水是一切生命的来源,也是生命存活的基础,有效及时的保证作物对水的需求是农业生产活动中的重要环节。一直以来,灌溉对于我国农业生产和粮食安全保障具有比其他国家占有更加重要的地位,在占全国耕地面积50%左右的灌溉土地上,生产了占全国粮食总产量的70%、棉花总产量的80%、蔬菜总产量的90%以上的农产品,灌溉用水的有效保障是提高我国粮食生产水平的基础和前提;但受水资源总量有限、灌溉水利用率低、用水结构发生改变等影响,我国农业灌溉用水面临严峻形势,农业灌溉用水短缺已成为区域,特别是干旱半干旱地区农业生产的主要限制因素。 长期以来,人们对作物需水的研究主要集中在小尺度上,经验公式法、水量平衡法、微气象学法等方法的研究和运用均取得了很大进展。但在实际运用中,人们需要掌握区域作物总体需水动态,对其研究往往采用绘制作物需水量等直线分布图求取区域作物需水量的方法。由于该法无法克服气象因素和作物需水时空异质性所产生的影响,计算结果与实际情况之间存在较大偏差。运用尺度概念分析其原因,一方面,区域作物需水是一个涉及气象、水文、土壤等众多方面的复杂系统,通常存在于较大的时空尺度范围内。而对其相应大多数因子的测定只能在短时间、小范围内现场测定,人们所掌握的实验数据远远达不到计算要求;另一方面,受气象、土壤和种植条件等客观条件的影响,作物需水在不同时空尺度上具有明显的时空异质性,致使作物需水的理论和模型具有高度的尺度依赖性,在某一尺度上建立的模型一般不能移植到高一级或低一级时空问题中求解。基于此,论文以理论研究、数学模型和实测资料分析、验证相结合的方法,主要开展了作物需水尺度特征研究,取得了以下成果: (1) 近地层微气象因子是影响作物需水的关键因素。论文在全面系统地分析气象因子对作物需水影响的基础上,研究了田间作物需水量不同计算方法的适用性,并针对南方地区作物生育期作物需水特点,提出在该地区采用标准化的Penman—Monteith公式计算田间尺度参考作物潜在腾发量是合理的建议。 (2) 针对参考作物潜在腾发量时空随机分布特性,论文首次运用分形理论研究了参考作物潜在腾发量的时空分形特征,寻求了参考作物潜在腾发量时空分布的无标度区间,为实现有资料地区的成果向无资料地区的推广和移植提供了理论依据。 (3) 一定空间范围内,参考作物潜在腾发量是在统一的构造背景下形成的,具有信息系统的特点。为此,论文首次提出了一种基于信息熵原理的参考作物潜在腾发量