覆膜棉田蒸散发日变化规律及其影响因子分析

田间蒸散发是西北干旱地区水文循环的重要组成部分,精确监测田间蒸散发量对该地区农田水量平衡计算和水资源评价具有重要的意义。为探究干旱地区棉田蒸散发量的动态变化规律及其影响因素,在新疆生产建设兵团炮台土壤改良试验站,利用LCpro+光合作用仪测量了膜下滴灌棉田田间蒸散发量。结果表明:棉花叶片蒸腾速率和膜间土面蒸发速率日内均呈现中午高、早晚低的单峰变化规律;棉花铃期到吐絮期期间棉花叶片日均蒸腾量为2.20mm,膜间土面日均蒸发量为0.16mm,单膜下棉田日均蒸散发量为2.21mm,蒸腾是土壤水分散失的主要方式;受灌水、气象等因素的影响,土壤温度和土壤含水率均呈现波动性变化;棉花叶片蒸腾速率和膜间土面蒸发速率与土壤温度在日内按正弦曲线变化,膜间土面蒸发速率与土壤温度的相关性较棉花叶片蒸腾速率更为显著;膜间土面蒸发量与土壤含水率的相关性也较棉花叶片蒸腾量显著。     

基于SEBAL模型的赤峰市植被修复下林草蒸散耗水特征

水是制约干旱半干旱地区实现可持续发展的关键因素,维持降水与蒸散发的平衡是开展植被修复工程时需要着重考量的因素.利用陆面地表平衡算法（Surface Energy Balance Algorithm for Land,SEBAL）模型反演了2000年、2008年、2016年赤峰市全域及森林与草地生态系统的实际蒸散发,通过参考蒸散比不变法与日气象数据将反演结果扩展至日尺度,累加得到月际与生长季尺度的实际蒸散发;结合降水变化,分析植被修复工程开展后赤峰市实际蒸散发的时空变化特征与水分盈亏状况.结果表明:①2000年、2008年、2016年赤峰市生长季的实际蒸散量分别为440.86、452.76、474.34 mm,呈增加趋势,蒸散发高值区（>400 mm）由北向南扩增.②2016年生长季森林分布区的耗水量比2000年增加了27.69×108 t,水分亏缺量增加了8.03×108 t,表明过度造林会使森林生态系统遭受严重的干旱胁迫.③一个生长季内,草地生态系统蒸散量的增幅远低于森林生态系统,1 m2草地生态系统的耗水量比森林生态系统少0.18 t.研究显示,在降水量低于300 mm的区域,草地生态系统面临较轻的干旱,且部分区域可以实现水分平衡.为了维持区域水资源存量,建议赤峰市在今后的植被修复工作中,对于降水量低于300 mm的区域以草本修复为主.      

华北平原的水土资源平衡研究

采用精确的水土资源平衡计算模型 ,辅以田间观测资料 ,分析计算了华北平原农业水资源量与作物需水量之间的平衡问题。结果显示 :在充分供水的条件下 ,本区农田 (884.8万hm₂)需水量为744.36亿m3,相应的作物亏水量为309.37亿m3,有效灌溉面积 (653.2万hm₂)上的亏水量为228.73亿m3;而1995年水利工程提供的农业总用水量已达261.78亿m3,但仍有116.16亿m3的亏水量 ;文中同时对评价区内农田的有效降水量、灌溉水的田间利用量、毛管上升水量等进行估算。指出 ,虽然冬小麦的平均水分满足率为82 % ,但关键期的水分满足率 (64 % )仍然制约粮食产量的增长 ,设想通过提高渠系利用系数和优化灌溉等措施 ,华北平原的农业可望达到水土资源平衡利用的状态     

鄱阳湖典型洲滩湿地植物根系对水分垂向通量的影响

为了定量揭示湿地植物根系的水文效应,采用全物理机制的土壤水分运移数值模型,以鄱阳湖吴城湿地国家自然保护区的茵陈篙群落为例,模拟分析根系引起的水文效应.结果表明,根系将增加土壤饱和含水量与土壤进气值,显著改变土壤水分特征曲线（SWRC）与土壤蓄水能力;在考虑根系影响SWRC下模拟率定的土壤含水量与观测数据的时空变化一致：模型10和50cm观测值与拟合值相关系数由不考虑根系效应下的0.83提高至0.85,10和50cm深度土壤含水量的实测值与模拟值的均方根误差分别减少61%和83%.同时这种率定方法下的模拟相比以往的研究地下水补给根系层水量提高34%;考虑典型的根系效应蒸散发量和累积地下水边界向上通量分别增加10%和150%.而在气候极端干旱条件下地下水向上补给量在根系效应下增加7%~56%,累计差异可达38~312cm,同时蒸散发量增加13%.在植被生长旺季时若地下水埋深较深,则根系效应对蒸散发量的影响会放大.因此在进行相关的湿地生态水文过程和湿地水与物质平衡研究中,建议充分评估湿地植物根系的水文效应,并视计算的工况条件,考虑其水文效应在整个水文过程中的影响.     

西北地区县域农业水资源平衡问题研究

水土资源不匹配和水资源时空分布不均的自然本底,加之人口大量增加和经济高速发展的驱动,使得西北地区农业水资源供需矛盾十分突出。论文系统分析了县域单元农业水资源平衡的两个层次及其计算方法,并对西北地区314个县域单元进行了实证研究。天然状态下农田水量平衡模型计算结果表明:西北地区各个县域单元降水均不能满足各种作物的水分需求,亏水为水量平衡的首要特征。就各省而言,新疆为亏水量最高的省份,其多年平均作物亏水量达628.02mm,陕西最小,其值为87.51mm。人工状态下水土资源平衡模型结果表明:受灌溉水平的影响,西北地区各个县域单元水量平衡差异明显。各省份中,新疆水土资源利用处于水少地多的超量承载状态,其它各省灌水量略有盈余,灌溉面积的扩大尚有一定潜力。     

MODIS MOD16蒸散发产品在中国流域的质量评估

利用地面观测降水数据、流量数据,以及重力卫星(GRACE)观测的与全球陆面数据同化系统(GLDAS)模拟的流域蓄水量变化数据,基于流域水量平衡原理,从年与月两个时间尺度分析了MODIS全球蒸散发产品(MOD16)在中国不同流域的一致性及其时空特征。结果表明:1)年尺度上,MOD16/ET在中国流域(除松花江流域)与基于水量平衡估算的流域实际ET(WBET)相比呈现高估,且在不同集水区高估程度不同,与流域实际ET的差异从北方的松花江流域、黄河流域到南方的长江流域有从小到大的特点;2)月尺度上,MOD16/ET与WBET相比,存在低值区(20 mm/月)高估、高值区(20 mm/月)低估的特点;在蒸散发过程较弱的11月到次年3月,MOD16/ET产品在中国流域存在普遍性高估;而在其他月份,MOD16/ET与WBET的一致性因流域而异;3)MOD16/ET与WBET的一致性在中国不同流域存在地域性差异,总体上在外流区的一致性优于内流区,在北方松花江流域的一致性优于南方的长江流域。     

垃圾填埋场渗滤液水量平衡的实验研究

通过回灌条件下的水量平衡实验,分析了回灌条件下水分运动各个要素(降水、径流、下渗、蒸发)之间的关系。在回灌条件下,土壤蒸发能满足渗滤液的水量平衡,下渗水量通过土壤蒸发作用得以大量削减。土壤水分饱和程度对蒸发量的影响是明显的,土壤水分供给充足时,土壤蒸发按蒸发能力进行,蒸发量大而稳定。     

黄土高原地表温度变化的时空格局

地表温度是表征大气底层和陆地表层之间热量状况的重要指标,地表温度的变化受地表反照率、蒸散发、地表粗糙度等因素的影响。利用MODIS数据中的地表温度、地表反照率和蒸散发数据产品,分析了2000~2013年黄土高原生长季地表温度变化的时空格局,探究了地表温度变化与地表反照率和蒸散发之间的关系。结果显示,2000~2013年,黄土高原地表反照率由2000年的0.178下降到2013年的0.146,年际下降速率为0.0015/a;蒸散发量由314.33mm增加到455.24mm,年际增加速率为6.56mm/a;日地表温度呈波动降温趋势,幅度为-0.16℃/a;夜地表温度有升高的趋势,但不显著,幅度为0.035℃/a;昼夜温差减少显著,幅度为-0.2℃/a,温度变化显著的区域集中于黄土高原中部地区。地表温度与地表反照率和蒸散发量之间相关性显示,日地表温度与地表反照率呈正相关关系,与蒸散发量呈负相关关系,在山西西部、陕西北部和甘肃南部区呈极显著相关关系,且日地表温度与蒸散发的相关性强于与地表反照率的相关性,夜地表温度的变化与地表反照率和蒸散发不具有显著相关性,因此,受退耕还林工程的影响,研究区蒸散发增加是引起地表温度降低的重要原因。     

利用承压井水位估算土壤植被蒸散发量

论文回顾了有关"大气压强、井水位、气压系数、负荷系数、地表和地下储水量"的理论、井水位的气压响应模式、气压系数、负荷系数的计算方法;在利用Mallat分解重构算法去除了井水位趋势项的基础上,计算了3口观测井不同时期的气压系数以及气压系数随时间延迟的变化,计算结果表明:观测井M5、R3、R6在2006-11-05至2007-03-19具有明显的承压性;2008-03-01至04-19,M5井仍具有明显的承压性,R3井、R6井则具有明显的非承压性。此外,论文还利用观测井M5、R3井的水位变化、含水层的负荷系数、实测气压系列,计算了观测井所反映区域、含水层以上地表和地下储水量的变化,并结合实测的降雨资料、水面蒸发资料,估算了区域土壤植被的蒸散发量,经估算:R3井附近区域枯季的每日蒸散发量约为1.9～2.1 mm,蒸散发系数约为0.70～0.78。     

贵州省参考作物蒸散发量的时空变化分析

利用1960～2009年贵州省18个气象站的逐日气象资料,应用FAO Penman-Monteith方程,计算了参考作物蒸散发量(ET0),分析了贵州省参考作物蒸散发量时空变化特征以及主要影响因素。结果表明:贵州省各个地区年均ET0在634～936mm之间;从1960年到2009年,年参考作物蒸散发量总体呈下降趋势,年际变化率为-1.70mm/a;从20世纪60年代起,各年代ET0呈减小趋势;春季、夏季和冬季的ET0下降趋势显著,秋季的下降趋势不明显;对全年和各个季节的ET0影响最大的气候因素都是日照时数。贵州省显著减小的日照时数可能是ET0呈减小趋势的原因。     

基于灌区尺度的聚落与水土资源空间耦合关系研究——以张掖绿洲为例

灌区是构成绿洲的最基本单元,在人工灌渠系统的强烈控制与引导下,渠系的供水量决定了灌溉面积(水浇地)的大小,而水浇地的规模又决定人口的承载能力,因此,水-土-人系统存在着高度的相互依存性和共生性。论文应用空间自相关分析模型的Getis-Ord G_i^*指数,选取张掖39 个灌区中的3 个灌区(新坝、平川、盈科)分别代表沿山独立灌区、绿洲边缘区灌区和绿洲中腹灌区进行分析。结果表明,新坝灌区受独立水系和水资源保证程度的深刻影响,渠系、水浇地和居民点自干渠向外,由热点地区逐渐转变为冷点地区,居民点、干渠、水浇地具有明显的空间聚集特征,渠系对水浇地分布具有显著的控制和引导作用。平川灌区受黑河干流走向的影响,居民点、水浇地表现出明显的核心-外围特征,黑河沿岸干渠对居民点和水资源具有较强的基础性作用。盈科灌区由于水资源丰富,保证程度高,渠系对于水浇地和居民点的控制作用反而低于其他两类灌区。     

基于宏基因组学揭示咸水滴灌对棉田土壤微生物的影响

咸水灌溉已成为缓解干旱区淡水短缺的重要手段,但长期咸水灌溉会造成土壤盐分积累,影响土壤微生物群落结构,进而影响土壤养分转化.通过宏基因组学的手段探究长期咸水滴灌对棉田土壤微生物群落结构的影响,试验中灌溉水盐度(ECw)设2个处理：0.35 dS·m^-1和8.04 dS·m^-1(分别用FW和SW表示),施氮量分别为0 kg·hm^-2和360 kg·hm^-2(分别用N0和N360表示).结果表明,咸水灌溉提高土壤含水量、盐分、有机碳和全氮含量,降低土壤pH和速效钾含量,氮肥施用增加土壤有机碳、盐分和全氮含量,降低土壤含水量、 pH和速效钾含量.各处理土壤的优势菌门为：变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门.咸水灌溉显著提高放线菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和厚壁菌门的相对丰度,显著降低变形菌门、酸杆菌门、蓝细菌和硝化螺旋菌门的相对丰度.氮肥施用显著提高绿弯菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度,显著降低酸杆菌门、芽单胞菌门、浮霉菌门、蓝细菌和疣微菌门的相对丰度.LEfSe分析表明,咸水灌溉对土壤微生物群落...     

回灌条件下的土壤蒸发处理研究

采用模型实验方法,模拟垃圾填埋场土壤层进行研究。结果表明在回灌条件下,填埋场覆土层的水分饱和程度提高,土壤蒸发条件发生 变化,土壤蒸发按蒸发能力进行,接近甚至可能大于水面蒸发量。通过循环蒸发处理,垃圾渗滤液可以大量削减。      

基于RS和GIS技术的区域农田灌溉量预报研究及应用

区域尺度上开展农田灌溉量预报需要考虑土壤、作物和大气的空间差异性。论文针对农田灌溉现状分别建立了需水量灌溉预报模型和土壤湿润层灌溉预报模型,并在预报模型中引入RS和GIS技术来考虑预报参数的空间差异性,初步实现了区域尺度上250 m分辨率网格化的农田灌溉量预报,并在北京地区冬小麦灌溉量预报中进行了应用。结果表明:北京地区2010年冬小麦6月灌浆期间和11月下旬越冬前冻水的预报灌溉量分别为375 m³/hm²和600 m³/hm²,均较现行农业生产中建议的灌溉量明显偏少,具有节水经济效益潜力。这些结果显示了RS和GIS技术在区域尺度上农田灌溉预报中的良好应用潜力,且预报结论和应用效果能达到较好统一。     

再生水灌溉对土壤性质及重金属垂直分布的影响

再生水利用是解决水资源危机的重要手段之一,再生水灌溉对土壤的影响一直是受到关注的问题.以北京市典型再生水灌溉区为研究对象,对选定区域土壤进行剖面取样、样品分析以及灌溉用水中的重金属含量的分析来确定再生水灌溉对于土壤中重金属含量分布的影响,同时分析了对土壤中总碳、总氮、有机质含量以及pH的影响.结果表明,凉水河灌区灌溉用水中重金属含量大于北野厂灌区灌溉用水,是其2.5～10.5倍.再生水灌溉导致土壤有机质、总碳、总氮含量增加及pH值降低.灌溉再生水有利于提高土壤肥力,但是也会提高土壤重金属累积的风险.再生水灌溉作为土壤重金属来源之一会对土壤表层重金属累积和迁移有一定影响,同时土壤重金属的迁移分布受到土壤有机质含量的影响,凉水河灌区有更多的重金属被植物吸收或进入更深土层中.     

Irrigation system and land use effect on surface water quality in river, at lake Dianchi, Yunnan, China

The surface water samples were collected in river Dahe and its tributaries, which flow into severely eutrophic lake Dianchi, Yunnan Province, China, in order to elucidate factors controlling water quality fluctuations. The temporal and spatial distribution of water quality tendency was observed. The water quality of each river is dependent on the hydrology effect such water gate and circulating irrigation system. We must consider the hydrology effect to accurately understand water quality variations of river in this study field. In river without highly circulating irrigation system or water gate effect, the downstream nitrate nitrogen (NO₃-N) concentration increase occurred in area dominated by open field cultivation, whereas the NO₃-N concentration was constant or decreased in area dominated by greenhouse land use. This result suggests that greenhouse covers the soil from precipitation, and nitrate load of greenhouse could be less than that of open field cultivation while the rainfall event. In the upper reaches of river, where is dominated by open field cultivation, there were no sharp increase dissolved molybdate reactive phosphorus and total phosphorus concentration, but P load was accumulated in the lower reaches of river, whose predominant land use is greenhouse. Although the P sources is unclear in this study, greenhouse area may have potential of P loads due to its high P content in greenhouse soil. Considering hydrology effect is necessary to determine what the major factor is influencing the water quality variation, especially in area with highly complicated irrigation system in this studying site.     

排水循环灌溉下稻田磷素时空分布特征

排水循环灌溉具有提高降水资源利用率和减少农田面源污染的潜力,为缓解我国南方地区降雨分布与水稻作物需水时间不匹配和农田磷流失污染的问题,开展了排水循环灌溉条件下稻田磷素时空分布规律研究.采用田间试验的方法,监测藕塘水和鱼塘水循环灌溉下水稻田面水和渗漏水中总磷、可溶性磷和可溶性反应磷的质量浓度,及土壤剖面总磷与Olsen-P含量的变化.结果表明,排水循环灌溉下水稻田面水和渗漏水中不同形态磷素质量浓度沿程降低,尤其渗漏水磷质量浓度的减少趋势更为显著,排水循环灌溉水源中磷质量浓度在一定范围内的变化不会增加田面水和渗漏水中的磷质量浓度.田面水和渗漏水中不同形态磷质量浓度在不同灌溉时期的变化较大,8月田面水和渗漏水的磷质量浓度明显低于其它时期.表土Olsen-P含量随距进水口的距离的增加而减少,并随排水循环灌溉水中磷质量浓度的增加而增加;土壤剖面TP含量受排水循环灌溉的影响不明显.在8月水稻需肥高峰期进行排水循环灌溉或延长灌溉水的流程,可明显改善排水循环灌溉下稻田的磷素去除效率.     

西藏地区春青稞耗水特征及适宜灌溉制度探讨

以中科院拉萨高原生态试验站为依托,通过开展春青稞生长与土壤水分定位观测实验,利用SHAW模型实现对春青稞农田蒸散发与土壤水深层渗漏与补给过程模拟,分析了春青稞的耗水特征,并对其适宜的灌溉制度进行了初步探讨:①春青稞生长期间,耗水450 mm左右,其中,分蘖—拔节、拔节—抽穗、抽穗—蜡熟这3个阶段是春青稞的耗水旺期,耗水量占整个生长期的72%。把握住该时期的水分供应,对提高作物产量十分重要。②在春青稞的需水关键期降水量仅能满足作物需水的58%,必须补充人工灌溉;但现行的灌溉制度由于灌溉量较大,不仅加大土壤蒸发,更造成较大的深层渗漏。③在播种—出苗、拔节—抽穗期分别灌溉50 mm,抽穗—蜡熟期灌溉60 mm,共减少灌溉用水125 mm后,深层渗漏减少了81%(131 mm);深层土壤水向上补给量增加了55%(44 mm)。节水灌溉不仅减少了土壤蒸发与深层渗漏也促使深层土壤水向上补给根系层,应该大力推广这一灌溉制度。     

奎河污灌区的氮、磷污染

田间污灌模拟实验及污灌区和非污灌区土壤,地下水中氮,磷含量的调查和对比分析表明,污水中含量高的氮,磷能显著提高土壤肥力,污灌区作物长势良好,但土壤中积累的氮和磷是污灌区地表水和地下水的潜在污染源,虽然土壤对ＮＨ４离子有很强烈的吸附,截留和转化作用,但含量高的ＮＨ４离子能缓解慢下移,并在上层潜水中积累,污灌和降雨能淋溶土壤中经硝化作用产生的ＮＯ２和ＮＯ３离子,造成地下水的污染,饱和污灌３个月后,浅层     

多溴联苯醚在河套农灌区土壤和水体中的分布特征

PBDEs作为一类全球性的新兴持久性有机污染物,因其具有疏水性,土壤和沉积物对其有很强的固着能力,被认为很难进入地下水中。文章在河套平原典型的黄河农灌区采集地下水、地表水以及表层土壤样品,利用GC-μECD和GC-MS方法测定发现,地下水和地表水中均检测到PBDEs,且主要为BDE209,其在地下水中含量高达5.3μg/L,而地表水中仅为0.03μg/L,揭示PBDEs存在污染地下水的可能性。对土壤中PBDEs的分析发现,其优势同系物为BDE47、100、183和99,主要富集在地面以下0~5 cm和10~15 cm处,该范围普遍发现农用地膜(PBDEs≤5μg/g)的残留物。此外,研究区主要农作物(玉米、番茄、瓜类、小麦和葵花)中,广泛利用地膜的玉米种植土壤中PBDEs的含量最高,达77.13 ng/g。研究显示,降雨淋滤以及灌溉水入渗作用下,地膜中PBDEs的释放可能是研究区土壤以及地下水中PBDEs不可忽略的重要污染源。