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基于叶面积指数改进双作物系数法估算旱作玉米蒸散

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农业工程学报 2016年第9期32卷 90-98页

作者：冯禹崔宁博龚道枝王罕博郝卫平梅旭荣中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所作物高效用水与抗灾减损国家工程实验室/农业部旱作节水农业重点实验室北京100081 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065

为准确估算和区分黄土高原旱作春玉米蒸散(evapotranspiration,ET),该文基于实测叶面积指数(leaf area index,LAI)动态估算基础作物系数,利用LAI修正土壤蒸发系数,并基于修正后的双作物系数法估算和区分黄土高原地区旱作春玉米ET,并以2... 详细信息

为准确估算和区分黄土高原旱作春玉米蒸散(evapotranspiration,ET),该文基于实测叶面积指数(leaf area index,LAI)动态估算基础作物系数,利用LAI修正土壤蒸发系数,并基于修正后的双作物系数法估算和区分黄土高原地区旱作春玉米ET,并以2012、2013年寿阳站基于涡度相关系统和微型蒸渗仪实测的春玉米ET和土壤蒸发(soil evaporation)对修正后的双作物系数法的适用性进行评估。结果表明:修正后的双作物系数法能够较为准确的估算春玉米ET,2012年春玉米全生育期ET估算值、实测值分别为365.3、372.6 mm,2013年分别为385.6、369.4 mm;2012年全生育期改进双作物系数法决定系数、均方根误差、模型效率系数和平均绝对误差分别为0.824、0.561 mm/d、0.817和0.449 mm/d,2013分别为0.870、0.381 mm/d、0.871和0.332 mm/d;同时,修正后的双作物系数法可对春玉米各生育期ET进行准确区分,土壤蒸发估算值与实测值有较好的一致性,2012年全生育期估算和实测土壤蒸发分别为0.98和0.99 mm/d,分别占ET的38.12%和37.08%;2013年估算和实测土壤蒸发分别为0.86和0.89 mm/d,分别占ET的33.59%和35.90%。因此,修正后的双作物系数法能够较为准确地估算和区分黄土高原地区旱作春玉米ET。该研究可为黄土高原区农田水分精准管理提供科学指导。

关键词：作物蒸散模型黄土高原旱作春玉米双作物系数法涡度相关系统

黄土塬苹果园双作物系数法应用及水分环境评价

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黄土塬苹果园双作物系数法应用及水分环境评价

作者：杨子淇西北农林科技大学

学位级别：硕士

黄土高原开展退耕还林(草)工程以来,土地利用方式发生巨大变化,大量耕地转为林草地。为了恢复生态的同时增加当地农民收入,形成退耕还林实用模式,2014年新一轮退耕还林明确提出大力发展特色经济林等林业产业。黄土高原依托自身地理优势... 详细信息

黄土高原开展退耕还林(草)工程以来,土地利用方式发生巨大变化,大量耕地转为林草地。为了恢复生态的同时增加当地农民收入,形成退耕还林实用模式,2014年新一轮退耕还林明确提出大力发展特色经济林等林业产业。黄土高原依托自身地理优势,已发展成为世界公认的最大的苹果优生区。然而,有研究表明目前黄土高原植被承载力接近极限,已经出现深层土壤干燥化、果实品质下降的问题。因此,水资源无疑是黄土塬苹果园可持续发展的关键因子。降水是该地区苹果园水资源的重要来源,大部分会以蒸散形式散失,且苹果园蒸散尤为强烈。基于以上原因,有必要量化黄土塬苹果园蒸散,明晰土壤有效水分变化,为苹果产区种植规划和生产布局调整提供科学依据。本研究以黄土塬典型代表长武塬为研究区,选取25年生苹果园为研究对象,于2020-2021年进行两年试验,首先计算双作物系数法中各项作物系数,并用实测值检验其准确度,然后基于双作物系数法量化蒸散及其组分,最后结合降水计算水分适宜度,模拟主要根层土壤有效水分变化,对苹果园水分环境做出综合评价。具体研究结果如下:(1)黄土塬苹果园作物系数变化特征:两年基础作物系数(K)呈先增加后减小趋势,全生育期均值分别为0.40和0.47,K生长初期、快速生长期、生长中期和生长末期均值分别为0.13、0.37、0.53、0.40和0.17、0.38、0.60、0.51;两年蒸发系数(K)无明显季节性变化规律,呈多峰曲线,全生育期均值分别为0.33和0.36,两年K生长初期、快速生长期、生长中期和生长末期分别为0.22、0.26、0.40、0.35和0.36、0.26、0.41、0.39;两年双作物系数(K)变化趋势与K相似,全生育期均值分别为0.73和0.83,K生长初期、快速生长期、生长中期和生长末期分别为0.36、0.63、0.94、0.75和0.54、0.64、1.01、0.90。(2)黄土塬苹果园作物系数估算值与实测值比较:两年K相比基础作物系数实测值(K)分别高8.2%和12.5%,两年K相比蒸发系数实测值(K)分别低4.8%和9.1%,两年K相比双作物系数实测值(K)分别高4.2%和1.4%,各生育期内K和K、K和K、K和K均无显著性差异(P>0.05)。两年苹果园蒸散及其组分估算值和实测值拟合良好,均具有显著相关关系(P双作物系数法在一定程度上对蒸散及其组分估算的偏差,具有较高准确度。(3)黄土塬苹果园蒸散及其组分变化:两年全生育期苹果园日蒸腾变化范围分别为0.1 mm d-3.4 mm d和0.1 mm d-3.7mm d,日均值分别为1.1 mm d和1.3 mm d,蒸腾总量分别为278.4 mm和330.8 mm,分别占全生育期内蒸散总量的56.0%和58.7%。两年全生育期日蒸发变化范围分别为0.2 mm d-3.0 mm d和0.0 mm d-3.1 mm d,日均值均为0.9 mm d,蒸发总量分别为219.2 mm和232.6 mm,分别占全生育期内蒸散总量的44.0%和41.3%。两年全生育期日蒸散变化范围分别为0.2 mm d-6.1 mm d和0.1 mm d-6.8mm d,日均值分别为1.9 mm d和2.3 mm d,蒸散总量分别为497.6 mm和563.5 mm。蒸散及其组分的主要影响因素均为降水量,其次为温度。(4)黄土塬苹果园水分环境评价:两年全生育期水分适宜度分别为0.89和1.18,均高于最适宜临界值,水分较适宜。两年主要根层土壤有效水(ASW)整体均呈先减小,后增加,再减小的趋势,2020年ASW损失9.2 mm,2021年收益14.3 mm。2020年苹果园全生育期共计65天遭受干旱胁迫,占总天数的25.3%,2021年共计66天遭受干旱胁迫,占总天数的26.8%。综合ASW和水分适宜度分析,苹果园两年水分环境较差。其中2020年萌芽期、花期、成熟期和落叶期水分环境较好,幼果期和果实膨大期水分环境较差,存在干旱胁迫现象;2021年萌芽期、花期、幼果期和落叶期水分环境较好,果实膨大期和成熟期水分环境较差,分别存在干旱胁迫现象和过涝现象,两年降水季节间分配不均导致苹果园在关键需水时期严重缺水。

关键词：苹果园双作物系数法蒸散水分适宜度土壤有效水

基于双作物系数法估算晋南地区冬小麦-夏玉米轮作系统蒸散量

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节水灌溉 2023年第2期 28-37页

作者：赵锦江马娟娟郑利剑孙西欢武朝宝太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 山西省中心灌溉试验站山西吕梁032107

冬小麦-夏玉米轮作系统是晋南地区常用的种植模式,为评估双作物系数法在冬小麦-夏玉米轮作系统应用的可靠性,掌握轮作系统耗水规律,通过双作物系数法模拟2016-2019年间冬小麦-夏玉米轮作系统蒸散量,以水量平衡计算结果为标准对其模拟结... 详细信息

冬小麦-夏玉米轮作系统是晋南地区常用的种植模式,为评估双作物系数法在冬小麦-夏玉米轮作系统应用的可靠性,掌握轮作系统耗水规律,通过双作物系数法模拟2016-2019年间冬小麦-夏玉米轮作系统蒸散量,以水量平衡计算结果为标准对其模拟结果进行评价,并区分植株蒸腾(T)和土壤蒸发(E)。该结果表明:在冬小麦-夏玉米轮作系统中,冬小麦初期、发育期、中期和后期的平均基础作物系数(Kcb)为0.2、0.59、0.98和0.15,夏玉米的为0.14、0.69、1.24和0.56;冬小麦的平均土壤蒸发系数(Ke)为1.24、0.63、0.07、0.42,夏玉米的为0.78、0.45、0.06、0.46。冬小麦全生育期内ETc为264.18~526.22 mm,夏玉米的为261.76~519.67 mm;发育期为耗水高峰期,冬小麦、夏玉米发育期蒸散量占各自生育期总蒸散量的比例分别为31.2%~51.3%和34.3%~58.2%;随着灌水次数的减少,冬小麦、夏玉米总蒸散量及植株蒸腾量均逐渐降低,土壤蒸发量也在灌水最少时达到最低,全生育期E/ETc,冬小麦为27.3%~46.4%,夏玉米为29.3%~44.2%。在冬小麦和夏玉米生长初期,80%以上的土壤水分以蒸发形式消耗,在中期时土壤蒸发占比最低,冬小麦为6.1%~13.4%、夏玉米为4%~7.6%。冬小麦、夏玉米各自蒸散模拟值(ETc-FAO)与实测值(ETc)呈现出较好相关性,R2为0.8~0.86,RMSE为0.5~0.6 mm/d,MAE为0.4~0.49mm/d,可见双作物系数法模拟晋南地区冬小麦-夏玉米轮作系统ETc具有较高精度,可为精确掌握冬小麦-夏玉米轮作系统耗水规律,进而制定合理的灌溉计划提供理论依据。

关键词：冬小麦-夏玉米轮作系统双作物系数法蒸散量模拟植株蒸腾土壤蒸发

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单双作物系数法计算玉米需水量的对比研究

节水灌溉 2012年第11期 18-21页

作者：卢晓鹏段顺琼马显莹白树明云南省水利水电科学研究院云南昆明650228 昆明市松华坝水库管理处云南昆明650201

基于云南持续干旱对水资源高效利用的要求以及研究作物需水量规律的重要性,利用低纬度高原区的云南省曲靖市的陆良站1990-1992年的逐日气象资料及历史试验资料,采用FAO-56推荐的计算作物需水量的单作物系数法和双作物系数法,计算了陆良... 详细信息

基于云南持续干旱对水资源高效利用的要求以及研究作物需水量规律的重要性,利用低纬度高原区的云南省曲靖市的陆良站1990-1992年的逐日气象资料及历史试验资料,采用FAO-56推荐的计算作物需水量的单作物系数法和双作物系数法,计算了陆良站玉米各阶段的需水量,并和实测值进行了对比。结果表明:用单作物系数法和双作物系数法计算的玉米需水量与实测值是十分接近的;在地面覆盖度比较大的情况下,两者差别不大;总体上,两种方法计算的作物需水量具有很好的相关性。

关键词：玉米需水量单作物系数法双作物系数法

利用叶面积指数和气象因子修正双作物系数估算夏玉米蒸散量

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灌溉排水学报 2023年第2期42卷 1-8页

作者：姚婷月王怡宁石磊韬尼玛扎西周超鞠琴王振龙河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 浙江水文新技术开发经营公司杭州310000 南京水利科学研究院南京210029 安徽省(水利部淮委)水利科学研究院五道沟水文水资源实验站安徽蚌埠233000 西藏自治区水文水资源勘测局阿里水文水资源分局西藏阿里850032

[目的]准确估算夏玉米作物蒸腾(T_(r))与土壤蒸发(E_(s))。[方法]本研究基于FAO-56推荐的双作物系数模型,应用五道沟水文实验站叶面积指数(LAI)、气象因子以及土壤水分实测数据,对模型中的基础作物系数(K_(cb))和土壤蒸发系数(K_(e))进... 详细信息

[目的]准确估算夏玉米作物蒸腾(T_(r))与土壤蒸发(E_(s))。[方法]本研究基于FAO-56推荐的双作物系数模型,应用五道沟水文实验站叶面积指数(LAI)、气象因子以及土壤水分实测数据,对模型中的基础作物系数(K_(cb))和土壤蒸发系数(K_(e))进行动态修正,并基于Penman-Monteith(P-M)模型,确定参考作物蒸散量(ET_(0)),进而估算夏玉米实际蒸散量(ET_(c)),并以2018、2019年大型蒸渗仪实测ET_(c)对估算值进行精度评价。[结果]修正后的双作物系数法估算夏玉米蒸散量较为准确,2018年夏玉米全生育期ET_(c)估算与实测的日均值分别为4.89 mm/d和4.66 mm/d,2019年分别为5.72 mm/d和5.67 mm/d。应用修正双作物系数法估算夏玉米日ET_(c)的决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、模型效率系数(E_(ns))、平均绝对误差(AAE),2018年分别为0.89、0.98 mm/d、0.86和0.73mm/d,2019年分别为0.89、0.76 mm/d、0.89和0.58 mm/d。[结论]因此,修正后的双作物系数法能够较为准确的估算夏玉米蒸散量,该研究可为淮北平原农田水分精准管理提供科学依据。

关键词：蒸散估算双作物系数法叶面积指数气象因子夏玉米蒸渗仪

基于大型蒸渗仪和遗传算法的受旱玉米蒸发蒸腾量估算

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农业机械学报 2018年第10期49卷 326-335页

作者：袁宏伟崔毅蒋尚明汤广民袁先江安徽省水利部淮河水利委员会水利科学研究院合肥233088 水利水资源安徽省重点实验室合肥233088 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

受旱胁迫下作物蒸发蒸腾量估算重要且复杂,依托新马桥农水综合试验站6台大型称重式蒸渗仪开展玉米受旱胁迫专项试验,对不同受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量特征进行分析,在双作物系数法估算无受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量的基础上,采用遗传算法... 详细信息

受旱胁迫下作物蒸发蒸腾量估算重要且复杂,依托新马桥农水综合试验站6台大型称重式蒸渗仪开展玉米受旱胁迫专项试验,对不同受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量特征进行分析,在双作物系数法估算无受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量的基础上,采用遗传算法优化率定基础作物系数Kcbini、Kcbmid、Kcbend和作物系数上限Kcmax,同时基于试验站实测太阳辐射数据采用遗传算法优化率定了Angstrom公式经验参数a、b,进而优化了参考作物蒸发蒸腾量(ET0)的计算结果,并以此基础运用双作物系数法估算受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量。结果表明:营养生长中前期轻微的水分亏缺可能会刺激玉米适应性机能,复水后各项生理功能恢复正常;水分亏缺加重时不仅会使玉米当期的蒸发蒸腾量减少,而且会产生累积效应,将这种胁迫影响传递到之后的生育阶段;相同受旱胁迫强度对玉米生殖生长阶段影响更为明显,且易造成永久胁迫;Kcbini、Kcbmid、Kcbend、Kcmax的率定结果分别为0.150、1.090、0.152和1.400,在此基础上运用双作物系数法估算无受旱胁迫下玉米全生育期蒸发蒸腾量的均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE分别为1.39 mm和0.97 mm,比对应的FAO-56推荐值估算结果小6.74%和8.23%,受旱胁迫下玉米计算的2个处理全生育期RMSE、MAE和MRE均值分别为1.60 mm、1.18 mm和6.73%,整体估算效果虽然没有无受旱胁迫下的好,但仍优于FAO-56推荐值的估算结果。因此,基于双作物系数法和遗传算法的受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量估算合理可靠,该研究可为区域制定适宜灌溉制度和降低农业旱灾损失风险提供理论依据。

关键词：玉米淮北平原蒸发蒸腾量受旱胁迫双作物系数法遗传算法

基于波文比-能量平衡法的半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量估算

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干旱地区农业研究 2020年第4期38卷 175-183页

作者：余昭君胡笑涛冉辉王雪梦王文娥何雪霞西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100

为准确估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量,在测定气象数据的基础上,以水量平衡法的实测蒸发蒸腾量(ET)为参考,分析判断波文比-能量平衡法估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量的适用性以及整个生育期内葡萄ET的变化规律,分别采用单作物系数法(... 详细信息

为准确估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量,在测定气象数据的基础上,以水量平衡法的实测蒸发蒸腾量(ET)为参考,分析判断波文比-能量平衡法估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量的适用性以及整个生育期内葡萄ET的变化规律,分别采用单作物系数法(Kc)、双作物系数法(Kcb)估算半干旱半湿润地区葡萄ET。结果表明:全生育期内波文比-能量平衡法与水量平衡法之间的均方根误差(RMSE)与纳什系数(NSE)分别为0.54与0.64,决定系数为0.82,说明波文比-能量平衡法可以较好地应用于半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾估算,双作物系数法比单作物系数法估算结果更为精确,计算出的双作物系数0.85、1.07、0.71可以作为本地区值。

关键词：葡萄园蒸发蒸腾量波文比-能量平衡法单作物系数法双作物系数法半湿润地区

基于蒸腾估算的不同施肥量对夏玉米生长及产量的影响研究

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节水灌溉 2020年第5期 16-21页

作者：李荣段喜明张宝忠周青云山西农业大学林学院山西晋中030801 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

利用作物蒸腾和土壤蒸发之间的定量分配占比确定最优施肥量,是指导合理灌溉、提高水肥利用效率的重要研究内容。该研究测定了夏玉米蒸腾量、土壤蒸发量、作物生长参数和产量,并用修正双作物系数法估算全生育期夏玉米蒸发蒸腾量,分析了... 详细信息

利用作物蒸腾和土壤蒸发之间的定量分配占比确定最优施肥量,是指导合理灌溉、提高水肥利用效率的重要研究内容。该研究测定了夏玉米蒸腾量、土壤蒸发量、作物生长参数和产量,并用修正双作物系数法估算全生育期夏玉米蒸发蒸腾量,分析了雨养条件下,不同施肥量对夏玉米植株蒸腾(T-c)和土壤蒸发(E)及产量的影响。结果表明:夏玉米生长初期,施肥量对T-c的影响不明显,E对蒸散量(ET-c)的贡献大于T-c;生长中期,施肥量越大,T-c相对较大,0肥(N1)N2>N4>N1,N3处理比N1处理产量高16.9、N3处理比N4处理产量高9.6。施肥量过多或太少,都会降低夏玉米产量。适当施肥可以提高T-c在ET-c中的所占比例(N3最高,T-c/ET-c67.53),降低E的消耗,从而使水分消耗向增加作物产量的方向分配。

关键词：夏玉米作物蒸腾土壤蒸发蒸散量最优施肥量双作物系数法夏玉米产量水肥利用效率

等高反坡台阶整地对坡耕地农田耗水及水量平衡的影响

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水土保持研究 2020年第4期27卷 93-98,104页

作者：闫腾云王克勤赵洋毅冷鹏陈宇张洋西南林业大学生态与环境学院昆明650224 云南省水土保持生态环境监测总站昆明650106

为了探讨等高反坡阶整地措施对红壤坡耕地农田耗水及水量平衡的影响,于2017年5月-2018年9月期间,通过野外定位监测大气降雨量、农田蒸发量等指标,利用双作物系数法获得农作物耗水规律,进一步探究了农田的水量平衡特征。结果表明:与对照... 详细信息

为了探讨等高反坡阶整地措施对红壤坡耕地农田耗水及水量平衡的影响,于2017年5月-2018年9月期间,通过野外定位监测大气降雨量、农田蒸发量等指标,利用双作物系数法获得农作物耗水规律,进一步探究了农田的水量平衡特征。结果表明:与对照样地相比,布设有等高反坡台阶的样地整个生长期的玉米耗水量减少7%~12%,作物蒸散量减少8%~12%,作物蒸腾量与总耗水量的比例为64%~70%,比未布设的样地增加了28.7%~30.1%。此外,布设有反坡台阶的坡耕地土壤水分利用量要大于未布设的坡耕地。试验表明等高反坡阶可以提高水分的利用效率,减少土壤水分的蒸发,具有蓄水、节水的作用。

关键词：双作物系数法等高反坡阶水量平衡玉米蒸散发