喷灌冠层截留及其消散过程和农田水汽交换响应研究.pdf

摘 要 摘 要 喷灌条件下的水滴蒸发和冠层截留蒸发等影响因素改变了农田的水热平 衡，使喷灌条件下的农田小气候发生变化。一般研究发现，喷灌条件下近地面 空气温度降低，相对湿度增加。综合分析喷灌冠层截留、喷灌后农田冠层内以 及冠层上的环境要素分布特征、农田水汽交换发生的变化和响应，有利于揭示 喷灌条件下农田小气候发生变化和喷灌节水增产的机理。为此，分别在中国科 学院禹城综合试验站和中国科学院地理科学与资源研究所通州农田水循环及现 代节水灌溉试验基地，进行了 2 年的大田试验，主要研究结果如下： （1） 验证和完善了冬小麦冠层截留测定方法－擦拭法。擦拭法测定冠层 截留排除了茎流水和喷灌过程中冠层内水分蒸发的影响，采用该方法测定了 2003 年冬小麦不同生长时期的冠层截留，结果表明，冬小麦最大冠层截留为 1mm。 （2 ） 冠层截留受叶面积指数、株高、水滴大小、风速影响明显，受喷灌 强度影响不大。叶面积指数达到最大值以前，冠层截留随着叶面积指数和株高 的增大而增大，叶面积指数达到最大值以后，冠层截留随着叶面积指数的减少 而减少，小麦生长后期，株高基本稳定，对冠层截留影响不明显。根据冠层截 留和叶面积指数、株高的关系建立了叶面积指数达到最大值以前的冠层截留和 叶面积指数、株高之间的二元线性模型和株高稳定以后的冠层截留和叶面积指 数之间的一元指数模型，通过这两个模型可预测冬小麦不同生长时期的冠层截 留。冠层截留与喷灌水滴大小之间呈指数关系，随着喷灌水滴的增大呈指数方 式递减；冠层截留随着风速的增大而减小，与风速的平方呈很好的线性关系。 （3 ）冠层截留消散过程主要受空气温度、湿度的影响。温度越高、相对湿 度越低，冠层截留消散的越快；温度越低、相对湿度越高，冠层截留消散的越 慢。冠层截留消散过程还受作物上水量的影响，喷灌刚结束时，作物上的水量 较多，冠层截留消散的较快，随着水分的蒸发，作物上的水量减少，冠层截留 消散的速度也减慢。冠层截留消散的结果也会影响冠层温湿度，使空气的相对 湿度增加，温度降低，农田小气候发生变化。 （4 ）喷灌影响冠层内不同高度的空气蒸发能力，喷灌农田冠层内的空气蒸 发能力一般小于地面灌灌农田冠层内同一高度的空气蒸发能力，喷灌对 i 中国科学院博士学位论文: 喷灌冠层截留及其消散过程和农田水汽交换响应研究 60-70cm 高度处的冠层蒸发能力影响最大，对冠层顶部的蒸发能力影响较小。 喷灌可降低冠层内空气的温度，喷灌冠层内空气的温度一般小于地面灌冠层内 同一高度的空气温度。喷灌一般可增大中午冠层内离地面 50cm 和 70cm 高度处 空气的相对湿度，对冠层下部离地面 10cm 和 30cm 高度处的空气相对湿度影响 较小。 （5 ）喷灌影响了农田水汽交换的过程。研究发现，地面灌和喷灌同时灌溉 的情况下，喷灌农田的土面蒸发量和作物蒸散量小于地面灌农田；喷灌小麦夜 间出现的凝结水量一般大于地面灌农田，而且出现时间早于地面灌农田。 关键词： 喷灌；冬小麦；冠层截留；消散过程；水汽交换 ii 摘 要 Canopy-Interception with its Dissipation Process and Response of Water Vapor Exchange in the Field under Sprinkler Irrigation Wang Qinggai (Physical Geography) Directed by Professer Kang Yaohu Abstract Field microclimate is changed by droplet evaporation during sprinkler irrigat