冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体水热运移的耦合研究Ⅱ:模型验证与应用

根据北京永乐店试验站的田间试验资料,得出冬小麦生长与土壤-植物一大气连续体(简称SPAC)水热运移耦合的WheatSPAC模型计算需要的土壤参数与冬小麦遗传参数。将模型的计算值与实测值进行比较,表明模型能够较好地模拟叶面积指数、干物质重、土壤水分温度等。利用WheatSPAC模型对不同灌溉条件下的田间水热状况与作物产量进行分析,得到结论：对于北京地区的气候条件,返青后作物蒸腾消耗占净辐射的50％以上;如果返青后墒情较好,在拔节期进行灌溉对冬小麦的最终产量最为有利;如果在拔节之后进行一次灌溉,则灌溉进行得越早对产量越有利;三水以后,随灌溉量的增加,产量的边际效益递减;返青后,降雨与灌溉的总量约240mm对冬小麦的生长比较适宜。     

冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体水热运移的耦合研究Ⅰ:模型

本文开展了冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体(简称SPAC)水热运移的耦合研究,建立了可以同时动态模拟冬小麦生长过程与SPAC水热运移过程的动力学模型-WheatSPAC模型。模型中,采用有限元差分格式进行土壤水热运移的数值模拟;采用双层模型进行冠层水热运移的模拟;采用改进的Feddes根系吸水模型及负指数分布形式的根系密度模型,实现土壤与冠层的耦合;通过生育阶段、干物质生产、干物质分配等过程的模拟,建立了冬小麦生长的机理性模型;通过对冬小麦叶面积指数、株高、根系分布的模拟,实现冬小麦生长与SPAC水热运移的耦合。     

土壤—植物—大气连续体水分运移力能关系的田间试验研究

本文根据田间试验观测资料分析了土壤-植物-大气连续体水分能量和水流阻力的分布,建立了连续体中叶片水分能量和水流阻力受外界环境影响的动态模型,探讨了蒸腾速率与叶-气系统水分能量差和水流阻力之间的关系.     

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。     

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。     

作物生长与土壤水氮运移联合模拟的研究Ⅰ——模型

在前人研究成果的基础上，构建了土壤-作物系统农田水氮运移及作物生长联合模拟模型SPWS。模型中，采用了FAO的气象模型来完成参考作物潜在蒸散的计算，直接引用美国HYDRUS1D模型来完成土壤水热运移的数值模拟，并利用改进的溶质运移方程来实现土壤氮素迁移转化的模拟，利用改进的荷兰PS123模型实现了作物生长发育进程、干物质生产、干物质分配及光温条件下作物产量的模拟。通过对叶面积指数、根系吸水的模拟，得到了水分限制下的作物产量；通过对作物需氮量、土壤供氮量及作物实际吸氮量的模拟，得到了水氮限制下的作物产量。     

作物生长与土壤水氮运移联合模拟的研究Ⅱ——模型验证与应用

在华北平原中国农业大学东北旺实验田开展了水肥耦合灌溉实验,设置了传统和优化水肥4个组合处理,同时应用作者提出的联合模拟模型SPWS对2000年夏玉米生育期内的土壤水分、氮素转化运移以及水氮限制条件下夏玉米的叶面积指数、干物重、吸氮量及籽粒产量进行了模拟,模拟结果与实测数据均吻合良好。水氮平衡分析结果表明,优化灌溉和优化施肥管理措施均能明显减小水分渗漏、硝酸盐淋失和氮素的气体损失,且均有不同程度的增产作用,其中优化水肥处理下水氮利用率分别为1.33kg/m3和31.6kg/kgN,为4个组合处理中最高。     

浅地下水埋深区潜水对SPAC系统作用初步研究

在地下水埋深较浅的地区,潜水参与和影响了SPAC系统的水分、生物、化学等过程。禹城综合试验站和南通农水科研站试验结果表明,潜水对土壤－植物－大气连续体的水分过程和生物过程都有着显著的作用。禹城试区1998年玉米灌浆期腾发量的15.69%是由地下水蒸发“贡献”的;南通农水站试验表明,潜水通过控制土壤水分分布影响冬小麦根系发育和冬小麦产量,统计结果显示：对于冬小麦,在没有灌溉的条件下,存在着一个最优地下水位埋深,约在1.5m左右。研究成果对于深入分析水系统水分运移规律和充分利用地下水、制定合理的节水灌溉方案以及通过控制地下水对农作物生长进行调控等有着一定的理论价值和生产意义。     

从土壤水动力学到生态水文学的发展与展望

在20世纪80年代,土壤水动力学成为我国水文水资源领域的一个新兴研究方向。在此后的30多年中,土壤水动力学得到了巨大发展,并对我国农田水利、水文水资源等领域的科学与技术起到了巨大的推动作用。以土壤水动力学为基础,逐步认识了非饱和土壤中水分与热量、溶质等耦合运移机理与规律,在20世纪90年代发展了土壤-作物-大气之间的水热交换和传输理论(即土壤-植物-大气连续体理论,简称SPAC理论)。以SPAC理论为基础,农田作物模型得到了快速发展,成为本世纪研究气候变化对农业水资源和粮食生产影响的主要工具。与此同时,从农田到区域的水转化机理与规律、不同尺度的农业用水效率、以及水资源开发利用的生态和环境影响等基础科学问题和生产实践问题逐渐被重视,从而形成了新的交叉学科——生态水文学。生态水文学以水分-能量-物质耦合循环的动力学过程为基础,注重区域气候-植被/作物-水文相互作用的基础科学问题,旨在为区域水资源、生态和环境评价与管理提供科学依据。     

SVAT模型的组成及其耦合方法研究

土壤-植被-大气传输(SVAT)模型对于研究气候变化、水分循环以及生态环境动态变化极为重要.简述SVAT模型的发展历程,总结模型能量收支的特点,评述系统内部能量传输过程若干研究工作.探讨SVAT系统水分循环的主要过程、影响因素及模拟研究方法,并指出SVAT系统水能耦合传输过程是通过蒸散潜热发生联系的,整个系统是一种水能相互制约的局面.最后提出SVAT模型亟待深入研究的问题,即下垫面的不均匀性、模型的简化、模型的物理机制、主要过程参数化方法和时间序列等.     

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。     

河北省平原冬小麦节水灌溉制度试验研究

河北平原水资源的日益短缺,冬小麦节水灌溉制度的研究对于农业节水将具有重要意义。根据望都试验站1991～1993两年的冬小麦试验资料,利用Jensen模型,建立冬小麦水分生产函数,求解出冬小麦作物敏感系数,编制二维动态规划程序,确定出冬小麦的灌溉制度。其结果与试验相吻合,可用于指导农业灌溉和生产。     

太行山前平原冬小麦优化灌溉制度的研究

本文根据4年的连续试验,研究了冬小麦不同生育时期水分亏缺及其亏缺程度对其产量影响和不同灌水次数、灌水时间对冬小麦产量和水分利用效率的影响,确定了冬小麦不同生育时期土壤水分下限指标,建立了优化的冬小麦灌溉制度。太行山山前平原高产区冬小麦常年灌溉次数在3～4水,如果实施优化灌溉制度,干旱年灌三水、平水年灌两水、湿润年灌1水,灌水定额60mm,可减少生育期灌水次数1～2次,冬小麦产量提高7%～10%,水分生产效率提高11%～24%,这对减缓本区地下水位的下降有重要意义。     

叶尔羌灌区冬小麦生育期SPAC水热传输的模拟研究

本文应用土壤水动力学、微气象学和能量平衡原理，建立了作物生育期土壤-植物-大气连续体(SPAC)的水热迁移和转化模型，并采用全隐式有限差分方法进行离散，通过自动调节计算步长和反复迭代等方法设计了数值模拟程序.运用本模型对新疆叶尔羌河流域地下水均衡场1995年3月～6月冬小麦返青至成熟期的田间水热状况进行了模拟.结果证明，该模型较真实地反映了非冻结期作物生长过程中土壤中的水热状况以及地表和作物蒸散发的动态变化过程，可用于墒情预报以及农田蒸散发的研究。     

江淮丘陵区冬小麦水分生产函数模型初步分析

根据肥东八斗灌溉试验重点站冬小麦灌溉试验资料,采用多元回归分析方法,计算Jensen, Minhas, Blank, Stewart及Singh模型的敏感指数(系数),采用F检验法及复相关系数检验法对敏感 指标进行分析,得出江淮丘陵区适宜的冬小麦水分生产函数,并探讨模型的空间变化特征。     

中国河口海岸风暴潮及海洋动力三维数值预报模型(CHINACOAST)研究Ⅱ :模型验证与应用

简述了在我国珠江口应用实测潮位过程、海表温度以及冬、夏季盐度分布资料对模型的验证与参数率定。在此基础上应用中国河口海岸风暴潮及海洋动力三维数值预报模型(CHINACOAST),对我国沿海冬季东北季风作用下的环流进行了模拟计算,并对环流特征进行了分析。模型被进一步用来模拟在9316号台风影响下珠江口的风暴潮位、海流过程及分布结构的变化。     

鲁北地区秸杆覆盖对冬小麦需水量、作物系数及水分利用效率的影响

作物系数和需水量是制定作物灌溉制度和计算区域水资源平衡的重要参数,不同气候和不同栽培条件下作物系数和需水量会发生变化。通过大田试验,以Penman-Monteith公式计算小麦播种~成熟期间参照作物蒸散量,并利用农田水量平衡方程及土壤水分胁迫系数计算作物实际蒸发蒸散量,进而对小麦秸杆覆盖和露地栽培条件下各生育阶段的作物系数进行计算。结果表明,鲁北地区小麦秸杆覆盖栽培比露地栽培生育期内作物需水量减少40.3 mm,作物系数降低9.1%,水分利用效率增加18.0%。冬小麦产量提高10%左右。     

EMD-GM(1,1)模型及在大坝变形预测中的应用

大坝水平位移影响因素复杂,形成的数据序列一般不具有单调性,但灰色GM(1,1)模型只有在数据序列具有单调性时才能得到比较好的结果。针对这种情况,详细讨论了EMD-GM(1,1)模型的基本内容及建模过程。EMD-GM(1,1)模型利用EMD的自适应性,自动地从目标序列提取出若干个独立的内在模式分量（IMF）,剩余余项则具有单调性,然后采用GM(1,1)模型对余项进行拟合,并使用适宜的方法对各IMF分量进行拟合,最后通过加权平均求出最终值。仿真试验表明,EMD-GM(1,1)模型由于考虑了白噪声对模型的影响,提高了灰区间的白色度,预测效果比传统的GM (1,1)模型效果好。因此,在大坝变形的预测预报中EMD-GM(1,1)模型比GM (1,1)模型具有更高的应用价值。     

基于地块间水沙运移的黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀产沙模型

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律，在晋西羊道沟小流域建立了坡面、沟坡和沟道侵蚀产沙子模型；在GIS的支持下计算出小流域地块间水沙汇流网络，并引入到小流域侵蚀产沙模型中，使小流域侵蚀产沙成为有机结合；模型对羊道沟22次侵蚀性降雨的侵蚀模数具有78．4％的预报精度，对羊道沟1956－1970的年侵蚀模数具有76．1％的预报精度；模型并通过了晋西汾河上游两个小流域的可移植性检验。