购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

2.4 不同方法测定制种玉米田需水量与耗水量的对比与分析

2.4.1 不同方法测定的制种玉米不同生育期ET的对比分析

将水量平衡法测定的制种玉米生育期每5d左右的耗水量,蒸渗仪法测定的每小时ET,涡度相关法和波文比-能量平衡法测定的每半小时耗水分别按各生育期时间截点累加,得出4种方法测定的制种玉米不同生育期和全生育期的ET见表2.13。水量平衡法、蒸渗仪法、涡度相关法和波文比-能量平衡法测定的全生育期ET分别为501mm、566mm、474mm和 498mm,全生育期日均ET分别为 3.32mm/d、3.75mm/d、3.14mm/d和3.30mm/d。水量平衡法从苗期到成熟期各生育期ET测定结果分别为68mm、107mm、122mm、111mm和93mm,各生育期日均ET分别为1.42mm/d、3.96mm/d、6.10mm/d、4.27mm/d和3.10mm/d。蒸渗仪法从苗期到成熟期各生育期ET测定结果分别为75mm、117mm、152mm、134mm和 88mm,各生育期日均ET分别为 1.56mm/d、4.32mm/d、7.60mm/d、5.14 mm/d和2.94mm/d。涡度相关法从苗期到成熟期各生育期耗水测定结果分别为69mm、109mm、116mm、102mm和78mm,各生育期日均ET分别为 1.44mm/d、4.02mm/d、5.80mm/d、3.94mm/d和 2.61mm/d。波文比-能量平衡法从苗期到成熟期各生育期耗水测定结果分别为 110mm、106mm、106mm、98mm和78mm,各生育期日均ET分别为 2.29mm/d、3.94mm/d、5.31mm/d、3.75mm/d和2.61mm/d。

表2.13 制种玉米不同测定方法测定ET在不同生育期的分布(2011年)

以水量平衡法为基准,蒸渗仪法高估13.0%,涡度相关法低估5.4%,波文比-能量平衡法与其结果比较接近。从不同生育期看,波文比-能量平衡法测定的苗期ET为110mm,占总ET的22.08%,明显高于另外三种方法13.57%、13.25%和14.56%,说明波文比-能量平衡法在苗期存在耗水高估现象。蒸渗仪法在抽穗期和灌浆期的ET为286mm,占总ET的50.53%,明显高于另外三种方法46.51%、45.99%和40.96%,说明蒸渗仪法在制种玉米生长旺盛期存在明显的耗水高估现象。涡度相关法测定的各生育期ET与水量平衡法最为接近。

表2.13列出了四种方法测定制种玉米全生育期的ET值以及ET在不同生育期的分布情况:蒸渗仪法、涡度相关法和波文比-能量平衡法的测定结果均与水量平衡法测定结果比较接近,能够适用于制种玉米ET监测。然而,观测也表明,这三种方法测定结果之间仍存在一定的差异。这三种方法能够在小时间尺度上获取ET信息,那么如果将尺度缩小至日尺度,甚至小时尺度,或者是在不同天气情况下,三种方法的测量有何差异,产生差异的原因是什么,对于分析三种方法在生育期尺度上表现出差异的原因,评价各种方法的测定结果具有重要的意义。

2.4.2 不同方法测定的制种玉米日尺度ET的对比分析

图2.25为EC、BREB和LYS测定的制种玉米全生育期所有日尺度上的ET比较结果。从图2.25中可以看出,BREB与EC两种方法结果非常接近,回归方程为ET BREB =0.960ET EC ,决定系数R 2 为0.903。这说明两种方法测定的日ET不仅在结果上非常一致,相关性也很好。从图中还可以看出,当日ET较小时,散点大多落在回归方程的上方,而日ET较小的日期集中在苗期,说明BREB在苗期存在着ET高估现象,这与表2.5中各种方法ET在不同生育期的分布结果一致。从图中可以看出,在EC能量强制闭合前,EC与LYS的回归方程为ET EC =0.715ET LYS ,决定系数R 2 为0.800;经过能量强制闭合,EC与LYS的回归方程为ET EC =0.803ET LYS ,决定系数R 2 为0.908。这一方面说明了EC能量强制闭合的必要性,经过能量强制闭合不仅在一定程度上修正了EC低估ET现象,而且提高了EC与LYS的相关性,使EC测定结果更加准确;另一方面,尽管经过能量强制闭合,LYS结果仍明显高于EC,说明LYS测定日尺度ET存在系统高估现象。

图2.25 三种方法测定的制种玉米日ET之间的相关性(2011年)

图2.26为三种方法测定的2011年甘肃武威制种玉米日ET全生育期逐日变化的比较。从图中可以更清晰地看出,三种方法测定的全生育期日ET变化趋势基本一致:苗期较小,之后随着制种玉米的生长逐渐升高,到抽穗期达到峰值,之后逐渐下降。在苗期,EC与LYS测定结果接近,BREB测定结果高于另两种方法;在抽穗期和灌浆期,EC与BREB测定结果接近,LYS测定结果明显高于另两种方法;在拔节期和成熟期,三种方法测定的每日ET基本一致。

图2.26 三种方法测定的制种玉米全生育期ET逐日变化过程的比较(2011年)

2.4.3 三种方法测定的制种玉米小时尺度ET的对比分析

图2.27为BREB和EC测定的制种玉米全生育期所有半小时和1小时ET的比较。由图可以看出,在半小时尺度,BREB与EC两种方法结果也非常接近,回归方程为ET BREB =0.976ET EC ,决定系数R 2 为0.903,两者测定结果相关性也很好。从图中还可以看出,当半小时ET较小时,散点也大部分落在回归方程上方,说明在半小时尺度上BREB在苗期也存在着ET高估现象,日尺度和生育期的ET均是由半小时尺度的ET值累加得到的,BREB半小时尺度上的苗期ET高估直接导致了其日尺度和整个苗期ET的高估。小时尺度EC与LYS的回归方程为ET EC =0.809ET LYS ,决定系数R 2 为0.913。小时尺度的ET比较结果与日尺度相似,LYS测定小时尺度ET也存在系统高估现象。

图2.27 三种方法测定的制种玉米生育期小时(半小时)尺度ET之间的相关性(2011年)

为分析三种方法在作物不同生育期ET测定结果的差异,在2011年制种玉米不同生育期各选择一个典型晴天,分析三种方法测定的ET日变化过程(其中BREB只分析白天8:00—20:00数据),如图2.28所示。从图中可以看出,三种方法测定的不同生育期典型晴天ET日变化趋势基本一致。制种玉米ET均呈规则的钟形变化趋势,即中午高,早晨和傍晚依次降低,夜间ET较小,徘徊在0附近;不同生育期ET峰值均出现在14:00左右。同时可以看出,在不同生育期,三种方法测定的ET日变化过程有一定的差异。苗期白天各时刻的ET大小BREB>EC>LYS;抽穗期和灌浆期EC和BREB各时刻ET比较接近,LYS从正午12:00到19:00测定的ET高于另两种方法,且在14:00附近这种差异最为显著;拔节期和成熟期三种方法各时刻ET测值均比较接近。

图2.28 制种玉米不同生育期三种方法测定的典型晴天ET日变化的比较(2011年)

为解释波文比法在苗期耗水高估现象,绘出了BREB和EC两种方法测定的中午14:00的β的逐日变化过程如图2.29所示。李思恩在研究中指出,中午的β与白天平均值一致性较好,可以用中午14:00左右的β代表白天平均的β [19] 。从图中可以看出,在苗期BREB测定的β明显低于EC。当可供能量(R n -G)一定的情况下,β实测值偏小将导致潜热高估,ET测定值偏高。究其根本原因可能是苗期温差小,温湿度探头的精度达不到要求。另一方面还可能是因为在苗期相对其他生育期,下垫面湿润状况不均匀,BREB要求的水热交换系数K h =K v 的条件无法满足,这些原因都有可能导致β测值偏低。

图2.29 利用波文比法和涡度相关法测定的制种玉米生育期每日14:00的β值比较(2011年)

LYS在抽穗期和灌浆期测定的ET明显偏高可能原因如下:

(1)空间尺度效应。LYS测定ET空间尺度较小,其测值仅代表该仪器范围内的作物耗水。EC和BRER测定ET空间尺度较大,在其通量贡献区域内,道路和田埂等裸土面积较大,而裸土的蒸发量远小于生长旺盛期的制种玉米ET,因此导致EC和BREB所测ET数据较小,这种现象在制种玉米的生长旺盛期(抽穗期和灌浆期)尤为显著。

(2)LYS的“绿洲效应”。由于蒸渗仪土体外框的阻隔,蒸渗仪周围有裸土,导致测值较高。

(3)LYS的“边框效应”。金属传热速度大于土壤,当辐射加热蒸渗仪的外金属边框时,会将热量传给蒸渗仪内的土壤,土壤温度的升高将导致ET的增加 [75]

上述的绿洲效应、边框效应在一年中太阳辐射最强的7—8月最为显著,正值制种玉米的抽穗期和灌浆期。以上原因共同导致了LSY测定制种玉米抽穗期、灌浆期ET明显高于另外两种方法。

2.4.4 不同天气条件下三种方法测定的制种玉米田ET的对比分析

在制种玉米全生育期选出典型晴天与阴天各10d(5—9月各选取1d),对三种方法测定的小时尺度耗水进行相关分析,如图2.30和图2.31所示。从图2.30可以看出,在晴天情况下,ET LYS =1.110ET EC ,决定系数R 2 为 0.924;在阴天情况下,ET LYS =1.035ET EC ,决定系数R 2 为0.809。阴天情况下ET LYS 仅比ET EC 高出3.5%,远低于晴天情况下的11%。这是因为在阴天情况下,太阳辐射和温度比晴天低,LYS由于边框效应、绿洲效应等造成的ET高估小于晴天情况。从图2.31可以看出,在晴天情况下,ET EC =0.978ET BREB ,决定系数R 2 为0.900;在阴天情况下,ET EC =0.996ET BREB ,决定系数R 2 为0.926。阴天和晴天情况下BREB和EC测定结果比较接近。

图2.30 不同天气条件下蒸渗仪法和涡度相关法测定的制种玉米ET之间的相关性(2011年)

图2.31 两种天气条件下涡度相关法和波文比法测定的制种玉米ET之间的相关性(2011年) haBlXn1w3OsyrjlE72t24tb1JTGNo2H4EU7TM9kHh7rcXswmF9N85dSvKuZj4qGa

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×