基于茎直径变化的甘蔗水分亏缺诊断指标确定

为了确定甘蔗水分亏缺诊断指标及其临界值,该文以新台糖22号为试验材料,通过盆栽和大田试验研究了水分胁迫下甘蔗全生育期植株茎直径变化特征,然后利用盆栽试验数据分析了盆栽甘蔗的茎直径变化指标日最大收缩量(maximum daily shrinkage,MDS)、日增长量(daily increase,DI)和土壤水分的关系,回归建立了基于MDS和DI的甘蔗水分亏缺诊断模型。大田和盆栽试验均表明,甘蔗处于苗期、分蘖期和伸长期的茎生长阶段,土壤水分差异导致的茎生长差异显著(P0.01)。盆栽试验表明60%以下田间持水率的水分胁迫(中度及重度干旱)在茎生长阶段均可使甘蔗茎直径增长总量降低约41.7%~100%,且对甘蔗茎直径增长的影响以伸长期最大,分蘖期次之,苗期最小;在甘蔗成熟期,16个观测日正常、轻、中和重旱茎直径总增长量分别为0.049、0.055、0.048和0.033 mm,该阶段茎秆基本停止生长,土壤水分差异导致的茎生长差异不显著(P0.05),成熟期对水分亏缺最不敏感。对各生育期的MDS和DI与土壤含水率的回归分析结果表明,除成熟期DI指标外,其他各生育期的MDS和DI均与土壤含水率显著线性相关,决定系数在0.501~0.765之间。苗期MDS、分蘖期和伸长期的DI能更好地诊断水分亏缺。所建立的模型可较好的诊断甘蔗水分亏缺,研究结果可为利用茎直径变化指导甘蔗灌溉提供理论依据。     

桃树茎直径微变化与土壤水势及气象因子的关系

通过对充分供水和逐步干旱处理的盆栽“仕女红”桃树茎直径微变化动态的观测,分析了茎直径日最大收缩量(MDS)、日增长量(DI)和日最大值恢复时间(RT)对水分状况和气象因子的响应,并对适宜灌溉控制指标进行了探讨.结果表明:随土壤水势降低,桃树茎直径MDS和RT呈增大趋势,DI呈下降趋势并由正值变为负值;气象因子对桃树茎直径变化影响显著,太阳辐射(Rn)和空气相对湿度(RH)对MDS影响最强烈,连续降雨对DI和RT影响显著.DI受土壤水势影响产生变化的趋势明显并受气象因子影响较小,是最理想的灌溉控制指标,可将DI=0作为灌溉控制临界值;MDS受气象因子影响强烈,变异性较大,且需要充分灌溉条件下的MDS作为参考,RT与土壤水势的相关性不高,因此均不适合单独作为灌溉控制指标.     

沟灌方式和水氮对玉米产量与水分传导的影响

采用正交试验设计,用美国Dynamax公司生产的高压流速仪（High Pressure Flow Meter, 简称HPFM）的瞬时法原位测定大田玉米拔节期、抽雄期和蜡熟期的根系及冠层水分传导（简称根及冠层水导）,研究了不同沟灌方式、灌水量和施氮量对玉米水分传导、产量和植株氮的影响。结果表明,玉米根系或冠层水导最大值均在拔节期取得,均随生育期的推移逐渐变小。通过对玉米产量和水分传导综合比较得出最优组合处理是隔沟交替灌（简称交替沟灌）中水高肥：即沟灌方式为交替沟灌、灌溉量为282 mm、施氮量为240 Kg?hm-2的处理。可见,交替沟灌在根区两侧反复的对干燥侧根系进行灌水,促进根系和冠层水导增大,提高了根系对水肥的吸收利用和传输效率,使得植株氮含量较高,产量较大。     

榆林沙区不同灌溉方式对春玉米生长及产量的影响

[目的]揭示膜下滴灌(MG)、露地滴灌(DG)、沟灌(GA)、交替隔沟灌(JG)、漫灌(CK)5种灌溉方式对春玉米生长和产量的影响,筛选出适合榆林沙区的最有效的节水灌溉方式,为农业高效节水灌溉技术发展提供理论支持。[方法]基于2014年田间试验数据,运用统计分析和水分生产率计算方法。[结果](1)MG处理的春玉米植株生长发育状况优于其他灌溉方式。在各生育期,MG处理的春玉米株高、茎粗和叶片SPAD值(叶绿素相对含量)均高于DG,GA和JG,且显著高于CK(p0.05);(2)在整个生育期,MG处理的春玉米叶片光合速率、气孔导度和水分利用效率均高于其他灌溉方式,且显著高于CK(p0.05);(3)MG处理的春玉米增产节水效果显著,其产量和水分生产率均显著高于其他处理(p0.05)。[结论]同其他4种灌溉方式相比,膜下滴灌是榆林沙区玉米生产中最有效的一种节水灌溉方式。     

番茄果实及茎秆微变化对分根区交替灌溉的响应

研究日光温室番茄果实直径以及茎秆直径微变化在不同天气状况的变化规律以及其与分根区交替灌溉(alternate partial rootzone irrigation,APRI)以及固定部分根区滴灌(fixed root-zone drip irrigation,FDI)条件下不同根区土壤含水量的关系,可为根据茎秆直径和果实直径微变化指导部分根区灌溉决策提供理论依据。该研究利用LPS-05MD植物生理监测系统对日光温室APRI和FDI处理下盛果期的果实直径与茎秆直径的微变化进行了连续观测。结果表明:晴天番茄果实直径以及茎秆直径微变化幅度较阴天显著(P0.05)。在盛果期,番茄果实直径日增长量(maximum daily increase of fruit diameter,MDIFD)与土壤水分含量关系不密切(R2=0.30,P=0.164),然而MDIFD随着日平均太阳辐射强度的增加而显著增大(R2=0.64,P=0.018);盛果期APRI和FDI处理下茎秆直径日最大收缩量(maximum daily stem shrinkage,MDS)与参考作物蒸发蒸腾量(ET0)存在显著线性正相关(R2=0.38,P0.0001);APRI处理MDS与ET0比值(MDS/ET0)随着根区平均土壤含水量的增加而线性增加,并且MDS/ET0与干燥侧(R2=0.59,P0.01)以及湿润侧土壤含水量(R2=0.88,P0.001)均呈现极显著线性相关关系(P0.01),且以湿润侧的关系极显著(P0.001);FDI处理下,MDS与ET0比值(MDS/ET0)随着湿润侧根区平均土壤含水量的增加而显著线性增加(R2=0.61,P0.001),而MDS/ET0与干燥侧土壤含水量无显著线性相关关系(R2=0.02,P=0.64)。该研究揭示了APRI以及FDI处理下日光温室条件下果实直径和茎秆直径微变化的机制,可为该灌溉方式下科学灌溉制度的建立提供依据。     

基于茎直径变化的精准灌溉技术研究进展

该文首先介绍了茎直径变化的基本原理、测量仪器的发展、茎直径变化及其衍生指标(日最大收缩量和茎生长速率)和其他水分胁迫指标(水势和液流)之间的关系和敏感性比较,然后重点分析了茎直径变化的5个影响因子(水分胁迫、茎秆季节生长模式、作物挂果、植株年龄和作物管理)和应用茎直径变化指导灌溉之前必须评价的6个指标特性(变异性、强弱性、敏感性、及时性、可靠性和鲁棒性),在此基础上总结了基于茎直径变化数据指导灌溉的3种方法(绝对值法、相对值法、茎直径变化与液流结合法),并指出其中的相对值法(信号强度法)已被成功地用于指导具有多树种的果园中充分灌溉和亏缺灌溉处理下的低频灌溉,对实现灌溉的精准化、数字化及智能化具有重要意义,并对该领域未来的研究热点进行了展望。     

春玉米覆膜垄作沟灌条件下土壤水热效应及对产量的影响

为探究河套灌区玉米覆膜垄作沟灌种植模式下土壤温度与含水率的变化规律、两者响应关系及对玉米产量的影响,以灌区玉米常规覆膜宽度(70cm)及当地常见农用宽膜(110cm)进行对比研究。结果表明:土壤温度变化主要受外界因素和含水率的影响,两种覆膜条件下土壤温度具有相同的日变化规律,且深层较表层土壤具有明显的滞后效应;玉米生育前期宽膜具有更好的保温效果,且表层5,10cm处地温变化具有显著或极显著性差异;全生育期内110cm较70cm膜具有明显的保墒效果,5—25cm土壤平均含水率高5.06%,6.83%,3.89%,5.28%和3.44%;各时刻不同土层与温度可以拟合为对数函数,但早晚相关性较差,说明此时段地温变化的机制更为复杂;玉米生育后期5cm处土壤平均含水率与土壤温度呈现反比关系,20cm处呈现正比关系,且低水分条件下土壤温度变幅更大;生育期内玉米生长性状及产量指标也达到显著性水平,且110cm较70cm膜平均产量高14.86%;研究成果可为灌区玉米覆膜垄作沟灌模式下适宜地膜宽度的选择提供科学依据。     

机器学习结合高光谱植被指数与SPAD值估算冬小麦氮含量

冬小麦叶片氮含量与叶片光合作用和营养状况密切相关，直接影响植株生长发育，而茎秆中的氮含量与茎秆中纤维素、半纤维素和木质素的比例和含量密切相关，直接影响茎秆质量及植株的抗倒伏能力。然而，有关对冬小麦茎秆氮含量估算研究较为有限，限制了从氮含量角度判断茎秆质量及对倒伏的预测能力。为精准估算冬小麦不同器官（叶片、茎秆）氮含量，该研究通过2年田间试验，获取冬小麦4个关键生育期（拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期）和3种施氮水平条件下（N1、N2和N3）的冠层光谱反射率、叶片、茎秆氮含量及叶片SPAD (soil and plant analyzer development， SPAD)值。分析了不同生育期和施氮水平条件下高光谱植被指数对叶片和茎秆氮含量的敏感性，并结合5种常用的机器学习算法：随机森林回归（random forest regression，RFR）、支持向量回归（support vector regression，SVR）、偏最小二乘回归（partial least squares regression，PLSR）、高斯过程回归（gaussian process regression，GPR）、深度神经网络回归（deep neural networks，DNN）构建冬小麦叶片和茎秆氮含量估算模型。结果表明：高光谱植被指数对叶片和茎秆氮含量的敏感性受到生育期和施氮水平的影响。在灌浆期，最佳植被指数双峰冠层植被指数 DCNI（double-peak canopy nitrogen index）对叶片氮含量的敏感性最高，R²为0.866。对茎秆氮含量，在抽穗期的敏感性最高，最佳植被指数归一化叶绿素比值指数 NPQI（normalized phaeophytinization index）与氮含量相关系数R²＝0.677。施氮水平的提升增加了光谱植被指数对茎秆氮含量的敏感性。结合SPAD值的机器学习算法提升了氮含量的估算精度，对叶片氮含量，在不同生育期和施氮水平条件下估算精度提升了1%～7%，其中在全生育期的归一化均方根误差NRMSE从0.254提升到0.214，抽穗期的NRMSE提升最大，从0.201提升到0.128。对茎秆氮含量，全生育期的NRMSE从0.443提升到0.400，抽穗期的NRMSE提升最大，从0.323提升到0.268。在全生育期，结合SPAD值的DNN模型对叶片（R²=0.782、NRMSE=0.214）和茎秆（R²=0.802、NRMSE=0.400）氮含量的估算精度最佳。研究说明，SPAD值与光谱植被指数结合有利于提升冬小麦不同生育期和施氮水平条件下叶片和茎秆氮含量的估算精度。     

有限性灌溉对设施草莓产量及水分利用效率的影响

在日光温室环境及盆栽条件下,通过与全灌(FI)比较,研究了亏缺灌溉(DI)及分根交替灌溉(PRD)对草莓产量和灌水利用效率(IWUE)的影响.试验从开花期开始到果实成熟期结束.共分5个处理,全灌(FI);分根灌溉PRD分2个处理水平,即PRD1和PRD2;限制灌溉DI也分两个处理水平,即D11和D12.与F1处理相比,DI1和DI2处理的叶水势和气孔导度明显偏低,单株叶面积、鲜果重、平均单果重也显著低于FI处理.但水分利用效率却比FI处理的高(分别高15.8%和29.3%);PRD1处理的叶水势与FI处理的相当.且高于其它处理,而气孔导度比FI,DI1和D12处理的明显降低,与PRD2处理的相近.PRD1处理的鲜果重、平均单果重与FI处理的相当,比DI1,DI2和PRD2处理的显著提高;与FI处理相比,DI1,DI2,PRD1和PRD2处理分别节水31.5%,50.0%,31.5%和50.0%,水分利用效率分别提高了15.8%,29.3%,44.4%和84.4%,从草莓产量和水分利用效率各指标可以看出,PRD1处理比DI1,DI2和PRD2处理表现出明显的优势,其综合效益最佳.     

地膜秸秆双覆盖对免耕种植玉米田土壤水热效应的影响

针对免耕秸秆覆盖种植在北方旱区导致土壤温度降低,从而造成作物产量下降的问题,该研究依托山西寿阳农业部旱地农业野外科学试验站长期保护性耕作定位试验,在免耕秸秆覆盖(NTSM)的处理上增加了地膜覆盖措施,研究秸秆地膜双覆盖免耕(NTSMP)措施对农田土壤水分、土壤温度、水分利用效率及作物产量的影响。研究结果表明,在玉米生长前期,NTSMP 0~20 cm土层的土壤含水率分别比NTSM和对照处理(CT)高20.2%和21.5%,差异显著(P0.05),但在40~110 cm土层,NTSMP处理土壤含水率却分别比NTSM及CT低8.8%~14.0%和12.7%~18.8%,差异显著(P0.05)。整个生育期结束后,NTSMP处理的土壤储水量出现了负增长,但与CT处理相比差异并不显著(P0.05)。玉米生育期前期(4月~5月)0~10 cm土壤平均温度,NTSMP处理比NTSM和CT分别高3.2℃和1.9℃,差异显著(P0.05)。NTSMP处理的玉米产量分别比NTSM和CT高50.3%、36.8%(P0.05),水分利用效率分别提高了42.5%和30.4%(P0.05)。可见,NTSMP在玉米生育前期可以增加表层土壤温度,提高表层土壤含水率,为玉米生长提供了良好的水热条件,并最终实现了玉米产量和水分利用效率的大幅提高。     

基于茎直径微变化的棉花适宜灌溉指标初步研究

在2004和2005年棉花生长季节,采用筒栽和大田小区试验相结合,对不同水分状况下茎直径微变化动态中日最大收缩量(MDS)、日增长量(DI)和当日复原所需时间(RT)等3个关键性指标进行了研究。结果表明,3个指标对植株体内水分状况变化的反应均非常敏感,随着日出前叶水势的降低,MDS明显增大;DI逐渐减小,在水势较高时变化幅度较小;RT则大幅度延长。当叶水势降低到-0.1 MPa时,DI变为负值,RT维持在24 h。3个指标的株间变异性测定结果表明,MDS和DI均存在较大的株间变异系数,RT的变异系数最小。对RT与土壤相对含水率进行相关分析发现,两者之间呈幂函数关系,相关程度达极显著水平。根据RT与叶水势和土壤相对含水率的关系,确定了RT对应于棉花适宜水分、轻度水分胁迫和重度水分胁迫的变化范围,而且,在对应的土壤含水率范围内,RT维持在一个相对稳定的区间,说明RT可作为指导棉花灌溉的适宜指标。MDS和DI由于影响因素较多,难以确定对应于水分胁迫的临界值,不适于单独作为灌溉指标。     

不同水分状况下棉花茎直径变化规律研究

利用DD型直径生长测量仪持续监测筒栽棉花茎秆直径的动态变化，对茎直径在不同天气的日变化规律、水分胁迫条件下不同生长阶段的变化规律及其与环境因素的关系进行了研究。结果表明，茎直径变化测量参数能较好地反映棉花水分状况，但茎直径变化受外界环境因素和作物自身发育特性共同影响，在不同生长阶段，宜采用不同参数作为水分诊断指标。在茎生长阶段，茎直径最大值随时间的变化能较好地反映棉花水分亏缺程度，而不同水分处理间的日最大收缩量差异不显著；在茎成熟阶段，日最大收缩量对水分亏缺的反应非常敏感，是适宜的水分诊断指标。对影响茎直径变化的环境因素进行分析后得出，土壤水分、辐射和空气饱和差影响最大，相对湿度次之，气温和风速的影响很小。在此基础上建立了棉花茎直径日最大收缩量与环境因子之间的回归模型，可为利用茎直径变化评价作物缺水状况提供依据。     

膜下滴灌棉花的土壤干旱诊断指标与灌水决策

通过利用烘干法和中子仪法对膜下滴灌棉花和常规沟灌棉花的土壤干旱情况进行诊断试验,该文对所选的两种干旱诊断指标—作物适宜土壤含水率和作物缺水指标CWSI的特点进行了研究。试验和分析表明,两种灌水方式下的棉花生长对土壤水分环境的要求是一致的。另外,两种指标所反映出的规律也基本相同。但是,因膜下滴灌棉花的耐旱性弱,受旱风险大,在生产中进行灌水决策时,其干旱诊断指标应比常规灌时灌水量稍大     

夏玉米茎流速率和茎直径变化规律及其影响因素

为了揭示夏玉米茎流速率和茎直径的变化规律及其影响因素,该研究对夏玉米生育中期的茎流变化和茎直径微变化过程进行监测,分析了二者的日变化过程及相关关系、茎流速率与环境因子之间关系、茎直径随土壤含水率的变化规律。结果表明：茎流速率日变化过程呈单峰曲线型,其变化受太阳辐射、饱和水气压差、风速等气象因子的影响显著,通过对实测数据的分析得到了茎流速率与上述气象因子的线性回归方程,为今后利用气象因子预测夏玉米的叶面蒸腾量提供了基础;茎直径微变化的日变化过程也呈现明显的昼夜变化规律,白天收缩,夜晚复原,每日茎直径最大值随土壤含水率的降低而减小,二者之间呈线性相关关系,依据这一关系可利用茎直径微变化诊断作物缺水状况。     

地膜覆盖对滴灌土壤湿润区及棉花耗水与生长的影响

土壤湿润范围是滴灌技术设计中必须考虑的指标。以田间试验为基础，通过测定、分析和对比膜下滴灌和无膜滴灌条件下土壤含水率田间分布、土壤耗水量田间分布、棉花生长状态(株高、叶面积指数、产量等)以及产量的差异等指标，对膜下滴灌土壤湿润区的特征进行了研究。研究结果表明：地膜覆盖条件下，整个土壤覆盖面积均被湿润，其土壤湿润比高于无膜滴灌下的土壤湿润比。地膜阻碍了地表积水区向膜外土壤扩展，导致膜外土壤含水率低，单根滴灌毛管控制面积内的土壤耗水量比无膜滴灌条件的耗水量低，土壤水利用率明显高于无膜滴灌条件。但是，这却造成生     

沟灌二维入渗影响因素实验研究

为进一步探明沟灌灌水沟的水分入渗规律，该文研究了沟灌中的灌水沟中水深、沟底宽、沟底导水率及土壤初始含水率等因素对沟灌二维入渗的影响，研究结果表明：减小灌水沟中水深和沟底导水率及增大土壤初始含水率都有利于灌水沟的水平侧向入渗，同时可相应减小垂向入渗；而灌水沟底宽不影响沟的侧向入渗，只影响垂向入渗，底宽减小时，垂向入渗减小。沟底导水率影响最大，计划灌水定额为45 mm，沟底导水率为0时垂向入渗深度较沟底裸露透水时减小41％，明显改善了沟灌入渗体的形状。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。     

充分灌溉条件下桃树茎直径最大日收缩量模拟

该文以6年生大田“仕女红”桃树为试验材料,研究了在充分灌溉条件下茎直径最大日收缩量（MDS）的变化规律、MDS与参考作物蒸发蒸散量、太阳净辐射量、水汽压亏缺日均值、正午水汽压亏缺值、气温日均值、正午气温的关系,目的在于建立MDS模拟方程,为现代节水灌溉提供精确决策指标。结果表明：试验期间桃树MDS与各个气象要素具有相似的变化规律,但是各个气象要素对桃树MDS的影响程度不同,经通径分析得出正午气温和太阳净辐射对MDS的直接作用、总作用和决策系数均高于其他气象要素,参考作物蒸发蒸散量、水汽压亏缺日均值、正午水汽压亏缺值、气温日均值通过正午气温和太阳净辐射对MDS起间接作用,所以正午气温和太阳净辐射量是影响MDS最主要的因子。在此基础上建立了MDS模拟方程,用此方程计算的MDS值与实测的MDS值间无显著差异。因此,该方程确定的MDS值可以作为桃树灌溉的参考值,将实测的MDS标准化后可为桃树精确灌溉提供技术支撑。     

不同灌溉模式下水分养分的运移及其利用

以玉米为试验材料通过人工控制水分的微区试验,比较了水肥异区交替灌溉与传统均匀灌溉条件下,水分与养分在200cm剖面上的动态迁移规律,并分析了不同灌水模式下的灌溉效率和肥料利用效率。结果表明,在低灌水量(450m3/hm2)水平下水肥异区交替灌溉,施肥区和灌水区之间存在水势梯度差异,NO3-N含量也有差异;灌溉效率和肥料利用效率均高于均匀灌溉。在高灌水量(900m3/hm2)水平下,水肥异区交替灌水与常规均匀灌水差异不显著,但养分离子发生了强烈的淋洗。收获后,交替灌溉的NO3-N残留量比传统灌溉要高,而水分残留量则相反。研究结果发现,交替灌溉在450m3/hm2时的产量与均匀灌溉在900m3/hm2时的产量相差并不大,即交替灌溉可节水一半。秸秆覆盖能影响060cm土壤水分运动,可减少土壤水分蒸发,但对玉米产量影响不大。