干旱内陆区玉米农田水热传输多过程耦合机理与模拟

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51309223
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0902.农业水利与农村水利
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Cropland is probably the most active part of the terrestrial ecosystem and strongly affected by human activities. Deeply understanding coupling mechanism of multi-processes, and dynamically simulating the processes by establishing the quantitative model are one of the difficult and hot issues of the international research. In this study, the comprehensive observations of water and heat fluxes at different space-scales (leaf, individual and field) and time-scales (from minutes to many years) will be conducted using many instrumentations at seed maize field of an arid inland region. The transfer characteristics of water and heat fluxes at the different spatial-temporal scales, and their coupling mechanism with physiological and environmental processes will be revealed. The main processes controlling the transfers will be determined by using mathematical methods of partial differential and boundary line analysis. The key processes for scaling up water and heat fluxes will be recognized by introducing wavelet transform technology. Based on identifying multi-processes coupling mechanism, a multi-processes mechanistic model of water and heat transfer will be built, including the processes of canopy radiative transfer, energy balance in leaves, crop physiological regulation, meteorological turbulence transport, and soil water and heat transfer. The mechanistic model can be used to accurately simulate and predict water and heat fluxes. Based on the above mechanistic model, the application model will be established to estimate latent heat flux of seed maize, accounting for the canopy structural differences between male and female plants through the theoretical derivation. The scientific basis and guidance will be provided for completing water cycle theory in agriculture and improving efficiency of agricultural water management through this project.
农田是受人类活动影响最为强烈的一类陆地生态系统。深入认识农田水热传输多过程耦合机理并建立定量模型动态模拟是国际研究的难点和热点问题。本研究选取干旱内陆区制种玉米农田为研究对象,利用多种仪器设备开展不同空间(叶片、单株和农田)和时间尺度(分钟到多年)的水热通量综合观测,以揭示农田不同时空尺度水热通量的传输特征及其与生理和环境过程的耦合机理,并应用偏微分和边界线分析等数学方法确定主控过程。引入小波变换技术获得适于水热通量尺度转换的关键过程。在机理认识的基础上,构建耦合冠层辐射传输、叶片能量平衡、作物生理调控、气候湍流输送和土壤水热运移等多过程的农田水热传输机理模型,以实现水热通量的准确模拟和预报。在机理模型基础上,考虑制种玉米父本和母本植株冠层结构差异的特点,通过理论推导建立适合于估算制种玉米潜热通量的实用模型。通过本项目研究,为完善农业水循环理论和提高农业高效用水管理提供科学依据和指导。

结项摘要

农田是受人类活动影响最为强烈的一类陆地生态系统。深入认识农田水热传输多过程耦合机理并建立定量模型动态模拟是国际研究的难点和热点问题。本项目围绕深入认识农田水热传输多过程耦合机理并建立定量模型动态模拟的项目目标,选取干旱内陆区玉米为研究对象,利用多种仪器设备开展了不同时空尺度的水热通量综合观测,揭示了不同时空尺度水热通量的传输特征及其与生理和环境过程的耦合机理及对主控因子的响应关系,构建了耦合冠层辐射传输、叶片能量平衡、作物生理调控、气候湍流输送和土壤水热运移等多过程水热通量多层模型,建立了估算异质冠层结构的作物耗水模型。在试验研究与理论分析的基础上,依托本项目在水文学和农业水领域主流期刊《Journal of Hydrology》、《Hydrological Processes》、《Agricultural Water Management》和《水利学报》等共发表SCI、EI收录论文7篇,其中第一作者6篇、通讯作者1篇;ESI前10%的1篇,10-20%的3篇,SCI论文累积影响因子(2015年)为14.074;第1完成人获发明专利1件。2013年第1作者发表在《Agricultural and Forest Meteorology》(2015 IF: 4.461)的相关论文入选2012至2015年期间的ESI高被引论文。依托本项目2016年新申请国家自然科学基金面上项目1项。项目负责人在“Workshop on Water and Food Security under Changing Environments”等国内外学术会议作报告5次。依托本项目,负责人2015年晋升为副教授、2016年获大北农青年学者奖。研究成果给科学同行准确测定水热通量、识别水热传输主控因子和定量模拟提供了一些新见解,对农业水科学发展有一定促进作用。关于作物耗水估算的研究成果已应用到西北旱区石羊河流域灌溉制度科学制定和节水精量灌溉中,对流域的水资源合理配置和优化调度提供了科学依据。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Variations of crop coefficient and its influencing factors in an arid advective cropland of northwest China
西北干旱平流耕地作物系数变化及其影响因素
  • DOI:
    10.1002/hyp.10146
  • 发表时间:
    2015-01-15
  • 期刊:
    HYDROLOGICAL PROCESSES
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Ding, Risheng;Tong, Ling;Kang, Shaozhong
  • 通讯作者:
    Kang, Shaozhong
Scaling up stomatal conductance from leaf to canopy using a dual-leaf model for estimating crop evapotranspiration.
使用双叶模型估算作物蒸散量,扩大从叶子到冠层的气孔导度
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0095584
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    PloS one
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Ding R;Kang S;Du T;Hao X;Zhang Y
  • 通讯作者:
    Zhang Y
A dynamic surface conductance to predict crop water use from partial to full canopy cover
动态表面电导率可预测作物从部分到全部冠层覆盖的用水量
  • DOI:
    10.1016/j.agwat.2014.11.010
  • 发表时间:
    2015-03-01
  • 期刊:
    AGRICULTURAL WATER MANAGEMENT
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Ding, Risheng;Kang, Shaozhong;Li, Sien
  • 通讯作者:
    Li, Sien
Plastic mulch decreases available energy and evapotranspiration and improves yield and water use efficiency in an irrigated maize cropland
塑料覆盖物减少了可用能量和蒸散量,并提高了灌溉玉米农田的产量和水分利用效率
  • DOI:
    10.1016/j.agwat.2016.08.019
  • 发表时间:
    2017-01-01
  • 期刊:
    AGRICULTURAL WATER MANAGEMENT
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Fan, Yaqiong;Ding, Risheng;Li, Sien
  • 通讯作者:
    Li, Sien
干旱内陆区玉米田水热通量多层模型研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    水利学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁日升;康绍忠;张彦群;杜太生
  • 通讯作者:
    杜太生

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结合信息熵和模糊优选的种植结构优化模型
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    冯绍元等
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡萌;丁日升;孙维红;李思恩
  • 通讯作者:
    李思恩

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水盐复合胁迫下作物用水生理机制与效率提升
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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