绿洲膜下滴灌棉田水热碳通量实验与模拟研究

发布时间：2019-09-20 20:39

【摘要】：新疆位于干旱内陆区,降雨量少,农业生产主要依靠灌溉。近年来随着节水技术的发展,膜下滴灌得到广泛应用。覆膜和滴灌改变土壤的水热条件并影响作物生长,膜下滴灌条件下棉田的水热碳通量呈现特有的规律。本研究在新疆塔里木盆地库尔勒绿洲膜下滴灌棉田开展综合实验观测土壤水热碳过程和陆气水热碳通量,并采用SIMDual Kc模型和DNDC模型模拟棉田蒸散发和碳通量过程,开展绿洲膜下滴灌棉田水热碳通量研究,对于认识农业活动对陆气水热碳通量影响和改善干旱区灌溉管理有重要的理论意义和实践价值。在库尔勒绿洲农田生态水文实验站开展了三年连续观测实验,基于涡度相关系统观测膜下滴灌棉田水热碳通量。基于实验结果分析膜下滴灌棉田的耗水规律,2012-2014生长期的平均蒸散发为526 mm;计算棉田的作物系数,得到了适用于当地的作物系数曲线,并验证了经当地气候和灌溉方式修正后的世界粮农组织(FAO)推荐作物系数在干旱区膜下滴灌棉田的适用性;建立了作物系数与生长期天数、积温和叶面积的关系,比较了作物系数模型在不同时间尺度上的适用性,结果表明基于生长期天数的作物系数模型可以很好的模拟作物系数变化,可应用于干旱区灌溉管理实践;建立了膜下滴灌棉田的SIMDual Kc模型,模拟结果表明两年内生长期/cT ET为96%和94%。T在生长中后期占cET的比值接近100%。2012-2013覆膜导致E分别减少139.6 mm和137.0 mm。揭示了膜下滴灌棉田能量的日内和季节变化规律及其控制因子,冠层导度对潜热和Priestley-Taylor系数的控制存在明显的阈值效应,当冠层导度小于8 mm s~(-1)时,潜热和Priestley-Taylor系数随着冠层导度的增加而增大,当大于该阈值时,潜热和Priestley-Taylor系数的变化趋势不明显。揭示了棉田碳通量的变化规律与影响因素、碳通量与环境因子和潜热的关系、以及碳水耦合规律,得到了关键物理量的具体数值:生育期平均净生态系统交换量、生态系统呼吸量及总初级生产力分别为-263.3 g Cm~(-2)、870.2 g Cm~(-2)和1133.5 g Cm~(-2),冠层尺度的水分利用效率系数为1-6 g Ckg~(-1)H_2O。建立了膜下滴灌棉田的DNDC模型,模拟揭示了库尔勒1990-2008年间生态系统呼吸量逐渐增加但净生态系统交换量逐渐减小因而棉田碳汇功能逐渐减弱的趋势。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S562

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本文编号：2538999