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SoilScope生态观测控制实验系统在夏玉米不同时间尺度蒸散动态变化特征及其影响因素研究中的应用

撰稿人: 日期:2022-4-22 点击次数:245

 文献信息

 文献摘要

本文利用蒸渗仪对淮北平原砂姜黑土区夏玉米蒸散动态变化规律进行研究,基于2018年夏玉米实测大型称重式蒸渗仪数据及气象观测数据,分析了不同时间尺度玉米蒸散量的分布特征,并利用灰色关联分析法探讨了玉米蒸散量与各影响因素间的相关关系。结果表明:淮北夏玉米生长季总蒸散量为476.17mm,日平均蒸散量为4.37mm/d,从各生育期的分布情况看,发育阶段和中期阶段是蒸散的高峰期,占生长季的70.4%;从月尺度看7月、8月和9月蒸散较多,占生长季的90.3%;从日尺度看,蒸散量日变化体现为早晚低、中午高的单峰型曲线特征,各个阶段的峰值及峰值出现的时间不同。蒸散量与水汽压力差、地温和气温的相关性较大,是主要的环境影响因子,叶面积指数是主要的生物影响因子。


五道沟大型称重式蒸渗仪是由北京澳作设计、安装的SoilScope生态观测控制实验系统 


 实验概述

试验于2018年在安徽省蚌埠市五道沟水文水资源实验站进行。该地区属暖温带半湿润季风气候区,四季分明,雨热同期。降雨量年际变化大,多年平均降雨量为899mm,其中汛期(6-9月)占63.8%,多年平均蒸发为1181.3mm。地下水位在1-3m变化,作物以玉米、小麦和大豆为主。土壤类型主要是砂姜黑土(54%) 和黄潮土(33%)。砂姜黑土以形状、色泽似生姜而得名,其土壤粒径0.01-0.05mm的占40%,粒径0.005-0.001mm的占25%。凋萎含水率为10%-13%,田间持水率为28%-30%。


 实验设施

本文以淮北平原分布较为广泛的砂姜黑土区为研究对象,研究夏玉米逐日蒸散动态变化规律,玉米实际蒸散量由大型称重式蒸渗仪测得。蒸渗仪土柱口径为4.0㎡,高度为4.0m。蒸渗仪地下水埋深设为1m,土壤为分层回填土,10cm、30cm、50cm、100cm埋深处分别设有土壤水分、温度、电导三参数传感器,数据每10min获取一次。蒸渗仪南侧设有气象观测场,可获取空气温度、湿度、降水量、风速、水面蒸发量和日照时数等水文气象要素。夏玉米于2018年6月22日播种,10月9日收获。蒸渗仪自动采集数据资料时段选取2018年6月22日至10月8日,以及同期气象观测场气象要素数据。


五道沟大型称重式蒸渗仪是由北京澳作设计、安装的SoilScope生态观测控制实验系统


 结果与分析


(1)不同时间尺度夏玉米蒸散变化特征明显。夏玉米全生育期蒸散量为476.17mm,发育和中期阶段蒸散量较大,占生长季蒸散量的70.4%,为蒸散的高峰期;7-9月蒸散总量较高,累积蒸散量达430.09mm,占初始阶段以后总蒸散量的90%以上;日均蒸散量在中期阶段达最大为6.51mm/d,雨日日均蒸散量达3.01mm/d,降雨或连续阴雨后一定时段内均相应出现一个蒸散峰值点,日蒸散峰值点反映了大气条件对玉米蒸散的作用。

(2)夏玉米逐小时蒸散变化表现为早晚低、中午高的单峰型曲线特征,除了本身的周期性变化,还同时受到蒸散时期和天气的影响。玉米生长的各个阶段日变化均呈先缓慢增加,再快速增加至最大值,而后先快速下降、再缓慢下降至一个较低的稳定值,但各自的峰值及峰值出现的时间不一样。晴天的蒸散量大于阴天, 高峰期尤其显著,阴天蒸散量快速增加的时刻点明显迟于晴天,且变化不稳定。

(3)不同时期蒸散变化的主要影响因素包括水汽压力差、饱和差、地温、气温、湿度、日照时数、风速和叶面积指数等。经过灰色关联分析,得出水汽压力差、气温和地温是影响玉米蒸散量的主要环境因子,叶面积指数是主要的生物影响因子。

控制试验应用:
1、 基于SoilScope控制试验平台的“LysiCosm 地上地下碳氮循环监测系统”,配套可升降呼吸室“iChamber 群落自动箱”,同步测量表面 N2O/CO2/CH4等温室气体排放;“iChamber-G土壤采气矛”测量蒸渗仪内土壤剖面N2O/CO2/CH4等浓度廓线。
  
iChamber 群落自动箱                                             iChamber-G土壤采气矛
2、“RhizoScope 根系生态仓”依托SoilScope系统实现土壤水、热通量控制,采用摄像与扫描一体化“AZR-300复合根系”原位观测根系分布、细根周转,环境变化对同化物分配的影响、根际微生态过程。

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