农田土壤水分动态与作物灌溉需水量随机模拟

Soil moisture dynamics and crop irrigation requirements are the foundation and core of hydrological cycle in agroecosystem and agricultural water management. Cropland soil moisture is the result of a long-term combination of atmosphere, crop, soil, groundwater and irrigation activities. Its dynamics represent stochastic nonlinearity, and the crop irrigation requirements, meanwhile, represent strongly uncertainty as well. Accordingly this calls for a probabilistic framework. This research will be therefore carried out to observe and analyze the dynamics and probability distributions of the hydrological elements and environmental factors with different soil texture, groundwater depth and irrigation scheme in the North China Plain, and develop a universal stochastic soil moisture model and physic-based crop irrigation requirement model, quantitative expressing the hydrological relationship between soil water balance, irrigation requirement and environmental factors including atmosphere, crop, soil, groundwater and irrigation strategy, improving the framework of agricultural water predicting in a changing environment. The study is significant for improving WUE and agricultural water management.

农田土壤水分动态和作物灌溉需水量是农业生态系统水文循环过程和农业水资源管理的核心与基础。农田土壤水分是大气、作物、土壤、地下水以及灌溉活动长期综合复杂作用的结果，其动态过程表现为非线性的随机过程，与之紧密联系的作物灌溉需水量亦表现出强烈的不确定性，因此需要采用概率统计的思想开展定量化研究。本项目以华北平原典型作物为研究对象，系统观测和分析不同土壤质地、不同潜水埋深和不同灌溉方式下农田水文要素和环境因子的动态变化特征及随机分布规律；基于水量平衡原理，运用概率统计和微积分方法建立具有一定普适性的农田土壤水分动态随机模型，并在此基础上构建具有物理基础的作物灌溉需水量计算模型，量化农田水文要素和灌溉需水量与大气、作物、土壤、地下水及灌溉方式等环境因子的水文学关系，以期完善变化环境下农业用水量预测的理论体系。以上研究结果对作物高效用水调控、农业水资源管理具有重要意义。

农田土壤水分动态和作物灌溉需水量是农业生态系统水文循环过程和农业水资源管理的核心与基础。农田土壤水分是大气、作物、土壤、地下水以及灌溉活动长期综合复杂作用的结果，其动态过程表现为非线性的随机过程，与之紧密联系的作物灌溉需水量亦表现出强烈的不确定性，因此需要采用概率统计的思想开展定量化研究。本项目以华北平原典型作物为研究对象，系统观测和分析了不同土壤质地、不同潜水埋深和不同灌溉方式下农田水文要素和环境因子的动态变化特征及随机分布规律；基于水量平衡原理，运用概率统计和微积分方法建立了具有一定普适性的农田土壤水分动态随机模型，并在此基础上构建了具有物理基础的作物灌溉需水量计算模型，从统计学的角度量化了农田水文要素和灌溉需水量与大气、作物、土壤、地下水及灌溉方式等环境因子的水文学关系，进一步完善了变化环境下农业用水量预测的理论体系。本研究结果对于作物高效用水调控、农业水资源管理具有重要意义。