一、华北平原农田水热通量与作物水分利用效率的特征与模拟(论文文献综述)
刘曼,李国栋,任晓娟[1](2021)在《农田生态系统碳水通量研究进展》文中认为农田生态系统是陆地生态系统的一个十分重要的组成部分,不仅受自然规律的制约,还深受人类活动的影响.在全球气候变暖的背景下,我国作为农业大国,农田生态系统被认为是影响气候变暖和全球碳水循环的重要因素,农田生态系统碳水通量变化特征的研究对于探讨整个陆地生态系统乃至全球范围内的碳水循环规律具有重要的现实意义.通过梳理国内外文献,总结农田生态系统碳水通量的研究现状,重点论述小麦生态系统、玉米生态系统和水稻生态系统等主要农作物类型的生态系统中碳水通量的时间变化规律及研究成果,并对比了复合轮作型农田生态系统通量研究结果,发现二者变化曲线存有差异;简单论述了土壤温度、水分、光照及农艺措施等因素对农田生态系统碳水通量变化的影响,提出今后的研究重点可考虑对多因子协同作用的分析.对目前国内外测量农田通量的主要观测方法和估算方法包括涡度相关法(EC)、波文比能量平衡法(BREB)、蒸渗仪法、大孔径闪烁仪法(LAS)、彭曼法(P-M法)及空气动力学法等在农田生态系统通量研究中的成果进行了总结,并探讨其应用方面存在的优缺点.指出目前研究的一些不足,并对未来研究中值得深入研究的科学问题做出展望,为以后正确评价全球气候变化和有效进行农业活动提供科学理论依据.
王云霏[2](2020)在《半湿润易旱区冬小麦/夏玉米农田水碳通量观测与模拟》文中进行了进一步梳理关中平原是我国西北地区重要的粮食产区之一。随着水资源的日益短缺,大量的农业需水量和有限的淡水资源之间的矛盾日益突出。在气候变化的背景下,如何合理利用淡水资源优化水资源配置成为了当前热点问题之一。农田生态系统的能量及水碳通量是农田生态水文过程的主要过程。本文以关中平原作为研究区域,以能量及水碳通量观测为基础,选择典型的冬小麦夏玉米农田进行了以水碳通量观测与模拟为主要目标的农田生态水文过程研究。分析了关中地区典型农田生态系统的生态水文过程机理,构建了适用于该类型农田生态系统的生态水文模型,并以原位观测数据对该模型进行评价。研究得到以下结果:1. 冬小麦夏玉米农田能量及水碳通量季节与年际变化特征分析基于涡度相关系统和微气象观测系统的观测数据分析表明:轮作年的年总蒸散发(ET)分别为627mm-775mm。ET会随着叶面积指数(LAI)的快速增长而增长,并且ET在LAI达到最大时达到相应的峰值。此后,ET会随着叶片的衰老而降低。冬小麦日ET的最大值为5.5至6.0mm day-1,夏玉米日ET的最大值为5.2至6.7mm day-1。冠层导度(Gc)在玉米季和小麦季分别可以达到19.5 mm s-1和29.5 mm s-1的峰值。对于夏玉米和冬小麦,Gc对Priestley-Taylor系数(α)影响的阈值为10mm s-1,低于该阈值时,α随着Gc的增大线性增大。当LAI达到最大值时,波文比(β)日值处于0.1和0.2之间。当处于轮作期时,β日值一般处于1.5与2.9之间。玉米季和小麦季的平均值分别为0.59和0.53。环境因子分别解释了夏玉米季和冬小麦季82.6%和85.9%ET的变异性。Gc主要受净辐射(Rn)和饱和水汽压差(VPD)的直接影响,而ET仅主要受Rn的直接影响。夏玉米总初级生产力(GPP)比冬小麦高,但由于夏玉米生态系统呼吸(Re)值远大于冬小麦,夏玉米净生态系统碳交换(NEE)量反而比冬小麦小。2. 适用于该地区夏玉米农田的作物系数曲线的计算基于夏玉米蒸散发的实测数据,提出了适用于当地气候类型和田间管理措施的作物系数曲线,同时研究了夏玉米蒸发蒸腾量各组分(植物蒸腾量和土壤蒸发量)的季节与年际变化。结果表明,夏玉米农田的蒸发蒸腾量的不同组分具有明显的季节变化特征。在夏玉米的生长初期,土壤蒸发约占蒸发蒸腾量的78%–85%。随着冠层的不断生长,土壤蒸发量所占比率逐渐降低。在生长中期,土壤蒸发量很低,此时植物蒸腾量占蒸发蒸腾量的比率为54%–81%。基于研究地实测蒸发蒸腾量数据得出的不同生长阶段的作物系数分别为:生长初期为0.57,生长中期为1.01,生长后期为0.50。此作物系数曲线可以精确地预测作物需水量。由于气候和观测方法的不同,玉米作物系数的变异性很大。不同的蒸散发观测方法使得作物系数变异性很大。基于蒸渗仪测得的蒸散发数据得出的生长中期作物系数为1.20–1.53,显着高于基于涡度相关系统测得蒸散发数据得出的生长中期作物系数。尽管蒸渗仪被视作观测蒸散发的标准方法,但由于其观测尺度较小,区域代表性较低,通常会高估蒸发蒸腾量,进而会使得出的作物系数偏高。3. 基于SPAC系统的生态水文学模型(SCOPE_STEMMUS)的构建基于SPAC系统,将SCOPE和STEMMUS模型进行了耦合,结果表明,将SCOPE模型和STEMMUS模型进行耦合后,陆面通量的模拟和蒸散发ET的分离得到了改进,尤其当植被受水分胁迫时提升尤为明显。与SCOPE_STEMMUS与SCOPE、SCOPE_SM和STEMMUS进行对比,耦合模型STEMMUS_SCOPE可以很好的模拟当植被处于水分胁迫时的能量及水碳通量,同时该模型还可以模拟土壤水热和植被根系的动态变化。然而,该模型还有许多方面需要进一步改进。首先,在灌溉时,土壤温度的上边界条件估计还不够准确,这会显着影响到土壤温度的模拟。其次,土壤呼吸模块也需进一步改进,目前的模型对土壤呼吸的模拟仅考虑了土壤温度而忽视了土壤湿度对土壤呼吸的影响。综合而言,该模型集成了辐射传输、光合作用、根系动态生长及土壤水热运移等模块,可以作为模拟农田生态水文过程的准确方法。
许洁[3](2020)在《西北干旱农田生态系统水碳通量特征及模拟研究》文中认为气候变暖及全球性水资源短缺使得陆地生态系统水碳循环成为众多科研工作者及科研机构研究的焦点。农田生态系统作为地表与人类活动联系最密切的生态系统,不仅推动着社会经济的发展,还能够影响大气中的水碳循环过程。因此,定量把握农田生态系统水碳循环的特点对水资源合理配置和“固碳减排”具有重要意义。本研究以西北干旱葡萄田为研究对象,利用涡度相关系统、土壤碳通量测量系统和微型气象观测系统,获取了20172018年通量观测数据和气象数据。基于处理后的观测数据分析了不同时间尺度下能量通量和碳通量的变化特征、水碳通量与环境因子之间的关系及碳水耦合规律,除此之外,还通过CEVSA模型模拟结果与涡度观测值对比分析来验证CEVSA模型在葡萄田水碳通量模拟的适用性及准确性,并对不同气候变化情境下葡萄田水碳通量的变化进行了预测。主要结论如下:(1)2017年5~10月葡萄田能量分配具有明显的日变化特征,净辐射通量(Rn)、显热通量(H)、潜热通量(LE)和土壤热通量(G)均呈先增加后减小的趋势,前三者均在14:00左右达到最大,而G的最大值出现的滞后一些。2017~2018年生长季内各能量通量的变化不尽相同。Rn与LE最大,变化趋势呈“单峰型”。H的变化与LE相反,当生长季内LE最大时,H为负值,这与净辐射通量在各分量之间的转化有关。(2)葡萄田净生态系统交换量(NEE)和总初级生产力(GPP)的日变化趋势基本一致。夜间无光合作用,固碳量低,葡萄田表现为弱的碳源,日出后温度升高,光照增强使得光合能力提高,葡萄田表现为强的碳汇。不同月份碳通量日变化呈现明显的季节特点,5~10月碳通量的日变化量不同,6月份中午的碳通量值最大,7、8月次之,10月最小。生长季内,碳通量的季节变化特征比较显着,在萌芽期葡萄田表现为弱的碳汇,在葡萄快速生长期表现为碳汇,且固碳量不断增大,至生育末期逐渐减小。(3)日尺度下蒸散发(ET)对环境因子的响应与净生态系统交换量(NEE)不同。光合有效辐射是影响ET日变化的主要环境因子,其次为温度。日尺度下,土壤温度与NEE的相关性最强,光合有效辐射次之,饱和水汽压差相关性最小。半小时尺度下,蒸散发(ET)和净生态系统交换量(NEE)对环境因子的响应较为一致,二者均与光合有效辐射呈极显着(P<0.01)线性正相关,与温度和饱和水汽压差呈环状分布,相关性比较小。蒸散发(ET)和净生态系统交换量(NEE)与环境因子的关系有明显的季节差异性。冠层尺度的水、碳通量之间呈现明显的线性正相关关系,表明在冠层尺度上,水碳通量之间具有显着的耦合作用。(4)将CEVSA模型模拟值与观测值进行对比验证,结果表明,CEVSA模型对水碳通量的模拟达到了较好的模拟效果。基于不同的气候变化情景,该模型预测了不同气象变量条件下葡萄田水碳通量的变化特征。结果显示:ET对净辐射变化不敏感,对相对湿度、温度和降水的变化比较敏感。GPP与NEE对气象变量的敏感性基本一致,净辐射的变化对二者影响不大,GPP和NEE对相对湿度和降水的变化比较敏感,且GPP和NEE与相对湿度和降水均呈正相关变化。温度对GPP和NEE的影响与其他变量不同,当前温度下模拟的碳通量比温度±2?℃时模拟值都大,这表明当前温度可能更接近于葡萄光合作用的最适温度。
徐家屯[4](2020)在《基于RZWQM2模型的关中灌区冬小麦/夏玉米灌溉施肥优化及深层土壤水氮运移特征分析》文中提出水和氮是影响作物生长发育的重要元素。然而关中地区不合理的灌水及施氮普遍存在,导致了较低的水氮利用效率,造成了大量的水氮淋失,引起了地下水NO3--N污染。因此,采用合理的灌溉、施肥管理措施增加该地区的水氮利用效率以及作物产量,减少地下水NO3--N污染对保证粮食安全和农业的可持续发展具有重要意义。本研究针对我国关中平原灌区水氮利用效率较低、地下水NO3--N污染较严重的问题,以泾惠渠灌区夏玉米、冬小麦为研究对象,采用田间不同水氮处理试验和作物模型模拟相结合的方法开展了研究。利用田间试验数据评估了根区水质模型(RZWQM2)在关中地区的适应性;基于RZWQM2模型结合当地长时间序列的气象数据资料得出了灌区不同降水年型下较适宜的灌水时期及施氮量;讨论了作物产量、水氮利用效率对不同灌水定额、施肥及气象因素的响应规律;研究了不同灌溉及施肥措施对深层(根系层以下)土壤水、氮动态运移特征及地下水界面水、氮交换量特征的影响;分析了影响土壤深层剖面水氮运移特征的土质因素,为该地区高效的水、氮资源利用及其地下水硝态氮污染控制提供了依据。研究取得了如下主要成果:(1)评估了根区水质模型(RZWQM2)在关中地区的适应性。RZWQM2模型能够较好地模拟土壤水分、氮素状况,模拟水分及土壤硝态氮标准均方根误差n RMSE均在5.7-21.6%范围之间,一致性指数d变化范围在0.55-0.96之间;同时模型对冬小麦、夏玉米产量模拟效果较好,标准均方根误差n RMSE及一致性指数d变化范围分别在7.2%-11.1%和0.72-0.87之间;但模型对作物叶面积指数LAI模拟效果较差,其均方根误差RMSE在0.31-1.68范围之间,一致指数d在0.28-0.94之间变化;对作物水、氮利用效率模拟值与实测值吻合度较好,标准均方根误差n RMSE变化范围均在3.3%-25.1%之间。(2)得出了关中泾惠渠灌区不同降水年型下适宜的灌水时期及施肥量。在夏玉米丰水年及平水年,苗期灌溉是提高籽粒产量的关键,而在夏玉米干旱年型,建议于玉米苗期及拔节期进行2次灌溉,以保证较高的玉米产量。在冬小麦生育期内,拔节期则是冬小麦的需水关键期,为了保证籽粒产量,在冬小麦拔节期和灌浆期进行灌溉以满足其在丰水年型下对水分的需求,平水年型下推荐在拔节期、孕穗期和灌浆期进行三次灌溉,而在干旱年型下,需再增加一次冬小麦分蘖期灌水;施氮水平对作物产量影响较大,在夏玉米丰水年及平水年型下灌水量以及施氮量对玉米产量的交互效应不显着,而在干旱年型下,作物对氮素的需求随灌水量的增加逐渐增加,灌水量及施氮量对产量交互效应较显着。在冬小麦季不同降水年型下水、氮供应对产量的交互效应较显着,不同的水分供应条件对作物氮素吸收利用效应不同,在实际生产中建议根据当地水分的供应条件适当调整氮肥的施用量。在当地较充足的水分条件下,推荐适宜的冬小麦夏玉米施氮量分别为240、140 kg N ha-1。(3)揭示了不同灌水定额、施肥管理和气象因素对作物产量、水氮利用效率的影响规律。灌水定额分别为75-90 mm,90-105 mm能够保证夏玉米及冬小麦较高的籽粒产量及水分利用效率WUE。作物产量和施氮量符合linear-plus-plateau关系模型,产量及WUE均随施氮量增加呈现先急剧增加后增长缓慢的规律。作物氮素利用效率NUE对灌水量、施氮量和施肥次数比较敏感。水、氮深层损失受灌水量及施肥量的影响较大,灌水量的降低、施氮量的增加在一定程度上可以减少水分的深层损失量。在作物生长季不同降水年型下存在着降水、辐射、气温、相对湿度等各气象要素的较大变异,造成了作物产量及水氮利用效率的波动变化。在适宜的水氮条件下,作物产量与辐射量呈正相关关系;作物耗水量同辐射及温度呈极显着正相关关系,与相对湿度、降水量呈负相关极显着关系;而WUE与温度呈极显着负相关关系,与相对湿度呈极显着正相关关系;玉米NUE与温度及相对湿度分别呈显着负相关及正相关关系,而冬小麦NUE与日均温度与辐射量呈显着正相关关系,与相对湿度呈显着负相关关系;在不同降水年型内各指标与气象要素相关关系存在一些差异,夏玉米丰水年及平水年型内,作物产量与辐射量呈显着正相关关系,在干旱年型内产量与辐射量关系不显着;而小麦产量仅在丰水年型与辐射量呈显着正相关关系,在其他年型下关系不显着。(4)明确了不同灌溉、施肥条件下深层土壤的水、氮运移特征。深层土壤含水量及水分渗漏通量随灌水定额的增加而增加,当灌水量由60 mm增加到135 mm,含水量逐渐由0.247-0.252 cm3 cm-3增加到0.282-0.283 cm3 cm-3,水分渗漏通量逐渐从0.021-0.024 mm d-1增加到了0.107-0.110 mm d-1。而深层水运移速率随土层深度的增加符合指数下降关系,并随着灌水量的增加而增加,当灌水量由60 mm增加到135 mm,水分运移速率由0.034-0.060 m d-1增加到0.077-0.153 m d-1,30 m地下水深度响应根系层水分的时间由2.4年减少至1年;硝态氮在不同深度土层的积累及淋失受灌水量及施肥量的影响较大,随施肥量的增加,各土层硝态氮积累含量及硝态氮淋失通量逐渐增加,随灌水量的不断增加,硝态氮主要积累深度及淋失深度不断下移,当灌水量由60 mm增加到135 mm,硝态氮主要积累层及淋失深度由2-10 m逐渐下移至2-30 m。在低灌水量条件下,过量施肥所增加的土壤硝态氮残留对30 m地下水影响较小,而在高灌水量(≥105 mm)情境下,即使在较低施氮量情境下,硝态氮也会被逐渐淋洗至地下水深度,导致该地区地下水的污染。(5)进一步得出了影响土壤深层剖面水氮运移特征的土质因素。不同土质剖面下水分渗漏通量无显着差异,而深层水分运移速率差异显着,土质越轻,水分运移速率越快。从2 m至30 m深度,水分运移速率变化范围在0.022-0.038m d-1之间,30 m地下水深度响应根系层水分时间变化范围为2.02-3.48年。土壤水分运移速率与不同土质土壤孔径分布及饱和导水率分别呈显着正相关和极显着正相关关系;硝态氮在不同土质剖面下各土层内的积累及淋失特征差异较显着。砂土及壤质砂土由于其较大的土壤孔隙,硝态氮很难在上层形成积累,影响深度至少可达25-30 m且硝态氮淋失通量较大。在粉质粘土及粘土剖面,硝态氮主要积累在5-10 m土层,很难被运移至下层土壤,且硝态氮淋失通量值相对较小。在其它壤土类剖面下,硝态氮主要积累深度以及淋失深度在15 m以内。硝态氮淋失通量与土壤孔径分布及饱和导水率呈显着正相关关系,与凋萎含水量、田间持水量与饱和含水量均呈负相关关系,且与凋萎含水量与田间持水量呈极显着负相关关系。
马婷[5](2020)在《干旱区葡萄生态系统碳循环特征研究》文中研究指明气候变暖加速的背景下,农田生态系统是受人类活动影响最大的生态系统,其碳库变得十分活跃。中国西北干旱区自然环境脆弱,葡萄作为干旱区广泛种植的经济作物,其藤本结构和多年生属性对区域碳库有重要影响。研究葡萄园内的碳通量变化规律和机制对认识干旱区碳循环过程有重要意义。本文以我国西北干旱区葡萄园农田为研究对象,利用土壤碳通量自动观测系统结合涡度相关系统的方法,于2013年7月至2017年10月研究了干旱区葡萄园碳循环不同分量的时间变化规律,分析了不同时间尺度上碳通量的主要驱动因子及控制机制,量化了葡萄园内的各碳分量的年总量并利用碳足迹分析法评估了葡萄园碳源/汇功能,率定了已有的DNDC(DeNitrification?DeComposition)碳循环模型参数并探讨了碳通量在不同情景模式下的响应强度。主要结果如下:(1)葡萄园总土壤呼吸(TSR)以及其不同组分(自养呼吸(AR)和异养呼吸(HR))的日变化峰值存在差异。季节尺度上TSR、HR和AR呈一致的单峰型曲线,AR对TSR的贡献率在15?63%之间变化,年均值为37%。4年平均的TSR、HR和AR年均总量分别为739±71、457±38和282±84 g C m-2 yr-1。(2)灌溉和施肥强烈影响TSR、HR和AR的日总量。不同时间尺度上,0?5 cm土壤温度(ST5)、0?5 cm土壤含水量(SWC5)和总初级生产力(GPP)是影响TSR以及其不同组分的重要因子。更重要的是,同一因子对不同时间尺度上土壤呼吸的相关关系存在差异,在分析研究中考虑特定时间尺度上环境变量与TSR特定的关系是理解土壤呼吸变化规律的重要前提。(3)净生态系统CO2通量(NEE)的日变化由于光抑制现象呈“W”型,在正午12:00和14:00出现两个峰值。天气状况、剪枝和灌溉都会显着影响NEE的日变化动态。GPP、NEE和生态系统呼吸(ER)年均总量分别为?1651±59、?573±68和1078±59 g C m-2 yr-1。不同时间尺度上控制NEE的环境因子存在差异。光合有效辐射(PAR)和冠层导度(Gc)是影响小时尺度上NEE的重要因子。而在日尺度上,大气温度(Tair)和Gc是影响NEE变化的主要因素。在月尺度上,Gc与NEE呈线性相关,是控制NEE的主要因子。(4)通过综合考虑葡萄生产过程中的碳足迹和葡萄园净碳吸收量,本文估算得到的4年葡萄园平均净碳收支为?7806 kg CO2-eq.hm?2。这表明该葡萄园为净碳汇植被。(5)DNDC模型能够较好地模拟NEE和GPP的变化特征,但是对TSR和ER的模拟效果较差。ER、NEE和GPP的年均总量受大气CO2浓度、大气温度、表层(0?10 cm)土壤有机碳含量和耕作深度的显着影响。施氮肥和灌溉强度在超出所需值后对生态系统碳交换的影响有限。
文建川[6](2020)在《双季稻水热传输特征及冠层阻力模型在蒸散模拟中的应用研究》文中进行了进一步梳理研究稻田生态系统的水热传输规律、控制机理以及蒸散耗水情况,有利于作物水分生产力提升以及改善农田和流域灌溉管理。本文以江西省余江县刘家站农场作为研宄区,稻田生态系统为研究对象,基于稻田生态系统水热通量为核心的涡度相关系统观测数据、波文比仪观测数据和气象数据,分析了早、晚稻的水热通量时间分配规律、能量闭合情况,蒸散特征及其与环境因子的关系。同时在蒸散模拟部分,考虑到Penman-Monteith和Shuttleworth-Wallace蒸散模型中均涉及冠层阻力这一关键因子,因此采用Jarvis、Irmak和Stannard三种冠层阻力模型分别应用到PM和SW模型中,筛选出精度较高、最适用于该研究区水稻的冠层阻力模型。得出以下结论:(1)早稻和晚稻净辐射通量的生育期均值日变化峰值出现生育期不同,它们季节变化特征分别呈现波动性上升和下降的趋势。潜热通量季节变化趋势与净辐射较为同步,早稻的潜热通量在成熟期较高,晚稻的则在旺盛生长阶段较高、成熟期最低,感热通量的变化规律则与潜热通量相反。早稻和晚稻的土壤热通量波动范围均较小。早稻和晚稻的能量分配比例的日变化因生育期变化有所不同,早稻的LE/Rn比例在成熟期高于其他生育期,H/Rn的比例在返青分蘖期略高于其他生育期。晚稻的LE/Rn比例在拔节孕穗期最高,H/Rn在返青分蘖期和成熟期要明显高于中间两个生育期。而G/Rn没有明显变化。(2)夜间稻田能量闭合状况较差,白天时段的能量闭合度高于全天时段。晚稻白天能量闭合度为77.9%,要高于早稻(70%),二者在全天时段接近。将土壤热储量校正到地表后,早稻和晚稻在不同生育期的能量平衡残差减少,OLS线性回归斜率都有所增加,能量闭合程度分别增加了7.2%和8.8%;晚稻的能量平衡比率由0.782增加到0.842,增涨幅度高于早稻。(3)晴天条件下的蒸散日变化曲线相对阴天较为平滑,各生育期的典型晴天蒸散总量明显高于阴天。早稻日蒸散量的季节变化与晚稻趋势相反。采用地理探测器统计方法对蒸散的控制机理进行研究,结果表明在晴天时,相对湿度、风速、净辐射和饱和水汽压差对水稻蒸散的贡献率要显着大于阴天条件。众多环境因子对晚稻日蒸散量的贡献率明显高于早稻,而净辐射和土壤温度对早稻影响更显着。不同环境因子间均存在交互关系,任何两个因子交互后的贡献率均大于各自的单独贡献率,其中净辐射与环境因子的交互贡献率最高。稻田蒸散与冠层导度((8)的关系均表现为幂函数增长形式,当冠层导度小于10mm·s-1时,蒸散随着冠层导度的增加迅速增大。(4)具有八组不同胁迫函数组合形式的Jarvis模型与PM模型结合,模拟精度呈现不同程度的差异。PM_Jarvis和PM_ST模型在水稻返青分蘖期存在明显低估现象,而PM_Irmak模型在水稻所有生育阶段的模拟值均与蒸散日变化动态值接近。PM_Irmak模型的均方根误差、平均绝对误差均比PM_Jarvis模型和PM_ST模型偏小,确定系数、纳什效率系数和一致性指数相比更接近1,整体模拟效果最好。对于Shuttleworth-Wallace模型,则表现为Jarvis应用到SW模型中模拟效果最好。利用PM_Irmak和SW_Jarvis模型对阻力参数进行敏感性分析,均表现为对冠层阻力最敏感。
余昭君[7](2020)在《基于波文比的半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾估算》文中提出葡萄是陕西关中地区正在大力发展的特色经济水果,是农民致富增收的重要产业之一。但是关中地区地处我国半干旱半湿润地区,水资源较为短缺,降水时空分布不均,降雨多集中于夏季,春季降雨较少,对生育期内生态系统的良性运转以及葡萄产量与品质的提高都造成了严重的阻碍。因此,准确掌握葡萄园内土壤水分状况以及需水量,从而确定合理的灌溉制度,为半湿润地区葡萄园水分管理提供理论依据,对于维持葡萄良好的生长环境,提高葡萄的产量与品质具有重要意义。本研究于2018年4月1日至8月23日在陕西省咸阳市杨凌区君度·唯尔葡萄庄园开展,基于波文比法(BREB)探究了我国半湿润地区葡萄园适用的蒸发蒸腾量测定与模拟方法,取得了以下主要结果:(1)根据水热平衡中不同分量之间存在的方向性制约关系和波文比测量系统中温湿度传感器的精度,确定波文比采集数据取舍范围,进行数据筛选;以水量平衡法的蒸散量结果为参考,对比分析波文比-能量平衡法的估算结果发现,利用波文比法可以较好地反映葡萄园蒸发蒸腾量变化规律,监测结果具有较高精度。(2)分析了葡萄园下垫面水热通量在不同生育阶段和典型天气条件下的分配特征及潜热通量对相关气象因素的响应,并运用BP神经网络对葡萄园潜热通量进行预测,根据预测模型,分析比较潜热通量对环境因子变化的敏感性。水热通量的日变化特征表现为单峰二次曲线,从上午7:00左右开始增长,中午12:30左右达到峰值后开始减小,夜间基本不变。感热通量在全部生育期都占了地表能量的绝大部分,潜热通量较小,所占比例随生育期时间逐渐增大,在果实膨大期达到最大后开始减小。雨天,水热平衡各分量都比晴天小,潜热通量略大于显热通量;而阴天潜热通量的日变化波动明显比其他天气条件下都大。BP神经网络根据气象因子模拟出的潜热通量与波文比法的计算值相关性较高,同时,潜热通量的变化对净辐射和土壤热通量的改变最为敏感,而对风速u变化的敏感程度较低。(3)探究了葡萄生育期蒸发蒸腾规律,采用单、双作物系数法估算半干旱半湿润地区葡萄蒸散量(ET),将计算结果与波文比-能量平衡法进行对比分析其在半湿润气候区葡萄园的适用性。从全生育期来看,葡萄蒸发蒸腾量的变化特征呈现较为明显的季节性,在萌芽期和新梢期,日均蒸发蒸腾量分别为1.32 mm/d、1.25 mm/d;葡萄开花期每日蒸发蒸腾量的平均值为1.22 mm/d;在果实膨大期累积蒸发蒸腾总量达到91.56 mm/d;在着色与成熟期,随着温度不断升高,葡萄蒸发蒸腾量的日平均值不断增大,达到2.34 mm/d。葡萄的基础作物系数Kcb在生育初期处于较低水平,均值为0.13,在生育中期增幅较大,后维持在较大值,Kcbmid为0.34,至后期逐渐减小至0.32。土壤蒸发系数Ke整体上在发育初期较大,初期均值为0.72,在中期达到最小值0.34,后期为0.39。单、双作物系数法与波文比能量平衡法两种方法计算的结果具有较好的一致性,而单、双作物系数法相比而言,后者的估算结果可靠程度更高,因此,双作物系数法可以为本地区葡萄的蒸发蒸腾量估算提供更为准确的参考。(4)采用P-M模型与S-W模型对半湿润地区葡萄的蒸发蒸腾量进行了初步的模拟,以波文比-能量平衡法为实际值,比较了模型估算值和实测值的大小,分析了P-M模型与S-W模型在我国半湿润地区葡萄蒸发蒸腾量估算的适用性。实测的葡萄全生育期蒸发蒸腾总量平均值为1.69 mm/d,P-M模型模拟平均值为2.65 mm/d,对2018年葡萄园的蒸发蒸腾量存在一定程度上的高估,二者的决定系数R2为0.68,平均绝对误差MAE为0.63,均方根误差为0.53 mm/d。S-W模型估算均值为1.79,R2为0.73,MAE为0.51,均方根误差为0.61 mm/d。从整体上看,S-W模型估算效果更好,偏差相对较小,但对生育期内葡萄的蒸发蒸腾量存在一定的高估。
祁鸣笛[8](2019)在《充分滴灌下覆膜对玉米农田小气候与水热通量的影响研究》文中指出研究覆膜对玉米的农田小气候与水热通量的影响,有利于从农田尺度定量评价玉米膜下滴灌对东北地区节水的影响效应,有利于保证玉米生育期内的水分调控。本研究于20172018年在“黑龙江省水利科技实验研究中心”进行试验,测量土壤温湿度、冠层温度、行间温湿度、太阳净辐射和土壤热通量,并利用波文比能量平衡方程计算农田潜热通量与显热通量,对覆膜与不覆膜处理的玉米农田小气候、水热通量和蒸发蒸腾规律进行了系统的比较,为我国东北地区膜下滴灌玉米的节水机理研究提供理论依据。主要研究结论如下:(1)全生育期覆膜提高了0-80 cm平均地温和土壤积温,随着土层深度的增加增温效果逐渐降低,且无论是晴天还是阴天,覆膜措施均延缓了土壤温度的变化。除降雨时段,覆膜显着提高了土壤湿度。覆膜在拔节期、灌浆期和成熟期提高了玉米冠层温度,而在苗期和抽雄期降低了玉米冠层温度,其中抽雄期与灌浆期覆膜措施对冠层温度的影响最显着(P<0.05)。(2)无论覆膜与否影响玉米冠层温度的主要气象因子均为气温与饱和差。覆膜与不覆膜处理CWSI模型下基线分别为(Tc-Ta)ll=2.934-1.788VPD与(Tc-Ta)ll=2.756-1.714VPD,决定系数均大于0.75。(3)覆膜改变了水热平衡各分项的日内变化,在日尺度上明显降低了潜热通量,显着提高了显热通量(P<0.05),在白昼时间提高了土壤热通量。全生育期,覆膜降低了净辐射和潜热通量,同时提高了土壤热通量,除苗期外提高了显热通量。抽雄期、灌浆期和成熟期波文比平均值显着提高了0.03(P<0.1)。全生育期覆膜与不覆膜处理潜热通量占净辐射的比例分别为73.28%与74.99%,显热通量占净辐射的比例分别为25.68%与24.13%。(4)通径分析结果显示:影响玉米瞬时潜热通量的主要气象因子均为太阳辐射与饱和差,但覆膜加强了饱和差对瞬时潜热通量的影响,降低了太阳辐射对瞬时潜热通量的影响;影响玉米日潜热通量的主要气象因子均为饱和差、太阳辐射与相对湿度,但覆膜加强了饱和差与相对湿度对日潜热通量的影响,降低了太阳辐射对日潜热通量的影响。(5)相比不覆膜处理,覆膜处理灌浆期晴天玉米蒸腾速率降低了13.46%,阴天会削弱覆膜措施对灌浆期玉米的蒸腾速率的影响;覆膜处理蒸发蒸腾速率峰值时间比不覆膜处理滞后1小时左右。与不覆膜处理相比,覆膜处理蒸发蒸腾速率在苗期显着降低了20.36%(P<0.05),整个生育期作物蒸发蒸腾量平均降低了8.07%;另外,覆膜使得玉米将更多的蒸发蒸腾量集中于抽雄期和灌浆期,同不覆膜处理比较增加了2.52%。(6)与不覆膜处理相比,覆膜处理各生育期Kc值均较小,全生育期平均降低了0.10,同比降低9.26%。模型拟合结果显示,无论覆膜与否,Kc(DAG)模型要好于Kc(GDD)模型和Kc(LAI),具有最好的拟合和估算精度。可见,覆膜措施改变了玉米土壤环境,降低了玉米农田净辐射,提高了土壤热通量,影响了气象因子与潜热通量的响应关系,从而降低了玉米农田的蒸发蒸腾量,最终改变了玉米农田水热通量的分配格局。
吴东星[9](2018)在《黄河下游平原典型冬小麦农田生态系统碳水通量研究》文中认为在全球气候变化背景下,定量研究陆-气之间物质和能量的交换过程和机制是解决全球气候变暖、水资源枯竭和生态系统功能退化等问题的一个重要途径。黄河下游平原处于暖温带半湿润气候区,光热资源丰富,是我国最主要的粮棉产区之一。研究黄河下游平原农田生态系统蒸散量、生产力和水分利用效率具有重要的理论和实践意义。本研究在黄河下游平原的中国科学院封丘农田生态系统实验站,基于全要素气象观测系统、涡度相关系统、大孔径闪烁仪等多尺度观测试验,开展了冬小麦农田生态系统碳通量、生产力水平、蒸散发和水分利用效率方面的模拟研究。本研究的主要结论如下:冬小麦整个生育期内NEE为-360.15 g C·m-2,总初级生产力(GPP)总量为1920.01g C·m-2,冬小麦农田生态系统具有较强固碳能力。冬小麦农田生态系统CO2通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇。表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO2·μmol-1,光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO2·m-2·s-1,月平均生态系统呼吸为193.92 g C·m-2·month-1。冬小麦4个典型生育时期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显着水平。分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差(VPD)的相关关系极显着。冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关关系,拔节期呈负相关关系。涡度相关的通量印痕在冬小麦生长初期和生长末期均小于大孔径闪烁仪,且两者的通量信息大部分来源于水浇地和果园,少部分来源于村庄和公路用地。在站点尺度上,涡度相关法观测的蒸散具有明显的日变化和季节变化特征,冬小麦生育期内蒸散总值为722 mm,日平均蒸散为2.64 mm/d。在区域尺度上,大孔径闪烁仪观测冬小麦生育期内总蒸散量为748.19 mm,日平均蒸散为2.74 mm/d。以涡度相关技术为参照,综合分析四种潜在蒸散模型的模拟效果,发现FAO-PM模型模拟蒸散值与涡度相关观测蒸散值较为接近,PM模型、R-K模型和P-T模型模拟蒸散值较小。在冬小麦生长初期时,潜热通量(LE)与饱和水气压差(VPD)、净辐射(Rn)、风速(u)和摩擦风速(u*)具有较显着的正相关关系;而与土壤温度(ST)、土壤含水量(SM)和相对湿度(RH)呈负相关关系。在冬小麦生长末期时,LE与VPD、SM和T具有显着的正相关关系;而与ST和RH呈负相关关系。LE与Rn和u*具有显着的相关关系。冬小麦四个典型生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)水分利用效率的月平均日变化均呈倒“U”型,水分利用效率(WUE)、内在水分利用效率(WUEi)和固有水分利用效率(WUE*)的季节变化特征明显。在季节尺度上,WUE和WUE*表现为增加趋势,而WUEi表现为先增加后减少趋势。WUE和蒸散、饱和水气压差和气温具有正相关关系,相关系数分别为0.65、0.48和0.74;WUE*和ET、VPD和T具有显着的正相关关系,相关关系分别为0.67、0.77和0.69;而WUEi与ET、VPD和T具有负相关关系,相关关系分别为-0.05、-0.04和-0.14。实测WUE和Aquacrop模型模拟的WUE具有相对较好的相关性。在未来RCP2.6情景下,黄河下游平原冬小麦WUE为最低值1.42,而在RCP8.5情景下WUE为最大值3.66。在未来温度升高3℃,降雨量减少30%时,冬小麦WUE减少35.1%;而在温度降低3℃,降水增加30%时,冬小麦WUE增加13.8%。
明广辉[10](2018)在《绿洲膜下滴灌农田水热盐碳通量研究》文中研究说明西北干旱区绿洲是我国重要的粮棉产区,但面临水资源缺乏和生态退化的威胁,对以膜下滴灌为代表的高效节水灌溉技术有强烈需求。近20年大面积推广的膜下滴灌及其导致的地下水位下降对绿洲农田和区域下垫面及水热盐碳循环过程产生了重要影响,但相关观测和研究缺乏,制约灌区水土资源的科学管理,亦导致陆面模式参数化的不确定性。依托清华大学库尔勒绿洲生态水文试验站,于20122016年利用涡度、气室、取样等定点观测方法对绿洲典型膜下滴灌农田水热盐碳通量进行综合观测,分析通量时空变化特征及控制因素,通过碳通量分解获得碳平衡各要素,并探讨了膜下滴灌对农田固碳潜力和碳水耦合的影响。覆膜将农田分为膜下和膜间,增加了下垫面和各通量的空间变异性。覆膜增大了下垫面反射率,降低了土壤热通量,是能量不闭合的重要原因。覆膜减少了棵间蒸发,使得灌溉和降水量的近70%消耗于蒸散发,提高了田间水利用系数。通过闭合农田水量平衡得到深层水分交换量,随着地下水位下降苗期和收获期深层水分交换量减弱,土壤含盐量逐渐减小,在地下水位埋深3.5 m时,膜下滴灌结合冬春灌既可以抑制盐分升高又不对自然植被需水造成危害。覆膜和不覆膜滴灌农田土壤呼吸对比试验表明,膜间、播种孔和薄膜都是土壤中CO2排放的重要路径;土壤水分是土壤呼吸的主要控制因素;覆膜促进还是抑制土壤呼吸受到生育期内降水量的影响,在干旱区促进而在湿润区抑制土壤呼吸。通过对土壤和冠层净碳通量分解,获得了农田碳平衡收支情况,当考虑作物收获时净生物圈生产力NBP为67.12 g C m-2,表明该农田为较弱的碳源,是因为膜下滴灌促进了呼吸作用,使得生态系统呼吸Reco占到总初级生产力GPP的93%,导致固碳潜力减弱,土壤有机碳含量下降。叶片、植株和冠层尺度碳水耦合特征表明,叶片尺度和冠层尺度水分利用效率均小于不覆膜农田,是因为膜下滴灌提高了农田的蒸散发量。总的来说,膜下滴灌提高了土壤温湿度条件,抑制了土壤蒸发返盐,增加了干物质量;但增强了土壤呼吸、减弱了固碳潜力;提高了蒸散发量,降低了作物水分利用效率。本研究弥补了绿洲典型膜下滴灌农田通量综合观测和系统分析的不足,揭示了膜下滴灌农田水热盐碳通量时空变化规律、固碳潜力和碳水耦合特征,以上研究成果对于气候变化条件下陆面模式参数化以及农田水和碳管理有重要参考价值。
二、华北平原农田水热通量与作物水分利用效率的特征与模拟(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、华北平原农田水热通量与作物水分利用效率的特征与模拟(论文提纲范文)
(1)农田生态系统碳水通量研究进展(论文提纲范文)
0 引言 |
1 农田生态系统碳水通量研究 |
1.1 小麦生态系统碳水通量 |
1.2 玉米生态系统碳水通量 |
1.3 水稻生态系统碳水通量 |
2 农田生态系统碳水通量的影响因子 |
3 农田生态系统碳水通量的观测方法 |
3.1 涡度相关法 |
3.2 波文比能量平衡法 |
3.3 蒸渗仪法 |
3.4 大孔径闪烁仪法 |
4 农田生态系统碳水通量的估算方法 |
4.1 彭曼法 |
4.2 互补相关法 |
4.3 空气动力学法 |
5 问题与展望 |
(2)半湿润易旱区冬小麦/夏玉米农田水碳通量观测与模拟(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.1.1 陆面过程与气候变化 |
1.1.2 陆地生态系统能量和物质的传输 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 陆面过程观测研究现状 |
1.2.2 陆面过程模型研究 |
1.2.3 根系吸水(RWU)模型研究现状 |
1.2.4 根系生长模型研究现状 |
1.3 农田生态水文研究中存在的主要问题 |
1.4 本研究思路及主要内容 |
1.5 本研究技术路线 |
第二章 关中地区冬小麦夏玉米农田陆面过程观测 |
2.1 概述 |
2.2 研究区域概况 |
2.3 观测仪器及数据采集 |
2.4 涡度相关数据处理 |
2.5 涡度相关数据能量闭合分析 |
2.6 结果与讨论 |
第三章 关中平原冬小麦夏玉米农田能量及水碳通量特征分析 |
3.1 概述 |
3.2 研究方法 |
3.2.1 表面参数计算 |
3.2.2 通径分析 |
3.2.3 植物蒸腾和土壤蒸发分离方法 |
3.2.4 净生态系统碳交换(NEE)的分解 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 微气象因子变化 |
3.3.2 表面参数季节年际变化 |
3.3.3 能量分配和波文比变化 |
3.3.4 蒸散发对环境和生物因子的响应 |
3.3.5 中国不同生态系统波文比对比 |
3.3.6 中国不同地区小麦、玉米年蒸散发对比 |
3.3.7 碳通量的日内变化特征 |
3.3.8 碳通量及蒸散组分的季节和年际变化特征 |
3.3.9 不同生态系统GPP、NEE和 Re对比 |
3.4 小结 |
第四章 关中平原夏玉米ET分离及作物系数计算 |
4.1 概述 |
4.2 研究方法 |
4.2.1 基于当地气候条件的作物系数的计算 |
4.2.2 实际作物系数的计算 |
4.2.3 统计分析 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 玉米生长季的气候条件 |
4.3.2 玉米生长季蒸发蒸腾量、土壤蒸发量和作物蒸腾量季节变化 |
4.3.3 夏玉米作物系数的确定 |
4.3.4 不同地区玉米生长中期作物系数对比 |
4.4 小结 |
第五章 SCOPE_STEMMUS耦合模型的建立与验证 |
5.1 概述 |
5.2 SCOPE_STEMMUS模型技术路线 |
5.3 SCOPE_STEMMUS模型中主要过程的数学描述 |
5.3.1 SCOPE模型主要过程的数学描述 |
5.3.2 STEMMUS模型主要过程的数学描述 |
5.3.3 SCOPE_STEMMUS模型主要过程的数学描述 |
5.4 模型驱动及验证数据 |
5.5 结果与讨论 |
5.5.1 土壤湿度模拟 |
5.5.2 土壤温度模拟 |
5.5.3 能量通量模拟 |
5.5.4 日蒸散发ET、植物蒸腾T和土壤蒸发E模拟 |
5.5.5 净生态系统碳交换NEE模拟 |
5.5.6 叶水势、水分胁迫系数和根长密度的模拟 |
5.5.7 SCOPE_STEMMUS模型的应用 |
5.6 小结 |
第六章 结论 |
6.1 主要研究成果 |
6.1.1 揭示冬小麦夏玉米农田能量及水碳通量特征 |
6.1.2 确定关中平原的夏玉米作物系数 |
6.1.3 构建冬小麦夏玉米农田水碳通量模拟模型 |
6.2 本研究创新点 |
6.3 本研究不足与展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历 |
(3)西北干旱农田生态系统水碳通量特征及模拟研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景与研究意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 农田生态系统碳通量研究进展 |
1.2.2 农田生态系统水通量研究进展 |
1.3 科学问题、研究目的、内容 |
1.3.1 拟解决的科学问题 |
1.3.2 研究目的 |
1.3.3 研究内容 |
1.4 技术路线 |
第二章 研究区概况与数据处理 |
2.1 研究区概况 |
2.2 观测数据获取 |
2.2.1 涡度相关系统 |
2.2.2 环境因子和植物生长因子监测 |
2.2.3 土壤呼吸数据监测 |
2.3 观测数据预处理 |
2.3.1 能量闭合度与通量印痕分析 |
2.3.2 水碳通量数据预处理 |
2.3.3 碳通量的分解 |
2.4 CEVSA模型介绍 |
2.4.1 模型结构 |
2.4.2 输入数据及参数率定 |
2.4.3 模型应用及验证 |
2.5 小结 |
第三章 水分-能量通量特征及其影响因素研究 |
3.1 环境因子和植物生理因子的变化特征 |
3.2 葡萄田能量通量的变化特征 |
3.2.1 能量通量的日变化特征 |
3.2.2 能量通量生长季变化特征 |
3.3 葡萄田蒸散发对环境因子的响应 |
3.3.1 日尺度下蒸散发对环境因子的响应 |
3.3.2 半小时尺度下蒸散发对环境因子的响应 |
3.4 小结 |
第四章 碳通量变化及碳水耦合规律 |
4.1 葡萄田碳通量变化特征 |
4.1.1 环境因子的年际变化 |
4.1.2 碳通量的日内变化特征 |
4.1.3 碳通量生长季内变化特征 |
4.2 葡萄田碳通量对环境因子的响应 |
4.2.1 日尺度下碳通量对环境因子的响应 |
4.2.2 半小时尺度下碳通量对环境因子的响应 |
4.3 葡萄田水分-碳通量耦合特征 |
4.3.1 水分利用效率的季节变化特征 |
4.3.2 灌溉对水分利用效率的影响 |
4.4 小结 |
第五章 基于陆面过程的水碳通量模拟研究 |
5.1 模型模拟结果对比 |
5.1.1 水通量模拟结果对比 |
5.1.2 碳通量模拟结果对比 |
5.2 模型输入变量的敏感性分析 |
5.2.1 模型输入变量对水通量的影响 |
5.2.2 模型输入变量对碳通量的影响 |
5.3 小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要研究结论 |
6.2 论文创新点 |
6.3 不足与展望 |
参考文献 |
在学期间的研究成果 |
致谢 |
(4)基于RZWQM2模型的关中灌区冬小麦/夏玉米灌溉施肥优化及深层土壤水氮运移特征分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 作物水氮优化管理研究进展 |
1.2.2 土壤深层水氮运移规律研究进展 |
1.2.3 RZWQM2模型研究进展 |
1.3 需要进一步研究的问题 |
1.4 研究目标和内容 |
1.4.1 研究目标 |
1.4.2 研究内容 |
1.5 技术路线 |
第二章 材料与方法 |
2.1 试验地概况 |
2.2 试验材料与试验设计 |
2.3 测定项目与方法 |
2.3.1 土壤观测指标 |
2.3.2 作物生理指标 |
2.3.3 作物水氮利用效率 |
2.3.4 气象数据 |
2.4 数据分析 |
第三章 RZWQM2模型适应性评估 |
3.1 模型评估与方法 |
3.1.1 模型参数率定与验证过程 |
3.1.2 模型模拟效果评价指标 |
3.2 适应性结果与分析 |
3.2.1 土壤水分 |
3.2.2 土壤硝态氮 |
3.2.3 作物生长指标 |
3.2.4 水氮利用效率及深层损失量 |
3.3 小结 |
第四章 关中灌区作物不同降水年型灌水时期及施肥量模拟研究 |
4.1 模型应用设置 |
4.2 不同降水年型下的灌溉管理策略 |
4.3 不同降水年型下水氮交互效应分析 |
4.4 小结 |
第五章 灌水定额、施肥及气象因素对作物产量和水氮利用效率的影响 |
5.1 模型应用设置 |
5.1.1 模型输入参数设置 |
5.1.2 模拟情景设置 |
5.2 灌溉施肥对作物产量、WUE、NUE和水氮淋失的影响 |
5.2.1 作物产量、WUE及 NUE |
5.2.2 水分深层渗漏损失及氮素淋失量 |
5.3 作物产量、水氮利用效率的气象因素分析 |
5.3.1 不同降水年型气象因素 |
5.3.2 作物产量及水氮利用效率变化特征 |
5.3.3 各指标与气象因素相关分析 |
5.4 小结 |
第六章 不同灌溉及施肥措施对深层土壤水、氮长期动态特征的影响 |
6.1 模型模拟情景设置 |
6.2 灌溉农田深层土壤水分长期动态响应 |
6.2.1 水分深层渗漏长期累积量 |
6.2.2 水分深层渗漏通量变化 |
6.2.3 深层土壤水分渗漏通量速率同土层深度关系 |
6.2.4 深层土壤含水量动态变化 |
6.3 深层土壤硝态氮长期动态响应 |
6.3.1 硝态氮淋失长期积累量 |
6.3.2 硝态氮淋失通量变化 |
6.3.3 深层土壤硝态氮浓度含量变化 |
6.3.4 硝态氮淋失通量随土层深度相关关系 |
6.4 小结 |
第七章 不同类型土壤剖面深层水氮运移特征分析 |
7.1 模型模拟情景设置 |
7.2 灌溉农田2m土层水氮淋失特征 |
7.3 不同类型土壤剖面深层土壤水分运移特征 |
7.4 不同土质剖面下深层土壤氮素运移特征 |
7.5 影响土壤水氮运移特征的土壤水力学因素分析 |
7.6 小结 |
第八章 结论和展望 |
8.1 结论 |
8.2 论文创新点 |
8.3 不足和展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(5)干旱区葡萄生态系统碳循环特征研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 国内外碳通量研究现状 |
1.2.1 碳通量观测方法 |
1.2.2 生态系统碳通量研究进展 |
1.2.3 农田生态系统碳通量 |
1.2.4 葡萄园农田生态系统碳通量研究进展 |
1.2.5 碳通量研究中存在的不足 |
1.3 研究思路和技术路线 |
1.3.1 拟研究的关键科学问题 |
1.3.2 研究目标和研究内容 |
1.3.3 技术路线 |
第二章 研究区概况与研究方法 |
2.1 研究区概况 |
2.2 实验方案设计 |
2.2.1 土壤呼吸观测 |
2.2.2 生态系统碳通量观测 |
2.2.3 气象数据观测 |
2.2.4 植物生理因子观测 |
2.2.5 土壤理化性质测定 |
2.3 数据处理 |
2.3.1 土壤呼吸的计算 |
2.3.2 冠层导度的计算 |
2.3.3 涡度数据处理 |
2.3.4 生态系统碳循环不同碳分量通量计算 |
2.4 碳足迹分析方法与计算 |
2.5 DNDC模型介绍 |
2.5.1 模型概述 |
2.5.2 模型参数输入和效果评价 |
第三章 干旱区葡萄园土壤呼吸变化规律及影响机制 |
3.1 环境和植物生理因子季节变化特征 |
3.2 干旱区葡萄园土壤呼吸时间变化特征 |
3.2.1 土壤呼吸日变化特征 |
3.2.2 土壤呼吸季节变化规律 |
3.3 农田管理措施对干旱区葡萄园土壤呼吸的影响 |
3.3.1 灌溉前后土壤呼吸变化特征 |
3.3.2 施肥前后土壤呼吸变化特征 |
3.4 干旱区葡萄园土壤呼吸影响因素分析 |
3.4.1 土壤呼吸和影响因子间相关分析 |
3.4.2 土壤呼吸与土壤温度相关关系 |
3.4.3 土壤呼吸与光合作用相关关系 |
3.5 小结 |
第四章 干旱区葡萄园净生态系统CO_2交换规律及影响机制 |
4.1 环境和植物生理因子的季节变化特征 |
4.1.1 气温、光合有效辐射和冠层导度季节变化特征 |
4.1.2 葡萄园冠层垂直梯度CO_2浓度变化特征 |
4.2 干旱区葡萄园NEE时间变化特征 |
4.2.1 NEE日变化特征 |
4.2.2 不同天气状况下NEE日变化特征 |
4.2.3 剪枝前后NEE日变化特征 |
4.2.4 灌溉前后NEE日变化特征 |
4.2.5 葡萄园碳通量季节和年际变化特征 |
4.2.6 葡萄园生态系统碳分量以及与其他生态系统的比较 |
4.3 葡萄园NEE与影响因子相关关系 |
4.3.1 NEE与光合有效辐射相关关系 |
4.3.2 NEE与冠层导度相关关系 |
4.3.3 NEE与大气温度相关关系 |
4.3.4 NEE与总初级生产力和生态系统呼吸相关关系 |
4.4 小结 |
第五章 干旱区葡萄园净碳收支估算及模拟 |
5.1 干旱区葡萄园净碳收支估算 |
5.2 DNDC模型模拟干旱区葡萄园碳分量 |
5.2.1 DNDC模型对碳分量的模拟效果 |
5.2.2 情景分析 |
5.3 小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 论文创新点 |
6.3 论文的不足与展望 |
参考文献 |
在学期间的科研成果和项目参与情况 |
致谢 |
(6)双季稻水热传输特征及冠层阻力模型在蒸散模拟中的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 农田水热交换研究进展 |
1.2.2 能量闭合状况研究进展 |
1.2.3 冠层阻力模型耦合蒸散模型 |
1.3 研究内容与技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
第二章 研究资料与方法 |
2.1 研究区概况 |
2.2 .观测仪器及数据处理 |
2.2.1 水稻生育期及生长指标观测 |
2.2.2 气象数据观测 |
2.2.3 涡度相关技术观测原理及数据处理 |
2.2.4 波文比仪观测系统 |
2.3 研究方法 |
2.3.1 能量闭合分析方法 |
2.3.2 影响因子分析 |
2.3.3 蒸散模型介绍 |
2.3.4 冠层阻力模型介绍 |
2.3.5 蒸散模拟结果评价指标 |
第三章 双季稻能量收支状况分析 |
3.1 能量收支状况日变化动态分析 |
3.1.1 不同生育期能量平衡各分量日变化特征 |
3.1.2 不同生育期能量分配日变化特征 |
3.2 能量收支状况全生育期逐日动态变化 |
3.3 地表能量闭合状况分析 |
3.3.1 时尺度上稻田能量闭合状况 |
3.3.2 日尺度上稻田能量闭合状况 |
3.3.3 考虑了土壤热储存量的地表热通量变化特征 |
3.3.4 土壤热储量对能量闭合状况的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 双季稻蒸散耗水特征与影响因素分析 |
4.1 早、晚稻蒸散耗水日变化分析 |
4.1.1 各生育期不同天气蒸散的变化规律 |
4.1.2 不同天气下蒸散对环境因子的响应 |
4.2 早、晚稻蒸散量的季节变化及对环境因子的响应 |
4.3 蒸散与冠层导度、解耦系数的关系 |
4.3.1 冠层导度与退耦系数的季节变化 |
4.3.2 蒸散对冠层导度的响应 |
4.4 本章小结 |
第五章 基于不同冠层阻力公式的单双源蒸散模型研究 |
5.1 PM单源蒸散模型 |
5.1.1 8种PM_Jarvis模型蒸散量模拟 |
5.1.2 PM_Irmak模型蒸散量模拟 |
5.1.3 PM_ST模型蒸散量模拟 |
5.1.4 不同生育期下三种模型模拟结果对比分析 |
5.2 SW双源蒸散模型 |
5.2.1 不同生育期下SW_Jarvis、SW_Irmak和 SW_ST模型精度对比 |
5.2.2 不同生育期下SW_Jarvis、SW_Irmak和 SW_ST模型模拟蒸散日变化对比 |
5.3 单双源模型对参数的敏感性分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 研究结论 |
6.2 主要创新点 |
6.3 不足与展望 |
参考文献 |
作者简介 |
致谢 |
(7)基于波文比的半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾估算(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究进展与存在问题 |
1.2.1 葡萄园水热通量研究进展 |
1.2.2 波文法研究进展 |
1.2.3 蒸发蒸腾估算方法研究进展 |
1.3 存在问题 |
1.4 研究内容 |
第二章 试验设计与研究方法 |
2.1 试验区概况 |
2.2 研究方法与技术路线 |
2.3 测定项目与方法 |
2.3.1 生长指标 |
2.3.2 土壤含水率测定 |
2.3.3 棵间土壤蒸发的测定 |
2.3.4 常规气象资料的测定 |
2.4 计算方法与数据处理 |
2.4.1 计算方法 |
2.4.2 数据处理 |
第三章 波文比-能量平衡法在半湿润地区葡萄园的适用性研究 |
3.1 波文比系统监测数据的取舍与插补 |
3.1.1 波文比数据的方向性判断 |
3.1.2 波文比数据拒绝域取舍 |
3.2 波文比法的适用性评估 |
3.2.1 评价指标 |
3.2.2 波文比-能量平衡法与水量平衡法的对比分析 |
3.3 小结 |
第四章 葡萄园水热平衡特征及其对环境因子的响应 |
4.1 葡萄园水热通量动态变化 |
4.1.1 葡萄园水热通量各分量日变化规律 |
4.1.2 典型天气水热平衡日变化规律 |
4.1.3 葡萄园水热通量季节变化规律 |
4.2 葡萄园潜热通量对环境因子的响应 |
4.2.1 BP神经网络 |
4.2.2 BP神经网络预测结果 |
4.2.3 潜热通量对不同环境因子的敏感性分析 |
4.2.4 潜热通量与各环境因子的相关性分析 |
4.3 小结 |
第五章 葡萄园蒸发蒸腾量及其作物系数 |
5.1 葡萄蒸发蒸腾量在不同天气的日变化 |
5.1.1 晴天条件下葡萄蒸发蒸腾量日变化规律 |
5.1.2 阴天条件下葡萄蒸发蒸腾量日变化规律 |
5.1.3 雨天条件下葡萄蒸发蒸腾量日变化规律 |
5.2 葡萄蒸发蒸腾量季节变化规律 |
5.3 作物系数法计算葡萄蒸发蒸腾量 |
5.3.1 生育期内气象数据变化和参考作物蒸散量 |
5.3.2 计算单、双作物系数 |
5.3.3 波文比法与单、双作物系数法计算结果比较 |
5.4 小结 |
第六章 葡萄园蒸发蒸腾估算模型 |
6.1 蒸发蒸腾模型的建立与参数确定 |
6.1.1 Penman-Monteith模型的建立及参数的确定 |
6.1.2 Shuttleworth-Wallace模型的建立及参数的确定 |
6.1.3 模型评价指标 |
6.2 葡萄园蒸发蒸腾模型模拟结果分析 |
6.2.1 模型模拟结果评价 |
6.2.2 不同天气条件下日变化对比 |
6.3 小结 |
第七章 结论与存在不足 |
7.1 结论 |
7.1.1 波文比-能量平衡法在半湿润地区葡萄园的适用性探究 |
7.1.2 半湿润地区葡萄园水热通量特征及其对环境因子的响应 |
7.1.3 葡萄园蒸发蒸腾量及其作物系数 |
7.1.4 单源P-M模型与双源S-W模型的适用性及模拟 |
7.2 创新点 |
7.3 存在不足 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(8)充分滴灌下覆膜对玉米农田小气候与水热通量的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 玉米农田小气候研究进展 |
1.2.2 农田水热通量研究进展 |
1.2.3 针对东北地区膜下滴灌玉米的研究进展 |
1.3 存在的问题与进一步研究方向 |
1.4 研究内容与技术路线 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 技术路线 |
第二章 材料与方法 |
2.1 试验区概况 |
2.2 试验设计与布置 |
2.2.1 试验设计 |
2.2.2 试验布置 |
2.3 观测指标与方法 |
2.3.1 气象数据 |
2.3.2 农田小气候因子 |
2.3.3 作物蒸腾 |
2.3.4 作物生长指标 |
2.3.5 波文比能量平衡法 |
2.3.6 作物水分胁迫指数(CWSI) |
第三章 覆膜对农田小气候的影响 |
3.1 覆膜对土壤温湿度的影响 |
3.1.1 土壤温度日内变化 |
3.1.2 土壤温度全生育期变化 |
3.1.3 降雨前后土壤温度日内变化 |
3.1.4 土壤湿度全生育期变化 |
3.2 覆膜对玉米冠层温度的影响 |
3.2.1 冠层温度日内变化 |
3.2.2 冠层温度全生育期变化 |
3.2.3 冠层温度与气象因子的通径分析 |
3.2.4 基于冠层温度玉米CWSI模型的建立 |
3.3 小结 |
第四章 覆膜对农田水热通量的影响 |
4.1 覆膜对农田水热通量日变化规律的影响 |
4.1.1 农田水热通量日内变化 |
4.1.2 农田水热通量日内变化差异 |
4.1.3 降雨前后土壤热通量变化 |
4.2 覆膜对农田水热通量全生育期变化规律的影响 |
4.2.1 农田水热通量全生育期逐日变化 |
4.2.2 农田水热通量全生育期逐日变化差异 |
4.3 覆膜对波文比变化规律的影响 |
4.3.1 波文比日内变化 |
4.3.2 波文比全生育期变化 |
4.4 覆膜对潜热通量与气象因子之间响应关系的影响 |
4.4.1 瞬时潜热通量与气象因子的通径分析 |
4.4.2 日潜热通量与气象因子的通径分析 |
4.5 小结 |
第五章 覆膜对农田蒸发蒸腾的影响 |
5.1 玉米蒸腾速率和蒸发蒸腾速率日内变化 |
5.1.1 玉米蒸腾速率日变化规律 |
5.1.2 玉米蒸发蒸腾速率日内变化 |
5.2 玉米蒸腾量和蒸发蒸腾量的全生育变化 |
5.2.1 玉米蒸腾量逐日变化 |
5.2.2 玉米蒸发蒸腾量全生育期逐日变化 |
5.3 玉米作物系数变化规律 |
5.3.1 玉米作物系数全生育期逐日变化 |
5.3.2 作物系数模型拟合 |
5.4 小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
在读期间公开发表的论文 |
致谢 |
(9)黄河下游平原典型冬小麦农田生态系统碳水通量研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 陆地生态系统通量观测 |
1.2.2 农田生态系统碳通量研究 |
1.2.3 农田生态系统蒸散发研究 |
1.2.4 农田生态系统水分利用效率研究 |
1.2.5 主要存在的问题 |
1.3 主要研究内容 |
2 研究区概况 |
2.1 研究区概况 |
2.2 观测试验 |
2.2.1 涡度相关系统观测试验 |
2.2.2 全要素气象观测试验 |
2.2.3 大孔径闪烁仪观测试验 |
2.3 观测数据的预处理 |
2.3.1 数据质量控制 |
2.3.2 数据的插补 |
2.4 研究方法 |
2.4.1 涡度相关技术 |
2.4.2 大孔径闪烁仪 |
2.4.3 碳通量计算 |
2.4.4 水分利用效率计算 |
2.5 碳水通量模拟 |
2.5.1 FLEM模型 |
2.5.2 FSAM模型 |
2.5.3 Aquacrop模型 |
2.5.4 RCPs情景 |
2.5.5 Penman-Monteith模型 |
2.5.6 FAO-PM模型 |
2.5.7 KP-PM模型 |
2.5.8 P-T模型 |
3 冬小麦农田碳通量分析 |
3.1 环境因子的变化 |
3.2 能量平衡闭合分析 |
3.3 CO2通量日变化特征 |
3.4 白天NEE的光响应特征 |
3.5 白天NEE与VPD的关系 |
3.6 不同呼吸量获取方法的比较 |
3.7 NEE日总量与土壤温度的关系 |
3.8 NEE、R_(ECO)和GPP的季节变化 |
3.9 碳通量的通量贡献区分析 |
3.10 碳通量估算的不确定性分析 |
3.11 陆地生态系统碳源汇的对比 |
4 冬小麦农田蒸散特征 |
4.1 原始数据质量分析 |
4.2 通量印痕分析 |
4.3 站点尺度冬小麦农田蒸散特征 |
4.4 中尺度农田蒸散特征 |
4.5 农田潜在蒸散量的模拟 |
4.6 农田蒸散量对环境气象因子的响应 |
4.7 模型系数与环境因子响应的讨论 |
4.8 陆地生态系统蒸散的对比 |
5 冬小麦农田水分利用效率 |
5.1 水分利用效率的变化特征 |
5.2 水分利用效率的季节变化特征 |
5.3 水分利用效率的模拟 |
5.4 水分利用效率对环境因子的响应 |
5.4.1 水分利用效率对蒸散的响应 |
5.4.2 水分利用效率对饱和水气压差的响应 |
5.4.3 水分利用效率对气温的响应 |
5.5 陆地生态系统水分利用效率的对比 |
6 总结与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 本研究的特色与创新 |
6.3 研究展望 |
6.3.1 研究存在的问题 |
6.3.2 下一步研究计划 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文目录 |
(10)绿洲膜下滴灌农田水热盐碳通量研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 陆地生态系统水热碳通量研究方法 |
1.2.2 覆膜和滴灌农田水热盐动态研究 |
1.2.3 土壤呼吸的观测和模拟 |
1.2.4 农田碳收支及固碳潜力 |
1.2.5 碳水耦合与水分利用效率 |
1.2.6 研究中存在的主要问题 |
1.3 论文研究目标、研究思路与主要内容 |
第2章 绿洲典型膜下滴灌农田水热盐碳通量综合观测 |
2.1 研究区域及试验站概况 |
2.2 观测仪器及数据采集 |
2.2.1 涡度相关系统观测 |
2.2.2 土壤呼吸观测 |
2.2.3 叶片光合和植株茎流观测 |
2.3 数据处理、质量控制与插补 |
2.3.1 原始数据计算和质量控制 |
2.3.2 通量印痕(Footprint)分析 |
2.3.3 u*过滤和数据的插补 |
2.4 覆膜对滴灌农田能量闭合度的影响 |
2.4.1 试验设计与分析方法 |
2.4.2 覆膜对地表温度和热通量的影响 |
2.4.3 显热和潜热通量特征 |
2.4.4 能量收支及能量闭合度 |
2.5 小结 |
第3章 地下水埋深对膜下滴灌农田水盐动态的影响 |
3.1 试验设计与分析方法 |
3.1.1 土壤水盐取样 |
3.1.2 深层水分交换量计算 |
3.1.3 参考作物蒸散发和作物系数 |
3.2 农田水量平衡与深层水分交换量 |
3.2.1 膜下滴灌农田水量平衡特征 |
3.2.2 覆膜对农田水文循环过程的影响 |
3.2.3 深层水分交换量 |
3.3 地下水埋深对土壤水盐动态的影响 |
3.3.1 土壤水盐剖面特征 |
3.3.2 不同生育阶段土壤水盐变化 |
3.3.3 地下水埋深对土壤水盐动态的影响 |
3.3.4 考虑生态需水的地下水埋深阈值 |
3.4 小结 |
第4章 覆膜对滴灌农田土壤呼吸的影响 |
4.1 试验设计与分析方法 |
4.2 土壤呼吸日内和季节变化特征 |
4.2.1 土壤呼吸日内变化特征 |
4.2.2 土壤呼吸季节变化特征 |
4.3 覆膜农田土壤呼吸排放路径 |
4.4 土壤呼吸影响因素分析 |
4.4.1 土壤温度对土壤呼吸的影响 |
4.4.2 灌溉和降水对土壤呼吸的影响 |
4.4.3 膜下滴灌农田土壤呼吸的模拟 |
4.4.4 光合作用对土壤呼吸的影响 |
4.5 覆膜对土壤呼吸的影响 |
4.5.1 覆膜对生育期内土壤呼吸的影响 |
4.5.2 覆膜对土壤有机碳的影响 |
4.6 小结 |
第5章 膜下滴灌农田碳收支与固碳潜力 |
5.1 试验设计与分析方法 |
5.2 碳平衡分量的划分及变化特征 |
5.2.1 自养与异养呼吸的划分 |
5.2.2 NEE、GPP和 Reco时间变化和控制因素 |
5.2.3 u*过滤以及夜间和日间分解方法对NEE分解的影响 |
5.3 植物采样和碳通量计算NPP的对比 |
5.4 固碳潜力分析 |
5.4.1 膜下滴灌农田NEP、NBP与碳收支情况 |
5.4.2 与其他农田生态系统的对比 |
5.5 小结 |
第6章 膜下滴灌农田碳水耦合特征 |
6.1 试验设计与分析方法 |
6.2 叶片尺度碳水耦合特征 |
6.2.1 叶片尺度光合、蒸腾和水分利用效率 |
6.2.2 气孔导度控制因素分析 |
6.3 植株蒸腾变化特征及控制因素 |
6.3.1 植株蒸腾的变化规律 |
6.3.2 植株蒸腾与环境因子的关系 |
6.3.3 植株蒸腾与涡度观测蒸散发的对比 |
6.4 冠层尺度碳水耦合与光能利用率 |
6.4.1 冠层导度与Priestley-Taylor系数 |
6.4.2 冠层尺度水分利用效率 |
6.4.3 光能利用率和收获指数 |
6.5 小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 主要研究成果 |
7.2 主要创新点 |
7.3 研究的不足与展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
四、华北平原农田水热通量与作物水分利用效率的特征与模拟(论文参考文献)
- [1]农田生态系统碳水通量研究进展[J]. 刘曼,李国栋,任晓娟. 河南大学学报(自然科学版), 2021(03)
- [2]半湿润易旱区冬小麦/夏玉米农田水碳通量观测与模拟[D]. 王云霏. 西北农林科技大学, 2020
- [3]西北干旱农田生态系统水碳通量特征及模拟研究[D]. 许洁. 兰州大学, 2020(01)
- [4]基于RZWQM2模型的关中灌区冬小麦/夏玉米灌溉施肥优化及深层土壤水氮运移特征分析[D]. 徐家屯. 西北农林科技大学, 2020(01)
- [5]干旱区葡萄生态系统碳循环特征研究[D]. 马婷. 兰州大学, 2020(09)
- [6]双季稻水热传输特征及冠层阻力模型在蒸散模拟中的应用研究[D]. 文建川. 南京信息工程大学, 2020(02)
- [7]基于波文比的半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾估算[D]. 余昭君. 西北农林科技大学, 2020
- [8]充分滴灌下覆膜对玉米农田小气候与水热通量的影响研究[D]. 祁鸣笛. 山东理工大学, 2019(03)
- [9]黄河下游平原典型冬小麦农田生态系统碳水通量研究[D]. 吴东星. 河南大学, 2018(01)
- [10]绿洲膜下滴灌农田水热盐碳通量研究[D]. 明广辉. 清华大学, 2018(04)