本文關(guān)鍵詞：土壤作物系統(tǒng)中水分及其氫氧穩(wěn)定同位素的動態(tài)與農(nóng)田耗水特征

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【摘要】：水資源嚴(yán)重短缺對糧食安全產(chǎn)生了直接影響,而農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中水資源主要通過蒸散(ET)的途徑來消耗。全面了解蒸散發(fā)生的規(guī)律,明確水分消耗的特征、轉(zhuǎn)化過程和水分來源,定量區(qū)分ET的組分及其在生育期內(nèi)的變化規(guī)律,可明確農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水分利用、分配與傳輸,為實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用與保證糧食安全提供理論基礎(chǔ)。本研究以農(nóng)田SPAC(土壤-植物-大氣)系統(tǒng)的水分運移規(guī)律為中心點,在華北平原(冬小麥-夏玉米)和東北平原(春玉米)開展農(nóng)田水文過程同位素試驗研究,明確了主要種植體系下氫氧穩(wěn)定同位素的分布特征及SPAC系統(tǒng)水分動態(tài)變化以及不同處理對其影響,并分析了多年耗水結(jié)構(gòu)特征,為今后發(fā)展適水種植和提高作物水分生產(chǎn)力提供科學(xué)依據(jù)和參考。論文主要研究結(jié)論如下： (1)系統(tǒng)分析了冬小麥-夏玉米及春玉米生育期內(nèi)不同水源的(降水、土壤水、地下水和植株莖水)818O和8D含量組成、分布規(guī)律及其影響因素。在818O-δD分布圖上,0-5cm的土壤水蒸發(fā)線斜率均低于當(dāng)?shù)卮髿饨邓�的斜率,說明表層土壤水經(jīng)歷了強烈的蒸發(fā)作用；土壤水的同位素值也隨著深層向表層越來越富集,且不同處理的土壤剖面氫氧穩(wěn)定同位素變化程度也不相同,強弱依次為裸土處理常規(guī)處理秸稈處理覆膜處理。 (2)作物根系吸水過程中沒有發(fā)生氫氧穩(wěn)定同位素分餾,可將作物莖水的氫氧穩(wěn)定同位素值視為各土層深度水分來源的線性組成。通過利用直接對比法和基于同位素質(zhì)量守恒的Iso-Source模型得出作物不同生長期的主要吸水深度,同時估算主要吸水深度的水分利用比例。冬小麥在抽穗期、開花期、灌漿期和成熟期主要是利用10-20cm、20-40cm、0-10cm和10-20cm的土壤水；夏玉米在拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期和完熟期主要是利用0-10cm、0-20cm、10-20cm和40-100cm。 (3)以水量平衡為基礎(chǔ)理論,定量研究了2011-2013年華北平原夏玉米蒸發(fā)蒸騰量的變化。借助同位素質(zhì)量守恒(Isotope mass balance)和AquaCrop模型兩種不同的方法對農(nóng)田地表蒸散通量ET進(jìn)行了分割及比較研究。同位素質(zhì)量守恒(IMB)和AquaCrop模型在夏玉米的苗期.拔節(jié)期和灌漿期計算的蒸散通量(蒸騰量比蒸散量,即mt/mET)比例較一致,分別為40%左右、90%以上和80%左右,但在夏玉米的收獲期,AquaCrop模型的mt/mET比例仍在90%左右,而IMB的mt/mET比例為85%。說明這兩種方法對ET分割為E和T的結(jié)果具有可比性。 (4)綜合考慮長期氣候因素和不同地下水位埋深對水分生產(chǎn)力(WP)的影響。采用1980-2010年(30年)華北山前平原北京地區(qū)(上莊試驗站)氣象數(shù)據(jù),運用AquaCrop模型對夏玉米的耗水結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,分別設(shè)置兩種不同的地下水位埋深進(jìn)行模擬,即有地下水補給(地下水位埋深為1-1.5m)和無地下水補給,從而確定在不同情況下WP的差異。結(jié)果顯示,在該區(qū)域的干旱年份,有地下水補給的WP變化不明顯,分別為2.49kg·m-3和2.24kg.m-3；而沒有地下水補給的WP明顯降低,分別為1.92kg.m-3和1.97kg.m-3。該區(qū)域干旱年份的降雨量將滿足夏玉米的水分供給,但是如果想獲得高產(chǎn)和高的WP,那么補充灌溉是必不可少的。
【關(guān)鍵詞】：農(nóng)田SPAC系統(tǒng) 氫氧穩(wěn)定同位素 蒸散分割 AquaCrop模型 同位素質(zhì)量守恒模型
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S154.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 圖表目錄10-16
• 第一章 引言16-27
• 1.1 研究背景與意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展17-24
• 1.2.1 穩(wěn)定同位素的技術(shù)概況17-18
• 1.2.2 氫氧穩(wěn)定同位素在SPAC系統(tǒng)中水循環(huán)的應(yīng)用18-22
• 1.2.3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)蒸散發(fā)分割的相關(guān)研究22-24
• 1.3 研究目標(biāo)、內(nèi)容與技術(shù)路線24-27
• 1.3.1 研究目標(biāo)24
• 1.3.2 研究內(nèi)容24-25
• 1.3.3 技術(shù)路線25-27
• 第二章 材料與方法27-38
• 2.1 研究區(qū)概況27-29
• 2.1.1 試驗站簡介27
• 2.1.2 氣候條件27-29
• 2.2 試驗設(shè)置概況29-38
• 2.2.1 試驗設(shè)計和田間管理29-32
• 2.2.2 樣品采集及室內(nèi)實驗測定32-38
• 第三章 基于AquaCrop模型與氫氧穩(wěn)定同位素對蒸散(ET)分割的原理38-46
• 3.1 AquaCrop的作物水分生長模型及應(yīng)用38-43
• 3.1.1 AquaCrop原理簡述38-40
• 3.1.2 AquaCrop參數(shù)的計算40-43
• 3.2 氫氧穩(wěn)定同位素方法確定根系吸水來源的原理43-44
• 3.3 同位素質(zhì)量守恒法分割ET的原理及參數(shù)計算44-46
• 第四章 環(huán)境因子和土壤水分動態(tài)變化46-54
• 4.1 環(huán)境因子46-47
• 4.2 土壤體積含水量時空變化規(guī)律47-52
• 4.2.1 灌溉冬小麥47-50
• 4.2.2 雨養(yǎng)春/夏玉米50-52
• 4.3 本章小結(jié)52-54
• 第五章 農(nóng)田SPAC系統(tǒng)氫氧穩(wěn)定同位素分布特征54-78
• 5.1 降水氫氧穩(wěn)定同位素分布特征56-62
• 5.1.1 大氣降水量及降水中氫氧穩(wěn)定同位素的組成特征56-58
• 5.1.2 大氣降水線方程58-62
• 5.2 土壤水氫氧穩(wěn)定同位素分布特征62-69
• 5.3 農(nóng)作物莖水氫氧穩(wěn)定同位素分布特征69-77
• 5.3.1 常規(guī)冬小麥/夏玉米植物根主要吸收土壤水層次的確定69-72
• 5.3.2 常規(guī)冬小麥/夏玉米根系吸水來源的混合比例72-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 雨養(yǎng)夏玉米農(nóng)田蒸散發(fā)的分割及多年耗水特征分析78-97
• 6.1 基于AquaCrop的農(nóng)田作物水分生長模型分割農(nóng)田蒸散通量78-86
• 6.1.1 模型的參數(shù)化78-79
• 6.1.2 模型的校正與驗證79-83
• 6.1.3 模型的應(yīng)用83-86
• 6.2 基于同位素質(zhì)量守恒法分割農(nóng)田蒸散通量86-88
• 6.3 AquaCrop和IMB模型區(qū)分蒸發(fā)和蒸騰量的比較88-91
• 6.4 夏玉米多年耗水結(jié)構(gòu)分析91-95
• 6.5 本章小結(jié)95-97
• 第七章 結(jié)論與展望97-100
• 7.1 主要結(jié)論97-98
• 7.2 主要創(chuàng)新點98
• 7.3 展望98-100
• 參考文獻(xiàn)100-108
• 致謝108-110
• 作者簡介110

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉昌明;張喜英;胡春勝;;SPAC界面水分通量調(diào)控理論及其在農(nóng)業(yè)節(jié)水中的應(yīng)用[J];北京師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年Z1期

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7 薛慶禹;王靖;曹秀萍;馬薇;馮利平;;不同播期對華北平原夏玉米生長發(fā)育的影響[J];中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2012年05期

8 石俊杰;龔道枝;梅旭榮;馬孝義;郝衛(wèi)平;胡笑濤;;穩(wěn)定同位素法和渦度-微型蒸滲儀區(qū)分玉米田蒸散組分的比較[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2012年20期

9 劉昌明,孫睿;水循環(huán)的生態(tài)學(xué)方面:土壤-植被-大氣系統(tǒng)水分能量平衡研究進(jìn)展[J];水科學(xué)進(jìn)展;1999年03期

10 葉守澤,夏軍;水文科學(xué)研究的世紀(jì)回眸與展望[J];水科學(xué)進(jìn)展;2002年01期

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本文編號：936616