基于玉米冠层结构变化的季节蒸散模型

Maize is an important crop in China. Simulation of the seasonal evapotranspiration helps better calculate water consuming and get water saving in agriculture.Our research contains three parts. Firstly, analyze the seasonal variance of the references, such as gap fraction distribution, leaf area index, and leaf inclination angle in maize canopy, and choose a better method to calculate leaf area index from hemispherical photograph for simulation of evapotranspiration; secondly, measure the transpiration and evaporation of the maize, acquire the relationship between evapotranspiration and meteorology references as precipitation, radiation, wind speed, temperature and relative humidity; thirdly, take canopy cover in different seasons into account in calculating evaporation base the Penman-Monteith, Shuttleworth-Wallace, and Clumping models and precisely estimate the season evapotranspiration of maize.

玉米是我国主要粮食作物之一。实现玉米生长过程的蒸散模拟，不仅能完善蒸散量的计算方法，更可明确玉米需水量，从而进行合理灌溉，实现玉米田的高效用水。研究主要包括三部分，首先，分析玉米不同发育阶段冠层结构（缝隙度分布、叶面积指数、叶倾角分布）的动态变化规律，确定测定玉米冠层结构的最优方法，为建立精确的玉米蒸散模拟模型奠定基础；其次，在玉米田蒸散量实测的基础上，研究其季节变化规律以及与降雨、辐射、风速、温湿度等环境因素之间的数量关系，分析特定天气条件下农田蒸散量的变化规律，为不同气象条件下农田灌溉管理提供参考；最后，在P-M、S-W和C模型的基础上，考虑玉米不同发育阶段蒸散冠层遮荫对土壤蒸发的影响，通过将冠层结构分析中得到的遮荫比率参数引入多源模型，提高季节蒸散量的估算精度。

蒸散（ET）是水分循环和能量循环的重要组成部分，与作物生长发育和产量形成有密切的关系。ET包括土壤蒸发和植株蒸腾两个部分，本研究准确地测定和模拟作物ET，为实现农业高效用水和保障生态系统良性循环提供参考。玉米是我国主要粮食作物之一，通过对玉米生长过程的蒸散模拟，完善了蒸散量的计算方法，准确估算玉米需水量，实现玉米田的高效用水。研究通过照片法和LAI 2000冠层分析仪等不同方法分析了玉米冠层的动态变化规律，叶面积指数在出苗期保持稳定，拔节期迅速增加，冠层发展后维持稳定。冠层空隙度变化刚好相反，通过对冠层结构的参数化拟合，为建立精确的玉米蒸散模拟模型奠定基础。项目组通过微型蒸渗仪测定土壤蒸发和茎流计植株蒸腾实际测定玉米田实际蒸散量，结果表明，在冠层完全发育后，玉米田日均蒸散量为为3.13-3.16 mm/d。采用PM、SW、C模型模拟玉米田瞬时蒸散量，并根据玉米冠层空隙度的变化改进了C模型（Cj模型），Cj模型是区分土壤蒸发和植株蒸腾的季节多源蒸散模型，与实际测定液流数据对比表明，2014和2015年模型模拟土壤蒸发效果较好，可提高ET及其组分的模拟精度。最后，项目组还分析了ET与辐射、风速、温湿度、参考作物蒸发蒸腾量等环境因素间的关系，发现ET与辐射的关系最为密切，这可为不同气象条件下农田灌溉管理提供参考。