期和抽穗期受旱的处理产量最高,约为对照处理的63%,I2水平下返青期和拔节期受旱的处理产量最高,约为对照处理的75%。因此,灌水定额和受旱阶段具有明显的交互作用,返青期和灌浆期为旱区冬小麦田间水分管理的关键时期,生产中需加强这两个生长阶段的田间水分管理以确保高产。(2)CERES-Wheat模型的遗传参数P1V(最适温度条件下通过春化阶段所需天数)和G3(成熟期非胁迫下单株茎穂标准干重)具有较强的变异性,变异系数分别为19.07%和16.34%,受基因型-环境互作的影响较大,而其它参数的变异性则较弱,变异系数均小于10%;DSSAT-GLUE参数估计工具具有较好的收敛性,不同参数估计方案所得的参数值具有一定的一致性;不同的参数估计方案所得的模型输出结果有较大差异,其中参数估计方案1(利用两季试验中的充分灌溉处理CK数据进行参数估计,其它不同阶段受旱处理数据进行验证)的模型校正和验证精度最高,其中模型校正的绝对相对误差(Absolute relative error,ARE)和相对均方根误差(Relative root mean squared error,RRMSE)分别为4.89%和5.18%。在冬小麦抽穗期和灌浆期受旱时,CERES-Wheat模型可以较好地模拟小麦的生长发育过程以及土壤水分的动态变化,但是在越冬期和返青期受旱时,模拟结果相对较差,并且随着受旱时段提前和受旱程度的加重,模拟精度将变得更低。此外,该模型无法模拟由不同水分胁迫造成的冬小麦物候期差异,需要对模型进行相应的改进。交叉验证(Cross validation)表明CERES-Wheat模型模拟本研究中不同水分胁迫条件下冬小麦生长和产量

关键词：水分生产函数水分胁迫 CERES-Wheat模型模型验证产量冬小麦

不同土壤水基质势水平下河套灌区玉米膜下滴灌土壤水盐运移特征及其模拟

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不同土壤水基质势水平下河套灌区玉米膜下滴灌土壤水盐运移特征及...

作者：姬祥祥西北农林科技大学

学位级别：硕士

内蒙古河套灌区是我国重要的商品粮油生产基地。近年来引黄水量大幅缩减,水盐问题严重影响着灌区农业的可持续发展。为缓解灌区水资源短缺,助力灌区实现农业节水和土壤盐渍化治理,本研究选择灌区内典型盐渍化农田开展了连续3年(2016-20... 详细信息

内蒙古河套灌区是我国重要的商品粮油生产基地。近年来引黄水量大幅缩减,水盐问题严重影响着灌区农业的可持续发展。为缓解灌区水资源短缺,助力灌区实现农业节水和土壤盐渍化治理,本研究选择灌区内典型盐渍化农田开展了连续3年(2016-2018)的膜下滴灌种植春玉米田间定位试验。试验地0-40 cm深度土壤EC为1.22 dS/m,pH值8.3,属于中度盐渍化水平。试验设置5个基于土壤水基质势的灌水下限水平,分别为-10(S1)、-20(S2)、-30(S3)、-40(S4)和-50 kPa(S5),研究不同灌溉处理下的土壤水盐分布与春玉米生长及耗水特性。主要研究结果如下:(1)3个生长季内不同基质势水平下土壤含水率差异明显,土壤水分运移在滴头下剖面内表现出明显的径向分布规律。从全生育期来看,玉米根层土壤含水率波动较大,而由于受灌水蒸发影响较小且地下水位较浅,深层土壤含水率时间波动较小。滴灌下盐分在土壤剖面发生再分布,不同处理下土壤脱盐区域不同,随着土壤水基质势水平的降低脱盐区域逐渐缩小,其中S1处理的脱盐区域最大可以达到滴头正下方60cm处,而S5处理则未形成明显脱盐区。(2)不同灌水水平显著影响玉米生长,随着生育期内土壤水基质势控制下限的降低,玉米株高与叶面积指数显著降低(p<0.05),其中基质势下限为-50 kPa的处理在2017年玉米发生早衰现象。地上部分干物质积累量、百粒重、穗粒数等产量构成指标都随土壤水基质势下限的升高而增加。土壤水基质势水平越高,玉米产量越高,其中S1、S2和S3处理的玉米产量显著高于S4和S5处理,但是前三者之间不存在显著差异(p<0.05)。随着土壤水基质势的降低,玉米水分利用效率先增大后减小,当土壤水基质为-30 kPa时水分利用效率最高。(3)以S3处理为例,利用2017和2018年的田间实测数据对HYDRUS-2D模型进行率定和验证。结果表明土壤水分和盐分的模型模拟值与实测值基本吻合,2017年模型模拟值与实测值的RMSE(Root mean square error)和R分别为0.042 cm/cm和0.83,2018年分别为0.037 cm/cm和0.78。2017年盐分模拟值与实测值的RMSE和R分别0.052 dS/m和0.77,2018年分别为0.047 dS/m和0.75。这说明HYDRUS-2D能够较好地模拟河套灌区春玉米膜下滴灌条件下土壤水分和盐分的运移和分布规律,从而为河套灌区膜下滴灌的灌溉制度的优化提供技术和数据支持。综合考虑土壤水盐分布和作物产量效应,本研究建议将河套灌区中度盐渍化农田的土壤水基质势下限控制在-30 kPa,用以指导膜下滴灌春玉米的种植。

关键词：膜下滴灌土壤水基质势水分利用效率水盐运移河套灌区