淮北平原砂姜黑土区典型作物根区土壤水分的来源及其量化

摘要

[目的]探讨1990—2022年淮北平原作物根区土壤水分的来源与量化特征，为作物灌溉管理和水资源利用提供科学指导。[方法]采用皮尔逊相关性分析与多元回归法计算降水、地下水对根区土壤水的贡献度，并利用多元线性回归和长短期记忆网络（LSTM）模型进行土壤水量化模拟。[结果] 1）夏玉米在0～10 cm土层中，除出苗-拔节期降水贡献度为55%外，其余阶段地下水贡献度均可达到61%～68%；在10 cm以下土层中，根区土壤水主要来自相邻上层土壤水，占比可达74%以上。后期根系逐渐生长至100 cm，尤其在40～80 cm土层，地下水对土壤水的贡献度明显增大，占9%～22%。2）冬小麦在0～10 cm土层中，除播种-出苗期和返青-拔节期地下水贡献度为50%以上外，其余阶段降水贡献度均可达54%～73%；在10 cm以下土层中，根区土壤水主要来自相邻上层土壤水，占比可达63%以上。但在40～80 cm土层中，地下水与降水贡献度均有提高。3)LSTM模型在量化模拟土壤水方面比多元线性回归更加稳定和准确，模型评价指标R2>0.6,MSE<10，能够较好地反映土壤水分动态变化规律。淮北平原其他站点对上述模拟结果的应用也进一步验证模型的可行性。[结论]夏玉米0～10 cm土层土壤水主要来源为地下水，冬小麦0～10cm土层土壤水主要来源为降水；10 cm以下土层土壤水的主要来源为相邻上层土壤水（包含降水、灌溉水等）。结合不同生育阶段根区土壤水的来源进行量化模拟，再通过作物根区土壤水分变化趋势对灌溉方案进行动态调节，有助于优化灌溉管理，提高水资源利用效率。

关键词

淮北平原 / 作物 / 土壤水 / 相关性 / 多元回归 / 深度学习