论文部分内容阅读
作物蒸腾尺度转换的研究对于揭示不同尺度的蒸散规律及其驱动机制有着非常积极的作用。近年来，黑河流域面临着严重的水资源短缺引发的一系列生态经济问题，水资源的研究已经成为该地区亟待解决的科学问题之一，准确测定和估算玉米农田不同尺度的蒸腾过程并研究其蒸腾机理是制定作物灌溉制度和区域灌溉需水量计划的基本依据。实验于2011年和2012年在黑河中游灌溉绿洲农田内开展，利用Li-6400XT便携式光合仪、Flow321-K包裹式茎流计及小气候与涡动相关系统，系统地开展了玉米叶片蒸腾、茎干液流及田间水热传输过程观测。基于绿洲农田玉米叶片-个体-田块同步观测实验，分析了绿洲农田不同尺度蒸腾耗水特征，并应用叶面积等参数对叶片及个体尺度蒸腾速率进行了尺度扩展，结合FAO-56双作物系数法估算的田间作物蒸腾，对比分析了三种方法的差异及其各自对环境因子的响应。主要结论如下： ⑴玉米叶片尺度蒸腾速率在不同生育阶段均为早晨和傍晚较低而中午前后较高的日变化规律，净光合速率及气孔导度和蒸腾速率的的变化规律一致，而水分利用效率从早晨到晚上一直为下降趋势。7月初，7月中旬及8月叶片蒸腾速率日均值依次为4.4，2.8和3.2 mmol H2O m-2s-1，同期对应的光饱和点依次为1686.3，1943.1和1726.0μmol·m-2·s-1，可知灌浆期（7月中旬）玉米叶片发育完整其碳同化能力相对较强但蒸腾速率较弱。冠层不同层次叶片蒸腾速率在7月和8月份依次表现为:下层＞中层＞上层和上层＞中层＞下层，叶片各层位叶片生理功能差异导致的叶片形态差异及不同层次叶片蒸腾速率对光合有效辐射响应存在差异为主要原因，而气温、饱和水汽压差和土壤水分状态等环境因子对不同层位叶片蒸腾速率的影响差异较小。 ⑵茎秆液流监测数据表明，玉米茎秆液流速率具和叶片蒸腾速率类似的日变化规律，且随着生育期的推进，日茎流发生时间逐渐缩短;其中晴天为单峰曲线并于午后14:00左右达到峰值，阴天为不规则多峰曲线且不定时出现液流停滞现象。2011年和2012年从拔节期至收获期，玉米植株日茎秆液流速率分别为:33.8±17.8 g·h-1和26.8±8.3 g·h-1，两个生长季内玉米茎秆液流速率在拔节-灌浆期达到最大值，且植株茎秆液流速率与单株总叶面积之间存在显著正相关。通过分析环境因子对茎秆液流影响发现，净辐射变化是造成不同天气条件下茎秆液流值差异的主要原因，在净辐射值较大时，其它环境因子的波动不会造成茎秆液流曲线形态上的差异;在土壤含水量大于15％左右且天气状况稳定时，灌溉本身在短期内几乎不会对茎秆液流造成影响，但灌溉可能会导致土壤蒸发加剧进而导致空气湿度增加，进而影响茎秆液流。不同天气条件下茎秆液流的起始和结束时间是多重环境因子综合作用的结果。 ⑶基于植株单叶叶面积及叶面积指数将叶片蒸腾速率转换为田间作物蒸腾，同时利用叶面积及田间植株密度将单株尺度蒸腾速率转换为田间作物蒸腾，利用FAO-56双作物系数法计算得到的田间作物蒸腾作为基准，对比验证了尺度转换得到的田间作物蒸腾的可靠性，发现叶片蒸腾速率及茎秆液流速率均可通过尺度扩展有效的估算田间作物蒸腾量，其中作物生长发育期基于叶片估算的田间蒸腾大于个体的估算值，灌浆期差异逐渐缩小，成熟期个体估算值大于叶片估算值。通过分析三种方法估算的田间蒸腾速率对环境因子的响应可知，净辐射均为主要环境控制因子，但由于各尺度主要环境控制因子不同，导致其响应之间存在较大差异。