修正双作物系数法估算不同计划湿润层深度下春玉米蒸散

为利用修正后的双作物系数法来准确估算不同生育期计划湿润层深度下春玉米蒸散量(ET_(c))。根据不同生育期设定不同计划湿润层深度(T1、T2、T3),试验灌水下限设定为65%田间持水量(θ_(FC)),灌水上限为100%θ_(FC)。利用实测叶面积指数(LAI)修正双作物系数模型中的基础作物系数(K_(cb))和土壤蒸发系数(K_(e)),并结合山西省中心灌溉试验站的气象数据等估算了春玉米ETc,同时用实测数据对估算值进行适应性评价。2023年T1、T2、T3春玉米全生育期ETc分别为438.46 mm、397.68 mm和419.86 mm;估算的全生育期ET_(c)为454.08 mm、431.87 mm和452.47 mm。改正后的双作物系数法的决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、模型效率系数(E_(ns))、平均绝对误差(AAE),T1为0.82、0.67 mm/d、0.84和0.57 mm/d,T2为0.81、0.79 mm/d、0.78和0.55 mm/d,T3为0.75、0.90 mm/d、0.71和0.60 mm/d。灌水较多的T1和T2的R2和E_(ns)均高于T3,RMSE和AAE小于T3,T1和T2的参数相差不大,说明灌水量较少时会影响模型的估算精度,T1处理的灌水量最大,蒸散量最大,模型的拟合程度最高,T2和T3次之。因此,修正后的双作物系数法可用于不同湿润层深度下春玉米蒸散量的预测,该模型更适用于水分充足条件下春玉米蒸散量估算。

基于双作物系数法估算晋南地区冬小麦-夏玉米轮作系统蒸散量

冬小麦-夏玉米轮作系统是晋南地区常用的种植模式,为评估双作物系数法在冬小麦-夏玉米轮作系统应用的可靠性,掌握轮作系统耗水规律,通过双作物系数法模拟2016-2019年间冬小麦-夏玉米轮作系统蒸散量,以水量平衡计算结果为标准对其模拟结果进行评价,并区分植株蒸腾(T)和土壤蒸发(E)。该结果表明:在冬小麦-夏玉米轮作系统中,冬小麦初期、发育期、中期和后期的平均基础作物系数(Kcb)为0.2、0.59、0.98和0.15,夏玉米的为0.14、0.69、1.24和0.56;冬小麦的平均土壤蒸发系数(Ke)为1.24、0.63、0.07、0.42,夏玉米的为0.78、0.45、0.06、0.46。冬小麦全生育期内ETc为264.18~526.22 mm,夏玉米的为261.76~519.67 mm;发育期为耗水高峰期,冬小麦、夏玉米发育期蒸散量占各自生育期总蒸散量的比例分别为31.2%~51.3%和34.3%~58.2%;随着灌水次数的减少,冬小麦、夏玉米总蒸散量及植株蒸腾量均逐渐降低,土壤蒸发量也在灌水最少时达到最低,全生育期E/ETc,冬小麦为27.3%~46.4%,夏玉米为29.3%~44.2%。在冬小麦和夏玉米生长初期,80%以上的土壤水分以蒸发形式消耗,在中期时土壤蒸发占比最低,冬小麦为6.1%~13.4%、夏玉米为4%~7.6%。冬小麦、夏玉米各自蒸散模拟值(ETc-FAO)与实测值(ETc)呈现出较好相关性,R2为0.8~0.86,RMSE为0.5~0.6 mm/d,MAE为0.4~0.49mm/d,可见双作物系数法模拟晋南地区冬小麦-夏玉米轮作系统ETc具有较高精度,可为精确掌握冬小麦-夏玉米轮作系统耗水规律,进而制定合理的灌溉计划提供理论依据。

基于叶面积指数改进双作物系数法估算旱作玉米蒸散

为准确估算和区分黄土高原旱作春玉米蒸散(evapotranspiration,ET),该文基于实测叶面积指数(leaf area index,LAI)动态估算基础作物系数,利用LAI修正土壤蒸发系数,并基于修正后的双作物系数法估算和区分黄土高原地区旱作春玉米ET,并以2012、2013年寿阳站基于涡度相关系统和微型蒸渗仪实测的春玉米ET和土壤蒸发(soil evaporation)对修正后的双作物系数法的适用性进行评估。结果表明:修正后的双作物系数法能够较为准确的估算春玉米ET,2012年春玉米全生育期ET估算值、实测值分别为365.3、372.6 mm,2013年分别为385.6、369.4 mm;2012年全生育期改进双作物系数法决定系数、均方根误差、模型效率系数和平均绝对误差分别为0.824、0.561 mm/d、0.817和0.449 mm/d,2013分别为0.870、0.381 mm/d、0.871和0.332 mm/d;同时,修正后的双作物系数法可对春玉米各生育期ET进行准确区分,土壤蒸发估算值与实测值有较好的一致性,2012年全生育期估算和实测土壤蒸发分别为0.98和0.99 mm/d,分别占ET的38.12%和37.08%;2013年估算和实测土壤蒸发分别为0.86和0.89 mm/d,分别占ET的33.59%和35.90%。因此,修正后的双作物系数法能够较为准确地估算和区分黄土高原地区旱作春玉米ET。该研究可为黄土高原区农田水分精准管理提供科学指导。

砂石覆盖条件下冬小麦蒸散量的单、双作物系数法估算

农田蒸散(ETc)是农业系统能量平衡和水分平衡的关键要素,砂石覆盖条件下ETc的估算对于评价砂石覆盖对农田作物的影响非常重要。为准确估算砂石覆盖条件下冬小麦ETc,在陕西杨凌建立了遮雨棚下的蒸渗仪动态观测系统。利用FAO-56的Penman-Monteith(PM)模型和单、双作物系数法对冬小麦ETc进行估算,并基于两年度不同砂石覆盖量下冬小麦实测ETc数据,对单、双作物系数法进行改进和修正,得到适用于砂石覆盖条件下单、双作物系数与砂石覆盖量的关系。结果表明:(1)冬小麦不同生长阶段的单作物系数与砂石覆盖量具有很好的线性关系,进一步结合估算的参考作物腾发量(ET0)计算,能很好地模拟两年度不同砂石覆盖量下的冬小麦ETc。(2)基于冬小麦实测ETc对双作物系数进行修正,可得到其修正系数A与砂石覆盖量之间的线性关系,进一步结合ET0可准确估算两年度不同砂石覆盖量下的冬小麦各生长阶段ETc。(3)不同砂石覆盖量下,双作物系数法比单作物系数法和PM模型估算冬小麦ETc的精度更高。总体上,单、双作物系数法在估算砂石覆盖条件下的冬小麦ETc中仍有一定的适用性,但需经实测数据进行修正。

单双作物系数法计算玉米需水量的对比研究

基于云南持续干旱对水资源高效利用的要求以及研究作物需水量规律的重要性,利用低纬度高原区的云南省曲靖市的陆良站1990-1992年的逐日气象资料及历史试验资料,采用FAO-56推荐的计算作物需水量的单作物系数法和双作物系数法,计算了陆良站玉米各阶段的需水量,并和实测值进行了对比。结果表明:用单作物系数法和双作物系数法计算的玉米需水量与实测值是十分接近的;在地面覆盖度比较大的情况下,两者差别不大;总体上,两种方法计算的作物需水量具有很好的相关性。

利用叶面积指数和气象因子修正双作物系数估算夏玉米蒸散量

[目的]准确估算夏玉米作物蒸腾(T_(r))与土壤蒸发(E_(s))。[方法]本研究基于FAO-56推荐的双作物系数模型,应用五道沟水文实验站叶面积指数(LAI)、气象因子以及土壤水分实测数据,对模型中的基础作物系数(K_(cb))和土壤蒸发系数(K_(e))进行动态修正,并基于Penman-Monteith(P-M)模型,确定参考作物蒸散量(ET_(0)),进而估算夏玉米实际蒸散量(ET_(c)),并以2018、2019年大型蒸渗仪实测ET_(c)对估算值进行精度评价。[结果]修正后的双作物系数法估算夏玉米蒸散量较为准确,2018年夏玉米全生育期ET_(c)估算与实测的日均值分别为4.89 mm/d和4.66 mm/d,2019年分别为5.72 mm/d和5.67 mm/d。应用修正双作物系数法估算夏玉米日ET_(c)的决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、模型效率系数(E_(ns))、平均绝对误差(AAE),2018年分别为0.89、0.98 mm/d、0.86和0.73mm/d,2019年分别为0.89、0.76 mm/d、0.89和0.58 mm/d。[结论]因此,修正后的双作物系数法能够较为准确的估算夏玉米蒸散量,该研究可为淮北平原农田水分精准管理提供科学依据。

水分胁迫条件下羊草群落生育期双作物系数计算方法的验证

基于浑善达克沙地2005-2006两个不同水文年对羊草、拂子茅、冰草构成的羊草群落生育期中气象因子及生理因子野外观测试验数据,用联合国粮农组织FAO-56分册中介绍的方法计算了羊草群落生育期基本作物系数和土壤蒸发系数,并对基本作物系数进行了地区气象因素和牧草单叶气孔阻力校正。用校正后的作物系数模拟计算的蒸腾、蒸发量与实际观测值间进行了拟合相关图、拟合优度参数法的有效性检验。结果表明:计算的蒸发、蒸腾量与实测结果基本接近。考虑水分胁迫时,有条件的地区应该对作物系数进行地区气象因素和单叶气孔阻力校正。

基于双作物系数的旱作玉米田蒸散估算与验证

农田蒸散(ET)准确估算与区分对理解土壤-植物-大气连续系统水分传输动力学过程和调控机制具有重要意义。本研究基于FAO-56 Penman-Monteith(PM)模型计算参考作物蒸散量(ET0),运用双作物系数法计算黄土高原东部地区旱作玉米田2011-2012年蒸散(ETFAO),以同期涡度相关系统实测值(ETEC)作为标准值对双作物系数法计算结果进行评价,并将玉米田ET区分为土壤蒸发和作物蒸腾。结果表明:2011年春玉米生长季ET0、ETEC和ETFAO分别为628、400.3和492.7mm,双作物系数法RMSE、AAE和R^2分别为0.864mm·d^(-1)、0.678mm·d^(-1)和0.755,且R^2达极显著水平(P<0.01);2012年三者分别为553、372.6和441.4mm,RMSE、AAE和R^2分别为0.676mm·d^(-1)、0.693mm·d^(-1)和0.781,R^2亦达极显著水平(P<0.01),说明双作物系数法在该地区模拟旱作春玉米ET有较高的精度。基于双作物系数法对ET进行区分表明,2011年全生育期土壤蒸发和作物蒸腾分别占ET的36.4%和63.6%;2012年分别占ET的31.7%和68.3%,说明旱作春玉米田ET主要来自春玉米蒸腾。

秸秆覆盖条件下玉米需水量及作物系数的试验研究

采用FAO推荐的双作物系数法计算了秸秆覆盖条件下夏玉米的作物系数。结果表明,秸秆覆盖对含水量影响较大,0～10cm土层土壤含水量随着麦秸覆盖量的增加而增大;秸秆覆盖量对棵间蒸发量E和土壤蒸发系数Ke的影响较大,E和Ke值随覆盖量增加而减小,在玉米生长初期阶段影响最大,中期阶段影响最小;有覆盖试验区需水量比无覆盖区小,有一定的节水效果。

作物需水量模拟计算结果有效性检验

作物需水量是确定节水高效灌溉制度、制定灌溉排水规划和水资源合理配置必不可少的重要参数。当前模拟计算作物需水量的主要方法有FAO-56双作物系数法、双涌源能量守恒模型、根系层水量平衡模型和SWAP模型,而各种方法均有利弊和使用条件。不论采用哪种方法模拟计算作物需水量,其结果必须进行有效性检验,否则不能用于上述工程项目。该文用FAO-56双作物系数法基于灌溉试验数据模拟计算了人工牧草——老芒麦、冰草的需水量,并对模拟计算的需水量采用拟合相关图法、回归分析法和残差估计误差指示法进行了有效性检验。拟合相关图法属定性检验,给出了统计相关趋势;回归分析法和残差估计误差指示法为定量检验,给出了模拟计算值与实测值间的拟合优度和残差估计误差的范围。这种定性定量相结合的方法有效地检验了需水量模拟值与其实测值间的一致性,其结果可用于工程项目中。

浑善达克沙地天然植被蒸散量两种计算方法的比较

以土壤-水分-大气-作物系统模拟模型——SWAP模型和FAO-56分册推荐的最新双作物系数法为基础,计算浑善达克沙地天然植被蒸散量。结果表明:SWAP模型和最新双作物系数法模拟的蒸散量结果相近,均可用于模拟蒸散量。SWAP模型能模拟土壤剖面的水分动态。

农产品虚拟水含量计算方法研究

综合考虑研究区的气象及灌溉特点,将非充分灌溉条件下的作物需水量计算公式应用到作物虚拟水含量计算中,考虑到研究区灌溉农业与雨养农业的特点及灌溉水利用效率的差异,区分灌区与非灌区、井灌与渠灌,制定了相应的灌溉制度,并计算了区域农作物广义耗水量。给出了修正的农业虚拟水含量计算方法,并以郑州市为例验证了虚拟水含量的时空差异特征。

基于波文比-能量平衡法的半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量估算

为准确估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量,在测定气象数据的基础上,以水量平衡法的实测蒸发蒸腾量(ET)为参考,分析判断波文比-能量平衡法估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量的适用性以及整个生育期内葡萄ET的变化规律,分别采用单作物系数法(Kc)、双作物系数法(Kcb)估算半干旱半湿润地区葡萄ET。结果表明:全生育期内波文比-能量平衡法与水量平衡法之间的均方根误差(RMSE)与纳什系数(NSE)分别为0.54与0.64,决定系数为0.82,说明波文比-能量平衡法可以较好地应用于半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾估算,双作物系数法比单作物系数法估算结果更为精确,计算出的双作物系数0.85、1.07、0.71可以作为本地区值。

基于大型蒸渗仪和遗传算法的受旱玉米蒸发蒸腾量估算

受旱胁迫下作物蒸发蒸腾量估算重要且复杂,依托新马桥农水综合试验站6台大型称重式蒸渗仪开展玉米受旱胁迫专项试验,对不同受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量特征进行分析,在双作物系数法估算无受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量的基础上,采用遗传算法优化率定基础作物系数Kcbini、Kcbmid、Kcbend和作物系数上限Kcmax,同时基于试验站实测太阳辐射数据采用遗传算法优化率定了Angstrom公式经验参数a、b,进而优化了参考作物蒸发蒸腾量(ET0)的计算结果,并以此基础运用双作物系数法估算受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量。结果表明:营养生长中前期轻微的水分亏缺可能会刺激玉米适应性机能,复水后各项生理功能恢复正常;水分亏缺加重时不仅会使玉米当期的蒸发蒸腾量减少,而且会产生累积效应,将这种胁迫影响传递到之后的生育阶段;相同受旱胁迫强度对玉米生殖生长阶段影响更为明显,且易造成永久胁迫;Kcbini、Kcbmid、Kcbend、Kcmax的率定结果分别为0.150、1.090、0.152和1.400,在此基础上运用双作物系数法估算无受旱胁迫下玉米全生育期蒸发蒸腾量的均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE分别为1.39 mm和0.97 mm,比对应的FAO-56推荐值估算结果小6.74%和8.23%,受旱胁迫下玉米计算的2个处理全生育期RMSE、MAE和MRE均值分别为1.60 mm、1.18 mm和6.73%,整体估算效果虽然没有无受旱胁迫下的好,但仍优于FAO-56推荐值的估算结果。因此,基于双作物系数法和遗传算法的受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量估算合理可靠,该研究可为区域制定适宜灌溉制度和降低农业旱灾损失风险提供理论依据。

河套灌区套种模式下田间灌水有效性评价

针对河套灌区典型的套种模式以及地下水位较浅的情况,基于SPAC系统应用土壤水动力学理论定量分析了作物生育期内大气水、灌溉水、作物水、土壤水和地下水的相互转化关系。应用FAO推荐的Penman-Monteith法及双作物系数法,对小麦套种玉米、小麦套种向日葵模式的实际腾发量进行了计算。从动态观点出发,在时间尺度上考虑深层渗漏量和根系层储水量对作物的有效性,对灌区田间灌溉水的有效性进行了评价。结果表明:小麦套种玉米的实际腾发量为635.8 mm,小麦套种向日葵的实际腾发量为428.2 mm;小麦套种玉米灌溉水利用率为91.9%,小麦套种向日葵的灌水利用效率为88.4%。

多年生人工牧草“老芒麦”根系层土壤含水率对节水的影响研究

基于浑善达克沙地人工牧草灌溉试验场观测的气象、叶片的蒸腾速率、叶面积指数、有效根系层深度、土壤含水率、土壤蒸发等数据，利用双作物系数法模拟计算了2004、2005年老芒麦的日作物需水量，经与实测的作物蒸腾和土壤蒸发数据对比分析，检验了需水量模拟值与实测值间的一致性，在此基础之上，讨论了老芒麦需水量与产量、光合作用与蒸腾速率、光合作用与根系层土壤含水率的关系，结果表明：对老芒麦来说，从抑制无效蒸腾角度实现节水最直接的方法应该是有效根系层的土壤水分保持在田间持水率的51％～74％。

基于蒸腾估算的不同施肥量对夏玉米生长及产量的影响研究

利用作物蒸腾和土壤蒸发之间的定量分配占比确定最优施肥量,是指导合理灌溉、提高水肥利用效率的重要研究内容。该研究测定了夏玉米蒸腾量、土壤蒸发量、作物生长参数和产量,并用修正双作物系数法估算全生育期夏玉米蒸发蒸腾量,分析了雨养条件下,不同施肥量对夏玉米植株蒸腾(T-c)和土壤蒸发(E)及产量的影响。结果表明:夏玉米生长初期,施肥量对T-c的影响不明显,E对蒸散量(ET-c)的贡献大于T-c;生长中期,施肥量越大,T-c相对较大,0肥(N1)<低肥(N2)<中肥(N3)<高肥(N4),T-c对夏玉米蒸散量ET-c的贡献大于E;生长后期,N2处理T-c最高,N4处理最低。不同施肥量下,T-c、E整体呈现下降趋势,T-c、E对ET-c相互影响。不同施肥量夏玉米产量N3>N2>N4>N1,N3处理比N1处理产量高16.9、N3处理比N4处理产量高9.6。施肥量过多或太少,都会降低夏玉米产量。适当施肥可以提高T-c在ET-c中的所占比例(N3最高,T-c/ET-c67.53),降低E的消耗,从而使水分消耗向增加作物产量的方向分配。

非充分灌溉预报决策支持系统的研究

采用FAO-56 Penman-Monteith公式和双作物系数法计算出作物需水量,根据初始土壤含水率和作物生长发育的长度,通过农田土壤水量平衡原理计算出当前的土壤含水率,依此作为判断灌水与否以及预报灌水日期的依据。当土壤含水率下降到土壤水分下限值时就灌水,计算并输出灌水量,当其未达土壤水分下限值时,则预报需要灌水的日期和灌水量。并编制了可视化的程序界面,只要输入相关数据,就可得出适用于不同地区的灌溉预报制度。

等高反坡台阶整地对坡耕地农田耗水及水量平衡的影响

为了探讨等高反坡阶整地措施对红壤坡耕地农田耗水及水量平衡的影响,于2017年5月-2018年9月期间,通过野外定位监测大气降雨量、农田蒸发量等指标,利用双作物系数法获得农作物耗水规律,进一步探究了农田的水量平衡特征。结果表明:与对照样地相比,布设有等高反坡台阶的样地整个生长期的玉米耗水量减少7%~12%,作物蒸散量减少8%~12%,作物蒸腾量与总耗水量的比例为64%~70%,比未布设的样地增加了28.7%~30.1%。此外,布设有反坡台阶的坡耕地土壤水分利用量要大于未布设的坡耕地。试验表明等高反坡阶可以提高水分的利用效率,减少土壤水分的蒸发,具有蓄水、节水的作用。

人工牧草需水量的模拟计算及其有效性检验

较高精度的模拟计算作物需水量对制定节水高效灌溉制度、灌溉排水规划和水资源合理配置至关重要。目前模拟计算作物需水量的主要方法有FAO-56双作物系数法、双涌源能量守恒模型、根系层水量平衡模型和SWAP模型。任何方法计算的作物需水量用于生产实践时,都应进行模拟结果的有效性检验。基于灌溉试验数据,应用联合国粮农组织推荐的FAO-56双作物系数法模拟计算了人工牧草———披碱草、冰草的需水量。并采用拟合相关图法、回归分析法和残差估计误差指示法对需水量模拟值进行了有效性检验。拟合相关图法给出统计相关趋势,属定性检验;回归分析法和残差估计误差指示法给出了模拟值与实测值间的拟合优度和残差估计误差的范围,属定量检验。这种定性定量相结合的方法客观的检验了需水量模拟值与实测值的一致性,经有效性检验后的需水量模拟值可用于生产实践。