华北平原不同种植模式作物耗水监测与特点分析

为探究华北平原不同种植模式的作物耗水与生产能力以评价其缓解地下水超采的潜力,于2021—2022年在中国农业科学院北京市顺义试验站进行了冬小麦-夏玉米、冬小麦-夏大豆和冬小麦-夏休闲3种种植模式的对比试验。利用大型称重式蒸渗仪监测各种植模式的蒸散、土壤储水和渗漏,使用FAO-56推荐的双作物系数法估算不同种植模式的蒸散量,同时分析了估算效果和蒸散与环境的响应特征,并比较不同种植模式的水分利用效率和产量、效益的相对关系。结果表明：3种种植模式的实测蒸散量与净辐射呈指数函数关系、与气温呈二次函数关系、与水汽压差呈线性函数关系,可以使用双作物系数法或非线性拟合公式较好地估算不同种植模式的蒸散量;冬小麦-夏玉米种植模式的产量、水分利用效率和经济效益最高,耗水量也最高,地下水净消耗量为197.52 mm,而冬小麦-夏休闲模式净地下水消耗量最小,比冬小麦-夏玉米模式低72.28%。未来需要结合华北平原不同区域可利用和开采的地表水、地下水资源量和土壤储水能力以及作物耗水量优化作物种植模式,以达到地下水的采补平衡。     

气候变化对华北地区主要作物需水量的影响

在未来温度上升1～4℃的情景下，研究了气候变暖对我国华北地区主要作物需水量的影响。结果显示，气候变暖对不同作物需水量的影响程度不同。其中对冬小麦需水量的影响最大，对棉花的影响次之，对夏玉米的影响最小。当生长期内温度上升1～4℃时，冬小麦需水量将增加2.6%～28.2%，相当于11.8～153.0mm；夏玉米需水量将增加1.7%～18.1%，相当于7.2～84 1mm；棉花需水量将增加1.7%～18.3%，相当于7.9～96 2mm。说明冬小麦对未来气候变暖的适应能力很差，而夏玉米和棉花的适应能力相对较强。气候变化对作物需水量的影响存在一定地域性差异。其中对济南的作物需水量影响最大。当温度增加1～4℃时，冬小麦、夏玉米、棉花需水量将依次增加15.4～153.0mm、8.3～84.1mm、9.6～96.2mm。对太原的作物需水量影响最小。当温度上升1～4℃时，3种作物的需水量依次增加11.7～114.5mm、6.9～68.3mm、7.9～78.0mm，比济南分别低24%～２５％、17%～19%和18%～19%。按华北地区目前的种植结构估算，温度上升1～4℃将使整个地区冬小麦的需水增加14.7～191亿m 3；夏玉米的需水增加5.87～68.6亿m3；棉花的需水增加1.35～16.5亿m 3。未来气候变暖将使华北地区业已紧张的水资源供需矛盾将更加突出。     

黑河流域参考作物蒸散量时间序列非线性特征研究

为了揭示黑河流域参考作物蒸散量的时间序列非线性特性,利用黑河流域及其周边的17个气象站,采用Penman-Monteith公式计算日、月、季和年的参考作物蒸散量,通过多重分形理论分析ET0时间序列的变异规律。结果表明:除年尺度时间序列为弱变异外,其他时间尺度均为中等强度变异;不同时间尺度参考作物蒸散量时间序列均具有多重分形特征,月尺度时间序列相较于其他时间尺度短距离变异显著,年尺度长距离变异显著。     

作物蒸散量测定与计算方法研究进展

文章从辨析作物蒸散量(蒸发蒸腾量)的概念入手,研究了国内外现有各种作物蒸散量的测定方法,对不同测定方法的发展概况、理论依据、优缺点以及适宜性做了系统阐述,并对参考作物蒸散量和作物系数计算方法作了介绍。     

河北省主要作物系数时空分布特征

为进一步提高农田蒸散量和灌溉量计算的准确性以及优化农业灌溉水资源配置,基于河北省1955—2014年逐日气象数据,借助分段单值平均作物系数法分析河北省冬小麦、夏玉米和棉花作物系数的时空分布特征。结果表明:1955—2014年冬小麦、夏玉米和棉花作物系数均呈不显著下降趋势,全生育期内年际间平均作物系数分别为0.86、0.85和0.83;不同生育期内,3种作物系数变化区间分别为[0.40,1.29],[0.49,1.24],[0.30,1.29]。全生育期内,冬小麦和夏玉米作物系数均呈以邢台为低值中心向四周逐渐增大的空间分布特征,棉花则是由西向东逐渐增大;不同生育期内,冬小麦和棉花的大部分生育期作物系数呈由西向东逐渐增大的空间分布特征,而夏玉米则是由邢台向四周逐渐增大。风速和日照时数的降低是引起3种作物系数减小的主要原因。     

河北省 5 个县域冬小麦-夏玉米连作灌溉需水特性分析

利用河北平原区5个县域及周边的雨量站、气象站和农气站资料,综合考虑降水、土壤和作物特性,提出修正的SCS-CN模型用于计算作物有效降水量,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数法计算作物需水量,探讨研究区不同水文年份作物灌溉需水量的时空分布特性。结果表明,研究区冬小麦-夏玉米连作多年平均作物有效降水量、作物需水量和灌溉需水量分别为389、736和347mm,丰水年、平水年和枯水年冬小麦-夏玉米连作灌溉需水量分别为321、382和423mm。冬小麦生育期灌溉需水量271～350mm,返青-拔节期、拔节-抽穗期和抽穗-成熟期灌溉需水量各占全生育期的26%、26%和29%;夏玉米全生育期灌溉需水量0～49mm,抽雄期和成熟期分别占全生育期的52%和48%。作物有效降水量空间分布,石家庄3县西高东低,邯郸2县西低东高;作物需水量石家庄3县高于邯郸2县;研究区灌溉需水量空间分布不均,大致呈带状分布。     

基于BP神经网络的农田蒸散量预报模型

本文根据石河子地区多年气象资料和作物生长、土壤水分状况,建立了以平均气温、相对湿度、净辐射量以及土壤相对湿度、棉花叶面积指数为输入向量,以实测ET为输出向量的BP神经网络蒸散量预报模型(ET(bp)).实际应用结果表明所建立的BP网络模型具有较好的预报效果,平均相对误差为6.47%,预测标准误差为0.312mm,有效性指数达到93.5%.     

涌泉根灌下陕北山地苹果作物系数确定与蒸散量估算

为探明涌泉根灌下陕北山地苹果的蒸散量与作物系数规律,通过设定高水H₁((85%～100%)θ_f,θ_f为田间持水量)、中水H₂((70%～85%)θ_f)和低水H₃((55%～70%)θ_f)3个灌水水平,研究亏缺灌溉对陕北山地苹果蒸散量和作物系数的影响,并建立蒸散量关于叶面积指数的估算模型。结果表明：陕北山地苹果全物候期耗水范围为483.03～540.10 mm,作物系数在萌芽展叶期、开花坐果期、果实膨大期与果实成熟期的范围分别为0.35～0.38、0.28～0.31、0.70～0.83和0.48～0.57,不同灌水处理的蒸散量及作物系数在果实膨大期差异显著,任一时期亏缺灌水均会减小该时期陕北山地苹果的作物系数和蒸散强度。各处理的叶面积指数均随灌水量的增大而增大。作物系数与叶面积指数之间可以用指数回归较好地描述,由此建立了果树蒸腾蒸发量的估算模型。该研究结果可为制定陕北山地苹果涌泉根灌灌溉制度提供理论支撑。     

夏玉米作物系数计算与耗水量研究

根据北京大兴区试验基地2007—2008年夏玉米实测资料,采用基于土壤水量平衡的ISAREG模型模拟夏玉米生育期土壤含水量的变化过程,以此反推夏玉米作物系数Kc。利用2007年茎流计实测的蒸腾量T求得夏玉米生育中、后期的基础作物系数Kcb分别为0.98和0.28,以此估算2008年夏玉米中、后期的蒸腾量和土面蒸发量,并用2008年实测的土面蒸发量进行对比验证。同时,模拟和计算了2007—2008年夏玉米生育期棵间蒸发及实际蒸散发变化过程。结果表明,估算的中期基础作物系数与实测值吻合良好,而后期基础作物系数值偏小;夏玉米棵间蒸发量占作物实际蒸散发的比例在39.0%～43.6%左右。     

黑龙江省西部地区玉米需水量与灌溉制度制定

黑龙江省西部地区频发的干旱情况影响该地区农业水循环与粮食安全,研究玉米水分供需关系对于理解该地区干旱机理有重要意义。根据FAO-56单作物系数法,计算玉米生育期参考作物蒸散量(ET0)、作物需水量(ETc)和灌溉需水量(Ir),依托CROPWAT模型制定灌溉制度,并通过计算作物水分盈亏指数(CW)分析玉米水分盈余情况。结果表明：1960—2015年黑龙江省西部玉米生育期ET0和ETc呈下降趋势,有效降水量(Pe)、Ir和CW呈上升趋势;平均ET0、ETc、Pe和Ir分别为639.64、438.13、224.40和273.87 mm;由于不同水文年干旱条件不同,Pe并不能在所有年份满足玉米水分需求,丰水年、平水年、枯水年和特枯水年的平均净灌溉定额分别为152.43、236.33、276.53和353.47 mm。黑龙江省西部玉米生育期水分供需关系的研究和灌溉制度的制定有助于区域水资源调控和农业发展     

作物腾发量计算中的一些问题的探讨

联合国粮农组织(FAO)于1998年正式推荐新的计算作物腾发量的标准方法FAO彭曼—蒙特斯公式(Penman-Monteith公式),用以代替FAO过去推荐的修正彭曼公式。目前我国还普遍习惯于使用修正彭曼公式,对新的FAO彭曼一蒙特斯公式尚不熟悉,以致在使用中有一些容易混淆的问题。现在就其中一些问题进行了深入的探讨,为在计算作物蒸腾蒸发量中推广彭曼一蒙特斯公式这一标准化的计算方法提供帮助。     

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.     

浅析ET与农作物产品虚拟水之间的关系

首先引入ET和虚拟水及水分生产率的概念,详细介绍目前ET和虚拟水及水分生产率的计算方法,并对ET与农产品虚拟水的相互联系进行重点探讨,同时就目前国际上较为先进的ET技术和虚拟水战略理论的概要进行解释,提出了农业结构战略性的调整和区域水资源管理的有效措施和建议。     

基于小波消噪的参考作物腾发量RBF网络预测方法

介绍小波消噪的原理和步骤。以北方某流域甲站2001—2005年逐日气象数据为基本资料,进行10阶Dmey小波消噪,然后构建预测ET0的前馈网络模型(RBF-ET0),用2001—2004年的资料作为训练样本,对2005年的ET0进行预测,并与Penman-Montieth公式计算值进行比较。结果为:预测值与目标值的相关系数为0.991 2,相对误差的平均值为6.56%,相对误差小于20%,15%,10%的合格率分别为93.88%,85.66%,73.51%,与未经小波消噪处理的RBF-ET0模型预测结果相比,预测精度有明显提高。     

扎龙湿地芦苇沼泽蒸散发计算与分析

根据水生植物芦苇生长期内的特点，利用扎龙湿地水文气象监测站2003年6月份的气象监测资料及FAO(56)推荐的P-M公式，计算了扎龙湿地芦苇沼泽区域的参照作物蒸散发量，并采用单作物系数法计算了扎龙芦苇湿地的实际蒸散发量。     

应用双作物系数模型估算温室番茄耗水量

准确估算作物耗水量对于合理利用有限的水资源和制定合理的灌溉制度至关重要。本文利用3个生长季的西北地区日光温室番茄水量平衡计算耗水资料,率定和验证双作物系数模型SIMDual Kc在日光温室条件下的适用性。结果表明耗水模拟值与实测值有较好的一致性。模型估算的平均标准误差为0.55 mm·d-1,平均绝对误差为0.44 mm·d-1。模型估算的番茄初期、中期和后期的基础作物系数分别为0.50、0.85和0.55。番茄生育初期蒸发占耗水的比例最大为22.8%;发育期最小,仅为3.2%。3年全生育期总蒸发量占总耗水量的比例平均为5.9%,表明温室生产中植株蒸腾为耗水最主要部分。     

基于最小二乘支持向量机的ET0模拟计算

参考作物蒸散量 （ET0） 有多种计算方法。本文将ET0看作是气象因素的复杂非线性回归,以日最高温度、最低温度、平均风速、太阳辐射以及相对湿度5个气象因子不同方式的组合作为输入数据,以FAO56 Penman-Mon?teith公式计算的结果作为预测校准值,建立了最小二乘支持向量机模型。选取河套地区临河气象站2005年逐日气象数据进行训练与验证,并将模拟结果同其他常用ET0计算公式的计算结果进行对比研究。结果表明最小二乘支持向量机能够很好的反映ET0同气象因素之间的非线性关系,模拟计算精度高,但随着气象因素个数的减少模拟精度有所下降。当基于温度和辐射条件计算时,最小二乘支持向量机模拟计算结果较Priestley-Talor公式计算精度更高,当基于温度条件计算时,温度较低时最小二乘支持向量机的模拟精度高于Hargreaves公式。     

Tomato and cowpea crop evapotranspiration in an unheated greenhouse

With the development of protected cultivation of vegetables in China, it is necessary to study the water requirements of crops in greenhouses. Lysimeter experiments were carried out to investigate tomato （2001） and cowpea （2004） crop evapotranspiration （ETc） in an unheated greenhouse in Eastern China. Results showed remarkably reduced crop evapotranspiration inside the greenhouse as compared with that outside. ETc increased with the growth of the crops, and varied in accordance with the temperature inside the greenhouse and 20-cm pan evaporation outside, reaching its maximum value at the stage when plants’ growth was most active. Differences between the variation of crop evapotranspiration and pan evaporation inside the greenhouse were caused by shading of the pan in the later period when the crops were taller than the location where the pan was installed, 70 cm above ground. The ratio of crop evapotranspiration to pan evaporation was not constant as reported in previous studies, and the variation of the inside ratio αin lagged behind that of the outside ratio αout. Simulation of crop evapotranspiration based on 20-cm pan evaporation inside the greenhouse is more reasonable than that based on 20-cm pan evaporation outside, although pan evaporation outside is more consistent with ETc than that inside. The value of αin, calculated based on air temperature, relative humidity, and ground temperature inside, plays a dominant role in the calculation of ETc. As the crop height increases, altering the location of the inside pan and placing it above the canopy, out of the shade, would help to achieve more reasonable values of crop evapotranspiration.     

利用SPAC模型对冬小麦蒸散发的研究

根据SPAC模型对不同灌水处理下冬小麦返青至成熟期田间水热传输及转化规律的数值模拟结果，拟合了根据地表以下1m土层贮水量和参考作物腾发量进行农田蒸散发估算的经验公式。利用经验公式和SPAC模型对不同灌水处理和不同潜水埋深下冬小麦返青至成熟期的蒸散发进行了计算，结果吻合良好。     

Sorghum Water Loss in Relation to Irrigation Treatment

Aiming towards rational irrigation water management in a seasonally dry climate, sorghum water losses via evapotranspiration were studied during a two-year experiment in relation to irrigation treatments in Central Greece. Relative to high irrigation (IH), that provided the root depth with 458 mm of water in 1994 and 512 mm in 1995, 56 and 64% of the water was supplied by the medium (IM) and 34 and 46% by the low (IL) treatments, respectively, during the two years. A fourth treatment (IHA) was performed like (IH) until the end of anthesis, when irrigation stopped. Gravimetric soil moisture was measured, biometric measurements were taken and all meteorological parameters required to estimate evapotranspiration by the Penman–Monteith equation were logged. A model estimating sorghum actual water loss was first run with the 1994 data. During the model-establishment year, it was found that (a) surface resistance rs, consisting of a canopy rsc and a soil rss resistance acting in parallel, was almost exclusively dependent on soil water shortage, (b) under the IM and IL irrigation treatments, the lowest possible (immediately after water application) canopy resistance r'sc, higher than the (IH) minimum canopy resistance rsc (min) = 40 sm-1, was irrigation-deficit dependent and (c) the rss (min) was as high as 1200 sm-1, common to all treatments. The model established was then verified with the 1995 data and used to calculate the crop coefficient kc values for sorghum. The model, although tending to underestimate actual evapotranspiration by 4–10%, depending on the treatment, may be considered as reliable. The kc values calculated are considerably higher than the kc values suggested for sorghum by the Food and Agriculture Organization (FAO). Therefore, taking also into account that any additional mm of water supplied results in an increase of 0.052 t of dry biomass per hectare, higher irrigation water applications could be recommended, although the low irrigation treatment made slightly better use of water.