基于水文氣象要素的淮北平原夏玉米蒸散灰色模型研究及應(yīng)用

文獻(xiàn)信息

文獻(xiàn)摘要

準(zhǔn)確預(yù)測(cè)作物蒸散量對(duì)制定精準(zhǔn)的灌溉制度和提高水分利用率至關(guān)重要。為進(jìn)一步研究識(shí)別氣象要素對(duì)作物蒸散的影響，本文采用五道溝水文實(shí)驗(yàn)站SoilScope控制型蒸滲實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（大型稱(chēng)重式蒸滲儀）實(shí)測(cè)資料及氣象資料，利用灰色關(guān)聯(lián)法分析了玉米蒸散量與14個(gè)水文氣象要素間的關(guān)聯(lián)度，建立12個(gè)不同影響因素組合下的GM（1，n）逐日蒸散量預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明：淮北平原夏玉米蒸散量與各影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度從大到小排序依次為：水汽壓力差>日最高氣溫>地溫100cm>地溫30cm>地溫10cm>地溫50cm>日平均氣溫>相對(duì)濕度>絕對(duì)濕度>葉面積指數(shù)>飽和差>日最低氣溫>日照時(shí)數(shù)>風(fēng)速；不同影響因素組合下的建模結(jié)果表明輸入要素個(gè)數(shù)為4-8時(shí)，模型預(yù)測(cè)精度均合格，后驗(yàn)差比值均小于0.45，小誤差概率均大于0.8，可用于蒸散預(yù)測(cè)。采用GM（1，7）模型時(shí)，模型精度最高。

實(shí)驗(yàn)概述

​試驗(yàn)于2018 年在安徽省蚌埠市五道溝水文水資源實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。該地區(qū)（117°21’E，33°09’N）屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同期。降雨量年際變化大，多年平均降雨量為899mm，其中汛期（6~9 月）占63.8%。多年平均蒸發(fā)為1181.3mm，地下水埋深在1~3m變化，凋萎含水率為10%~13%，田間持水率為28%~30%。土壤類(lèi)型主要是砂姜黑土（54%）和黃潮土（33%），作物以玉米、小麥和大豆為主。
 

五道溝大型稱(chēng)重式蒸滲儀是由北京澳作設(shè)計(jì)、安裝的SoilScope控制型蒸滲實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)設(shè)施

​以淮北平原分布較廣泛的砂姜黑土區(qū)為對(duì)象，研究夏玉米逐日蒸散動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，玉米實(shí)際蒸散量由SoilScope控制型蒸滲實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（大型稱(chēng)重式蒸滲儀）測(cè)得。蒸滲儀土柱口徑4.0㎡，高度4.0m，地下水埋深設(shè)為1m。土壤為分層回填土，10cm、30cm、50cm、100cm 埋深處分別設(shè)有土壤水分、溫度、電導(dǎo)三參數(shù)傳感器，數(shù)據(jù)每10min 獲取一次。蒸滲儀南側(cè)設(shè)有氣象觀測(cè)場(chǎng)，可獲取空氣溫度、濕度、降水量、風(fēng)速、水面蒸發(fā)量和日照時(shí)數(shù)等水文氣象要素。夏玉米于2018 年6 月22 日播種，10 月9 日收獲。自動(dòng)采集數(shù)據(jù)資料時(shí)段選取2018 年6 月22 日至10 月8 日，及同期氣象觀測(cè)場(chǎng)的氣象要素?cái)?shù)據(jù)。

五道溝大型稱(chēng)重式蒸滲儀是由北京澳作設(shè)計(jì)、安裝的SoilScope生態(tài)觀測(cè)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

結(jié)果與分析
 

 

 

2）以關(guān)聯(lián)度最大的3個(gè)要素為基礎(chǔ)建立灰色模型，逐步添加要素至14個(gè)�？芍�輸入7個(gè)影響要素時(shí)，模型精度最高，后驗(yàn)差比值C為0.3272，小誤差概率P為0.9825。該模型在訓(xùn)練集和驗(yàn)證集中均方根誤差分別為0.71和0.64，納什效率系數(shù)分別為0.74和0.70。

3）本文以灰關(guān)聯(lián)分析為基礎(chǔ)建立了作物蒸散量GM（1，n）模型，該模型具有適用、精度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于蒸散預(yù)測(cè)。不同土壤、不同作物的灰色預(yù)測(cè)模型構(gòu)建及其在大田尺度上的應(yīng)用需要進(jìn)一步研究。

控制試驗(yàn)應(yīng)用

基于SoilScope控制試驗(yàn)平臺(tái)的“LysiCosm 地上地下碳氮循環(huán)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，配套可升降呼吸室“iChamber 群落自動(dòng)箱”，同步測(cè)量表面 N₂O/CO₂/CH₄等溫室氣體排放；“iChamber-G土壤采氣矛”測(cè)量蒸滲儀內(nèi)土壤剖面N₂O/CO₂/CH₄等濃度廓線。

iChamber 群落自動(dòng)箱
 

iChamber-G土壤采氣矛

“RhizoScope 根系生態(tài)倉(cāng)”依托SoilScope系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)土壤水、熱通量控制，采用攝像與掃描一體化“AZR-300復(fù)合根系”原位觀測(cè)根系分布、細(xì)根周轉(zhuǎn)，環(huán)境變化對(duì)同化物分配的影響、根際微生態(tài)過(guò)程。