小麦_玉米套作田棵间土壤蒸发的数学模拟.docVIP

小麦/玉米套作田棵间土壤蒸发的数学模拟 王自奎1,2，吴普特1,2,3※，赵西宁1,2,3，王玉宝1,2，高莹2,3 （1西北农林科技大学水利与建筑工程学院，杨凌 712100；2中国旱区节水农业研究院，杨凌 712100；3中科院水利部水土保持研究所，杨凌 712100） 摘要：为了探明小麦/玉米套作条件下棵间土壤蒸发规律及内在机制，本文将Ritchie模型和间套作群体光能传输模型结合起来模拟了该套作田的棵间土壤蒸发，并用2012年和2013年微型蒸渗仪的实测值对该方法进行了验证。结果表明，两年模拟值和实测值的变化趋势都非常一致。与实测蒸发相比，本文建立模型2012年模拟结果的均方根误差为0.447 mm/d，平均绝对误差为0.331 mm/d，分别比原Ritchie模型降低16.8%和20.8%。在实测数据的88 d，累计实测蒸发量为107.2 mm，而模型的模拟值为100.5 mm，仅低估实测值6.7%。2013年有实测数据的68 d，累计实测蒸发量为83.1 mm，而模型的模拟值为73.7 mm，低估11.3%。模拟值与实测值的均方根误差和平均绝对误差分别为0.465 mm/d和0.333 mm/d，略大于2012年。套作群体根系层水量平衡分析结果表明，小麦/玉米套作系统整个生育期土壤蒸发占总蒸发蒸腾的比例高达41.1%，故有必要在该套作农田实施秸秆覆盖等农艺措施，以减少棵间土壤蒸发，提高土壤水分的利用效率。该研究成果可为小麦套作种植模式下田间水分管理提供依据。 关键词： 小麦/玉米套作；棵间蒸发；Ritchie模型；河套灌区 中图分类号：S274.1 文献标志码：A 文章编号： 王自奎，吴普特，赵西宁，等.等. 小麦/玉米套作田棵间土壤蒸发的数学模拟[J].农业工程学报 Wang Zikui，Wu Pute, Zhao Xining, et al. Modeling soil evaporation from a wheat/maize intercropping field[J]. Transactions of the CSAE (in Chinese with English abstract) 0 引 言 土壤蒸发是农田生态系统水分传输过程中的一个重要部分。在干旱及半干旱地区，由于大气蒸发能力强，且地表不能被植被完全覆盖，大量水资源通过土壤蒸发被无效消耗[1]。Allen发现半干旱区大麦田的土壤蒸发占生育期总蒸发蒸腾量的67%～77%[2]，Pilbeam等发现半干旱地区种植密度较小的玉米和大豆田的土壤蒸发占生育期降雨量的50%以上[3]。如果土壤蒸发能够得到有效控制，农田的水分利用效率将会大幅提高，所以科学家们一直以来非常重视对农田土壤蒸发的研究。微型蒸渗仪(Micro-lysimeters, MLS)由于其制作简单、成本低、测量精度较高等原因而成为目前国内外最常用的测定土壤蒸发的仪器[4-8]，但它的主要缺点是需要频繁更换蒸渗仪内部土体以保证测量精度，并且测定经常会被灌溉、降雨等打断，很难实现连续测定[2,9]。因此有必要建立估算土壤蒸发的数学模型，以实现对农田土壤蒸发的实时预测。Ritchie土壤蒸发模型是Ritchie在总结众多学者研究成果的基础上提出的根据气象条件、土壤特性及作物生长状况预测农田土壤蒸发的数学模型[10]。该模型将降雨或灌溉后的土壤蒸发分为2个阶段，并假定第1阶段的蒸发速率主要受气象条件的影响，而第2阶段的蒸发速率主要跟土壤的导水特性有关。虽然该模型在蒸发阶段划分等方面具有一定的经验性，但已被成功应用于裸露土壤、农田及林地蒸发的模拟研究[2, 9, 11-12]。 小麦/玉米套作是中国西北内陆灌溉农业区一种集约高产的种植方式，有关该套作群体根系生长分布、养分吸收利用、节水增产效应的研究较多[13-16]，但这种套作模式下农田棵间土壤的蒸发规律及其动力学机制尚不清楚。本研究拟将Ritchie模型和间套作条件下作物群体冠层光能传输模型结合起来，模拟小麦/玉米套作田的棵间土壤蒸发，阐明土壤蒸发的形成原因，以期为该种植模式的田间水分管理提供一定的理论依据。为了验证该模型的可靠性，本研究通过田间试验利用微型蒸渗仪对套作田的土壤蒸发进行了测定。 1 材料与方法 1.1 试验区概况 试验于2012年和2013年在内蒙古河套灌区沙壕渠试验站进行。该站位于107°09E，40°54N处，海拔1036 m，属于中温带干旱气候，多年平均降雨量135 mm，蒸发量2196 mm，年均气温9.1°C，相对湿度50.6%。试验田土壤属黄河灌淤土，具有明显分层，0～60cm为粉质黏土， 60～150 cm为砂壤土。0～100 cm土层土壤容重、田间持水量、凋萎含水量及初始含盐量（土水质量比为1