《膜下滴灌對玉米水碳傳輸及生長過程的調控機制與模擬》是依託中國農業大學，由李思恩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：膜下滴灌對玉米水碳傳輸及生長過程的調控機制與模擬
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：李思恩
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
膜下滴灌技術是當前乾旱區農業節水推廣的重點，開展膜下滴灌對土壤-植物-大氣連續體(簡稱SPAC)水碳和作物生長的調控機制研究，是對傳統農田SPAC研究的繼承與發展。本項目以此為內容，以西北旱區玉米地為對象，立足於長期連續的野外定位觀測，運用光合測定儀和渦度相關儀等設備對水碳通量實施多尺度的定點連續監測，主要研究在地膜覆蓋與滴灌局部濕潤的雙重調控下，土壤水熱的時空分布特徵及土壤蒸發呼吸的變化規律，冠層蒸騰、光合與氣孔導度的變化特徵及耦合關係，大氣潛熱、感熱、碳通量的時空變化及控制機制，以及多尺度水分固碳效率的調控機制；探討雙重調控下作物根系的時空分布特徵，葉面積、株高、葉傾角等形態指標的發育特點，根、莖、葉、果等器官的生物量累積規律；依此對已有的HYDRUS模組、冠層水碳模組和作物生長模組最佳化與改進，建立膜下滴灌條件下的SPAC水碳與生長耦合模擬新方法，為農業水資源高效利用提供科學依據
結題摘要
膜下滴灌在我國乾旱地區已開始大量推廣，但該技術對農田水熱碳循環的影響機理，還不甚明確，而該問題是科學推廣的基礎。為研究該問題，本項目從2014年至2017年，在中國農業大學實驗站，以玉米田為對象，針對膜下滴灌和傳統的覆膜畦灌兩種灌溉方式，基於渦度相關等先進設備，對兩種灌溉方式下的玉米田水量平衡、能量平衡、水汽質量守恆、輻射平衡、碳循環及作物生長過程進行了精細的同步對比觀測研究，主要進展如下： (1) 發現在充分滿足作物需水的情形下，膜下滴灌較傳統畦灌僅節水10%左右。膜下滴灌玉米與畦灌玉米每日消耗水量非常接近，但膜下滴灌因減少灌溉定額，提升了地表溫度，加速作物生長發育，可縮短作物生育期7-15天，從而減小總耗水。這一研究顛覆了傳統的認識，成果已發表在AWG（2016，177:128-137）上，引起了同行廣泛關注，已被引10餘次。 (2) 發現地膜覆蓋的節水效應主要體現在白天，而夜間反而增加了土壤蒸發。本研究通過微型蒸滲儀，同時監測了膜孔蒸發與裸土蒸發，發現白天裸土蒸發通常高於膜孔蒸發，而在夜間，由於地膜覆蓋導致的覆蓋層溫度和濕度均高於裸土，使膜孔蒸發反而高於裸土蒸發。結合蒸發模型估算，也證明了該現象。成果已投稿AFM。 (3) 發現玉米田呼吸在碳循環中起到了舉足輕重的作用。觀測表明，2014年全生育期玉米田總初級生產GPP為1099 gC m-2，生態系統呼吸Reco為485gC m-2，占GPP的44.16%。2015年占59.53%，2016年為45.30%，2017年62.07%。然而，如何精確估算農田呼吸量，以及量化灌溉措施的影響，還需深入研究。 (4) 初步揭示了膜下滴灌對地下地上生物量累計過程的影響機理。研究發現，膜下滴灌有利於乾物質向地上部分生物量轉換。而傳統畦灌由於灌溉濕潤峰較深，作物為吸收水分，根系大量繁殖，消耗了較多的水分養分，使營養成分向地上部分生物量輸送的比例降低。膜下滴灌較傳統畦灌可提高水分利用效率近1倍。 (5) 套用HYDRUS和WHCNS模型模擬了畦灌與滴灌條件下的土壤水熱傳輸過程及作物生長過程，表明HYDRUS和WHCNS可適用於土壤水量平衡過程的模擬，但如何針對滴灌和覆膜的特點改進模組，仍需深入研究。 本研究在觀測領域填補了國內外相關空白，揭示了膜下滴灌對水碳循環的影響機理，為我國科學推廣膜下滴灌提供了科學基礎。
