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。     

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.     

应用根系层水质模型分析冬小麦-夏玉米轮作体系的农田水氮利用效率Ⅱ：模型的验证与情景分析

在就禹城试验站对根系层水质模型（RZWQM）的参数进行灵敏度分析和标定的基础上,模拟了1960—2005年该试验站冬小麦- 夏玉米轮作条件下的冬小麦和夏玉米产量、水分利用效率及氮肥偏生产力,并将模拟的冬小麦和夏玉米产量与禹城市农业统计年鉴显示的 1985—2005年的产量进行了对比。结果表明：经过标定后的RZ?WQM能够较好地模拟夏玉米产量（平均相对误差为-13.3%）,可以模拟冬小麦产量在年际间的变化趋势（平均相对误差-54.2%）。针对所设计的9 种节水省氮的灌溉与施氮方案开展了多组情景模拟分析,结果显示较好的情景是：冬小麦在播前、拔节和开花期各灌溉75mm的水;夏玉米当平水年和丰水年时在播前灌溉一次56mm的水,当枯水年时在播前和抽穗期各灌溉84mm的水,当特枯水年时在播前和抽穗期各灌溉111mm的水。冬小麦在播前和拔节期分别施氮77.7kg/hm2 155.3kg /hm2,整个生育期施氮量为233kg/hm2;夏玉米在苗期（播后5d）和大喇叭口期各施氮70.7kg/ m2和141.3kg/hm2,整个生育期施氮量为212kg/hm2。这样优化的灌溉与施氮方案能够取得较好的增产效果和较高的水氮利用效率,即：冬小麦- 夏玉米轮作体系的粮食产量为10302kg/hm2、水分利用效率为1.40kg/m3、氮肥偏生产力为23.2kg/kg。     

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。     

深蓄储水灌溉对冬小麦籽粒灌浆及生长产量的影响

深蓄储水灌溉一方面可以充分发挥土壤水库作用,同时也可以将农田作为地下水回灌补给区,增加雨洪资源利用率。以“小偃22”为供试品种、雨养（CK）为对照,设置80 cm（D80）、120 cm（D120）、140 cm（D140）、160 cm（D160）和180 cm（D180）5个深蓄储水深度处理,分析不同处理对冬小麦干物质累积分配、产量和籽粒灌浆进程的影响。结果表明：各处理较CK分别增产8.9%（D80）、24.7%（D120）、31.0%（D140）、17.9%（D160）和9.9%（D180）;深蓄储水灌溉提高了籽粒在干物质中的分配量和占比,其中D140处理籽粒分配比例较CK提高了2.46%;Logistic方程能较好地拟合不同深蓄储水深度冬小麦籽粒灌浆进程,拟合方程决定系数均大于0.99,深蓄储水处理较对照提高了平均灌浆速率,最大灌浆速率出现时间延长了1.65~3.32 d。深蓄储水灌溉有利于冬小麦籽粒灌浆及产量形成,本研究可为充分利用雨洪资源改善农田地下水环境、实现作物高产提供参考。     

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。     

灌水模式对冬小麦根系空间分布及多年产量的影响

以田间连续多年试验为手段,探讨了精细地面灌（水平格田灌）、地表滴灌和地下滴灌3种灌水模式分别在4种灌溉制度下对冬小麦根系空间分布以及多年产量的影响,试验结果表明,在灌水下限和灌溉定额相同时,灌水方式对冬小麦根系在行上和行间的空间分布规律存在显著影响,精细地面灌和地表滴灌显著促进根系在0—50cm土壤中的分布,而地下滴灌条件下作物根系在0～100cm土壤中分布的相对均匀一些;冬小麦的产量与灌溉定额呈现一定正相关性,灌溉制度对冬小麦产量存在显著影响,滴灌模式下作物产量多年连续稳定的几率大于精细地面灌。此外,非充分灌条件下,滴灌模式较精细地面灌提高作物产量的优势明显。     

喷灌洒水与施肥均匀性对冬小麦产量的影响

喷灌均匀系数是喷灌系统设计的重要参数，而喷灌洒水与施肥的均匀性对作物产量的影响是确定均匀系数设计值的重要依据。1998～1999、1999～2000两年的喷灌洒水与施肥均匀系数对冬小麦产量影响的田间试验结果表明，当冠层以上均匀系数小于76%时，冠层以下喷灌均匀系数大于冠层以上喷灌均匀系数。灌溉季节内，累计灌水量均匀系数大于平均喷灌均匀系数，因此用平均喷灌均匀系数表示灌溉季节的灌水均匀程度会低估实际灌水的均匀性。喷灌施肥的试验结果表明，化肥施入量与灌水量的分布都可以用正态分布来表示，且它们的分布比较接近。田间试验还表明，对华北平原种植的冬小麦而言，在试验的喷灌均匀系数变化范围内(62%～82%)，喷灌洒水及施肥的均匀性对产量的影响不明显。     

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。     

缓释氮肥施用比例对冬小麦产量及氮肥利用效率的影响

针对陕西关中小麦肥料利用效率不高的问题,在陕西省杨凌示范区开展了缓释氮肥与尿素的配施试验,设置了不施氮肥（N0）、100%尿素（N1）和4个不同缓释氮肥配施处理（N2（100%）、N3（25%）、N4（50%）、N5（75%））,以不施肥CK为对照;分析缓释氮肥与尿素配施对冬小麦干物质累积及氮素吸收量、土壤硝态氮含量和分布、产量及水氮利用效率的影响。结果表明：与N1、N2处理相比,缓释氮肥和尿素配施不仅能显著增加冬小麦干物质累积量（4.69%～11.40%）、氮素吸收量（5.92%～24.08%）及产量（6.00%～22.41%）,还能增加土壤表层（0～40 cm）的硝态氮累积量（2.09%～45.51%）,减少其淋失到深层土壤,提升氮肥利用效率。N5处理下冬小麦的氮肥偏生产力（42.46 kg/kg）、氮肥农学利用率（15.46 kg/kg）和氮肥表观利用率（47.79%）均最大,成熟期N5处理的干物质累积量较N1和N2处理分别提高了11.40%和9.20%,地上部氮素累积量分别提高了24.08%和11.49%,产量分别提高了22.41%和11.00%。收获时N5处理0～40 cm土层中硝态氮的累积量最大,比其它施肥处理提高了1.30%～19.52%。综上所述,75%缓释氮肥+25%尿素处理（N5）是本研究中冬小麦高产高效的最优施肥方案。     

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。