收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

不同水分供应条件下夏玉米农田SPAC系统水热传输模拟

虞连玉  
【摘要】:通过不同水分供应条件下SPAC系统水热传输的定量模拟,可以解释土壤-植物-大气不同交互界面的水热输送与转化过程,对阐明非充分灌溉方式的节水机理,优化解决作物产量与耗水量矛盾进而实现农业水资源高效利用具有重要意义。本研究以夏玉米田间非充分灌溉试验为基础,分析了玉米冠层光谱特征、气孔导度和蒸发蒸腾量变化规律,建立了基于光谱植被指数的夏玉米叶面积指数估算模型和不同水分条件下气孔导度改进模型,为SPAC模型提供了动态的作物参数驱动;在充分考虑土壤水汽热耦合运移的STEMMUS模型基础上加入了作物蒸发蒸腾计算模块(直接ET和间接ET计算方法)和根系吸水计算模块(宏观和微观根系吸水模型),最终建立了夏玉米田土壤-植物-大气连续体(SPAC)水热传输模型,实现了不同水分供应条件下SPAC系统水热动态变化的定量模拟。研究取得了如下主要成果:(1)夏玉米冠层高光谱反射率可见光波段“绿峰”、“红谷”和“红边”可作为反演叶面积指数的敏感波段范围;近红外波段(1600-1830nm)可作为指示植被冠层水分状态的敏感波段范围。选用了绿度植被指数(NDVI,RVI和EVI)、考虑土壤背景修正的植被指数(MSAVI,TSAVI和PVI)和水分植被指数(NDWI1240,NDWI1460和WI)三类植被指数,建立了各植被指数反演叶面积指数模型,结果表明:归一化植被指数NDVI能够有效的模拟本地区夏玉米叶面积指数的变化规律,考虑土壤背景修正的植被指数模拟效果有所提高,但不明显;水分植被指数反演叶面积指数模型的决定系数较高,表明在不同水分条件下,考虑冠层水分状态能显著提高叶面积指数的模拟效果。(2)利用三种水分指标(叶气温差、叶片尺度作物缺水指标、土壤水分指标)改进了Jarvis气孔导度模型并对其在不同水分供应条件下的适用性进行了验证分析。基于叶气温差和叶片尺度作物缺水指标的气孔导度改进模型模拟效果优于基于土壤水分指标的气孔导度改进模型。在夏玉米生育后期,土壤水分指标改进的气孔导度模型模拟值明显偏低,不适合该时段夏玉米气孔导度的定量研究。(3)夏玉米蒸发蒸腾量变化规律夏玉米蒸发蒸腾量和蒸腾速率均表现出单峰曲线的昼夜变化趋势,不同水分供应对蒸腾速率的影响主要体现在峰值大小和峰值发生的时间上。玉米蒸腾速率与环境因子的响应关系在不同水分供应条件下基本一致:光合有效辐射和气温影响较大,饱和水气压差影响较小。不同水分供应条件下夏玉米生育期内的实际蒸发蒸腾量和作物系数表现出一定的季节变化规律,均随着生育期的推进而增加,并在生育中期达到峰值。不同水分供应处理对实际蒸发蒸腾量和作物系数的影响主要表现在数值大小上。(4)比较分析了半干旱地区不同ET计算方法(间接ET方法和直接ET方法)、不同根系吸水模型(宏观根系吸水模型和微观根系吸水模型)对SPAC系统模型模拟结果的影响,为不同目标下SPAC模型的参数化方案选择提供了依据。基于宏观根系吸水模型的模拟表明:利用两种ET方法模拟的土壤含水率值和蒸渗仪实测值在20cm土层深度处变化规律基本一致,但是随着土层深度加深,SPAC模型模拟值和实测值差异增大。两种ET方法模型在不同土层深度的土壤温度模拟结果与实测结果相差不大,在生育前期土壤温度的模拟结果与实测结果吻合程度高,在较大的灌水过后,模型模拟结果出现了明显的高估,且随着土层深度的增加,与实测结果的差异性有增大的趋势。采用不同ET计算方法,SPAC模型模拟玉米蒸发蒸腾量的表现在灌水后有较大差异,采用间接ET方法的模型模拟结果明显低估了蒸发蒸腾量,而基于直接ET方法的模型效果较好。总体来看,两种ET方法均能够动态模拟小时尺度和日尺度的作物蒸发蒸腾量变化规律,采用直接ET方法估算效果较好,决定系数达到0.80以上。基于单根的微观根系吸水模型与宏观根系吸水模型模拟结果在土壤含水率、土壤温度和不同时间尺度的蒸发蒸腾量的表现相差不大。采用不同ET方法对土壤-植物-大气系统模型效果有显著影响,直接ET计算方法模型估算效果较好,比较适合该地区玉米蒸发蒸腾量的估算研究。(5)研究探讨了不同水分条件下SPAC模型的适用性。尽管在具体数值上有些差异,SPAC模型能够定量模拟不同水分条件下的土壤水分、蒸发蒸腾变化规律。研究发现生育前期降低土壤湿润频率能够显著降低土壤蒸发量。不同灌水量处理对玉米叶面蒸腾影响显著,表明蒸腾量的差异是造成不同灌水量处理条件下玉米生育期耗水差异的主要原因。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 ;PELIMINARY ANALYSES FOR CROP WATER CONSUMPTION BY USING LYSIMETER[J];The Journal of Chinese Geography;1997年03期
2 脱云飞;费良军;杨路华;杜新艳;;基于SPAC系统的作物腾发量模型的试验研究[J];农业工程学报;2008年01期
3 翟洪波,李吉跃,赵义亭,史建忠;SPAC中油松栓皮栎混交林水分特征与气体交换[J];北京林业大学学报;2004年01期
4 董胜君;;山杏林分SPAC水势梯度变异情况的研究[J];今日科苑;2007年06期
5 胡守忠;乔冬梅;史海滨;庞绥义;;盐渍化地区SPAC系统不同界面能态研究[J];干旱区资源与环境;2006年05期
6 侯琼;陈素华;乌兰巴特尔2;;基于SPAC原理建立内蒙古草原干旱指标[J];中国沙漠;2008年02期
7 刘洪波;白云岗;张江辉;虎胆·吐马尔白;;极端干旱区葡萄SPAC系统水流阻力规律研究[J];水土保持研究;2011年06期
8 徐军亮,马履一,王华田;油松人工林SPAC水势梯度的时空变异[J];北京林业大学学报;2003年05期
9 王华田,马履一,徐军亮;油松人工林SPAC水势梯度时空变化规律及其对边材液流传输的影响[J];植物生态学报;2004年05期
10 邵明安;陈志雄;;SPAC中的水分运动[J];中国科学院水利部西北水土保持研究所集刊(SPAC中水分运行与模拟研究专集);1991年01期
11 刘思春,王玉,吕家珑,张一平,陈建文;不同肥力水平农田生态系统SPAC水分状态及能量特征[J];生态学报;2002年12期
12 陈家宙,何圆球,吕国安;红壤农田中花生SPAC水势分布[J];华中农业大学学报;2003年02期
13 高俊凤,白锦鳞,张一平,刘思春;不同水分状况下SPAC水分热力学函数特征和水势温度效应[J];西北农林科技大学学报(自然科学版);1990年04期
14 王焱;刘国东;秦远清;孙辉;蹇依;;基于水分运移的若尔盖湿地SPAC模型研究[J];四川大学学报(工程科学版);2007年05期
15 贡璐,潘晓玲,常顺利,张旭;SPAC系统研究进展及其在干旱区研究应用初探[J];新疆环境保护;2002年02期
16 徐利岗;杜历;李金泽;汤英;王怀博;唐瑞;;基于SPAC系统的干旱区枸杞蒸腾耗水模拟与分析[J];节水灌溉;2017年07期
17 刘艺杉;刘自学;李晓光;孙涛;张自和;;3种冷季型草坪草蒸散量的SPAC法研究[J];草业科学;2009年10期
18 刘广全;匡尚富;焦醒;周海光;;黄土高原半干旱区沙棘林SPAC水势时空变异[J];国际沙棘研究与开发;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 许高胜;王兆云;;SPAC系统在面向生态的西北干旱区水资源管理中的应用[A];人水和谐及新疆水资源可持续利用——中国科协2005学术年会论文集[C];2005年
2 景卫华;贾忠华;罗纨;;SPAC系统中水势概念的重新定义与计算[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第二分册[C];2005年
3 脱云飞;杨路华;高惠嫣;杜新艳;张宽义;董艳慧;张振伟;;河北省黑龙港地区秸秆覆盖夏玉米SPAC中水热模拟试验研究[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第二分册[C];2005年
4 李嘉竹;刘贤赵;;氢氧稳定同位素在SPAC水分循环中的应用研究进展[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
5 徐佩芬;李世豪;凌甦群;郭慧丽;田宝卿;;利用SPAC法估算地壳S波速度结构[A];中国科学院地质与地球物理研究所2013年度(第13届)学术论文汇编——工程地质与水资源研究室[C];2014年
6 赵耕毛;刘兆普;陈铭达;寇伟锋;;海水养殖废水灌溉条件下SPAC系统中水盐肥通量研究[A];江苏土壤肥料科学与农业环境[C];2004年
7 王建楠;陈晓非;;利用SPAC方法提取环境背景噪音中的高阶频散曲线[A];中国地震学会第14次学术大会专题[C];2012年
8 潘磊;程晓辉;李卫华;;漯河市夏玉米高产栽培技术研究[A];河南省植保学会第九次、河南省昆虫学会第八次、河南省植病学会第三次会员代表大会暨学术讨论会论文集[C];2009年
9 陈天锡;武建华;房稳静;陈松;张建峰;;驻马店夏玉米生长季气候特征及影响研究[A];经济策论(上)[C];2011年
10 张霞;刘良云;赵春江;张兵;;利用高光谱遥感图像估算小麦氮含量研究[A];成像光谱技术与应用研讨会论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 虞连玉;不同水分供应条件下夏玉米农田SPAC系统水热传输模拟[D];西北农林科技大学;2016年
2 门宝辉;SPAC理论及其在川中丘陵区节水农业中的应用研究[D];四川大学;2004年
3 赵文飞;麻栎SPAC界面水分非稳态传输过程的研究[D];山东农业大学;2007年
4 杨德军;基于SPAC系统的土壤水动力学模型研究[D];浙江大学;2009年
5 李彩霞;沟灌条件下SPAC系统水热传输模拟[D];中国农业科学院;2011年
6 吴友杰;基于稳定同位素的覆膜灌溉农田SPAC水分传输机制与模拟[D];中国农业大学;2017年
7 汪明霞;控制性交替灌溉试验研究及SPAC系统水分传输模拟[D];沈阳农业大学;2009年
8 蔡立群;不同保护性耕作措施对黄土高原旱地农田SPAC系统中水分运移特性的影响研究[D];甘肃农业大学;2009年
9 林红磊;火星含水矿物精细类别的高光谱遥感探测方法研究[D];中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所);2018年
10 谢卫莹;高光谱遥感影像高精度分类方法研究[D];西安电子科技大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘晓;沙柳基活性炭的制备及其对水体中抗生素的吸附研究[D];郑州大学;2018年
2 候小金;毛竹土壤—植物—大气连续体(SPAC)水分特征研究[D];中国林业科学研究院;2010年
3 刘海军;喷灌条件下田间小气侯的变化和SPAC系统土壤水分运移规律的研究[D];中国农业科学院;2000年
4 乔冬梅;盐渍化地区SPAC系统能态分析及根系吸水模型研究[D];内蒙古农业大学;2005年
5 刘庆华;基于SPAC和NCF技术的被动源面波浅勘方法研究[D];中国地震局地球物理研究所;2015年
6 桑永青;蓄水坑灌下不同灌水处理对苹果园SPAC系统水势影响研究[D];太原理工大学;2016年
7 谢萌;玉米覆盖耕作试验研究及SPAC系统水分传输模拟[D];东北农业大学;2013年
8 李坡;基于SPAC系统的水动力学建模及应用研究[D];太原科技大学;2014年
9 孙海龙;浅地下水埋深条件下沙质人工草地SPAC水分运移与消耗研究[D];内蒙古农业大学;2008年
10 赵萍;宁夏毛乌素沙地SPAC系统中水分运移特征的研究[D];北京林业大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 黄斌;中民金融布局“造壳上市”工具SPAC 首单4.5亿美元交易花落开心汽车[N];21世纪经济报道;2018年
2 徐晏;好项目装入“现金壳”[N];中国证券报;2007年
3 郝凤苓;上海世纪1.15亿美金遭清算,GP倒贴400万美金[N];21世纪经济报道;2008年
4 本报记者 王海洋水;民营药企海外“下注中国”[N];医药经济报;2007年
5 杜雄 河北省玉米产业体系岗位专家 河北农业大学农学院副教授;夏玉米出现花粒究竟什么原因?[N];农资导报;2017年
6 衡水市农业技术推广站 高晶 常冬梅;夏玉米播前要做到“四明白”“四注意”[N];河北科技报;2018年
7 河北农业大学 杜雄 崔彦宏;2018年河北省夏玉米生产技术指导意见[N];河北科技报;2018年
8 贾友江;夏玉米防治“牛尾巴”[N];农资导报;2018年
9 河北省玉米产业技术体系绿色防控与质量控制岗位专家 河北农业大学植物保护学院 张金林;做好夏玉米“一喷多效” 严防中后期病虫害[N];河北科技报;2018年
10 本报特约分析师 谌琴;华北夏玉米“早到”价落 东北新陈玉米或“无缝对接”[N];粮油市场报;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978