虹吸式地中蒸渗仪

地中蒸渗仪是观测潜水蒸发的基本设备。我国传统的地中蒸渗仪是用马利奥特瓶补水进行工作的,这种形式要求有较深的地下观测室,造价高。本文介绍一种采用电测水位法的虹吸式地中蒸渗仪,这是在我国首先使用的新式蒸渗仪,已在新疆建造并使用多年,它能利用较浅的地下观测室观测地下水埋深较深条件下的潜水蒸发,大幅度地节约了投资。     

蒸渗仪自动恒定地下水位装置的研

传统蒸渗仪在使用过程中，往往采用人工观测，人工控制地下水的补给与排放，难于适应多指标连续操作与控制的要求，还存在试验人员工作强度大、难以精确恒定地下水位的不足。针对这些情况，根据蒸渗仪的结构特点，从蒸渗仪地下水补给与排放两个方面进行自动化改造，研制出蒸渗仪自动恒定地下水位装置。实践表明，该装置能够在无人值守条件下自动恒定地下水位，同时能精确采集水分指标，大大提高了试验效率，降低了科研人员的工作强度。     

不同材料和尺寸微型蒸渗仪测定土壤蒸发量

为了研究不同尺寸和材料的微型蒸渗仪在南京地区的适用性,2016-2017年在大田玉米和冬小麦田中采用不同尺寸和材料的微型蒸渗仪观测棵间土壤蒸发量,对不同作物和气象条件下的测定土壤蒸发量的差异性进行统计分析,并得到玉米和冬小麦土壤蒸发量的季节变化。结果表明,叶面积指数较小时,降雨或灌溉后的晴天微型蒸渗仪测定的玉米和冬小麦的会出现最大土壤蒸发量,分别为6.0和4.6 mm/d;不同材料的蒸渗仪对玉米的土壤蒸发量没有显著性影响,但不同的尺寸对蒸发量的影响达到了显著性水平,大尺寸微型蒸渗仪测定的土壤蒸发量高于小尺寸;微型蒸渗仪的不同尺寸对冬小麦蒸发量的影响不显著;建议采用直径125 mm的铁皮或者PVC外筒,直径118或114 mm的铁皮内桶测定南京地区玉米和冬小麦的棵间土壤蒸发量。     

蒸渗仪的研究与应用现状

准确地估算农作物腾发量对于农业节水领域的科学研究具有重要意义。为此,以蒸渗仪法直接测定腾发量为切入点,系统地介绍了非称重式蒸渗仪和称重式蒸渗仪的类型、组成、工作原理及其应用现状,对比分析了几种称重式蒸渗仪的应用特点,并指出小型称重式蒸渗仪的检测精度有待提高。     

新型压/吸气排水式蒸渗仪的设计与应用

设计了一种适用于测定作物蒸散量、不影响农田耕作的压／吸气排水式蒸渗仪。通过对布有12个该型蒸渗仪的田间进行测试,表明蒸渗仪集水效果明显,含泥沙量极少。     

自动地下轨道称重式蒸渗仪测控系统的研制

为解决小型蒸渗仪自动化程度低、可靠性差、易受天气状况的影响等问题,研制了自动地下轨道称重式蒸渗仪测控系统。该系统采用自主开发的上位机软件,可实现全自动智能控制各设备工作,移动称重装置可对各个测筒进行独立准确测量,以满足不同处理和重复试验对测筒数量的要求。此外,该系统的称重设施设于测筒下方的地下室结构内,排除了大风、大雨等天气对蒸渗仪监测数据的影响。系统测试显示,称重系统对蒸发蒸腾量(evapotranspiration,ET)的观测精度达0.028 mm,称重系统计算的ET与含水率计算的ET变化趋势一致,线性相关系数较高,说明自动地下轨道称重式蒸渗仪测控系统测量精度较高,且监测的数据稳定可靠,可用于研究不同灌溉方式下作物需水规律,不同水分胁迫作物响应机理,土壤水量平衡等。     

浅层地下水对玉米根区水分及根系吸水影响的数值模拟

运用实测数据校准并验证模型,采用Hydrus-1D模型模拟了无灌溉、无浅层地下水以及浅层地下水波动对玉米根区水分动态及根系吸水的影响。结果表明,校准后的Hydrus-1D模型能够较为准确地模拟土壤非饱和区水分动态;浅层地下水可以将土壤剖面水分维持在较稳定的范围内。当无浅层地下水时,观测节点水分波动较大,尤其是40~100cm的砂土层水分在灌溉后迅速降低。浅层地下水在影响根区水分的同时影响着根系吸水,CK、无地下水、无灌溉下玉米生长季累积根系吸水量分别为58.2、53.9、57.4cm。累积根系吸水量随地下水埋深的降低而呈先增加后降低趋势,且均高于CK。累积根系吸水量随着地下水埋深的升高而总体呈逐渐降低趋势,当地下水埋深增加40cm时,累积根系吸水量仅为50.7cm,相对于2013年降低了13%。适宜的地下水位对于维持根区水分和促进根系吸水具有重要作用。     

北方农牧交错带裸燕麦蒸散结构与灌溉制度优化研究

基于作物模型对作物蒸散耗水过程和水分-产量关系进行模拟研究,可为提升作物水分利用效率和农业水资源综合管理提供关键科学依据.以北方农牧交错带雨养裸燕麦为研究对象,通过2018年和2019年大型蒸渗仪观测数据以及结合校准后的RZWQM2作物模型,对雨养状态下裸燕麦的蒸散结构和水分产量关系进行了研究,并量化了灌溉总量分别为3...     

根系吸水模型参数的混合遗传算法估算方法

构建了遗传算法与Levenberg-Marquardt算法相结合的混合遗传算法,用于求解根系吸水模型参数.分别进行数值试验和棉花根系吸水试验对混合遗传算法求解精度进行验证.数值试验表明,采用混合遗传算法优化求解根系吸水模型参数的优化值具有较高的精度,含水率资料的时间步长和空间步长对根系吸水模型参数的优化精度有较大影响,在实际中时间步长可取值5～10 d,空间步长取值5～10 cm.对室内棉花根系吸水进行模拟分析,结果表明混合遗传算法求解的根系吸水模型可以很好地模拟根系吸水.该方法可用于求解根系吸水参数.     

基于单片机的吊秤式盆栽作物蒸渗仪设计

为实时、方便、准确地测定盆栽作物的蒸腾蒸发量,采用上位机和下位机集成、优化的方法,设计了一种0~100kg 适用于盆栽作物的吊秤式蒸渗仪。蒸渗仪主要包括称量传感器、下位机、上位机、连接件、支架和盆栽容器6部分。对蒸渗仪下位机的主控制器、数据采集模块、显示模块、通信模块、实时时钟和数据存储模块以及电源模块进行了硬件选型和电路设计。试验结果表明,在无人监管的工作环境下,蒸渗仪下位机能够自动采集、显示和存储数据,并通过串口将数据上传至上位机,上位机完成数据的显示、存储和分析。蒸渗仪最大绝对误差为100g,最大相对误差为0.50%,测量结果较好地反映了盆栽作物蒸腾蒸发的实际变化趋势,能够满足盆栽作物蒸腾蒸发量方便、准确和实时测量的需要。     

绿色根源节水灌溉方式的应用研究

应用绿色根源节水灌溉方式对西红柿进行灌溉处理，相对于其他灌溉方式，得到了节水和提高产量的实验结果，并确定了埋管最佳深度为距离地表约30cm和浇灌量0．75L／次。根据西红柿的实验，应用绿色根源节水灌溉方式到道边树和干旱丘陵果园的节水灌溉，并研制了绿色根源灌溉系统的机械装置以1年龄杏树为试验对象，试验表明果树的成活率和生长性与一般灌溉方式相比有明显的提高，而且相对于地下滴灌方式，绿色根源灌溉系统具有成本低，易控制，可移动，易操作和故障少等特点.     

涌泉根灌在黄土坡地的水分运移规律试验

为了了解涌泉根灌这项微灌技术灌水后的水分运移情况,在野外黄土坡地利用剖面法对涌泉根灌在不同孔径、孔深条件下土壤水分运移规律进行了研究.结果表明,在不同孔径、孔深处理下,湿润体水平扩散半径、向上入渗距离和向下入渗深度有不同的影响,且均与时间有显著的幂函数关系;涌泉根灌停止后24 h内的土壤湿润体水平及竖直方向扩散相对变化超过了47%,湿润体平均含水量相对降低了30%;24 h后的扩散较小,平均含水量下降较小.涌泉根灌停止后24 h时的湿润体特征值可作为涌泉根灌系统设计的依据;推荐涌泉根灌适宜的孔洞深度为30~40 cm,孔径为φ6 cm.研究结果可为涌泉根灌技术的实际应用提供理论参考.     

根系分区交替滴灌条件下葡萄根系分布特征及生长动态

采用原位取土法和根系生态监测系统连续两年研究了葡萄的根系空间分布和全生育期根系生长动态,结果表明:葡萄根系在水平方向主要分布在距离树干100 cm的范围内,占到总根系的80％以上,而且在径向方向呈指数衰减;葡萄根系在垂直方向主要分布在0～60 cm范围的土层内,占到总根系的75％以上.根系分区交替滴灌条件下干燥区与湿润区根系生长是不同的,葡萄的新生根系受到土壤水分条件的限制和自身生长的影响.在整个生育期,葡萄根系分区交替滴灌两侧根系生长均呈抛物线变化.     

地下水埋深与土壤含水率对应关系和最优灌溉模式的试验研究

节水高产的浅湿灌溉技术较适合南太湖地区的水稻生产。试验选用苏南太湖地区水稻土中有代表性的粘土和重壤土作试验载体 ,系统地探讨了浅湿灌溉对水稻生理、生态及稻田生态环境的影响 ,水稻平均比浅水勤灌增产 6.1 %。经对降水利用率、稻田耗水量、灌水量测定 ,浅湿灌溉比浅水勤灌分别增加 1 4 .6%和减少 1 9.2 %和 30 % ,收到了节水高产的效果。对地下水埋深和土壤含水率对应关系的测定 ,得出 ,稻田落干时地下水埋深以 30 cm为宜 (烤田期除外 )。在此范围内 ,地下水埋深每下降 1 0 cm,土壤含水率下降 1 %～ 5%。据此大田试验 ,得出了水稻的最优灌溉模式     

作物根系生长监测微根管装置设计与试验

为实现不同深度下作物根系的实时监测与图像采集,设计开发了作物根系生长监测微根管装置,图像采集后可以通过上位机软件进行实时显示与存储。装置由监测管与控制箱组成,监测管使用亚克力材料制作透明外壳,同时在管内通过丝杠和导杆架设滑动轨道,利用步进电机实现摄像头在导轨上的运动控制;控制箱以STM32单片机为核心控制板,并根据实际需求选取了相应外设模块。以番茄根系为研究对象进行持续98 d的图像采集,借助软件RhizoVision Explore对根系图像进行分析,试验结果表明,前70 d番茄根系整体生长速度较快,后28 d逐渐趋于稳定,在深度6～10 cm处分布较为密集,根长密度在深度10 cm处于第91天达到最大值(1.22 cm/cm³),分析结果与番茄根系生长规律一致,表明本根系生长监测微根管装置能在不影响根系持续生长的情况下完成对作物根系的长期在线监测,满足作物根系监测要求。     

不同灌水方式下春玉米的根系生长分布

为了研究不同灌水方式对春玉米根系分布的影响,在大田条件下对玉米进行垄植沟灌,设计常规沟灌（CI）、交替隔沟灌溉（AI）和固定隔沟灌溉（FI）3种灌水方式.结果表明,（0,40]cm土层中,根长密度以AI较大,FI较小;（60,100]cm土层中,CI下根长密度较小;FI下的植株两侧根长密度差异明显,CI和AI与之相反.（0,100]cm土层中,监测时期内,AI下的玉米总根长和总根干质量都较大.相较FI,AI下的籽粒产量、生物产量和灌溉水利用率分别提高17.37%,18.42%和17.45%.CI表现介于AI与FI之间.抽雄期、植株两侧和（0,40]cm土层根系生长分布受土壤含水率影响较大.可见,局部灌溉对深层根系生长有利,抽雄期植株两侧（0,40]cm土层根系生长分布受灌水方式影响最大;CI与AI下的根系分布相对均匀;与FI和CI相比,AI方式既能促进根系生长,也有利于产量和灌溉水利用率的提高.     

苹果根系分区灌水的节水机理与控梢促花效应研究

根系分区灌水(Partial Rootzone Irrigation,PRI)是一种新型的地面节水灌溉技术,节水潜力巨大.通过分根盆栽苹果不同根系灌水体积试验研究认为,当减少灌水根系体积后,苹果叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(TT)均降低,但TT降低程度大于Pn,故单叶水分利用效率(WUE)明显提高;同时当减少灌水根系体积后植株新梢和叶片生长速率降低,新梢停长率增加;经过一个生长季的处理发现,减少灌水根系体积增大了植株的中短枝比例,降低了长度大于60 cm旺枝的比例,苹果来年的开花株率、单株花序总数、坐果率均增加.     

不同灌水定额下核桃树吸水根系分布研究

以8a生核桃树为研究对象,采用分层分段挖掘法研究核桃树根系的空间分布,探讨滴灌条件下不同灌水定额处理组对核桃根系的作用效应,分析土层深度与水平距离变化对根长密度的影响,并建立根系密度分布函数。研究结果表明:在核桃成熟期,根长密度的一维垂直分布中,吸水根系集中分布于0~60cm,水平方向,根系集中分布于0~90cm。在垂直二维吸水根长密度分布中,C1处理主要分布在垂向0~80cm、水平0~90cm的范围内,C2处理主要分布在垂向0~60cm、水平0~90cm的范围内,C3处理主要分布在垂向0~100cm、水平0~90cm的范围内,其中尤以C3处理的根长密度分布居多。对比二元二次回归模型,利用二元多次方程拟合根长密度、水平距离与土层深度之间的关系,其函数相关度较好,可以应用于灌水施肥策略调整。     

滴头流量对桶栽棉花根系分布与耗水的影响

以棉花为对象,设置5个滴头流量处理(0.5,1.0,1.5,2.0,2.5 L/h),观测了棉花不同生育阶段内的根系分布与耗水特征.结果表明,土层深度方向上:棉花根长最集中的地方不在地表层,而在地表下10~30 cm处,并且随着滴头流量的增大,根长集中点的位置向上层土层移动;棉花根质量与土层深度呈负指数关系,以地表层的根质量最大,并且深层根质量所占比率随着滴头流量的增大而下降.水平方向上:根长和根质量都是由棉株处向两侧逐渐减小,并且随着滴头流量的增大,棉株下方根长(根质量密度)所占比率减小,而两侧根长(根质量密度)所占比率增大,根系由紧凑向扩展发展.棉花在整个生育期中的田间耗水规律呈双峰型曲线变化,但随着滴头流量的增大,苗期耗水强度增大,耗水深度下移出现的时刻推后,耗水高峰期延迟.     

膜下滴灌棉花根系分布规律研究

在棉花不同的生育期,在窄行及宽行采用根钻取样的方法,对棉花根系分布进行研究,结果表明:随着深度的增加,窄行和宽行的根重密度及根长密度逐渐减小,在棉花蕾期,宽行根系分布较多,窄行较少,棉花花期根系主要集中在20~40 cm土层内;进入铃期后,0~20 cm土层内宽行根重密度大于窄行,20~40 cm的土层范围内,窄行根重密度大于宽行,而在40 cm以下,宽行大于窄行,根系的分布宽行较广;在棉花进入絮期后,窄行根系的生长优于宽行,窄行的土壤条件对根系的生长更为有利,窄行分布的吸水根系相对较多。