灌溉水量对无压灌溉水分运移的影响

通过试验,分析研究了不同灌溉水量对无压灌溉入渗过程中水分运移的影响。试验表明,无压灌溉湿润体形状近似为球体,且与土壤类型、气象条件等外界因素无关,提出了用灌溉水量估计湿润体大小的经验方程;湿润体内水平和垂直方向含水率分布规律表明,各层或各深度范围内含水率变化趋势相近,湿润体内固定点处的含水率在灌水过程中几乎不发生变化,灌溉水量的增加只是用来扩大湿润体的大小。研究结果对无压灌溉灌水定额的制定具有重要指导意义。     

基于茎干含水率的紫薇病虫害等级早期诊断方法

为了对植物病虫害进行早期预警,提出一种基于茎干含水率的植物病虫害等级早期诊断方法。以紫薇为研究对象,监测复苏萌芽期内不同健康等级紫薇的茎干含水率;然后,分别通过关键参数和主成分分析对茎干含水率进行特征提取;最后,结合有监督和无监督学习模型实现对紫薇病虫害等级的早期诊断。基于方差分析,紫薇健康等级对日最小含水率、日最大含水率、日平均含水率、日极差含水率4个关键参数的影响均为极显著。基于主成分分析,茎干含水率时间序列前4个主成分的累计贡献率达到99.7%。在有监督模型中,以主成分特征为输入的BP模型的性能最优,平均识别率达到98%;在无监督模型中,以主成分特征为输入的K均值模型最优,平均识别率达到92%。因此,茎干含水率可以作为诊断植物病虫害等级的早期指标,主成分特征优于关键参数特征,有监督模型优于无监督模型。     

基于K-means聚类算法的草莓灌溉策略研究

为进一步提高日光温室封闭式栽培下草莓灌溉水肥利用率,研究了基质含水率和温度影响下的草莓灌溉策略优化方法。采用土壤水分传感器对草莓果期基质含水率进行实时监测,通过对基质含水率随时间变化的规律分析,并结合日平均温度进行K-means聚类分析,提出一种草莓优化灌溉策略。试验结果表明,灌溉第1阶段基质含水率快速上升,在灌溉结束时达到峰值,每次灌溉基质含水率平均提高21.5个百分点;第2阶段快速下降,在20 min内基质含水率平均下降3.5个百分点;第3阶段变化趋于平稳,在30 min内基质含水率平均下降1.2个百分点。在每个灌溉周期内,含水率呈线性下降趋势,在整个果期内,其斜率随日平均温度的升高逐渐增加,由0.0114增加至0.0365。研究结果表明,根据基质含水率变化和日平均温度区间进行定量灌溉,理论上果期每株草莓仅需要4.51 L水,可节水15.4%,该方法能有效提高水肥利用率,实现节水节肥。     

活立木茎干水分状况实时检测传感器研究

活立木茎干水分状况是植物生命状态的有效体现,其中茎干含水率(Stem water content, StWC)和液流密度(Sap flux density, SFD)是研究植物体内水分变化规律的重要参数。准确检测活立木茎干同一空间位置的含水率和液流密度可以更有效地分析2个参数的关系、评估植物生长状况。将基于驻波率(Standing wave ratio, SWR)原理的茎干水分检测方法和基于热比率法(Heat ratio method, HRM)原理的茎干液流检测方法结合,设计了活立木茎干含水率和液流复合参数检测传感器,复合传感器的含水率检测单元和液流检测单元复用一套三针式探针,可对活立木茎干同一位置的含水率和液流实时精准检测。含水率检测单元输出电压与介电常数(6～53.3范围内,对应茎干含水率为0～85%)具有良好的线性关系(决定系数R²=0.970 1),静态稳定性良好(长时间测试最大波动为0.6%全量程)。以杨树为研究对象,含水率检测单元与BD-IV型植物茎体水分传感器的对比实验结果一致(决定系数R²=0.980 0)。液流检测单元与S...     

宁夏南部雨养农业区玉米生育期土壤含水率控制阈值研究

在宁夏南部雨养农业区,设置玉米不同生育期土壤含水率控制下限指标,开展以土壤含水率为灌溉控制指标的精量灌溉技术试验研究。在分析玉米各生育期灌水量、土壤含水率、作物产量、水分利用效率的基础上,推荐在丰水条件下,玉米生育期土壤含水率控制阈值为:种植期80%θf、苗期—拔节期55%θf、拔节期—抽雄期85%θf、抽雄期—灌浆期80%θf,水分生产效率可达3.35kg/m3。宁夏南部雨养农业区推荐土壤含水率控制阈值为:种植期60%θf、苗期45%θf、拔节期50%θf、抽雄前期60%θf,水分生产效率可达3.7kg/m3。     

基于无线传感器网络的丘陵果园灌溉控制系统

为解决目前丘陵地区果树灌溉技术中存在的过度灌溉、浪费水资源等问题,以实现丘陵果园节水灌溉,结合无线传感器网络技术,设计开发了一种基于无线传感器网络的丘陵果园灌溉控制系统.系统以ATmega128L单片机为控制核心,由上位机、汇聚节点、无线传感器节点、土壤水分传感器和电磁阀等组成,其中土壤水分传感器和电磁阀连接到无线传感器节点上,汇聚节点与传感器节点之间数据采用无线方式进行传输,汇聚节点通过RS-232串口线与上位机相连.系统能实时监测葡萄土壤含水率的变化,根据土壤含水率来判断葡萄是否缺水,并发出灌溉指令实施对葡萄精确灌溉,系统实现了葡萄园灌溉的自动化控制.通过试验,选定25 cm深度的土壤含水率为灌溉启动监测量,启动灌溉的监测阈值设定为26.8%;选定50 cm深度的土壤含水率为灌溉停止监测量,系统停止灌溉的监测阈值为45.5%.试验表明：系统可以达到精确灌溉要求,结合葡萄的生存阈值可以实现节水灌溉.     

基于饱和土壤埋深调控的水稻节水灌溉技术研究

采用盆栽试验和Hydrus-1d模型模拟相结合的方法，研究了不同耗水强度下稻田落干脱水过程中土壤含水率与饱和土壤埋深的变化规律，建立了土壤含水率与饱和土壤埋深之间的定量关系。结果表明，在稻田落干脱水过程中，土壤含水率与饱和土壤埋深具有很好的同步变化规律，采用率定后的Hydrus-1d模型能够较好地模拟稻田落干脱水过程中二者的变化。试验和模拟结果均显示，节水灌溉稻田土壤含水率与饱和土壤埋深之间呈明显的二次抛物线关系，即饱和土壤埋深随着稻田落干脱水过程中土壤含水率的降低而增大。基于二者之间的定量关系与传统土壤含水率指标临界值，计算得到了饱和土壤埋深指标临界值，确定了各生育期饱和土壤埋深临界值区间为（0.27m，0.50m），由此提出了以饱和土壤埋深为调控指标的水稻节水灌溉技术。该技术采用易于观测的饱和土壤埋深作为控制指标，克服了以土壤含水率、田间无水层天数等控制指标带来的监测成本高、测量精度低等问题，在准确反映田间水分状况的同时，满足了节水灌溉规模化应用的需求。     

再生水灌溉对果菜类蔬菜产量及品质的影响

为推动再生水灌溉作物的适宜性分类，该文研究了再生水灌溉对果菜类蔬菜产量与品质的影响。结果表明，再生水处理与对照处理相比可显著增加果菜类蔬菜产量，其中，西红柿、黄瓜平均增产15.1%、23.6%。茄子、豆角增产60.7%、7.4%。再生水灌溉对果实含水率、粗蛋白、氨基酸含量、可溶性总糖、维生素C、粗灰分、硝酸盐、亚硝酸盐等品质或营养指标无显著影响，再生水灌溉处理硝酸盐、亚硝酸盐含量低于标准限值。研究为再生水适宜灌溉的作物筛选提供了技术依据。     

荔枝园智能灌溉决策系统模糊控制器设计与优化

为解决荔枝园灌溉中水资源浪费严重的问题,根据现有装备条件,设计了基于无线传感器网的模糊专家决策系统,并对系统的模糊控制器进行优化以提升系统整体性能。该系统通过网关节点实时接收来自传感器节点采集的荔枝园环境信息,选择土壤实测含水率与预设土壤最佳含水率的误差及其变化率作为决策因子,得出预测灌溉值等决策结果。通过Matlab仿真并进行果园实地试验,分析该系统的有效性。仿真结果表明,该智能灌溉系统能结合荔枝园土壤含水率情况进行适时、适量灌溉,有效实现了经济灌溉,并且优化后的模糊灌溉系统实现了更高的暂态性能、控制精度及抗干扰性,系统响应时间更快。试验结果表明,基于模糊控制器的智能灌溉系统能有效地对荔枝园灌溉进行控制,使荔枝园土壤含水率维持在17.8%左右,符合荔枝树的生长环境;同时,基于优化后的模糊控制器的智能灌溉系统将荔枝园土壤含水率平均值控制在17.6%,更接近系统预设的荔枝园土壤最佳含水率17%,并且具有更高的控制精度、更强的抗干扰性与实用性。     

基于微环境参数集的茎干水分变化规律与估算模型研究

以杨树为研究对象,通过分析茎干水分与微环境参数集的变化关系,提出了茎干水分的估算模型。采用主成分分析法选取微环境参数集的最大主成分PC1作为特征变量,解决了微环境参数集之间的共线性问题,并在保留98.89%的原始数据信息的同时,达到了数据降维的目的,从而降低了模型复杂度。以PC1作为输入变量,茎干水分作为输出变量,基于两者的周期性变化规律建立了茎干水分与PC1的斜椭圆模型。在微环境状况相近的6个晴天,该模型的平均误差小于0.05%,均方根误差小于0.06%,决定系数大于0.94,能够较好地依据微环境参数集估算出实时的茎干含水率。但是由于植株个体存在形态指标上的差异,不同植株茎干水分与PC1的斜椭圆模型的预估参数也会存在差异,针对不同季节和气象环境需要分别建立茎干水分的估算模型。     

间作模式下玉米干旱胁迫响应研究

【目的】为了在干旱地区建立玉米大豆间作模式的节水灌溉制度,在大型防雨棚中针对玉米大豆间作模式下的玉米生长情况进行干旱胁迫研究。【方法】设置3个土壤相对含水率,进行玉米和大豆间作种植试验,通过分析玉米叶片叶绿素量、生长特性、产量等因素,研究了不同生育时期干旱胁迫对玉米生长的主要影响以及玉米和大豆之间的水分竞争情况。【结果】前期适当的干旱使玉米的株高和茎粗分别增加了6.24%、7.83%,对玉米叶绿素量积累也是有利的;在玉米生长旺盛时期,干旱导致玉米产量下降,适当干旱区域水分利用效率最大为1.39%。【结论】玉米在拔节—灌浆期对水分最敏感,在此阶段玉米和大豆对水分的竞争模式也最为复杂,在出苗中后期,适当干旱有利于玉米后期发育。     

工业番茄适宜土壤含水率下限研究

为研究新疆不同土壤含水率下限对工业番茄生长、耗水量产量及水分生产率的影响,以工业番茄为研究对象,进行测坑试验,开展了膜下滴灌模式下的工业番茄试验。试验表明:工业番茄的灌水次数和总灌水量随着土壤含水率下限的增大而变大。在计划湿润层设置为固定的40 cm深时,灌水定额随土壤含水率下限的降低而增加。工业番茄的株高、叶面积指数和叶绿素含量在生育期内呈先增后减的变化趋势,工业番茄生理指标适宜的土壤含水率下限为65%,对应的耗水量为405.0 mm,灌水次数为7次,灌水定额为57.8 mm。     

不同生育期干旱胁迫对温室葡萄WUE、产量及品质的影响

【目的】探讨不同生育期干旱胁迫对设施栽培葡萄水分利用效率、产量和品质的影响。【方法】在甘肃省永登县设施葡萄试验基地开展了葡萄滴灌不同生育期水分调控田间灌溉试验,在葡萄新梢生长、开花、果实膨大、着色成熟期分别以55%田间持水率(θ_f)为灌水下限的干旱胁迫处理,依次为新梢生长期干旱胁迫(PS)、开花期干旱胁迫(FS)、果实膨大期干旱胁迫(ES)、着色成熟期干旱胁迫(CS),其他生育期灌水下限均为75%θ_f;全生育期以75%θ_f为灌水下限的处理为(CK)充分供水,研究了不同处理对葡萄粒径膨大速率、产量、水分利用效率(water use efficiency,WUE)以及品质的影响。【结果】新梢生长期干旱胁迫处理能抑制葡萄粒径膨大,但不会影响其生长的"双S"变化规律,且复水后粒径恢复生长并出现复水补偿效应;横、纵径在膨大期后14 d左右和52 d左右时达到膨大高峰,且第1次膨大高峰时的膨大速率远大于第2次的;新梢期和着色成熟期干旱胁迫较对照依次增产44.6%、42.5%,WUE依次提高71%、57%,果实膨大期干旱胁迫较CK可减产9.7%,WUE降低1.2%;新梢生长期、开花期和果实膨大期干旱胁迫单穂质量、单粒质量均显著(P<0.05)高于CK,开花期干旱胁迫花青素量显著(P<0.05)高于CK,着色成熟期干旱胁迫果糖、蔗糖、葡萄糖、可溶性固形物量显著(P<0.05)高于CK,并可抑制葡萄果实可滴定酸的积累;隶属函数综合分析表明,着色成熟期干旱胁迫葡萄产量和品质最优。【结论】着色成熟期干旱胁迫为当地设施栽培葡萄最佳的水分调控处理,可达到节水和提高葡萄果实产量和品质的生产效果,其水分调控模式为:土壤含水率为田间持水率的55%～80%,灌水定额为270 m~3/hm~2。     

灌水模式及下限对滴灌棉花产量和品质的影响

为探索滴灌条件下棉花优质高效灌溉指标,在新疆石河子研究了地下滴灌(SSDI)和膜下滴灌(SDI)条件下不同灌水控制下限对棉花耗水量、品质以及水分利用率的影响.结果表明,相同滴灌模式,棉花蕾期耗水量随灌水控制下限的提高而增加,花铃期水分胁迫处理的棉花阶段耗水量普遍低于对照处理;蕾期适度水分胁迫(灌水控制下限为60% FC)花铃期充分供水(灌水控制下限为75% FC)处理(SDI-7和SSDI-7)有利于籽棉产量的提高,与对照处理相比,籽棉产量提高了14.48%(SDI-7)和11.60%(SSDI-7);水分处理对棉花衣分、棉纤维整齐度的影响不明显,蕾期和花铃期水分胁迫对棉纤维上半部平均长度的影响随水分胁迫程度的加重而加剧,蕾期适度水分胁迫(灌水控制下限为60% FC)有利于棉纤维断裂比强度的提高.相同水分处理,地下滴灌棉花产量和灌溉水利用率均高于膜下滴灌棉花.与对照处理相比,蕾期和花铃期灌水控制下限分别为60% FC和75% FC,灌水定额为30 mm处理在节约灌溉水的同时提高了籽棉产量并改善了棉纤维品质,可作为石河子垦区滴灌棉花适宜的灌水指标.     

温室膜下滴灌条件下黄瓜经济灌溉制度及其下限值的研究

以温室黄瓜为试验材料,采用膜下滴灌,对最适宜作物生长的温度、水分胁迫指数和干物质转化因子3个作物生长模型参数进行了率定,并以此为依据分析确定了膜下滴灌黄瓜的经济灌溉制度。结果表明:采用经济灌溉制度比实际灌水有显著的增产增收效果,产量和效益分别增加2.54t/hm~2和2.36万元/hm~2,节约灌溉水量7.59%;在经济灌溉条件下灌水前土壤含水率(0~60cm)随时间的变化幅度较作物生长期土壤含水率的变化幅度小得多,取各次灌水前土壤含水率的平均值作为作物经济灌溉的灌水下限值,对于本研究中的黄瓜,其值为0.240。按照该灌水下限值灌水,可使温室膜下滴灌黄瓜单位面积的灌溉效益最大。     

膜下调亏滴灌对制种玉米耗水规律及产量的影响

通过大田膜下调亏滴灌试验,测定了制种玉米叶面积指数、耗水量和产量等指标。结果表明,拔节—抽穗期缺水抑制了叶面积的生长,对产量负面影响极为显著,水分利用效率显著降低;灌浆—成熟期缺水对叶面积指数和产量影响甚微,而水分生产效率却显著提高,通过建立产量与叶面积指数以及叶面积指数与日耗水强度模型,提出了在抽穗期充分供水,苗期和成熟期减小供水、保持适度的水分亏缺的制种玉米节水高产水分调控模式。     

调亏灌溉条件下紫花苜蓿生长、作物系数和水分利用效率试验研究

为了探讨西北旱区饲草作物节水灌溉新途径,在石羊河流域下游民勤干旱荒漠绿洲区大田进行了不同调亏灌溉模式下紫花苜蓿生长、作物系数及水分利用效率试验研究。结果表明,第一茬不同调亏处理最终株高差异不显著,而返青期、分枝期土壤水分下限为55%田间持水量(θf)的水分亏缺有利于增加分枝数,而茎粗随灌水量增加而增加。不同处理的耗水强度总体趋势是随着供水量的增加而递增。作物系数(Kc)第一茬随生育阶段逐渐增大,全年Kc随茬次递减。第一茬土壤水分下限55%θf的控水处理,有利于后继茬次生长,保证全年总产量最高。在石羊河流域水资源严重不足的情况下,调亏灌溉是一种有效的灌溉方式,在民勤干旱缺水地区苜蓿第一茬土壤水分下限不应低于55%θf,第二、三茬土壤水分下限保持(55%~70%)θf可以获得较高的产量和水分利用效率。     

非充分灌溉条件下春小麦三水利用效果研究

在非充分灌溉条件下,采用不同的灌水次数和不同的灌水定额进行灌溉试验,考虑灌水与无灌水2个因素,对春小麦的水分利用系数及水分生产率进行研究。结果表明,生育期土壤水和灌溉水所产生的效果对于小麦在80%以上,土壤水和降水对春小麦产量的影响是不可忽略的。从而进一步揭示和明确了灌溉水、土壤水、降水的价值,使几种水对作物产生的效果得到客观的评价。在干旱条件下水分利用率高是以牺牲产量为代价,在实际生产中应结合考虑各因素进行优化利用。     

圆形喷灌机条件下不同灌水施肥量对冬小麦产量的影响

为探究圆形喷灌机条件下不同灌水施肥量对冬小麦产量、耗水量、茎数等指标的影响,本研究在北京顺义地区开展了田间试验。试验设置2个因素,3个灌水量水平S1、S2、S3(1 950、1 725、1 500m3/hm2)和2个施氮水平F1、F2(286.20、336.30kg/hm2),根据土壤含水率占田间持水量(FC)的百分率来设置灌水水平,在返青期、拔节期、灌浆期的灌水下限依次设定为75%FC、80%FC、65%FC。结果表明:当灌水量一定时,冬小麦叶面积指数、有效茎数随施肥量的增加而增加,但其耗水量、产量受肥料的影响不显著;当施肥量一定时,冬小麦产量在不同水处理下有显著性差异。试验测得最大产量的处理为S1F1,比对照组半固定式喷灌增产35%。水肥耦合对冬小麦产量的影响效应中,灌水量起主导作用,建议该地区冬小麦可以采用高水低肥的灌溉施肥模式。