苹果园土壤-植物-大气系统水分传输动力学机制与模拟

论文题目: 苹果园土壤-植物-大气系统水分传输动力学机制与模拟

论文类型: 博士论文

论文专业: 农业水土工程

作者: 龚道枝

导师: 康绍忠

关键词: 土壤植物大气系统,蒸发蒸腾,根系吸水,液流,水分传导

文献来源: 西北农林科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 土壤-植物-大气系统的物质(水、热和溶质等)循环与能量转化过程及其模拟是水文水资源学、生态水文学、土壤物理学、农业生态学、自然地理学与农业水土工程学等多学科领域的前沿与热点问题。近年来,我国农业种植结构调整,果树栽种面积和耗水量不断增大,对果园用水进行科学管理显得尤为重要。准确认知果树蒸腾耗散过程,理解根系吸水机制,了解土壤水分动态,不仅有利于合理制定灌溉制度,保证果树节水和高产、稳产,而且可以充实SPAC 水分传输以及区域水量转化SVAT 模型的研究内容。本文在对国内外SPAC 水分传输动力学机制与模拟研究现状及存在问题进行分析和总结的基础上,以苹果树为试验材料,采用冠层分析仪、管式时域反射仪、植物茎流计等先进的仪器和定量模拟方法,于2002~2004 年在西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室节水灌溉试验站苹果园,对苹果树冠层结构特征、水分传导、根茎液流、蒸腾过程、根系分布特征及其水分吸收等方面进行了系统的试验研究和定量模拟,取得了如下一些主要成果: (1)探讨了苹果树冠层结构和叶片生理指标的时空分布特征,在此基础上建立了考虑冠层光能分布特征变化的苹果树三维蒸腾模型,能较准确地描述苹果树冠层蒸腾过程。苹果树叶面积指数垂向分布与树干高度呈二次抛物线关系;水平分布从中心沿径向到四周逐渐减小,东、西、南侧的叶面积指数比北侧的大,且有2~3 个极大值点。苹果树叶面积指数在生育前期逐渐增长,从0.1 增加到2.8 左右,中期比较稳定,后期下降到0.1~0.2 左右,与苹果树发芽后的天数(DAB)呈二次抛物线关系。夏季晴天苹果树冠层上部截获的光合有效辐射比下层的高50%左右,从而使上部叶温、气孔导度、光合速率、蒸腾速率和水分利用效率比同时刻同方位下层的各指标分别高0.5℃~3.5℃,20%~40%,30%~50%,25%~50%和30%~60%。同一层内,不同方位叶片截获的光合有效辐射也不同,从而使12:00 前东侧叶片气孔导度、光合速率、蒸腾速率均大于西侧,而12:00 后东侧均小于西侧;任一时刻南侧大于北侧。假定树冠为连续整体,表面为椭球曲面,太阳辐射穿透冠层遵循Beer 定律,建立了考虑冠层光能分布特征变化的苹果树三维蒸腾模型。其模拟结果与树干液流实测值比较,不同天气条件下平均相对误差的大小顺序为:晴天<晴天多云<阴天,其值依次是8.6%,23.6%,30.8%。

论文目录:

中英文摘要

第一章 绪论

1. 研究目的与意义

2. 国内外研究进展与存在的问题

2.1 农田SPAC 水分传输机制及模拟研究进展与存在的问题

2.2 果园SPAC 水分传输机制及模拟的研究进展与存在的问题

2.2.1 果树根系分布特征、根系吸水模型与根区土壤水分动态模拟

2.2.2 果树冠层结构特征、光能截获与分配、蒸发蒸腾模型

2.2.3 果树水分传输特征及测定技术

2.2.4 果园SPAC 水分传输模型研究

2.2.5 果园蒸发蒸腾量的测定与计算方法研究

2.3 果园水分运动机制与模拟尚需要进一步研究和解决的主要问题

3. 研究内容

第二章 研究方法与试验方案设计

1. 试验区概况

2. 研究方法与技术路线

3. 试验布置方案与测定项目

3.1 试验区土壤水分特征参数的测定

3.2 土壤含水率的测定

3.3 棵间土壤蒸发的测定

3.4 树干与根液流的热脉冲技术测定原理及布置

3.5 冠层结构动态的监测

3.6 冠层叶片水分生理指标的空间分布测定

3.7 根系密度空间分布的测定

3.8 气象参数的测定

第三章 苹果树冠层结构特征及其对水分利用的影响

1. 苹果树冠层结构特征分析

1.1 叶面积指数空间分布特征

1.1.1 叶面积指数的垂直分布特征

1.1.2 叶面积指数的水平分布特征

1.2 叶面积指数的动态变化

1.3 叶角的分布特征

1.3.1 叶倾角的分布及其变化

1.3.2 叶方位角的分布特征

2. 苹果树冠层光合有效辐射(PAR)的时空分布特征

3. 苹果树冠层叶片水分生理特征指标的时空分布特征

3.1 苹果树冠层叶片温度的时空分布特征

3.2 苹果树冠层叶片气孔导度的时空分布特征

3.3 苹果树冠层叶片光合速率的时空分布特征

3.4 苹果树冠层叶片蒸腾速率的时空分布特征

4. 苹果树冠层叶片水分利用效率的时空分布特征

5. 小结

第四章 考虑冠层结构和根系分布特征的苹果树水分传导计算

1. SPAC 水分传导模型

2. 果树冠层导度的计算

2.1 果树冠层导度模型

2.2 苹果树冠层度变化规律

3. 考虑果树冠层结构和根系结构影响的整树水分传导的计算

3.1 整树水分传导的影响因素分析

3.1.1 苹果树冠层叶片水势时空分布规律

3.1.2 苹果树根区土壤水分和根系空间分布

3.2 苹果树叶水势与土水势加权平均值及树干液流日变化

3.3 苹果树树干液流和叶片水势与土水势的差值之间的关系

4. 小结

第五章 苹果树根茎液流动态及其与气象因子之间的关系分析

1. 苹果树根茎液流的变化规律分析

1.1 苹果树树干液流日变化规律

1.1.1 晴天条件下苹果树树干液流日变化规律

1.1.2 阴天条件下苹果树树干液流的日变化规律

1.2 苹果树树干日液流量的季节变化

1.3 苹果树主根液流日变化规律

1.3.1 晴天条件下苹果树主根液流日变化规律

1.3.2 阴天条件下苹果树主根液流日变化规律

1.4 苹果树树干与主根液流对比分析

1.5 苹果树树干木质部不同位点液流速率变化

2. 苹果树根茎液流与气象因子之间的关系分析

2.1 苹果树树干液流与气象因子之间的关系

2.1.1 苹果树树干瞬时液流量与气象因子之间的关系

2.1.2 苹果树树干日液流量与气象因子之间的关系

2.2 苹果树主根液流与气象因子之间的关系

2.2.1 苹果树主根瞬时液流与瞬时气象因子之间的关系

2.2.2 苹果树主根日液流量与气象因子之间的关系

3. 苹果树树干液流与参考作物蒸发蒸腾量ET_0 的关系

4. 小结

第六章 考虑冠层光能截获分布特征变化的苹果树蒸腾模型

1. 果树冠层光能截获模型

2. 果树冠层蒸腾模型

3. 考虑冠层光能截获分布特征变化的苹果树蒸腾模型的验证

3.1 模型的离散化处理及参数的确定

3.2 模型的输入变量的测定

3.3 模型模拟值与实测值的比较

3.3.1 苹果树蒸腾模型模拟值与树干液流实测值的比较

3.3.2 晴天和阴天条件下苹果树蒸腾模拟值与树干液流实测值的对比分析

4. 小结

第七章 苹果园蒸发蒸腾量的测定与计算

1. 利用树干液流量和棵间土壤蒸发量计算苹果园蒸发蒸腾量的方法

2. 利用水量平衡原理计算苹果园蒸发蒸腾量的方法

3. 利用FAO 推荐的双作物系数法计算苹果园蒸发蒸腾量

3.1 土壤水分修正系数的确定方法及其改进的探讨

3.2 棵间土壤蒸发系数的确定

4. 苹果园蒸发蒸腾及蒸腾和棵间土壤蒸发的变化规律

5. 苹果树基础作物系数和土壤水分修正系数的确定

5.1 苹果树基础作物系数K_(cb)的变化规律

5.2 苹果树土壤水分修正系数与根区土壤平均含水率的关系

5.3 构建苹果树作物系数曲线

6. 三种不同方法计算的苹果园蒸发蒸腾量的对比分析

6.1 液流-微型蒸渗仪法和水量平衡法确定的苹果园蒸发蒸腾量的对比

6.2 FAO 双作物系数法计算与液流-微型蒸渗仪法实测的苹果园蒸发蒸腾量的比较

6.3 FAO 双作物系数法计算与水量平衡法确定的苹果园蒸发蒸腾量值比较

7. 小结

第八章 苹果树根系分布特征与二维根系吸水模型

1. 苹果树根系密度分布特征分析

1.1 一维垂向根长密度分布

1.2 一维径向根长密度分布

1.3 二维综合根长密度分布

2. 苹果树根系吸水速率分布特征分析

2.1 反求苹果树二维根系吸水速率

2.2 苹果树根系吸水速率分布特征

2.2.1 苹果树根系吸水速率一维垂向分布

2.2.2 根系吸水速率二维分布

3. 苹果树二维根系吸水模型的建立与验证

3.1 苹果树二维根系吸水模型

3.2 苹果园二维土壤水分运动模拟

3.3 苹果园二维土壤水分运动模拟结果与实测结果的比较分析

4. 小结

第九章 总结与讨论

参考文献

致谢

作者简介

发布时间: 2005-12-22

参考文献

• [1].水稻植株水分实时监测与管理决策技术研究[D]. 刘小军.南京农业大学2011

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