節水灌溉稻田多尺度水碳通量變化機理與耦合模擬

《節水灌溉稻田多尺度水碳通量變化機理與耦合模擬》是依託河海大學，由楊士紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：節水灌溉稻田多尺度水碳通量變化機理與耦合模擬
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊士紅
• 依託單位：河海大學

項目摘要

針對變化灌溉條件下農田多尺度水碳通量變化規律及模擬研究不足的問題，本項目以節水灌溉稻田為研究對象，運用光合儀、土壤通量測量系統及渦度相關係統等連續監測葉片、冠層和農田尺度水碳通量，闡明節水灌溉稻田多尺度水碳通量變化規律；結合土壤水分調控條件下稻田土壤、作物生理生長及氣象等參數的同步監測，量化土壤、作物及氣象等參數對不同尺度水碳通量的影響，確定不同尺度水碳通量的主要影響因子，並探討尺度間影響機理的差異，揭示節水灌溉稻田多尺度水碳通量運動過程及機理；實現節水灌溉稻田水碳通量耦合模擬模型從葉片到冠層尺度的提升，構建適用於節水灌溉稻田的多尺度水碳通量耦合模擬模型。預期在考慮土壤水分調控影響的節水灌溉稻田多尺度水碳通量變化規律、機理及耦合模擬模型方面取得新成果。成果對於準確認識變化灌溉條件下稻田與大氣間的水碳互動過程，實現稻田水碳資源的高效利用和管理，具有重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

按照計畫任務書認真開展了各項內容的研究工作，全面完成了各項任務。針對變化灌溉條件下農田多尺度水碳通量變化規律及模擬研究不足的問題，圍繞項目研究內容在江蘇崑山開展了葉片、冠層和農田尺度水碳通量及其影響因素的連續監測。基於試驗觀測與模型模擬，揭示了節水灌溉稻田不同尺度水碳通量變化規律及其影響機理。在葉片尺度上，控制灌溉條件下水稻蒸騰速率、淨光合速率均出現下降，但淨光合速率與蒸騰速率下降存在不同步性和不同幅性，且淨光合速率以及蒸騰速率與影響因素之間的關係在不同時刻有所差異。在冠層尺度上，不同灌溉模式單穴水稻CO2通量日變化規律明顯，主要受太陽輻射影響；控制灌溉水稻全生育期的蒸發蒸騰量較淹水灌溉減小，變化趨勢基本一致；氣象因素對控制灌溉水稻蒸發蒸騰量的影響較淹水灌溉小。在田間尺度上，節水灌溉稻田典型日水汽通量呈先升高后降低變化，水分補充、輻射增加以及水稻生理生長旺盛會造成稻田水汽通量的增大；節水灌溉稻田典型日CO2通量呈現先降低後升高變化，復水後、輻射增加以及水稻生理生長旺盛會造成稻田CO2通量的增大。節水灌溉稻田全生育期、各旬、各生育期騰發量與CO2固定量均呈現先升高后降低的變化，且其變化幅度隨時間步長的縮短而增大; 氣象因子中淨輻射、空氣相對濕度、氣溫以及風速對節水灌溉稻田水汽通量均有較大影響，光量子通量密度、氣溫、土溫、水稻葉面積指數顯著影響稻田CO2通量的變化。分析了不同尺度節水灌溉稻田水碳通量差異，構建了不同尺度節水灌溉稻田水碳通量模擬模型。不同時間步長節水灌溉稻田水碳汽通量尺度間均存在差異，兩者變化趨勢較一致，但田間尺度水碳通量較小，水汽通量差異受空氣相對濕度、氣溫影響較大，CO2通量差異與淨輻射、氣溫關係密切。引入葉氣溫差項建立了改進Leuning-Ball氣孔導度模型，實現了氣孔導度-光合速率-蒸騰速率的耦合模擬。大葉模型能夠較好的模擬冠層尺度和田間尺度CO2通量，得出了適宜於控制灌溉水稻不同尺度CO2通量模擬所需模型參數的修正方法和結果。構建了田間尺度水汽通量冠層阻力經驗模型，基於冠層和田間尺度水汽通量與氣象因素之間的關係，構建了節水灌溉稻田水汽通量從冠層尺度到田間尺度的轉換模型，模擬效果較好。成果對於準確認識變化灌溉條件下稻田與大氣間的水碳互動過程，實現稻田水碳資源的高效利用和管理，具有十分重要的意義。