内蒙古河套灌区水文过程模拟与作物水分生产率评估

发布时间：2017-04-20 07:10

  本文关键词：内蒙古河套灌区水文过程模拟与作物水分生产率评估，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：干旱缺水及土壤次生盐渍化问题是影响我国干旱地区农业可持续发展的重要因素。制定科学合理的灌排措施是调控灌区土壤水盐状况、保障作物正常生长的重要手段。应用农业水文过程模型评估不同人类活动及气候变化对灌区土壤水盐动态和作物生长的影响,对于制定节水高效、生态安全的水资源管理措施具有重要意义。本文以内蒙古河套灌区解放闸灌域为背景,构建了可模拟农田土壤水盐运移和作物生长过程的耦合模型。进一步结合地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术,构建了可模拟灌区尺度土壤水盐和作物生长的分布式农业水文模型。利用试验监测和收集资料,对所建模型进行了系统地率定和验证,并应用模型分析了现状灌溉条件及未来节水情景下灌区农田水文和作物生长过程。主要研究内容与结论如下： (1)于2012年和2013年在研究区布置40个定位监测点,定期监测其土壤水盐和作物生长状况。结合监测资料和当地灌水、地下水埋深等长系列统计资料分析了实施节水工程以来研究区农田水盐环境和作物产量的变化。结果表明,现状节水强度下,研究区土壤水盐和作物产量基本保持不变；同时研究区存在井灌区地下水位逐步下降和部分渠灌区地下水埋深过浅的问题。 (2)根据河套灌区地下水浅埋深的特点,在HYDRUS-1D模型的基础上,耦合了可模拟作物生长的EPIC作物生长模块,并借鉴双作物系数法对HYDRUS-1D的土壤蒸发模块进行修正,构建了可模拟农田尺度土壤水盐运移和作物生长的耦合模型。采用2012年和2013年典型农作物(小麦、玉米、葵花)田块的监测资料对模型进行了详细的率定和验证。结果表明,模型能较好的模拟地下水浅埋深干旱灌区典型农田的土壤水盐运移和作物生长过程。 (3)结合GIS技术,在考虑研究区气象、土壤、灌溉、种植结构和地下水状况等多种因素空间差异的基础上,采用分布式模拟的方式将农田尺度模型拓展至区域尺度,构建了区域尺度的分布式农业水文模型。采用监测资料对模型进行了率定和验证。应用该模型评估了研究区现状灌溉条件下土壤水盐、灌溉效率和作物水分生产率状况。结果表明,现状灌溉条件下研究区土壤水分基本满足作物生长需求,部分地区地下水埋深过浅(不足1.0m)对作物生长造成不利影响,土壤盐分过高是限制研究区作物生长的主要因子；现状条件下,研究区平均灌溉效率为0.7左右,小麦、玉米、葵花的水分生产率(WPET)约为1.19、2.17和0.59kg m-3；土壤无效耗水过大(约占作物腾发量的40%)是影响作物水分生产率提高的重要因素。 (4)应用构建的农田水文模型评估了研究区典型农田(土壤质地、盐渍化程度、作物种类)对灌水和地下水埋深的响应规律。结果表明,研究区地下水埋深控制在1.5m左右时对作物生长最为有利：现状条件下小麦的灌水量明显偏大。区域节水情景分析表明,当地下水埋深分别控制在1.5m和2.5m时,在保持灌区粮食产量稳定情况下,灌水量可分别削减28%和17%。 (5)基于农田水文模型分析了历史(1960-2013年)和未来变气候情景下研究区的粮食生产状况。历史模拟结果表明,无水盐胁迫条件下小麦、玉米、葵花的潜在产量均有一定的上升趋势。未来变化气候情景(以2013年为基础)分析表明,降雨增加20%对研究区作物产量和水分生产率无显著影响：作物产量和水分生产率与太阳辐射呈正相关关系；温度升高2℃,玉米、小麦水分生产率分别下降6.1%和8.2%,而葵花水分生产率提高3.4%。
【关键词】：区域尺度 土壤水盐运移 作物生产 节水灌溉 气候变化
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S274
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 插图目录10-12
• 附表清单12-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 研究背景与意义13-14
• 1.2 国内外研究进展14-19
• 1.3 研究内容和方法19-22
• 第二章 河套灌区农业水文要素监测与分析22-34
• 2.1 研究区简介22-23
• 2.2 试验布置与资料收集23-24
• 2.3 区域农田水文要素的时空变化规律24-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 农田土壤水盐动态与作物生长过程模拟34-58
• 3.1 模型构建34-41
• 3.2 模型率定与验证41-45
• 3.3 结果分析与讨论45-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 基于分布式农业水文模型的灌区水分生产率评估58-77
• 4.1 分布式模型构建58-61
• 4.2 模型率定和验证61-63
• 4.3 结果分析与讨论63-76
• 4.4 本章小结76-77
• 第五章 作物产量和水分生产率对节水灌溉和气候变化的响应模拟77-94
• 5.1 不同土壤和作物组合下作物产量对节水灌溉的响应分析77-89
• 5.2 区域节水潜力评估89-90
• 5.3 作物水分生产率对气候变化的响应规律90-93
• 5.4 本章小结93-94
• 第六章 结论与展望94-96
• 6.1 结论94-95
• 6.2 论文主要创新点95
• 6.3 研究不足与展望95-96
• 参考文献96-103
• 致谢103-104
• 作者简介104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴月茹;王维真;晋锐;王建;车涛;;TDR测定土壤含水量的标定研究[J];冰川冻土;2009年02期

2 戴佳信;史海滨;田德龙;夏玉红;李茂华;;内蒙古河套灌区主要粮油作物系数的确定[J];灌溉排水学报;2011年03期

3 孙素艳;张金萍;赵勇;;宁夏引黄灌区蒸散发量的计算模拟[J];干旱区地理;2007年05期

4 李艳;刘海军;;不同留茬覆盖模式对土壤蒸发和表层土壤含水量的影响[J];干旱地区农业研究;2012年03期

5 王学全,高前兆,卢琦;内蒙古河套灌区水资源高效利用与盐渍化调控[J];干旱区资源与环境;2005年06期

6 高鸿永;伍靖伟;段小亮;徐胜利;陈爱萍;姜文英;刘辉;;地下水位对河套灌区生态环境的影响[J];干旱区资源与环境;2008年04期

7 朱丽;史海滨;王宁;戴佳信;闫建文;付小军;;基于ISAREG模型的小麦间作玉米优化灌溉制度研究[J];灌溉排水学报;2012年04期

8 曹宏鑫;金之庆;石春林;葛道阔;高亮之;;中国作物模型系列的研究与应用[J];农业网络信息;2006年05期

9 高亮之,金之庆,郑国清,冯利平,张立中,石春林,葛道阔;小麦栽培模拟优化决策系统(WCSODS)[J];江苏农业学报;2000年02期

10 杨树青;史海滨;杨金忠;;微咸水灌溉对土壤环境效应的预测研究[J];农业环境科学学报;2009年05期

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1 李妍;基于WOFOST-HYDRUS耦合模型的玉米遥感估产研究[D];兰州大学;2012年

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本文编号：318143