农田土壤水分二区模型的研究

本文考虑作物根系吸水的特性,把农田土壤水分变化层分为包含根系的根区和无根系的储水区,以土壤-植物-大气连续体物质能量运动原理和土壤水动力学理论为依据,构建了农田土壤水分二区模型。对该模型的简化,即可得到了两个现在常用的描述土壤水分变化的概念性模型,表明本文提出的土壤水分二区模型是一通用式。对其中考虑下界面水分通量的概念性模型与二区模型进行了比较,结果表明,二区模型拟合精度较高,其复相关系数达到0.91以上,由二区模型计算的蒸发蒸腾量和根区下界面水分通量与实测值有更好的一致性。     

基于SWAP模型的河套灌区向日葵农田土壤水盐通量模拟

为了探究河套灌区节水实施现状条件下农田土壤水盐动态变化规律,利用向日葵田间试验观测资料,对SWAP模型进行参数率定和验证,并利用该模型模拟向日葵生长条件下0～100 cm土层土壤水盐通量及水盐平衡状况。研究结果表明：在灌溉阶段,向日葵根系层土壤水分主要向下渗漏,水分通量和盐分通量为负,土壤盐分被淋洗;在非灌溉阶段,地下水向上补给向日葵根系层土壤,水分通量和盐分通量为正,根系层土壤积盐。2019、2020年模拟期间水分通量累计量分别为52.5、60.6 mm,盐分通量累计量分别为-4.5、-4.9 mg/cm²,0～100 cm土层土壤盐分通量分别增加了7.5、7.1 mg/cm²。向日葵现状灌溉条件下0～100 cm土层土壤积盐,可能产生土壤次生盐碱化的风险,向日葵生育期结束后需要进行秋浇淋洗盐分来保证下一年度向日葵的正常生长。     

干旱内陆区玉米田水热通量多层模型研究

准确模拟农田水热通量对于干旱内陆区高效利用有限水资源具有重要意义。本文基于物质和能量交换多层模型(ACASA),增加C4作物光合、气孔导度对水分胁迫响应、玉米形态变化和根系非均匀吸水模块,修改土壤蒸发阻力和土壤水分运动参数计算模块,构建玉米田水热通量多层模型ACASA-M。根据实测值对模型关键过程进行参数率定,应用涡度相关系统实测水热通量进行模型验证。结果表明,ACASA-M能较好地模拟玉米田水热通量和土壤蒸发动态,也能模拟冠层内水热通量的时空分布;最大光合能力和叶面积指数非线性交互影响潜热通量;CO2浓度升高会减小潜热通量和冠层导度,增大感热通量。总之,该多层模型既可用于水热通量的模拟和预报,也可作为评价变化环境对农田耗水影响的有力工具。     

SPAC系统中的水热CO_2通量与光合作用的综合模型(Ⅰ)模型建立

本文建立了模拟农田SPAC (Soil Plant AtmosphereContinuum)系统中土壤水分动态 ,蒸发蒸腾、CO2 通量和光合作用的模型 .模型包括土壤水流子模型 ,根系吸水子模型 ,蒸发蒸腾子模型 ,冠层阻力 -光合作用 -CO2 通量子模型几个组成部分 .土壤水流子模型采用土壤水流的连续方程来描述 ;根系吸水子模型采用了根据Feddes模型改进得到的模型 ;蒸发蒸腾子模型采用Shuttleworth Wallace公式 ;采用叶片水平的气孔阻力 光合作用模型 ,并将其扩展到冠层尺度来确定冠层阻力、光合作用速度以及叶片气孔下腔的CO2 浓度 ,并进而确定冠层的CO2 通量 .本模型的特点是尽可能采用简便的处理方法来描述SPAC系统中的水、热、CO2 传输过程与光合作用过程 ,同时各个子模型又具有较强的机理性 .     

番茄膜下滴灌下土壤水分及硝态氮运移规律试验研究

针对甘肃省石羊河流域农业灌溉水分利用率低,盲目施用氮肥造成环境污染的问题,以大田试验为基础,研究了3种膜下滴灌措施及沟灌对土壤水分和硝态氮运移的影响.研究结果表明,膜下滴灌下土壤水分主要分布于0~60 cm深度,与番茄根系所在层吻合度较高,有利于作物根系对土壤水分的吸收;滴灌条件下土壤中NO_3-N含量随时间变化小,沟灌条件下土壤中NO_3-N含量随时间变化大;土水势为-30 k Pa滴灌措施下0~40 cm深度范围内NO_3-N含量高,40 cm以下NO_3-N含量低,土水势为-50 k Pa、-20 k Pa这两种滴灌措施下NO_3-N随深度分布规律不明显;土水势为-30 k Pa滴灌措施下对作物根系层NO_3-N的吸收及防止NO_3-N的深层流失效果最好.因此,采用土水势为-30 k Pa的膜下滴灌灌溉措施,有利于提高土壤水分及肥料利用效率,可以减小氮肥对环境的污染.     

SPAC系统中的水热CO2通量与光合作用的综合模型(Ⅰ)模型建立

本文建立了模拟农田SPAC(Soil-Plant-Atmosphere Continuum)系统中土壤水分动态，蒸发蒸腾、CO2通量和光合作用的模型。模型包括土壤水流子模型，根系吸水子模型，蒸发蒸腾子模型，冠层阻力-光合作用-CO2通量子模型几个组成部分。土壤水流子模型采用土壤水流的连续方程来描述；根系吸水子模型采用了根据Feddes模型改进得到的模型；蒸发蒸腾子模型采用Shuttleworth-Wallace公式；采用叶片水平的气孔阻力-光合作用模型，并将其扩展到冠层尺度来确定冠层阻力、光合作用速度以及叶片气孔下腔的CO2浓度，并进而确定冠层的CO2通量。本模型的特点是尽可能采用简便的处理方法来描述SPAC系统中的水、热、CO2传输过程与光合作用过程，同时各个子模型又具有较强的机理性。     

SPAC系统中的水热CO2通量与光合作用的综合模型（I）模型建立

本文建立了模拟农田SPAC（Soil-Plant-Atomosphere Contiuum)系统中土壤水分动态，蒸发蒸腾，CO2通量和光合作用的模型，模型包括土壤流水力子模型，根系蒸腾子模型，冠层阻力－光合作用－CO2通量子模型几个组成部分，土壤水流子模型采用土壤水充的连续议程来描述，根系吸水子模型采用了根据Feddes模型改进得模型，蒸发蒸腾子模型采用Shuttleworth-Wallace公式，采用叶片水平的气孔阻力－光合作用模型，并将其扩展到冠层尺度来确定冠层阻力，光合作用速度以及叶敢也下腔的CO2浓度，并进而确定冠层的CO2通量，本模型的特点是尺可能采用简便的处理方法来描述SPAC系统中的水，热，CO2传输过程与光合作用过程，同时各个子模型又具有较强的机理性。     

城市背景下草地植被根系层蒸散发及土壤水分模拟

为揭示城市化背景下草地植被根系层蒸散发和土壤水分的变动特性,选取扬州大学扬子津校区农水与水文生态实验场的禾草坪为研究区,对集中降雨事件同期的土壤水分变动过程进行分析,采用Penman-Monteith公式推求草地植被生长期内根系层(0～30 cm深度)的蒸散发量,并分析其变化特性。基于Richards方程构建研究区的一维土壤水分计算模型,在检验模型适用性的基础上,对草地植被根系层土壤水分变化过程进行模拟。结果表明:草地根系层土壤含水量在集中降雨期间有较明显的增加,而后逐渐减小,但不同深度的土壤含水量的增加幅度和变动过程存在较明显的差异;ET与降雨的联系密切,在集中降雨发生后,ET通常有较大幅度的增加;在计算时段内,所构建的一维土壤水分计算模型具有较高的计算精度。研究结果可以为城市化背景下草地植被根系层蒸散发及土壤水分运动的研究提供部分基础数据和方法上的借鉴。     

天然降雨条件下坡地水量转化的动力学模式及其应用

通过对天然降雨条件下坡地水量转化机理的分析，提出了描述降雨入渗、坡面径流和土壤水分运动的坡地水量转化动力学模式.提出并采用了坡面承雨强度、饱和含水率结皮修正系数等概念， 考虑了坡度、坡向和雨滴倾斜对坡面接受降雨的影响及结皮对入渗的影响，通量边界的水量平衡，论述了模型参数的测取方法.经野外初步试验表明，该模型对于模拟天然降雨条件下坡地土壤水分动态和坡地水量转化关系具有较高的精度.     

山西临汾麦田土壤水分动态模拟研究

田间土壤水变化的概念性模型包括根区土体水量平衡、根区下界面水分通量和作物蒸发蒸腾量等模型。根据山西临汾灌溉试验站2009年与2010年冬小麦试验资料,采用田间试验与理论分析相结合的方法,利用作物蒸发蒸腾模型、根区下界面水分通量模型进行了麦田土壤水分动态模拟。结果表明:田间土壤水分变化概念性模型计算的麦田土壤储水量与实测值有较好的一致性,模拟计算值和实测值的相关系数为0.958 7,拟合精度和预测精度均较高,相对误差为4%～12%。     

作物需水量计算研究进展

评述了作物需水量的计算,并着重分析了基于参考作物蒸发蒸腾量计算作物需水量的方法.提出了作物系数、土壤水分修正系数需要进一步研究的观点,并指出作物系数不但随作物生长发育时间而变化,也受气温和土壤水分状况累积效应的影响,土壤水分修正系数也有建立包含作物根系深度等因素的计算模型的必要.     

考虑水分胁迫滞后影响的作物生长模型

本文以作物生长动力学原理为基础，提出了一种可以考虑土壤水分滞后影响的作物生长模型.经与实测的小麦冠部干物质积累动态相比较，模拟与实测值吻合良好，在0.01置信水平下达到极显著相关，说明本文所建模型结构正确合理.将模型进一步应用于冬小麦生长的另外两个动态过程一根系生长和叶面积扩展，模拟与实测值均吻合良好，表明模型具有一定普遍意义.不同动态过程滞后影响时变参数对比显示，水分胁迫对叶面积的滞后影响大于对冠生长的滞后影响，对冠生长的滞后影响又大于对根系生长的滞后影响，表明对水分胁迫越敏感的作物生长过程，水分胁迫对它的滞后影响也越大.早期胁迫比后期胁迫对作物的滞后影响相对较小.     

土壤-植物-大气连续体水分传输的计算机模拟

本文在土壤-植物-大气连续体(SPAC)水分传输机理研究的基础上,提出了包括根区土壤水分动态模拟、作物根系吸水模拟和蒸发蒸腾模拟三个子系统的SPAC水分传输动态模拟模型,设计了SPAC水分传输模拟的计算机软件,经冬小麦生育期模拟值和实测值的比较分析表明,该模型模拟田间土壤水分动态和作物蒸发蒸腾具有较高的精度。最后,分析了SPAC水分传输动态对土壤水分运动参数、气象因素的敏感性,并进行了SPAC水分传输动态的计算机仿真试验。     

基于作物水分关系改进土壤水分胁迫修正系数的反求方法

土壤水分胁迫修正系数是宏观根系吸水模型的重要组成部分,其所含拟合参数通常基于反求方法予以评估,但传统反求方法未考虑不同胁迫条件下作物生长差异对潜在蒸腾速率的影响,也难以顾及前期水分胁迫对根系吸水或蒸腾带来的滞后影响(常导致复水后作物蒸腾与根区土壤水分变化趋势不同步),从而对参数评估带来较大偏差。鉴于此,本文提出两点相应的改进措施:(1)利用有效叶面积指数对遭受水分胁迫作物的潜在蒸腾速率进行校正;(2)在了解复水后蒸腾变化过程的基础上,仅利用蒸腾与根区水分变化动态基本同步阶段的相关实测数据来优化参数,以尽可能规避或减小滞后影响(即蒸腾与土壤水分变化的不同步过程)。基于不同灌溉处理冬小麦室内土柱栽培试验对改进方法的可靠性进行了评估,结果表明:与传统方法相比,基于改进方法优化参数所建立的根系吸水模型显著改善了冬小麦实际蒸腾速率和相对蒸腾速率的估算精度,使估算值与实测值间的均方根差(RMSE)分别保持在0.07 cm/d、0.04 cm/d以内,而决定系数(R~2)则均在0.96以上;模拟的土壤含水量分布也与实测值吻合良好(RMSE≤0.012 cm~3/cm~3;R~2≥0.83)。因此,所提出的改进方法可有效用于优化土壤水分胁迫修正系数中的拟合参数,为建立合理的根系吸水模型从而准确估算或模拟作物蒸腾耗水动态和土壤水分迁移过程奠定一定基础。但基于优化参数所建立的根系吸水模型仍难以准确再现根系吸水在复水后的缓慢恢复过程,有关复水后根系吸水的水分胁迫滞后效应机制及其定量表征仍需进一步深入研究。     

土壤-植物-大气连续体水分传输的计算机模拟

本文在土壤-植物-大气连续体(SPAC)水分传输机理研究的基础上,提出了包括根区土壤水分动态模拟、作物根系吸水模拟和蒸发蒸腾模拟三个子系统的SPAC水分传输动态模拟模型,设计了SPAC水分传输模拟的计算机软件,经冬小麦生育期模拟值和实测值的比较分析表明,该模型模拟田间土壤水分动态和作物蒸发蒸腾具有较高的精度。最后,分析了SPAC水分传输动态对土壤水分运动参数、气象因素的敏感性,并进行了SPAC水分传输动态的计算机仿真试验。     

SPAC系统中水热CO_2通量与光合作用的综合模型(Ⅱ):模型验证

本文利用禹城综合试验站土壤 -植物 -大气连续体系统综合观测场冬小麦田间实测资料 ,对“SPAC系统中水热、CO2 通量与光合作用的综合模型 (Ⅰ )模型建立”一文所建立的模拟土壤水分动态、蒸发蒸腾和冠层CO2 通量等功能进行了验证 .利用波文比观测水汽通量结果、土壤水分剖面监测结果分别对模拟计算腾发量和土壤水分剖面的验证结果表明 ,模拟计算的腾发量和土壤水分剖面是比较准确的 ;将模拟的光合作用过程中的CO2通量与实测值对比表明 ,模拟值与实测值的变化趋势是一致的 ,但是数量上存在一定的差异 .模拟光合作用过程和强度符合一般规律 .总体说明 ,所建立的系统模型在上述功能的模拟上是可行的     

浙江红壤区水分条件对冬小麦生长的动态耦合模拟

本文讨论了土壤水分运动与作物生长动态耦合模型的建立方法.经与试验结果比较，验证了土壤水分运动和作物生长动态耦合模型对冬小麦生长过程模拟的可靠性，分析了模型中有关作物旱害和渍害耦合参数的灵敏性.应用该模型对南方多雨地区冬小麦生长进行的分析。     

农田水分转化模型参数优选与应用

本文介绍了农田水分转化关系模型参数的确定方法。以在北京市水科所试验站观测的不同灌溉水平条件下的土壤水分资料为依据，进行了参数优选实例计算。并用该模型及其参数求得了该站１９９５年冬小麦不同灌溉供水量条件下的腾发量与根区下界面水分通量。该模型参数求解方法，对于充分利用大量的田间土壤水分观测资料研究农田水分转化规律和农田高效用水技术具有十分重要的意义。     

作物生长田间水分平衡的系统模拟

以作物生长模型MACROS(L1D)为基础，建立了土壤水分运动和作物生长耦合关系综合模拟系统. 着重介绍了SPAC体系水分运动子模型，并对土壤水分运动模拟的结果和各类参数的灵敏度等进行了分析.最后，应用该模拟系统对南方多雨地区冬小麦田土壤水分平衡和土壤渍害的发生过程进行了模拟分析。     

大尺度非饱和土壤水分运动的随机模型及有效参数的结构分析

本文将大尺度空间上的局部土壤水力特性及土壤水分变量视为三维统计平稳随机场的实现，在土壤参数及土壤水分变量的随机扰动为小扰动的条件下，通过对描述小尺度非饱和土壤水分运动的数学模型进行了平均处理，推导出描述大尺度非饱和土壤水分运动宏观特征的数学模型，模型的控制性方程与Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程的形式是一样的，应用谱分析理论对层状土壤条件下模型有效参数及负压水头方差的结构进行了分析，通过分析得到有效参数是各向