半湿润易旱区冬小麦/夏玉米农田水碳通量观测与模拟
发布时间：2021-11-11 06:24
关中平原是我国西北地区重要的粮食产区之一。随着水资源的日益短缺,大量的农业需水量和有限的淡水资源之间的矛盾日益突出。在气候变化的背景下,如何合理利用淡水资源优化水资源配置成为了当前热点问题之一。农田生态系统的能量及水碳通量是农田生态水文过程的主要过程。本文以关中平原作为研究区域,以能量及水碳通量观测为基础,选择典型的冬小麦夏玉米农田进行了以水碳通量观测与模拟为主要目标的农田生态水文过程研究。分析了关中地区典型农田生态系统的生态水文过程机理,构建了适用于该类型农田生态系统的生态水文模型,并以原位观测数据对该模型进行评价。研究得到以下结果:1. 冬小麦夏玉米农田能量及水碳通量季节与年际变化特征分析基于涡度相关系统和微气象观测系统的观测数据分析表明:轮作年的年总蒸散发（ET）分别为627mm-775mm。ET会随着叶面积指数（LAI）的快速增长而增长,并且ET在LAI达到最大时达到相应的峰值。此后,ET会随着叶片的衰老而降低。冬小麦日ET的最大值为5.5至6.0mm day-1,夏玉米日ET的最大值为5.2至6.7mm day-1。冠层导度（G
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本研究技术路线图
第二章关中地区冬小麦夏玉米农田陆面过程观测11第二章关中地区冬小麦夏玉米农田陆面过程观测2.1概述能量及水碳通量综合观测是研究生态水文过程机理、生态水文模型及陆面模型的基矗基于涡度相关系统（EddyCovarianceSystem）的通量观测在水文学、生态学、地球科学、环境科学、农田水利等领域得到了广泛应用。选择具有代表性的生态系统及具有代表性的研究地点对陆面过程观测的代表性尤为重要，冬小麦-夏玉米农田作为中国旱作农业的主要组成部分，同时也是陆地生态系统的重要部分。该类型下垫面均一，符合涡度相关技术的基本假设。本研究在陕西省杨凌站进行，主要针对关中平原典型农田生态系统冬小麦-夏玉米农田进行观测，观测自2013年3月开始。本章介绍了杨凌站的基本情况，观测仪器及数据处理方法，并对该站点观测系统数据质量进行了合理的评价，旨在为该类型陆面过程机理的研究提供可靠的原位观测数据支持。2.2研究区域概况图2-1研究地位置图Fig.2-1Locationoftheresearchsite关中平原地处中国西北陕西省境内，是中国主要的粮食产区之一。其粮食产量占陕西粮食总产量的三分之二（Zhaoetal.,2018)。关中平原位于陕西省中部，介于秦岭和渭北北山之间，西起宝鸡，东至潼关，长约300余公里，海拔323-800米，面积约3.6万平方公里。因在函谷关和大散关之间，古代称“关中”，亦有称“秦中”之说，西窄东
西北农林科技大学博士学位论文14和涡度相关观测），显热平流，光合作用的能量消耗，以及表层土壤和冠层的能量存储（LiandYu,2007）。近年来，刘渡、刘笑吟、岳平等在不同类型农田系统开展了大量的能量通量特征和能量闭合方面的研究。参考FLUXNET的数据，其诸多站点的线性回归的斜率范围为0.53至0.99（均值为0.79±0.01）,截距范围为-32.9至36.9Wm-2（均值为3.7±2.0Wm-2）（Wilsonetal.,2002）。而在ChinaFLUX所包含的站点，斜率的变化范围为0.49至0.81（均值为0.67），截距变化范围为10.8to79.9Wm-2（均值为28.9Wm-2）（Li,2005）。综上所述，本研究的能量闭合分析的斜率和截距处于合理范围内。为了消除能量不闭合对通量分析的影响，本研究采用波文比法（Bowenratiomethod）来校正原始通量数据，以使能量通量达到完全闭合的状态。基于校正后的站点通量数据，可以用来进一步分析以揭示该类型农田生态系统能量、水碳通量季节年际规律。图2-2能量平衡拟合分析，（a）夏玉米季，（b）冬小麦季Fig.2-2Dailyenergybalanceclosureforlatentplussensibleheatfluxes(LE+H)versusnetradiationminussoilheatflux(Rn-G)duringthe(a)summermaizeand(b)winterwheatgrowingseasons(2013-2018)nearYangling,China.表2-1不同年份冬小麦夏玉米能量闭合分析Table2-1summermaizeandwinterwheatenergybalanceclosureanalysisineachgrowingseason夏玉米冬小麦年份斜率截距R2斜率截距R220130.7613.220.750.91-3.000.9420140.903.400.810.89-2.100.9220150.7512.100.850.83-9.300.7420160.808.840.820.701.000.9220170.784.920.880.834.710.962013-20170.799.960.810.87-1.480.92
本文编号：3488351
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本研究技术路线图
第二章关中地区冬小麦夏玉米农田陆面过程观测11第二章关中地区冬小麦夏玉米农田陆面过程观测2.1概述能量及水碳通量综合观测是研究生态水文过程机理、生态水文模型及陆面模型的基矗基于涡度相关系统（EddyCovarianceSystem）的通量观测在水文学、生态学、地球科学、环境科学、农田水利等领域得到了广泛应用。选择具有代表性的生态系统及具有代表性的研究地点对陆面过程观测的代表性尤为重要，冬小麦-夏玉米农田作为中国旱作农业的主要组成部分，同时也是陆地生态系统的重要部分。该类型下垫面均一，符合涡度相关技术的基本假设。本研究在陕西省杨凌站进行，主要针对关中平原典型农田生态系统冬小麦-夏玉米农田进行观测，观测自2013年3月开始。本章介绍了杨凌站的基本情况，观测仪器及数据处理方法，并对该站点观测系统数据质量进行了合理的评价，旨在为该类型陆面过程机理的研究提供可靠的原位观测数据支持。2.2研究区域概况图2-1研究地位置图Fig.2-1Locationoftheresearchsite关中平原地处中国西北陕西省境内，是中国主要的粮食产区之一。其粮食产量占陕西粮食总产量的三分之二（Zhaoetal.,2018)。关中平原位于陕西省中部，介于秦岭和渭北北山之间，西起宝鸡，东至潼关，长约300余公里，海拔323-800米，面积约3.6万平方公里。因在函谷关和大散关之间，古代称“关中”，亦有称“秦中”之说，西窄东
西北农林科技大学博士学位论文14和涡度相关观测），显热平流，光合作用的能量消耗，以及表层土壤和冠层的能量存储（LiandYu,2007）。近年来，刘渡、刘笑吟、岳平等在不同类型农田系统开展了大量的能量通量特征和能量闭合方面的研究。参考FLUXNET的数据，其诸多站点的线性回归的斜率范围为0.53至0.99（均值为0.79±0.01）,截距范围为-32.9至36.9Wm-2（均值为3.7±2.0Wm-2）（Wilsonetal.,2002）。而在ChinaFLUX所包含的站点，斜率的变化范围为0.49至0.81（均值为0.67），截距变化范围为10.8to79.9Wm-2（均值为28.9Wm-2）（Li,2005）。综上所述，本研究的能量闭合分析的斜率和截距处于合理范围内。为了消除能量不闭合对通量分析的影响，本研究采用波文比法（Bowenratiomethod）来校正原始通量数据，以使能量通量达到完全闭合的状态。基于校正后的站点通量数据，可以用来进一步分析以揭示该类型农田生态系统能量、水碳通量季节年际规律。图2-2能量平衡拟合分析，（a）夏玉米季，（b）冬小麦季Fig.2-2Dailyenergybalanceclosureforlatentplussensibleheatfluxes(LE+H)versusnetradiationminussoilheatflux(Rn-G)duringthe(a)summermaizeand(b)winterwheatgrowingseasons(2013-2018)nearYangling,China.表2-1不同年份冬小麦夏玉米能量闭合分析Table2-1summermaizeandwinterwheatenergybalanceclosureanalysisineachgrowingseason夏玉米冬小麦年份斜率截距R2斜率截距R220130.7613.220.750.91-3.000.9420140.903.400.810.89-2.100.9220150.7512.100.850.83-9.300.7420160.808.840.820.701.000.9220170.784.920.880.834.710.962013-20170.799.960.810.87-1.480.92
本文编号：3488351
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