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基于双作物系数的旱作玉米田蒸散估算与验证

发布时间: 2022-04-16 08:20:48 浏览:

zoޛ)j馑AD计划蓄水、供水,设计防旱、抗旱措施等的重要依据,是鉴定作物水分供应条件的重要指标。影响农田蒸散量的主要因子有:由大气干燥程度、辐射平衡和风力大小所决定的蒸发势,土壤供水状况,以及植被状况对湍流交换系数的影响等。农田蒸散量以及其中植物蒸腾与棵间蒸发两部分数量的比例,随种植、栽培措施和作物生长状况而变化。在农田调节过程中,可以设置风障和防护林,改变种植方式,来提高农田水分利用率,即消耗单位水分可获得较多的经济效益。调节蒸散量的农业措施有灌溉、排水、耕作、覆盖和喷洒保墒增温剂等。

2双作物系数的旱作玉米田蒸散估算与验证研究

2.1试验设计及数据采集

试验地块采用平作种植,面积为150m×100m(1.5hm2)。试验站内地势平坦,下垫面均种植玉米,满足通量观测的安装要求。供试玉米品种为京单951,于2011、2012年每年5月初播种,9月底成熟。确定试验地块、播种后,要进行数据采集。利用涡度相关系统,对试验玉米田ET进行连续监测,通过直接测定和计算下垫面潜热和显热的湍流脉动值求得下垫面ET。

2.2玉米田蒸散量计算

第一,参考作物蒸散量计算。采用FAO-56Penman-Monteith(PM)模型计算ET0。PM模型基于水汽扩散理论和能量平衡方程建立,物理意义明确,FAO将其推荐为ET0计算的标准方法。

第二,玉米田实际蒸散量。实际蒸散量采用FAO推荐的双作物系数法计算玉米田ET。计算式为:

其中,ET为农田日蒸散量, 为水分胁迫下的作物蒸散量,KeETO 为土壤蒸发量,Kcb 为反应物基础作物系数等等。Ks 反映根区土壤含水率不足时对作物蒸腾影响的水分系数,Ke 为土壤表面蒸发系数。

2.3评价指标

在农田蒸散试验过程中,对其进行有效评价能够保证试验结果的准确性。目前,人们多采用均方根误差、平均绝对误差和决定系数(R2)对双作物系数法模拟春玉米蒸散的适用性进行分析,其公式如下所示:

式中,Yi 为双作物系数法模拟的第i 日 值;Xi 为涡度相关系统实测的第i 日标准ET 值;Y 为Yi 的平均值; 为Xi 的平均值;n为数据样本数量。RMSE和AAE越小,表明模型偏差越小;R2 越接近1表明吻合度越高。

2.4结果与分析

2.4.1玉米各生育阶段作物系数计算结果

在农田玉米蒸散估算与验证试验中,玉米生长季气象环境因子的变化与当地环境变化特点相符,虽然太阳辐射呈变小的趋势,但是其变化并不明显,平均值约在18.4MJ·m-2·d-1和15.7MJ·m-2·d-1;氣温平均呈抛物线型变化;相对湿度则有逐渐增大的趋势,由此说明,该地区玉米生育期内相对湿度变化较大。此外,由试验资料计算得出玉米各生长阶段的作物系数,见表1:

表1玉米各生长阶段作物系数计算值

由表可见,水分胁迫条件下基础作物系数在试验初期均处于较低水平、在发育期增幅较大、在中期保持较高水平,至后期逐渐减小。作物蒸腾主要通过叶片上的气孔散失到外界,蒸腾速率主要受叶片大小和浓密程度的影响,而在前期绿叶面积指数(GLAI)几乎为0,发育期GLAI迅速增大,中期保持在较高水平,到后期又逐渐减小;作物系数(Kc)均呈现相似变化,在初期较小,后逐渐增大,中期保持较高水平,后期又减小。

2.5玉米生长季蒸散量估算及验证

第一,生育阶段。春玉米生长季ET的变化趋势与Kc相似,基于FAO双作物系数法计算的春玉米蒸散量(ETFAO)与基于涡度系统实测获取的蒸散量(ETEC)的对比可以看出,双作物系数法模拟值无论在每个生育期或全生育期均偏大。

第二,日尺度。图1为相邻两年内春玉米日蒸散量计算值与实测值对比。

图2相邻2年内春玉米日蒸散量计算值与实测值对比

由图可知,ETFAO和ETEC均具有相似的变化趋势,且ETFAO整体均偏大。ETFAO和ETEC具有较好的一致性,结合误差指标可以看出,相近两年的均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(AAE)分别为0.864和0.678mm?d-1,2012年分别为0.676和0.693mm?d-1,由以上分析可以看出,整体上双作物系数法模拟春玉米ET有较高的模拟精度,可以作为该地区春玉米作物需水计算的方法。

结束语

目前地球上超过一半陆地处于缺水状态,ET的准确模拟和区分对水资源的合理分配意义重大。因此,相关技术人员应加大对农田蒸散估算与验证的研究力度,为提高农作物水分生产力,提升农业节水效果,推动绿色灌溉事业的发展打基础。

参考文献:

[1]金菊良,侯志强,蒋尚明,周玉良,崔毅.基于单作物系数和遗传算法的受旱胁迫下大豆蒸发蒸腾量估算[J].黑龙江大学工程学报,2017,8(01):1-10+12.

[2]冯禹,龚道枝,王罕博,郝卫平,梅旭荣,崔宁博.基于双作物系数的旱作玉米田蒸散估算与验证[J].中国农业气象,2017,38(03):141-149.

作者简介:

代文雯,女,1988年6月生~,甘肃武威人。

通讯作者:

李学才,男,1963年5月生~,甘肃庆城人,副研究员,主要从事作物遗传育种、马铃薯育种、油菜育种等方面的教学和科研工作

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