《季節性凍土區農田全年水熱傳輸規律及水分高效調控》是依託清華大學，由尚松浩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：季節性凍土區農田全年水熱傳輸規律及水分高效調控
- 外文名：Annual Water and heat transfer and water efficient regulation of farmland in seasonal frozen soil region
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：尚松浩
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在季節性凍土區，凍融期與作物生長期的農田水熱傳輸過程密切相關，以年為周期的農田水熱傳輸及其對作物產量的影響是水分高效利用的基礎。以水資源嚴重短缺的華北平原為典型區，在冬小麥-夏玉米農田進行全年土壤、作物、氣象等要素動態觀測。根據試驗結果分析凍融期、作物生長期農田水熱傳輸機理，分別建立凍土-大氣系統（FSAS）、土壤-植物-大氣連續體（SPAC）水熱傳輸模型。SPAC水熱傳輸模型採用混合雙源模型描述土壤、冠層與大氣間的水熱交換過程，能適應一年內作物覆蓋度及其均勻性的巨大變化。綜合SPAC、FSAS水熱傳輸機理與模型，建立季節性凍土區農田全年水熱耦合傳輸模型。利用模型模擬不同條件下農田全年水分轉化與消耗過程，揭示以年為周期的農田水分轉化與消耗規律及其對灌溉的回響特性。建立冬小麥-夏玉米農田灌溉制度的多目標模擬-最佳化模型，提出以年為周期的研究區農田水分高效調控模式，為農田水分高效利用提供依據。
結題摘要
由於水文、氣象、農業生產等的年周期特性，以年為周期的農田水熱動態變化及其對作物生長和產量的影響是農田水分高效利用的基礎。以水資源嚴重短缺的華北（以北京永樂店試驗站為代表）、西北（以甘肅石羊河試驗站為代表）季節性凍土區為研究區，進行了農田全年土壤水熱、作物生長及產量、氣象等要素動態觀測。根據試驗結果，建立了農田土壤水分的2參數指數消退模型，結果表明該模型可以較好地描述農田水分動態變化過程。建立了基於雙作物係數的覆膜農田水量平衡模型及日尺度非充分灌溉制度模擬-最佳化模型，模擬分析了石羊河流域春小麥農田覆膜對蒸發、蒸騰及蒸散發的影響和不同灌溉定額下的最佳化灌溉制度。對比分析了計算潛在蒸發、潛在蒸騰的3個雙源模型，結果表明混合雙源模型較層狀模型和塊狀模型具有更好的模擬效果，能夠適用於更廣的下墊面植被覆蓋狀況。將陸面水熱傳輸的混合雙源模式與土壤水熱動態模擬模型相結合，建立了基於混合雙源模式的土壤—植被—大氣連續體水熱傳輸模型（HDS-SPAC），結果表明該模型可以很好地適用於不同水分條件下的冬小麥農田生態系統的水熱通量模擬，同時能更好地區分土壤蒸發與植被蒸騰過程。利用AquaCrop模型對華北季節性凍土區冬小麥—夏玉米輪作農田全年的水分動態及作物生長過程進行了模擬分析；建立了輪作農田灌溉制度的多目標模擬—最佳化模型，分析了以年為周期的輪作農田最佳化灌溉制度。 本項研究建立了農田水分動態變化的系列模型，揭示了季節性凍土區農田全年水、熱動態變化規律，發展了季節性凍土區農田水文學理論；建立了以年為周期的華北冬小麥—夏玉米輪作農田灌溉制度多目標模擬—最佳化模型和覆膜農田灌溉制度模擬—最佳化模型，提出研究區農田水分高效調控模式，為農田水分高效利用提供依據。結合本項目研究，發表論文14篇（其中SCI收錄8篇、EI 收錄5篇），出版英文專著1本（Springer）；培養培養博士後1人（已出站），博士生4人（畢業2人），碩士生1人（已畢業）。
