农田蒸散的测定与分解：茎流计和热脉冲传感器的应用

发布时间：2018-04-04 08:19

本文选题：多针热脉冲传感器　切入点：HBSF传感器　出处：《中国农业大学》2017年博士论文

【摘要】：农田蒸散(ET)是农田生态系统中地表能量平衡和水分平衡的重要组成部分,主要由作物蒸腾和土壤水分蒸发两部分组成。作物蒸腾和土壤水分蒸发的准确测定对于指导农田灌溉,提高水分利用效率具有重要意义。但目前广泛用于测定作物蒸腾的热平衡式茎流计(HBSF)传感器会高估茎流速率,而基于感热平衡原理的多针热脉冲传感器无法得到0.5 mm 土层以上的蒸发速率,且其准确度和精度尚不明确。本研究的主要目的是通过称重法校准HBSF传感器,改进表层土壤水分蒸发计算方法,获取玉米整个生育期的作物蒸腾及土壤水分蒸发动态。并利用HBSF传感器和多针热脉冲传感器进一步探讨免耕对春玉米农田作物蒸腾和土壤水分蒸发的影响。主要研究结果如下:第一,HBSF传感器测得的茎流速率(V,g plan~(-1)h~(-1))高估了蒸腾速率(T,g plant~(-1)h~(-1)),且误差呈日变化规律:在早晨和傍晚较小,随T的增大而变大,在太阳辐射强度最大时达到最大值(称重式蒸渗仪试验中最大误差为67 g plant~(-1) h~(-1),盆栽试验为154 g plant~(-1) h~(-1),田间试验研究为30 g plant~(-1) h~(-1))。以称重法得到的T为标准,建立了关于玉米植株T和HBSF传感器测得V的线性经验方程:T=0.65K+0.39。并在称重式蒸渗仪试验、盆栽试验及田间试验研究中进行验证,结果表明,该方程可分别降低最大V误差达60%、50%和50%。显著提高了 HBSF传感器测得V的准确性。第二,利用大型称重式蒸渗仪(9m~2)评估多针热脉冲传感器的结果表明,多针热脉冲传感器可以动态监测蒸发速率(E),且准确性和精度较好。四个多针热脉冲传感器分别安装在蒸渗仪的不同位置,动态监测0-5cm土层的热导率、热容量和温度梯度,基于感热平衡原理和改进的感热平衡原理计算得到E。另外,根据Penman-Monteith方程计算了参照蒸发速率(E0)。结果表明,在前四天E/E0值大于0.9,之后急剧下降,最后达到稳定值0.4。热脉冲结果与蒸渗仪数据有很好的线性关系,斜率为0.95,截距为0.09。多针热脉冲传感器测得E的绝对误差变化范围为-0.02-0.29 mmd~(-1),相对误差变化范围为~(-1).17%-8.49%。四个多针热脉冲传感器测得的E的标准差和变异系数的变化范围分别为0.07-0.51 mmd1和3.30%~(-1)4.45%。第三,HBSF传感器和多针热脉冲传感器结合能够准确监测农田蒸散。利用多针热脉冲传感器监测了玉米(Zea mays L.)整个生育期的E,HBSF传感器测定得到玉米生长后期T,并通过FAO-56中提出的作物系数模型得到玉米生育前期T。同时用称重式蒸渗仪评估HBSF传感器和多针热脉冲传感器结合得到ET的准确性。结果表明,玉米农田整个生育期的E、T和ET的变化范围分别为 0.13-5.10 mm d~(-1),0-8.67mmd~(-1) 和 0.39~(-1)0.11 mm d~(-1),平均值为 1.42 mm d~(-1)、2.87 mm d~(-1)和4.32 mm d~(-1)。蒸发累积量达到131.78 mm,占农田蒸散的33%。HBSF传感器和多针热脉冲传感器结合得到的ET与称重式蒸渗仪测得的ET一致性较好,回归分析得到r2 = 0.80。第四,将多针热脉冲传感器和HBSF传感器应用于比较免耕和翻耕下春玉米农田E和T的变化动态。结果表明,测定期间免耕和翻耕耕作方式下玉米农田E的变化范围分别为0.29-2.59 mm d~(-1) 和 0.10-4.15 mm d~(-1),玉米植株 T 的变化范围分别为 0.35-6.86 mm d~(-1) 和 0.28-7.24 mm d~(-1)。土壤水分蒸发和作物蒸腾主要受太阳辐射、土壤含水量和叶面积指数的共同影响。与翻耕相比,免耕可以减少土壤水分蒸发15 mm,增加作物蒸腾量22 mm,降低了非生产性土壤水分消耗。
[Abstract]:The effect of tillage on transpiration and evaporation of soil water in spring maize field was studied by means of weighing method . The results showed that the maximum error of heat balance type stem flow meter ( HBSF ) was 67 g plant ~ ( -1 ) h ~ ( -1 ) . The results showed that the maximum error of the heat - balanced stem - flow meter ( V , g plan ~ ( -1 ) h ~ ( -1 )) was higher than that of the soil moisture evaporation . The results showed that the variation range of E , T and ET was 0 . 13 - 5 . 10 mm d ~ ( -1 ) and 0 . 28 - 7 . 24 mm d ~ ( -1 ) respectively . The results showed that the variation range of E , T and ET in maize field was 0 . 29 - 2 . 59 mm d ~ ( -1 ) and 0 . 28 - 7.24 mm d ~ ( -1 ) .

【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S161.4

【参考文献】