华北平原冬小麦农田能量平衡特征及气象影响因素分析

农田生态系统能量平衡分量变化特征与水循环过程、水资源管理和农业可持续发展息息相关。本文基于安阳国家气候观象台2020-2021年的涡度相关系统和气象要素数据,分析了冬小麦农田不同生长阶段净辐射、潜热通量、显热通量和土壤热通量的日变化和月变化特征,明确了影响华北平原农田生态系统能量平衡分量的主要气象因素。结果表明:(1)冬小麦不同生育期能量平衡分量日变化趋势基本保持一致,呈单峰二次曲线变化。出苗期和越冬期白天潜热通量小于显热通量,而拔节期和乳熟期白天潜热通量明显大于显热通量。整个生长季土壤热通量均较小,其中越冬期的最小。(2)从10月到翌年5月,净辐射和潜热通量的月变化特征整体上呈先减少后增加的趋势,1月份的潜热通量最小,为0.39 MJ·m^(-2)·d^(-1),5月份的最大,为9.38 MJ·m^(-2)·d^(-1);显热通量的月变化与潜热的相反;整个生长季,土壤热通量12月的最小,5月的最大。随着冬小麦的生长,潜热通量占净辐射的比值呈先减少后增加的趋势,显热通量则相反,二者呈现此消彼长的现象。(3)小时尺度上,潜热通量、显热通量、土壤热通量与气温、饱和水汽压差和风速呈极显著正相关,与相对湿度和土壤含水量呈极显著负相关。日尺度上,除显热通量外,潜热通量、土壤热通量与气温、饱和水汽压差和土壤温度呈极显著正相关,与相对湿度的相关性不显著。

不同灌溉处理下冬小麦水平衡与灌溉增产效率研究

水资源是华北平原冬小麦、夏玉米种植区最重要的生产制约因素,农业水资源高效利用具有重大的社会需要。通过设置冬小麦不同灌溉处理,分析了各处理的水分平衡、产量和灌溉增产效率。结果显示:1)不同灌溉处理具有不同的水分平衡过程,雨养农田、充分灌溉处理、返青水胁迫处理、拔节抽穗水胁迫处理和灌浆水胁迫处理的蒸散量分别为251±58 mm、482±48 mm、352±44 mm、388±22 mm和324±53 mm;2)灌溉量对于小麦产量的增加具有明显的正效应,拔节-抽穗水胁迫对作物产量有较大影响,灌浆水胁迫和返青水胁迫均没有对小麦产量造成明显影响;雨养农业的经济产量为2 950±635 kg.hm-2,充分灌溉下的经济产量约为5 994±994 kg.hm-2;冬小麦返青期、拔节抽穗期、灌浆期施加适度的水分胁迫,产量分别为5 163±885 kg.hm-2、5 047±1 180 kg.hm-2、5 249±975 kg.hm-2,与充分灌溉相比,没有明显的产量下降;3)小麦的灌溉增产效率存在明显的年际差异,在丰水年或特丰水年,灌溉增产效率为1.9 kg.m-3,在枯水年为0.4 kg.m-3,平水年为1.6 kg.m-3。

华北平原典型冬小麦农田生态系统能量平衡与闭合研究

准确量化分析地气之间的物质和能量交换对于水资源管理和农业可持续发展是十分重要的。能量平衡闭合是评估观测数据准确性和分析地表能量平衡的一个重要的评价指数。本研究利用开路涡度相关系统和全要素自动气象站对华北平原典型冬小麦农田生态系统2013—2014年度的能量通量及常规气象要素进行了连续观测,分析了冬小麦农田各能量通量的日变化和年变化特征,计算冬小麦在4个生育时期(出苗期、越冬期、拔节期和灌浆期)的能量闭合和波文比。结果表明:在日尺度上,选取的4个生育时期净辐射和各能量分量的日变化趋势均为单峰二次曲线,净辐射、显热通量和潜热通量的峰值出现在12:00—13:00,土壤热通量的峰值出现在14:00—15:00。在年尺度上,净辐射和潜热通量的变化趋势较为一致,均在越冬期达到最低值114.51 W·m^(-2)和13.47 W·m^(-2),而在灌浆期达到最大值327.02 W·m^(-2)和116.56 W·m^(-2)。选取的4个生育时期的代表性观测日期能量闭合良好,能量闭合率分别为0.49、0.77、0.81和0.76。4个生育时期内波文比值日变化趋势均呈倒"U"型,出苗期波文比在14:00达到最大值2.12;越冬期、拔节期和灌浆期在10:00左右达到最大值,分别为1.48、0.31和0.58。本文的定量化结果可为华北平原农田生态系统水热通量等研究提供依据。

华北地区冬小麦田辐射过程与热量过程的基本特征

观测了冬小麦全生育期田间小气候,分析了冬小麦田辐射过程和热量过程的特征。结果表明,1d中反射率中午低而早晚高,呈“U”字形,反射率中午最低值为0.12～0.17左右。晴天辐射平衡占太阳总辐射的60％～70％。充分灌溉的麦田中午潜热通量占辐射平衡的60％～75％。