论文部分内容阅读
覆膜滴灌技术由于其高效节水的特点在新疆广泛应用。水热传输特征与作物生长模拟研究可为作物灌溉管理提供参考依据。 本文在新疆玛纳斯河绿洲覆膜滴灌棉田用涡度相关等设备观测潜热通量、显热通量、CO2通量、长短波辐射、表层温度和土壤水分的动态变化过程，并监测作物生长过程，建立数学模拟方法，研究棉田水热传输和作物生长过程特征。 1.解析了棉田生长季能量分配特征。生长季平均日净辐射(Rn）为139.8±13.6W·m-2，潜热(LE）通量为63.5±18.2W·m-2，显热(Hs)通量为23.914.1W·m-2，土壤热通量(G)为3.2±4.2W·m-2。不同生育期LE和Hs通量日内变化过程与Rn相似，峰值出现在中午12:00以后，而G变化相对平缓。在作物生长初期和收获末期，棉田能量耗散以Hs为主，通量为41.4±14.9W·m-2，占净辐射比率为39％～55％;在作物生长旺盛期，能量耗散以LE为主，通量为117.3±28.8W·m-2，占净辐射比率为79％。 2.解析了棉田生长季冠层温度动态变化特征。在不同生育时期，棉田冠层温度/地表温度的大小、起伏变化等存在不同程度差异。在夜间，整个生长季地表/冠层温度均低于气温，约3～5C;在日间，上午随着太阳辐射增强，冠层温度回升，在8:00左右与大气温度持平后，在萌发期、苗期、收获期快速超越气温至15:00开始低于气温，在蕾期、花铃期与吐絮期与气温相当，到13:00开始低于大气温度。 3.综合分析了生长季棉田四个阶段的蒸散变化动态特征。第一阶段，7月之前，实际蒸散低于潜在蒸散，大于潜在蒸腾，棉田蒸散主要来自田间未覆膜的土壤蒸发，阶段平均蒸散强度为2.41mm·d-1，占整个生育期棉田总蒸散的24％;第二阶段，7月初至8月下旬，实际蒸散与潜在蒸散、潜在蒸腾接近，蒸散主要来自于冠层蒸腾，阶段平均蒸散强度为4.54mm·d-1，占整个生育期棉田总蒸散的55％;第三阶段，8月下旬之后，实际蒸散低于潜在蒸腾，阶段平均蒸散强度为3.34mm·d-1，占整个生育期棉田总蒸散的16％。第四阶段，9月中旬以后，棉田蒸散由蒸腾为主转变为以土壤蒸发为主，阶段平均蒸散强度为1.44mm·d-1，占整个生育期棉田总蒸散的5％。 不同生育期的棉田日蒸散过程与太阳辐射变化过程相近，呈单峰模式，起伏变化稍微滞后于太阳辐射变化。太阳辐射(SRad)、水汽压亏缺(VPD)、根区土壤水分(REW)和叶面积指数(LAI)是影响棉田蒸散的主要因素。与太阳辐射基本成线性关系，随着辐射增加而增加;与水汽压亏缺、根区土壤水分都呈两段函数关系。 4.综合阐述了棉田CO2通量、同化物合成动态特征及其与环境因子关系。棉田净生态系统生产力(NEP)在不同生育期有较大差异:在萌发期与采摘期NEP值较小，为负，这是由于呼吸产出量超出吸收量造成的;在蕾期与花铃期NEP值较大，这时叶面积最大、叶片活性最强。萌发期、苗期、蕾期、花铃期、吐絮期和采摘期日均值分别为-3.7±1.6、2.7±6、25.1±7.7、20.8±8.5、4.6±3.2和-0.3±1.9gC·m-2·d-1。生长季棉田净初级生产力NPP变化过程与NEP相似，萌发期、苗期、蕾期、花铃期、吐絮期和采摘期日均值分别为3.1±1.4、9.8±6、32.1±8.2、27.5±8.5、11.1±3.7和5.9±2.3gC·m-2·d-1。NPP日内过程基本与辐射同步，均呈单峰特征，峰值出现在午后12:30左右，蕾期、花铃期峰值最大。 5.改进了模拟计算方法的一些过程。基于能量平衡，给出了一个棉田温度计算公式，可以很好的模拟计算萌发、苗期地表温度日动态过程，较好地模拟蕾期、花铃期的下午与夜间冠层温度变化，上午模拟温度偏高。基于气孔导度与净光合速率的关系，改进了光能利用模型中的水分胁迫项计算方法，建立了一个同化物合成模型;模拟的率定与检验结果表明该模型可以在小时与日尺度上有效模拟覆膜棉田的同化物合成过程。