鄱阳湖典型洪泛区地下水数值模拟研究

受地表河湖系统水情变化干扰,高度动态和异质性的洪泛区地下水文对河湖水资源、水污染以及生态环境功能等方面具有重要影响和贡献。鄱阳湖洪泛区湿地在长江中下游具有重要区位优势和研究特色,但变化环境下其水动力特征和水量交换情况等仍存在许多不确定性。本文以鄱阳湖典型洪泛区为研究区,采用地下水流二维数值模型,开展了洪泛区地表地下水转化作用与水量变化的模拟研究。结果表明,鄱阳湖季节性水位变化很大程度上决定了主湖区与周边地下水之间的动态补排模式,即洪泛区地下水补给湖泊主要发生在枯水和退水时期,而湖泊补给地下水主要发生在涨水和高洪水位时期。一般情况下,整个洪泛区地下水位与湖水位的年内变化态势基本一致,主湖区附近的地下水位年内变幅较大,而大部分洪泛区的地下水位变幅相对较小。北部地下水流速明显大于南部,主湖区附近地下水流速明显大于洪泛区,地下水流速基本小于1~2 m/d。水均衡分析发现,洪泛区地下水系统以接受降雨输入(52%)和主湖区补给(39%)为主,以地下水蒸发输出(72%)和向湖排泄(24%)为主,但补给主要发生在春、夏季,而排泄则发生在秋、冬季。地形地貌对洪泛区地下水位分布以及流速场演化具有主控作用,但湖水位动态变化却是一个关键的外部驱动力,形成了地下水湖水交互过程的季节转变。本文研究结果可为后续鄱阳湖洪泛区的水资源优化管理与配置以及生态环境的可持续发展提供科学支撑。

水氮耦合下黑土区稻田生态系统碳源汇效应分析

为探寻不同水氮耦合方式对黑土区稻田生态系统碳平衡的影响,于2022年开展田间试验,试验设置常规淹灌(F)和稻作控制灌溉(C)两种灌溉模式,同时设置常规施氮水平(N,110 kg/hm~2)、减氮10%水平(N1,99 kg/hm~2)、减氮20%水平(N2,88 kg/hm~2)3种施氮水平,分析不同水氮耦合方式对水稻各器官干物质量、碳含量、稻田土壤呼吸CO_(2)排放通量和CH_(4)排放通量及两者排放总量的影响,并采用净生态系统碳收支(NECB)评价体系对黑土区稻田生态系统碳源汇效应进行分析。结果表明:不同水氮耦合方式下,各处理水稻穗固碳量与根固碳量分别占其总固碳量的26.61%~40.92%、24.63%~31.95%。相同施氮量下,稻作控制灌溉相较于常规灌溉能提高水稻各器官碳含量、干物质量。在水稻全生育期内,各处理CH_(4)排放通量呈现先增加后减小再增加的变化趋势,均在分蘖期与拔节孕穗期出现峰值;各处理土壤呼吸CO_(2)排放通量呈现单峰变化,在分蘖期出现峰值。相同灌溉模式下,除返青期外,各处理CH_(4)排放通量与土壤呼吸CO_(2)排放通量均随施氮量的减少而降低。相同施氮量下,稻作控制灌溉与常规灌溉相比降低了土壤呼吸CO_(2)排放通量及排放总量,但提高了CH_(4)排放通量及排放总量。不同水氮耦合方式下,水稻净初级生产力为4245.82~6958.19 kg/hm~2,穗净初级生产力最高、凋落物净初级生产力最低,分别占其水稻净初级生产力的42.88%~51.82%、3.19%~3.90%。相同施氮量下,稻作控制灌溉模式各处理水稻净初级生产力均大于常规灌溉模式,其中CN、CN1、CN2各处理净初级生产力较FN、FN1、FN2各处理分别增加11.17%、31.92%、2.98%。此外,不同水氮耦合方式下NECB均为正值,表示该黑土区稻田生态系统为净碳“汇”,其中CN1处理净碳收支(1082.87 kg/hm~2)显著高于其他各处理(P<0.05),这说明稻作控制灌溉模式下减氮10%处理的稻田生态系统碳“汇”强度最大。

应用农田水量平衡原理计算三种蔬菜的需水量和作物系数

根据田间水分和肥料最优控制下测定的土壤水分,利用农田水量平衡原理分别计算了花椰菜、苋菜和菠菜生长期内的作物需水量。根据作物需水量和气象资料计算的参考作物蒸散量,计算3种蔬菜在不同生育期内的作物系数。结果表明,花椰菜、苋菜和菠菜在整个生长期内的需水量分别为 223.8 mm,144.9 mm和148.1mm;作物系数的平均值分别是0.68,0.94和0.65;除苋菜的作物系数与叶面积指数的拟合关系相关性不显著外,花椰菜和菠菜的作物系数与叶面积指数呈对数函数关系。

温室芹菜需水强度与作物系数研究

测定作物需水量是进行合理灌溉的基础,确定作物系数是借助气象参数便捷预测作物需水量的前提。本研究借助水量平衡法和Penman-Monteith温室修正模型对芹菜进行研究。试验结果表明:温室芹菜需水强度和参考需水强度均呈"增加-降低-增加"的波动增加趋势,累积需水量和参考累积需水量均呈直线函数增加趋势,作物系数呈移动平均函数变化趋势。进一步将全生育期划分为4个阶段发现,苗期、叶丛初期、中期和后期的需水强度分别为1.128、1.917、1.405和2.212 mm/d,需水量分别为30.46、51.77、63.23和79.63 mm,作物系数分别为0.418、0.385、0.571和0.565。基于2 h采集频率的气象数据结果还表明,4个生育期的参考需水强度日变化曲线均呈"单峰型",早晨8点开始逐渐升高,午间12点至下午2点达到峰值,以后逐渐降低,至晚间10点左右回落至初始值。

西南丘陵山区塘堰系统对农田水量平衡的局地调控作用

以重庆市合川区大石镇高川等4个村土地整理项目为例,基于GIS软件中的水文分析模块,将研究区划分成27个有效集水区,研究了维修前后的塘堰系统对农田水量平衡的调控作用。研究结果表明:27个集水区在降雨平均水平下,由作物需水所引起的水资源短缺总量为245.6mm,通过塘堰系统可以使其减少127.88mm(维修前)和212.90mm(维修后);从时间上看,在7月份的作物需水短缺量高峰段,塘堰系统经过维修后,对作物需水短缺的保障系数从0.4提高到1;从空间上看,塘堰系统维修前,能保证整个集水区内因作物需水所引起水资源短缺的73%,维修后能保证整个集水区内因作物需水所引起水资源短缺的91%。

农田水量平衡模型对作物根系吸水函数及蒸散公式的敏感性

以田间试验资料为基础，建立了一个农田水量平衡模型，探讨了它对作物根系吸水函数和蒸散公式的敏感性。结果表明．不同的根系吸水函数和蒸散公式对农田水量平衡模型的响应程度差异较大，根据与田间土壤水分实测结果比较，认为用Ｓｅｌｉｍ根系吸水函数和Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ蒸散公式的组合模式能较好地模拟土壤水分变化过程。

江苏旱作农田水分盈亏量之计算

本文利用江苏省1980～1992年土壤湿度资料，根据土壤水分平衡原理，运用运筹学中的优化技术，结合本省的自然条件和作物生长实际情况，计算出有效降水量、下层水分补给量，建立了旱地农田水分盈亏量的计算模式。

河套灌区种植结构变化对农田系统水量平衡的影响

种植结构调整是灌区农业节水的重要措施。1990年以来,河套灌区种植结构发生了剧烈变化,小麦等粮食作物种植面积大幅减小,葵花等经济作物种植面积大幅增加,对灌区水循环系统带来显著影响。针对这一问题,系统解析了灌区种植结构变化对农田系统的影响机制,采用阿维里扬诺夫经验公式、修正的Penman公式(1948)、Penman-Monteith公式(1973)等分别计算了河套灌区1990—2013年潜水蒸发量、蒸散耗水量等各水量平衡要素的变化情况,并从多个时间尺度分析了种植结构的变化对灌区农田系统水量平衡要素的影响。结果表明,1种植结构变化对垂向水量平衡要素蒸发耗水量和潜水蒸发量影响最为显著,其通量值明显减小;其次是对灌溉水量和田间入渗量的影响;对水平向水量平衡要素地表排水量影响最小。2潜水蒸发量、蒸发耗水量、灌溉用水量和田间入渗量在丰、平、枯3种典型年均呈不同程度的减小趋势,而地表排水量在不同水平年变化差异较大。3月尺度上,5月灌溉水量和6月潜水蒸发量与经济作物种植比例增加显著相关。4农田系统总输入水量与总输出水量总体呈下降趋势,水循环通量减小,水循环强度减弱。1990—2005年水分蓄变量整体呈现负平衡的状态,2006—2013年土壤层水分蓄变量为正,但由于实际土壤层增厚、土壤含水率仍然呈下降趋势。

辽河河口河蟹养殖苇田氮收支及水环境质量评价

为了研究不同模式下的河蟹养殖对辽河河口苇田环境的影响,2014年4~9月,对辽河河口4块河蟹养殖苇田的面积、河蟹养殖密度、蟹苗投放规格、饵料种类和数量等进行了6次调查,研究了河蟹养殖苇田的氮收支特征;利用主成分分析法,对各块苇田的水域环境质量进行评价。结果表明,各苇田氮输入结构基本一致,苇田注水的氮输入是氮的主要来源,占其氮输入总量的80%以上;各苇田的氮输出结构存在一定差异,其中2号~4号苇田尾水氮输出量占氮输出总量的比例较为相近,且远低于1号苇田,表明1号苇田对水体中的氮净化力低于其它苇田;主成分分析结果显示,水体中的氨氮和总氮含量对水域环境影响较大,可以作为重点污染阻控对象。4块苇田中,以苇田面积较大、养殖密度中等的3号苇田的氮收支结构较优,水域环境质量较好。