基于HYDRUS-2D模型的玉米高出苗率地下滴灌开沟播种参数优选

开沟播种是一种可显著提高地下滴灌春玉米出苗率的新型播种方式,为了优化该技术模式,该文通过两年田间试验分析了地下滴灌玉米出苗率与灌水后种子处土壤有效饱和度(effective saturation)的关系,并基于HYDRUS-2D构建了地下滴灌开沟播种土壤水分运动模型,以90%玉米出苗率为前提,研究了不同土质和土壤初始含水率条件下3个技术参数——开沟深度、滴灌带埋深和灌水量对种子处土壤有效饱和度的影响.结果表明:1)出苗率随土壤有效饱和度线性递增,土壤有效饱和度不小于0.77时,出苗率超过90%;2)地下滴灌开沟播种HYDRUS-2D模型模拟精度较高,模拟得到的土壤有效饱和度随开沟深度增大而增大,随滴灌带埋深增大而减小;3)满足土壤有效饱和度为0.77所需的出苗水灌水量随土壤黏粒含量、土壤初始含水率和开沟深度增大而减小,随滴灌带埋深增大而增大.当表层土壤初始含水率为40%田持~60%田持时,开沟深度每增加5cm,砂壤土的出苗水灌水量减小15~20mm,粉壤和粉黏土的出苗水灌水量减小6~18mm;滴灌带埋深由30cm增大到35cm时,砂壤土的出苗水灌水量增大16~21mm,粉壤和粉黏土的出苗水灌水量增大4~14mm.不同埋深和开沟深度下,当表层土壤初始含水率由40%田持增大到60%田持时,砂壤土的出苗水灌水量减小9~14mm,粉壤和粉黏土的出苗水灌水量减小9~19mm;4)综合考虑土壤质地、玉米根系分布、机械作业、耗能、耕作深度和土壤水深层渗漏以及土壤初始含水率,玉米地下滴灌适宜的滴灌带埋深为30~35cm,开沟深度为10~15cm,灌水量范围为25~67mm.农业生产者可以根据当地实际情况对以上3个技术参数进行合理配置.     

地下滴灌量与滴灌带间距对夏玉米生长发育的影响

为探究地下滴灌条件下不同灌溉量与滴灌带间距对夏玉米生长发育与耗水特征的影响,查明地下滴灌对田间尺度水平衡的影响特征,基于2种灌溉定额(62 mm和35 mm)与3种滴灌带间距(60 cm、80 cm和100 cm)的田间试验,并以华北典型农田地面灌溉方式为对照,分析不同处理对夏玉米生长发育、土壤剖面水分分布、蒸散量及土壤蒸发的影响。结果表明:地下滴灌处理灌溉水主要停留于20～60 cm土层,灌溉量越高,湿润范围越大;相对地面灌溉处理,地下滴灌处理地表0～20 cm与60～100 cm土壤含水量相对较低。玉米株高、叶面积指数与干物质积累量随地下滴灌灌溉量的增加而增加,地面灌溉处理可促进株高与干物质积累,地下滴灌低灌溉量导致玉米生育进程延迟。与地面灌溉处理相比,地下滴灌处理可在减少22%的灌溉量的条件下保证作物产量无显著下降,土壤蒸发相对降低30%,蒸散量相对降低8%, E/ET值由0.34降低至0.27,灌溉水利用效率提高20%,收获指数增加10%。不同滴灌带间距处理对玉米生长发育及耗水特征无显著影响。综合夏玉米生长、产量、灌溉水利用效率和滴灌设备投资成本,本试验条件下最优设计方案为灌溉量为62 mm,滴灌带间距为100 cm。     

适宜机播深度及覆土厚度提高苦荞幼苗素质

为探索西南丘陵山区苦荞机械播种的可行性和提高机械播种质量的农艺措施,该试验研究了播深(2,4,6 cm)和覆土(不覆土为对照)对苦荞幼苗性状的影响。结果表明,播种深度对苦荞幼苗性状影响最大,4 cm播深有利于培育苦荞壮苗,播深2 cm时表现为出苗率差、基本苗和成苗率低,根系活力、茎粗小、干物质量、单株叶面积及叶绿素含量下降,而播深6 cm时地中茎过长导致出苗率下降,株高、干物质量、单株叶面积、茎粗和叶绿素含量均降低;覆土有利于提高苦荞的出苗率和根系活力,干物质量增加,地中茎适度增长,幼苗素质较不覆土高。苦荞幼苗各性状主成分分析表明,各播深处理条件下苦荞幼苗性状差异较大,覆土加剧了各处理间的分异程度。在机械播种后进行苦荞幼苗素质评价时,应选择株高、根系活力、总干物质量、根干物质量、茎粗、单株叶面积、地中茎长度适中和子叶节长度等指标,能够准确地反映苦荞幼苗素质。综合可知,采用4 cm播深和覆土最有利于提高苦荞幼苗的素质。     

耕作方式、播深及覆土对机播套作小麦麦苗素质的影响

为了探索提高丘区套作小麦机播质量的农艺措施,本试验分别在翻耕和免耕条件下,设置了播深（2,5,8 cm）、覆土（不覆土为对照）处理对麦苗素质的影响。结果表明,3种措施中播深对麦苗素质影响最大,5 cm播深利于培育壮苗,播深2 cm时表现为出苗率、基本苗,根系活力、干物质质量及叶面积显著下降,而播深8 cm时地中茎极显著增长导致出苗率下降,单株茎蘖数、最高苗、干物质质量及叶面积极显著降低;翻耕条件下分蘖节埋得较深,促进了植株分蘖,但地中茎加长,出苗率变低;免耕条件下植株生长量大,株高和绿叶面积增大;覆土处理单株茎蘖数、最高苗及根系活力显著提高,幼苗素质较不覆土高。因此,丘区套作小麦机播配套的农艺措施应选择“免耕+播深5 cm+覆土”利于提高麦苗素质。     

防堵和播深控制机构提高玉米免耕精量播种性能

免耕播种技术能够提高土壤的蓄水保墒能力、增加土壤有机质含量,因此在华北平原农作区被广为接受。该地区的耕作制度为小麦与玉米周年轮作,冬小麦在6月份收获,随后在小麦秸秆覆盖地上直接进行玉米免耕播种作业。受小麦秸秆的影响,播种后玉米种子的粒距均匀性和播种深度一致性很难保证,另外,玉米苗由于被小麦秸秆覆盖容易发生病虫害。为了解决以上问题,发明了一种安装防堵机构和播深控制单体的玉米免耕精量播种机,对该播种机和不带防堵机构和播深控制单体的普通播种机在4、6和8 km/h 3个播种速度下的播种性能进行了对比试验,测量并得出了拨草性能、播种深度、出苗率和粒距分布均匀性（合格率、重播率和漏播率）等指标参数。试验结果表明：防堵机构和播深控制单体能显著提高播种机的拨草性能、播种深度一致性、出苗率和粒距分布均匀性;防堵机构使播种机不易堵塞,播种速度为8 km/h时的凉籽率仅为1.8%;播深控制单体使播种机在所有播种速度下平均播深接近理论播深,播种速度为8 km/h时的播深变异系数仅为9.2%,使得出苗时间更集中,出苗整齐度高。以上结果说明：设计的安装防堵机构和播深控制单体的玉米免耕精量播种机能够满足小麦秸秆覆盖田玉米免耕精量播种的要求。     

沙埋和水分对3种灌草植物种子萌发及出苗的影响

选取柠条、紫花苜蓿和披碱草3种沙区常见灌草植物进行大田盆栽实验,研究种子在不同沙埋深度和供水条件下的萌发及出苗特性.结果表明：1）柠条和紫花苜蓿种子主要在2.5 ～5.0 mm供水量条件下出苗,柠条种子的最大出苗率为59.00％±7.21％,紫花苜蓿种子出苗率未超过40％,2.5 mm供水量条件下紫花苜蓿幼苗死亡率较大,存在萌发后大量死亡的现象,披碱草种子在5.0～9.0mm供水量条件下出苗较好,最大出苗率为52.67％士10.67％;2）柠条和紫花苜蓿种子的适宜沙埋深度分别为0.5～1 cm和0.5cm,随着埋深的增加,二者的出苗率显著降低,在4.5cm埋深时,柠条种子萌发后未出土幼苗数最多,披碱草种子对沙埋的适应性较好,4.5 am沙埋深度时出苗率最大.     

深松一体化播种对夏玉米农田土壤水热特征及微生物动态的影响

为明确深松一体化播种下海河低平原区夏玉米农田土壤水热特性和微生物动态变化,于2012—2013年在河北省农林科学院旱作农业研究所深州试验站,以玉米品种‘郑单958’为试验材料,设置夏玉米深松一体化播种和免耕播种两个处理,从玉米出苗开始,根据生育进程定期测定农田土壤水热特性和微生物状况。结果表明,深松一体化播种处理可提高土壤温度,并扩大温度日较差,玉米全生育期深松一体化播种处理比免耕播种处理土壤温度平均提高1.5%。免耕播种处理有利于表层土壤水分储蓄,而深松一体化播种处理有利于深层土壤水分储蓄。其中,在0~20 cm土层,免耕播种处理比深松一体化播种处理土壤含水量高17.5%;在40~100 cm土层,深松一体化播种处理比免耕播种处理含水量则提高9.2%。在0~40 cm土层中,深松一体化播种处理土壤中真菌数量、细菌数量、土壤微生物量碳和土壤有机碳含量2年平均分别增加26.8%、17.5%、23.5%和57.8%,均显著高于免耕播种处理;放线菌减少18.62%,显著低于免耕播种处理。整体来看,深松一体化播种可促进玉米农田真菌数量、细菌数量、土壤微生物量碳和土壤有机碳含量的增加,扩大土壤温度日较差,提高了土壤对水分的储蓄能力。这对改善海河低平原区夏玉米农田生产力,促进农田可持续利用,提高作物产量具有积极意义。     

不同根区交替滴灌方式对赤霞珠葡萄幼苗根冠生长的影响

为探讨不同根区交替滴灌供水模式对赤霞珠葡萄幼苗生长的影响,筛选出适合中国干旱区酿酒葡萄生产的最佳滴灌供水模式和方法。该研究以酿酒葡萄品种赤霞珠(Vitis vinifera L.‘Cabernet Sauvignon’)为试验材料,分别测定左侧地下穴贮滴灌,右侧地表滴灌(SDI-DI)、两侧地下穴贮滴灌(SDI-SDI)、左侧地表滴灌,右侧地下穴贮滴灌(DI-SDI)、两侧地表滴灌(DI-DI)4种根区交替滴灌处理对赤霞珠葡萄幼苗根冠生物量、根系分布、根系活力及叶片生理功能的影响。结果表明:同一灌水条件下SDI-SDI、DI-SDI、SDI-DI能保持根冠比在较适宜水平(1~1.3),DI-DI所受胁迫较大,根冠比增加,植株正常生长受到限制;根系水平分布上DI-SDI与SDI-DI根区左侧与根区右侧根量指标差异较大,DI-DI与SDI-SDI根区左右两侧根量指标差异较小,其中DI-SDI根区右侧根量指标分别比根区左侧高13.3%、10.5%、14.0%、22.1%;根系垂直分布上一侧为SDI的根区交替滴灌能促进根系下扎,提高土层深度20~60 cm处根系的根系活力,其中根区右侧SDI-SDI与DI-SDI处理根表面积、根体积在土层深度20~40 cm处分布最多,根表面积分别占右侧根总表面积的48.8%、49.2%,根体积分别占右侧根总体积的47.5%、46.3%;灌水量一定的条件下,灌水侧为SDI的根区交替滴灌能有效维持同一灌水周期内地上部叶片光合性能的稳定,保持叶片瞬时水分利用效率在较高水平,适宜降低表层根量增加深层根量可提高植株叶片的净光合速率和蒸腾速率。综合生产成本、田间实际操作与植株根冠生长差异,该试验条件下采用一侧地表滴灌、一侧地下穴贮滴灌的根区交替滴灌供水模式为最佳处理。     

可降解地膜对土壤、温度水分及玉米生长发育的影响

针对普通地膜覆盖导致的农田土壤污染现象,进行了可降解地膜、普通地膜覆盖及露地栽培玉米对比试验,探讨可降解地膜对土壤温度、土壤水分、玉米生长发育、产量及相关农艺性状的影响。结果表明,与露地栽培相比,可降解地膜覆盖能明显提高玉米播种后2个月的地表和地下10 cm的土壤温度,增加玉米播种至大喇叭口期0～20 cm、>20～40 cm的土壤水分含量,使玉米生育进程加快,出苗率和拔节期节根层数及条数增加,玉米不同生育时期株高、叶面积及地上部干物质积累量增加,玉米穗粒数增加9.6%,千粒质量增加20.9%,产量增加35.1%。可降解地膜和普通地膜间差异不显著。研究认为,以可降解地膜替代普通地膜应用于农业生产是可行的。     

控释尿素不同条施深度下鲜食玉米产量和氮素利用效应

通过田间试验研究一次性施肥条件下控释尿素不同条施深度(0,5,10,15cm)对鲜食玉米产量、干物质积累变化、氮素利用率和土壤无机氮含量的影响,为控释尿素在鲜食玉米上的应用推广提供依据。结果表明:控释尿素施用深度的不同主要影响鲜食玉米抽雄至乳熟收获期的干物质积累,该阶段10,15cm深度下鲜食玉米的干物质积累速率和积累量显著高于0,5cm。随着控释尿素施用深度的增加,鲜食玉米鲜穗产量、乳熟收获期植株总吸氮量以及氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率和氮肥表观利用率均呈现递增趋势,与0cm相比,15cm深度处理的鲜穗产量和收获期植株总吸氮量分别显著提高13.3%和53.0%,氮肥偏生产力从70.9kg/kg增加到80.4kg/kg,氮肥农学利用效率从6.8kg/kg增加到16.3kg/kg,氮肥表观利用率从3.3%提高到33.7%;10cm深度处理仅较0cm处理显著提高了植株总吸氮量和氮肥表观利用率,而5cm深度处理的鲜穗产量、乳熟收获期植株总吸氮量、氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率和氮肥表观利用率与0cm处理间均无显著差异。抽雄期叶片光合特性测定结果表明,与不施氮(CK)相比,控释尿素的施用显著提高了单株叶面积、叶面积指数和穗位叶净光合速率,与0cm相比,15cm深度处理的单株叶面积、叶面积指数、叶片净光合速率、蒸腾速率和胞间CO2浓度均有不同程度的提高。关键生育期的土壤无机氮测定结果表明,控释尿素施用深度的增加可以提高拔节期、抽雄期和乳熟收获期行间(施肥部位)0—20cm土层、抽雄期和乳熟收获期行间(施肥部位)20—40cm土层以及乳熟收获期玉米种植行(非施肥部位)0—20cm的土壤无机氮含量。可见,控释尿素深施能够提高鲜食玉米抽雄期以后的土壤供氮能力和改善叶片光合特性,促进干物质积累和氮素吸收,从而提高氮肥利用率和鲜穗产量。试验设置条件下,控释尿素最佳的施用深度为15cm。     

地面灌田面行水流动的数值模拟及应用

根据我国地面灌现状提出极限灌水状态和最佳灌水状态及其灌水技术参数的概念。用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法和Ｐｒｅｉｓｍａｎ法对畦灌田面行水流动的零惯性模型进行求解，实现畦灌田面行水流动模拟。在此基础上探讨了畦灌的行水、入渗机理。用计算机模拟试验方法建立极限灌水定额ｑ_０、Ｌ关系的数学模型，并研究灌水技术参数ｑ_０、Ｌ对极限灌水定额的影响，进而探讨了ｑ_０、Ｌ对灌溉系统性能的影响。给出了适宜的畦长Ｌ和单宽流量ｑ_０的确定方法。结合通县宋庄地区实际，给出了该地区冬小麦适宜畦幅规格与灌水技术参数。利用上述畦幅规格与灌水技术参数对冬小麦灌水，收到节水增产的效果。     

水稻灌溉制度的计算机模拟

自动化灌溉或称智能灌溉是当前农业灌水技术发展的方向,该文研究了自动化灌溉中的关键,即灌水量预报中的有关问题,提出了解决的方案。所建立的广西青狮潭灌区水稻灌溉制度的计算机模拟系统,能比较准确地进行灌水量的预报,并能根据高产节水的“薄、浅、湿、晒”的灌水经验,制定出符合当地实际的灌溉制度。     

基于ET和水量平衡的日光温室实时精准灌溉决策及控制系统

为提高日光温室的灌溉水利用效率,充分发挥现有灌溉决策理论的指导作用,该文构建了基于ET和水量平衡方法的实时精准灌溉决策及控制系统。以句容布戴庄村樱桃番茄温室为试验对象,给出了利用ET和水量平衡方法的灌溉决策实施过程,即当田间蒸发蒸腾总量大于土壤中可供作物利用水分时触发灌溉,灌水量等于自上一次灌溉起蒸散量的总和。采用Java语言开发了灌溉决策软件ETSch,可实现以温室内气象数据为基础对不同地点的灌溉决策项目进行管理;设计了温室精准滴灌系统并研制了基于单片机的灌溉控制器软硬件,通过ETSch软件与控制器的连接,建立了从田间气象信息获取到灌溉决策软件运行,再到灌溉及控制系统的集成化自动精准灌溉模式。试验结果表明,该实时精准灌溉决策及控制系统的平均灌水总量控制平均误差为1.1%,系统运行稳定,节约人工;尽管采用ET和水量平衡方法低估了实际土壤含水率,但总体趋势一致,能实现合理有效的灌溉决策。该研究可为实现灌溉决策和控制系统的集成提供参考,为进一步提高灌溉效果和用水效率提供借鉴。     

基于控制灌溉理论的水稻优化灌溉制度研究

结合田间试验研究成果及Jensen模型，建立了基于水稻控制灌溉理论的宁夏引黄灌区轻度盐碱地水稻优化灌溉制度。水稻全生育期灌溉水量为600 mm，灌水15次，主要分布在返青期、拔节孕穗期和抽穗开花期。该优化灌溉制度较常规漫灌节水69.2%。该灌溉制度的建立，对于提高宁夏引黄灌区水稻节水灌溉技术具有重要的实践参考价值。     

节水灌溉预报、管理与决策专家系统研究

从节水灌溉的基本原理入手,分析了灌溉预报中的各个参量,提出了节水灌溉管理、决策的依据与方法,并介绍了灌溉预报、管理与决策专家系统的理论基础,系统结构,即以框架库、规则组库和黑板3部分组成的综合知识体结构的知识表示技术。节水灌溉预报、管理与决策专家系统的研制、开发与推广、应用,将会促进我国传统农业向现代化农业的转变,为把高新农业技术送到亿万农民手中开辟了一条崭新的途径。     

棉花微咸水膜下滴灌灌溉制度的研究

为寻求微咸水膜下滴灌的最优灌溉制度,利用2008和2009年田间试验结果,从棉花生长和产量的角度出发,分析11种灌溉处理各生育期的变化情况。测定了叶面积、干物质质量、棉花产量、土壤盐分等指标。结果表明：灌溉水量越大,棉花营养生长部分生长越快,生长时间越长;灌水盐分越高,盐分胁迫使生殖生长部分所占比例越大,越易衰老;试验区内灌溉定额3 750 m3/hm2（微咸水80%,淡水20%）的轮灌处理,2008年棉花产量达到5 190 kg/hm2,接近仅灌淡水5 250 m3/hm2处理（5 205 kg/hm2）,该轮灌处理2008年总盐为负增长（-0.95 g/kg）,2009年试验结果有力验证了该灌溉制度的节水增产、保护土壤环境的优越性。     

水资源约束条件下的县域冬小麦节水灌溉制度

在高效节水灌溉工程技术难以在大田作物中推广应用的形势下,优化制定节水灌溉制度是提高灌溉水利用效率的可行途径。该研究以河南省新郑市为研究区,在对冬小麦全生育期及不同生育阶段的作物需水量、天然供水量、灌溉需水量进行估算的基础上,针对农田灌溉水源不足的条件约束,以冬小麦产量最大化为目标,采用Jensen模型反向求解法,将现有的冬小麦水分敏感性研究成果应用于非引灌区县域节水灌溉制度的制定,通过实施非充分灌溉制度,缓解水资源供需矛盾。结果表明:1)新郑市平水年和干旱年冬小麦全生育期供水总量小于需水总量,难以满足农田灌溉需求,需要实施非充分灌溉制度;2)采用Jensen模型不能直接优化解算冬小麦不同生育期的灌水定额,但是可以通过优化解算出的冬小麦不同生育期的腾发量间接确定灌水定额;3)优化解算得冬小麦苗期、越冬、拔节、抽穗、灌浆等不同生育期的腾发量占全生育期的比例分别为15.8%、5.4%、23.4%、34.9%、20.5%,与不同生育期敏感性指数的大小成正比;4)新郑市冬小麦丰水年灌溉关键期为灌浆期,平水年灌溉关键期为抽穗期和灌浆期,干旱年灌溉关键期为抽穗期,但是苗期、拔节、灌浆期均需要适量灌溉。该研究表明采用Jensen模型反向求解法可优化确定冬小麦不同生育期的灌水定额,研究提出的非充分灌溉制度制定方法对推进现有理论研究成果在农田灌溉实际工作中的应用具有重要的实践意义。     

塑料大棚条件下灌溉方法对土壤磷分布的影响

Water-saving irrigation methods have been increasingly used for vegetable cultivation in greenhouse or plastic film house.However,there is limited information concerning the effect of water-saving irrigation methods on soil phosphorus (P)behavior.In this experiment,drip and subsurface irrigation methods were applied,with furrow irrigation method as control,in Mollic Gleysols.Soil P distribution throughout the depth was significantly affected by irrigation methods.Total, Olsen,organic and inorganic P contents were greater in the topsoil(0–10 and 10–20 cm)than in the subsoil(20–30,30–40, 40–50 and 50–60 cm).The Olsen P content throughout 0–60 cm layer under drip and subsurface irrigation treatments was lower than that under the furrow irrigation treatment.However,the total,organic and inorganic P contents from 20 to 60 cm under drip irrigation treatment were higher than or close to those under furrow irrigation treatment,but were lower under subsurface irrigation treatment than under furrow irrigation treatment.Under subsurface irrigation treatment,the contents of total,organic and inorganic P at the 0–10 cm layer were 78.0%,1.3% and 3.7% greater than those at the 10–20 cm layer,respectively.But Olsen P content at the 10–20 cm layer was 5.7% larger than that at the 0–10 cm layer.These suggested that soil P behavior could be manipulated by soil water management to some extent.     

不同膜下滴灌模式对土壤水分及棉花产量的影响

采用负压计法和烘干法,监测不同的灌溉定额、灌溉频率下膜下滴灌棉田在水平和垂直方向的水分含量,并调查棉花生长状况。结果表明,当灌溉水质为淡水且滴孔流量为1.6L·h^-1时,过量灌溉（450mm）和适量灌溉（375mm）膜内0～60cm土层的含水量适宜,过量灌溉的含水量最高,少量灌溉（300mm）使土层在蕾期以后处于轻度干旱状态;低频（10d）和适频（7d）灌溉膜内0～60cm土层的含水量适宜,低频灌溉的含水量最高,而高频（3d）灌溉使土层在花铃期处于轻度干旱状态;灌溉定额和灌溉频率对棉花产量均有显著影响,过量和高频灌溉的棉花产量分别为区组内最高。     

北京市农田灌溉发展的现状与展望

系统分析了北京市水资源现状及农田灌溉的发展历史、现状、特点、发展趋势、存在的问题及对策与措施。介绍了北京郊区县几种典型节水灌溉方式。提出发展节水灌溉必须坚持水资源的用养结合,粮田要将田间节水作为重点,大力发展蔬菜和果树的节水灌溉,把水管理作为节水灌溉的重要内容,综合节水。