夏玉米降雨利用过程及其模拟

Effective rainfall is one important part of rainfall resources, which can be absorbed directly by the crop utilization in agricultural production. It is necessary and urgent to study systematically the transformation and utilization of rainfall during crop growth period, to analyze factors related with rainfall utilization and their affecting mechanisms. The research results may provide an important theoretical basis for estimating effective conversion level of rainfall during crop growing period and a helpful tool for designing optimal irrigation schedule, which has theoretical and practical significance for improving the utilization of limited agricultural water resources in China. Factors influencing the effective rainfall are numerous and complex, canopy cover, soil characteristics, rainfall characteristics and irrigation management mode has a direct or indirect effect on its size. In order to overcome the randomness of natural rainfall, with simulated rainfall machine, using combination of field experiment and numerical simulation methods, the relationship between rainfall interception and canopy coverage, effects of rainfall characteristics on rainfall-runoff, infiltration, evapotranspiration and soil water redistribution, and effects of Irrigation management mode on rainfall utilization in growth period of summer maize were studied. The rainfall use process was quantification indicated, and the numerical simulation of which was developed. Meanwhile, combined with field trials measured data, it is essential to validate the establishing model. The anticipated research results may be used to guide the farmland water management, enhances the efficiency of rainfall and irrigation water.

有效降雨量是农业生产中直接可被作物吸收利用的降雨资源。深入研究作物生育期间的降雨利用过程，分析降水利用影响因子及其作用机制，可为科学估计作物生育期间降雨的有效转化程度，制定优化灌溉制度以及农业水资源的高效利用提供重要理论依据。影响有效降雨量的因素多而复杂，作物冠层覆盖度、降雨特性、土壤特性及灌溉管理模式都直接或间接的影响它的大小。为克服天然降雨的随机性，借助模拟降雨器，采用田间试验和数值模拟相结合的方法，主要研究降雨冠层截留量与作物冠层覆盖度的关系；降雨特性对夏玉米降雨产流、入渗、蒸散量及土壤水再分配的影响；灌溉管理模式对夏玉米生长季降雨利用的影响。量化表述降雨利用过程，并对其进行数值模拟。同时结合田间试验实测数据，对建立的模型进行必要的验证。预期研究成果可用于指导农田水分管理，提高降雨和灌溉用水的利用效率。

项目执行期间严格按照基金项目预期目标和设置的研究内容开展相关试验研究，总体进展顺利并完成预期目标。借助人工模拟降雨器模拟多种因素特定降雨情景，阐明了玉米冠层降雨截留分布特征，并构建了夏玉米冠层降雨截留估算模型。试验表明：夏玉米生育期内平均冠层截留率为10.4％，茎秆流率为33.2％，穿透雨率为56.4％。随玉米生长发育，穿透雨率先降低后增大，茎秆流率和冠层截留率则先增加后减少。茎秆流量（率）、冠层截留量（率）分别与LAI之间呈极显著线性负相关；而穿透雨量（率）与LAI之间呈极显著线性负相关。茎秆流量、穿透雨量分别与雨强之间呈显著的线性正相关，而冠层截留量分别与雨强、降雨量之间呈显著的幂函数关系。探明了不同降雨强度土壤蒸发和雨水入渗土壤后的水量分布规律。试验表明：土壤日蒸发量随降雨级别的增加均呈对数函数方式增长；不同降雨级别夏玉米土壤蒸发占降雨量的比例（E/P）大小排序相同，均为P1>P2>P3>P4，且E/P与降雨量均呈显著幂函数关系（P<0.05）。降雨入渗后土壤水分再分布规律相似，降雨级别越大，土壤水再分布影响的土层就越深，同时水分再分配过程所需的时间越长。从转化效率上看，中等级别降雨最高。入渗率、累积入渗量可最终表示为时间、雨强、覆盖度和主要根系土层土壤初始含水量的四因素函数关系，并建立了降雨蓄积系数回归计算模型。利用防雨旱棚研究不同降水年型下灌溉制度对夏玉米的生长、产量和水分利用效率的影响。试验表明，降水年型对玉米生长季内0-100 cm土层土壤含水量平均值及土壤贮水量的影响较明显，其大小表现为：丰水年 （P25）＝平水年（P50）>偏旱年（P75）＝干旱年（P95）>无降水年（NP）。不同降水年型处理的夏玉米水分利用效率（WUE）存在极显著差异，不同降水年型WUE总体表现为： NP> P95> P75> P50> P25，其均值分别为：3.15、2.92、2.53、2.26、1.99 kg/cm3，即夏玉米WUE呈现随降水的增多而降低的趋势。灌水处理对WUE差异不显著。结合耗水量来看，丰水年型相对于其他年型增加的那部分降水并没有相应的对玉米产量形成作出贡献，是以土面蒸发和深层渗漏等形式浪费掉了，增加灌水量并不能有效提高旱地玉米WUE。降水少的年份，且底墒好，WUE随着灌水量的增加显著增加，此时灌水不足成为提高玉米WUE的限制因子。适宜的降雨年型