燕麦和箭筈豌豆混合种子离散元模型参数标定与试验

为了更好地应用离散元法研究燕麦和箭筈豌豆种子的混播过程,提高种子离散元模型的准确性,结合实际试验和仿真试验对仿真参数进行了标定。通过抽样分别测量了燕麦和箭筈豌豆种子的本征参数,并建立了种子离散元模型。采用碰撞试验、斜面滑动试验和斜面滚动试验,分别对燕麦种子和箭筈豌豆种子与ABS塑料板间的碰撞恢复系数、静摩擦因数及滚动摩擦因数进行了标定,得到燕麦和箭筈豌豆种子与ABS塑料板间的碰撞恢复系数分别为0.441、0.435,静摩擦因数分别为0.506、0.454,滚动摩擦因数分别为0.059、0.047。基于堆积试验,利用最陡爬坡试验和二次回归正交旋转组合试验方法,以混合种子堆积角的EDEM仿真值与实际值的相对误差为指标,确定种间碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.320、0.327、0.042。利用螺旋排种装置对标定结果进行了验证,得到仿真试验与实际试验的混合种子质量流率平均相对误差为1.76%,燕麦和箭筈豌豆种子的排种质量比平均相对误差为2.03%,验证了仿真试验的可靠性,标定的结果可用于燕麦和箭筈豌豆种子混播过程的离散元仿真试验。     

微喷带灌溉对燕麦和箭筈豌豆混播土壤水分和温度的影响北大核心

为明确高寒荒漠区饲草混播下灌水对土壤水分和土壤温度的变化规律,通过微喷带灌溉模式下灌水对土壤水分和土壤温度的影响进行了研究。以燕麦和箭筈豌豆为试验材料,设置全生育期不灌水、拔节期+开花期灌水2个处理,采用土壤墒情仪测定土壤水分和土壤温度。结果表明:①不灌水与灌水处理0~60 cm土壤水分在饲草整个生育期内变化趋势一致,但变化幅度却有所不同,不灌水处理的变化幅度为14.46%;灌水处理变化幅度为10.89%。土壤含水量变化幅度随着土层深度的加深逐渐减小,0~20 cm土层的土壤含水量受灌水和降雨的影响变化幅度最大达到20.04%。②不灌水与灌水处理0~60 cm土壤温度在整个生育期内的波动受气温的影响大于灌水处理,土壤温度变化幅度分别为15.96和14.61℃,说明灌水在一定程度上能够平稳地温。土壤温度日最大值出现的时间随着土层深度的增加逐渐推迟。③灌水与不灌水处理下土壤含水量与土壤温度之间的Person相关系数表明,各土层含水率与土壤温度之间均存在负相关关系,相关系数最大达到0.626。     

微喷带灌溉对燕麦和箭筈豌豆混播土壤水分和温度的影响

为明确高寒荒漠区饲草混播下灌水对土壤水分和土壤温度的变化规律,通过微喷带灌溉模式下灌水对土壤水分和土壤温度的影响进行了研究。以燕麦和箭筈豌豆为试验材料,设置全生育期不灌水、拔节期+开花期灌水2个处理,采用土壤墒情仪测定土壤水分和土壤温度。结果表明:①不灌水与灌水处理0～60 cm土壤水分在饲草整个生育期内变化趋势一致,但变化幅度却有所不同,不灌水处理的变化幅度为14.46%;灌水处理变化幅度为10.89%。土壤含水量变化幅度随着土层深度的加深逐渐减小,0～20 cm土层的土壤含水量受灌水和降雨的影响变化幅度最大达到20.04%。②不灌水与灌水处理0～60 cm土壤温度在整个生育期内的波动受气温的影响大于灌水处理,土壤温度变化幅度分别为15.96和14.61℃,说明灌水在一定程度上能够平稳地温。土壤温度日最大值出现的时间随着土层深度的增加逐渐推迟。③灌水与不灌水处理下土壤含水量与土壤温度之间的Person相关系数表明,各土层含水率与土壤温度之间均存在负相关关系,相关系数最大达到0.626。     

蓄水坑灌下果园土壤水-热-氧三维分布数值模拟

【目的】构建蓄水坑灌条件下的土壤水-热-氧三维分布耦合模型,探究蓄水坑灌对土壤水、热、氧分布的影响,揭示蓄水坑灌下的土壤水、热、氧空间分布特征。【方法】基于土壤水分运动方程,土壤热量传输方程和土壤氧传输方程,建立蓄水坑灌下的土壤水-热-氧三维耦合模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行数值求解,采用田间实测数据对模型进行验证,基于验证后的模型模拟增设蓄水坑和灌水对果园土壤水、热、氧分布状况的影响。【结果】三维耦合模型具有较高的精度,模型模拟土壤含水率、土壤温度和土壤氧浓度的RMSE分别为0.0367、1.6099和0.0138。增设蓄水坑后,坑壁土壤水、热、氧状况发生较大改变;随着时间的推移,蓄水坑周围的土壤含水率降低,土壤含氧量升高,坑壁与地表土壤温度呈相同的变化规律,均随着气温的降低而降低。蓄水坑灌水后,水分通过坑壁渗入土壤,形成以坑底为中心的椭球状含水率高值区和土壤温度、含氧量低值区,三者分布随着时间推移趋于均匀,但灌水对土壤温度的影响时间远低于对土壤含水率和含氧量的影响时间。灌水对土壤氧浓度影响较小,氧浓度在地表和坑壁处较高;距地表和坑壁处越远,土壤氧浓度越低。...     

东风渠灌区土壤水热环境及气象影响因子的响应研究

土壤水热环境对作物生长有着重要影响，为了确定东风渠灌区土壤水热变化特征及其气象影响因子，对灌区土壤温度和水分数据进行了为期一年的观测，利用变异系数Cv和Pearson相关法对灌区土壤水热数据进行了处理分析，结果表明：(1)土壤温度在夏季偏高，各层土壤温度表现为：表层土壤>深层土壤；冬季偏低，各层土壤温度表现为：表层土壤<深层土壤；在雨季时，土壤水分波动较大，值相对较高，一定程度上反映了各层土壤持水能力的高低：40 cm>20cm>60 cm>10 cm；(2)晴天土壤温度波动一般大于雨天，而雨天发生有效降水时，其土壤水分波动大于晴天；(3)非雨天，空气温度与土壤温度（正相关）、土壤水分（负相关）相关性最好；雨天，土壤温度与相对湿度相关性最好（正相关），雨天土壤水分与空气温度相关性最好（正相关），气象因子对土壤水热的影响随土壤深度增加，逐渐递减。研究成果对于完善灌区土壤水热变化理论，对灌区农业生产活动中土壤水热管理具有重要意义。     

季节性冻土的水热作用机制研究——以古尔班通古特沙漠南缘为例

【目的】阐明新疆干旱区冻融土壤的水热耦合关系,建立在冻结融化过程中土壤水热耦合模型。【方法】以土壤水动力学、冻土物理学和统计学为理论基础,利用土壤水分与温度测量系统对不同土层深度土壤的温度和湿度进行测量,比较土壤含水率和温度随时间与深度的变化情况,研究了新疆典型干旱区细土平原区与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同土层深度土壤在冻结期、融化期的水热变化特征。【结果】土壤冻结融化过程中,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本一致,但随着土层深度增加,土壤温度和含水率的变化趋势均在逐渐减弱;深层土壤的液态含水率在冻结融化过程中基本不随环境温度升降发生变化,浅层5、20 cm土层的温度和含水率之间具有耦合效应。【结论】季节性冻土的水分和温度之间具有耦合效应。     

降雨级别对农田蒸发和土壤水再分布的影响模拟

在野外人工模拟了6级降雨强度(小雨P1、中雨P2、大雨P3、暴雨P4、大暴雨P5和特大暴雨P6),通过分析麦田0~100 cm土壤含水率在3个时期的变化,旨在探讨不同降雨强度土壤蒸发和雨水入渗土壤后的水分分布规律。结果表明,气象条件一致时,不同降雨级别处理的土壤蒸发过程具有相同的变化趋势。土壤日蒸发量随降雨级别的增加均呈对数函数方式增长;不同处理白天土壤蒸发有显著的差异,晚上土壤蒸发差异不显著;冬小麦各生育期日均土壤蒸发量及阶段蒸发量由大到小依次为返青期、拔节期和灌浆期。在3个生育期,不同降雨级别冬小麦土壤蒸发占降雨量的比例(E/P)大小排序相同,均为P1处理P2处理P3处理P4处理P5处理P6处理。降雨入渗后土壤水分再分布规律相似,供水结束后,表层0~20 cm内土壤含水率急剧降低,大雨级别以上处理20~60 cm土层的含水率呈先增大后减少的趋势,60 cm以下土层的含水率变化较小。降雨级别越大,土壤水再分布影响的土层就越深,同时水分再分配过程所需的时间越长。另外,同一降雨级别,土壤初始含水率较低时,土壤水分运移再分布较慢。受作物根系生长发育影响,返青期0~100 cm土层土壤水分变化幅度不如拔节期、灌浆期变化明显。降雨级别越大,转化成土壤水的水量越多,大雨和暴雨转化效率最高。     

土壤水-汽-热耦合运移的数值模拟研究与验证

土壤水是自然界水分循环的重要组成部分,在研究土壤水分运移中考虑热量的影响能够提高模拟的精度并反映真实的物理过程.基于土壤水-汽-热耦合运移方程建立土壤含水率和温度的数值模拟模型,通过对VG模型的经验拟合参数n和α、土壤残余含水率θr、饱和含水率θs的率定使模拟结果得到优化;将修改后的参数作为模型的基本参数,连同气象资料,边界条件输入到模型中模拟土壤中含水率、温度的变化过程.结果表明:降雨阶段含水率和温度的模拟效果优于蒸发阶段,降雨阶段含水率、温度模拟精度都"比较好"或"很好",只有3 cm处的表层土壤含水率模拟精度为"一般"(相对均方根误差RRMSE为21.99％),这是由于表层土壤的质地不均匀所致.蒸发阶段含水率和温度在大部分深度模拟精度"很好",只有在深层(28及48 cm处)的温度模拟精度为"一般"(RRMSE为21.18％及22.92％),原因应该是土柱下部会受环境温度显著影响所致.本研究可以应用于水文循环的模拟中,可以提高下渗过程的模拟精度.     

地表滴灌条件下水热耦合迁移数值模拟与验证

土壤水热分布状况是作物优质高产的关键环境条件之一，基于土壤水、热运动基本方程，结合地表滴灌水分运动特点，建立了地表滴灌水、热运移数学模型，利用HYDRUS-2D软件对构建的数学模型进行了数值求解，并对数值模拟得到的土壤水热值与田间实测数值进行了对比验证。结果表明， 所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动和土壤温度变化及分布的动态变化具有较好的模拟效果；当土壤、气象以及灌水资料等可知时，利用该数学模型可以较准确地预测地表滴灌条件下水热耦合迁移与分布规律，模型可用来适时监测和调控地表滴灌条件下作物生长所需的土壤水、热环境条件。此外，数值模拟值和实测结果都显示，地表滴灌条件下上层土壤的水分和温度值较下层土壤易受到土壤蒸发和大气温度剧烈波动的影响。     

多次微量滴水技术对南疆棉田土壤水热盐分布的影响

【目的】研究多次微量滴水技术对南疆棉田土壤水热盐分布的影响。【方法】在南疆第三师开展小区试验,设置不同灌水量(每次15～45 mm)及灌水频率(1～3次)处理(1-15、1-30、1-45、2-15、2-30、2-45、3-15、3-30、3-45),以春灌为CK(225mm),研究灌水量与灌水频率对棉田土壤湿润体含水率、耗水特征、土壤温度、土壤pH值及土壤盐分的影响,以期找到南疆盐碱地棉苗发芽所需水分供应与盐分洗脱水量的平衡关系。【结果】灌水量为15 mm处理能较好的将湿润区控制在种孔附近范围,湿润体内含水率极大值交汇点在距滴头点水平、垂直10 cm处,与春灌CK整个剖面土壤含水率相比均小于10%,剖面内平均含水率达到14.6%;2-15处理棉花播种出苗期-苗期灌水后耗水量、耗水强度及水分利用效率表现最佳,分别为241.52 m³/hm²、1.42 mm/d、1.08 kg/m³,且显著高于CK;土壤温度随灌水量增加而降低,但土壤温度会在灌水一段时间后回升并高于CK,灌水次数越多,灌水12～24 h后土壤温度越高;各处...     

寒区春季融雪期表层土壤湿度变化与影响因素分析

为探究寒区春季融雪期表层土壤湿度时空变化及其影响因素,以松嫩平原黑土区为研究区,利用遥感和GLDAS模拟同化数据集,以温湿指数作为辅助指标,通过一元线性回归、相关分析、滑动平均及相对贡献率法,分析了融雪期表层土壤湿度时空变化特征,揭示了表层土壤湿度变化的具体驱动因素。结果表明：32年来,融雪前期表层土壤湿度空间分布均呈减小趋势,融雪后期则呈南增、北减趋势;整体而言,融雪前期表层土壤湿度主要受积雪影响,后期主要与降雨及总降水变化密切相关,只有在积雪和降雨较少的地区,温度的蒸发作用才会相对明显;融雪前期表层土壤湿度多年变化主要由温度变化趋势驱动,积雪多年变化趋势对土壤湿度变化起到一种限制作用,降雨和总降水变化趋势决定了融雪后期表层土壤湿度的变化方向;从相对贡献率分析可知,融雪前期温度的升高和降雪的减少将导致表层土壤湿度的降低趋势放大一倍,但融雪后期降雨变化趋势的积极作用在一定程度上会影响春播前期土壤湿度暖干化的反馈过程,从而对陆气间水分交换产生积极影响。     

东北地区土壤温度和湿度空间变异特性研究

于2015年4月在黑龙江农垦赵光农场,使用20套无线传感器网络节点部署在赵光农场一面积为33.4 hm 2 的玉米地块,并通过2个手持式移动节点进行加密测量。根据这一方案,获得了从4月5—29日在240 m×240 m、120 m×120 m、60 m×60 m和30 m×30 m网格下的土壤温度和土壤湿度数据。在此基础上,基于统计半方差函数理论和GIS空间Kriging插值方法分别分析了土壤温度和土壤湿度各向同性、各向异性变化特征及分布模式。结合土壤温度和土壤湿度在不同尺度下的Kriging插值结果,确定了两者最佳采样间距。试验结果表明,土壤温度和土壤湿度的半方差函数分别适用于球形模型和指数模型,两者均有很强的空间自相关。其中,土壤温度自相关距离为51.56 m,土壤湿度的自相关距离为154.16 m。土壤温度在45°、90°方向变化明显大于0°、135°方向;土壤湿度拟合决定系数( R 2 )为0.77,在0°、135°方向上变化较大,土壤温度和土壤湿度最佳采样间距分别为60 m和100 m。     

膜下滴灌土壤湿润区水热耦合对棉花生长的影响

为了探明膜下滴灌土壤湿润区对土壤温度及棉花生长的影响,试验中通过不同滴水流量的设置（＂1倍滴流量＂、＂2倍滴流量＂和＂4倍滴流量＂）获得了不同的土壤湿润区范围和膜下土壤含水率分布;测定了棉花生育期土壤水分和温度以及棉花生长指标和产量。结果表明,在覆膜保温作用下,膜下滴灌土壤湿润区扩大和土壤含水率的增加对膜下土壤温度没有...     

雨型对东北典型黑土区顺坡垄作坡面土壤侵蚀的影响

基于人工模拟降雨试验,研究了雨型对东北黑土区顺坡垄作坡面土壤侵蚀的影响。根据典型黑土区侵蚀性降雨标准及雨型特征,试验设计了总降雨量相同(降雨量为87.5 mm)的5种不同雨型,即增强型(降雨过程中降雨强度分布为50-75-100-125 mm/h)、减弱型(降雨过程中降雨强度分布为125-100-75-50 mm/h)、峰值型(降雨过程中降雨强度分布为50-75-100-125-100-75-50 mm/h)、谷值型(降雨过程中降雨强度分布为100-75-50-75-100 mm/h)和均匀型(降雨过程中降雨强度保持75 mm/h不变),以及1个坡度(即顺坡垄作改横坡垄作的临界坡度5°)。结果表明,受前期预降雨的影响,各雨型处理的顺坡垄作坡面径流量差异较小,但坡面侵蚀量存在明显差异,其中峰值型雨型引起的坡面侵蚀量最大,分别是谷值型、减弱型、均匀型和增强型雨型处理下的1.20、1.63、1.78、1.80倍。引起侵蚀量较大的雨型(峰值型、谷值型和减弱型)在典型黑土区天然降雨中出现频次超过70%,这可能是该区夏季顺坡垄作坡面侵蚀作用强烈的重要原因之一。同一降雨强度在不同雨型中出现的时序不同,其产生的径流量和侵蚀量对总径流量和总侵蚀量的贡献率也不相同。除125 mm/h外,同一降雨强度出现在起始阶段产生的侵蚀量对坡面总侵蚀量的贡献率显著大于其出现在其他阶段对坡面总侵蚀量的贡献率。     

考虑空气影响的干旱区土壤水分运移模式研究

在前人研究的基础上,根据石河子垦区的实际情况,确定模型特定的边界条件及参数,建立适合该区的包气带-饱和带水、气二相流的质热传输模型,模拟土壤水分、温度的动态变化,并利用实测土壤温度、土壤含水率数据进行模型检验。结果表明:模拟的土壤温度和含水率能够较好地反映实测值的变化规律,各土层模拟精度评价指标表明考虑空气影响的模拟结果更接近实测结果。对于9.7 mm日降水量的入渗深度,耦合模型可影响20 cm深土壤含水率,单相模型可影响到30 cm深左右。降水当日考虑空气模拟的蒸发速率比不考虑空气模拟的蒸发速率大7.7%;降水后1 d,不考虑空气影响导致蒸发速率比考虑空气的小3.19%。计算模拟期2种模型土壤总蒸发量,相差不大。根据2种模型水量平衡分析结果对比蒸发量的计算值与模拟值,发现考虑空气影响的模型模拟结果更可靠。     

Analysis of yield,sowing and flowering dates of barley of field survey results in Spain

Sowing dates, flowering dates and yields of barley (Hordeum vulgare L.) of more than 500 sample plots (20×20 m) in Spain have been investigated, with the aim to obtain a better understanding of the consequences of sowing date and flowering date variation on yield. The results of this study may provide an indication of whether for Spain, and eventually also for other semi-arid areas in Mediterranean regions, one or more sowing dates should be used as input in the crop growth monitoring systems applied by the European Union (EU). Data for the seasons 1993–94, 1994–95 and 1995–96 have been studied. The association between sowing dates, rainfall and soil moisture status has been tested. For rainfall, observed and interpolated data were used. Soil moisture estimates were retrieved from scatterometter data of the European remote sensing (ERS) satellites. Analysis of the sowing date suggests that sowing is associated with the expected beginning of the rainy season. Variation in sowing dates as a result of rainfall variation could not be demonstrated. Yield variance analysis, grouping yield by sowing date and by flowering date, did not provide convincing evidence that sowing and flowering date variation influenced yield.     

覆膜滴灌紫薯农田水热传输规律及其对环境因子的响应

农田水热传输过程的量化对于农业用水管理和作物灌溉制度的制定具有重要意义。本文利用波文比通量观测系统实测数据和气象站资料,对覆膜滴灌紫薯农田的水热通量变化规律及其对环境因子的响应进行了研究。结果表明：潜热通量是全生育期覆膜滴灌农田能量支出的主要部分,显热通量和土壤热通量支出占比较小,全生育期潜热通量、显热通量、土壤热通量支出占比分别为69.12%、25.14%、6.57%。不同天气条件下,显热通量的大小和变化范围均小于潜热通量。潜热通量对降雨和灌溉的响应最为显著,且降雨影响程度大于灌溉。净辐射、气温对潜热通量的影响较大,表层土温和风速变化的影响则较低,各环境因子主要通过直接和间接作用共同对潜热通量产生影响。该研究成果可以深化对覆膜滴灌紫薯农田水热传输规律的认识,为作物高效用水提供理论依据。     

Could deficit irrigation be a sustainable practice for quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) in the Southern Bolivian Altiplano?

The application of deficit irrigation (DI) to stabilize yield and to increase water productivity of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) raises questions in the arid Southern Altiplano of Bolivia where water resources are limited and often saline. Rainfed quinoa and quinoa with irrigation restricted to the flowering and early grain filling were studied during the growing seasons of 2005–2006 and 2006–2007 in a location with (Irpani) and without (Mejillones) water contribution from a shallow water table. It was found that the effect of additional irrigation was only significant above a basic fulfillment of crop water requirements of around 55%. Below this threshold, yields, total water use efficiency (TWUE) and marginal irrigation water use efficiency (MIWUE) of quinoa with DI were low. Capillary rise (CR) from groundwater was assessed using the one-dimensional UPFLOW model. The contribution of water from capillary rise in the region of Irpani ranges from 8 to 25% of seasonal crop evapotranspiration (ET_c) of quinoa, depending mostly on the depth of the groundwater table and the amount of rainfall during the rainy season. DI with poor quality water and cultivation of crops in fields with a shallow saline groundwater table pose a serious threat for sustainable quinoa farming. To assess the impact of saline water resources, soil salinity and required leaching were simulated by combining the soil water and salt balance model BUDGET with UPFLOW. The results indicate that irrigation of quinoa with saline water and/or CR from a saline shallow water table might, already after 1 year, result in significant salt accumulation in the root zone in the arid Southern Altiplano. A farming system with only 1 year fallow is often insufficient to leach sufficient salts out of the root zone. In case the number of fallow years cannot be increased, leaching by means of an important irrigation application before sowing is an alternative. Although potentially beneficial, DI of quinoa in arid regions such as the Southern Bolivian Altiplano should be considered with precaution.     

Effects of precipitation patterns and temperature trends on soil water available for vineyards in a Mediterranean climate area

The objective of this paper is to analyse the impact of temperature increases and irregular rainfall distribution, associated with climate change, on water availability for rainfed vineyards cultivated in a Mediterranean climate area. The study includes the analysis of the interrelations between precipitation distribution, temperature, evapotranspiration and runoff rates, and the resulting water storage in vineyards soils of the Penedès region (NE Spain). A hierarchical cluster analysis was applied to classify the years according to water availability. The influence of water stored into the soil on yield for some one of the main vine varieties cultivated in the area is analysed. A vineyard, representative of the land management practices in this area, was selected for soil moisture monitoring and runoff evaluations, as well as for grape yield, which was compared with yields recorded in other plots.According to rainfall distribution and water availability, the 12 analysed years represent five different situations: wet years with positive and negative water balance; dry years; years with average annual rainfall but irregularly distributed throughout the year leading to a negative water balance; and extreme situations. Significant water deficits were observed in years in which total rainfall amount was above the annual average in the area, being similar to those observed in dry years: in 8 of the 12 analysed years deficits higher than 100 mm (up to 309 mm) during the growing period (budbreak-harvest) were recorded. At annual scale, 42% of the analysed years recorded deficits ranging between 27.7 and 191.4 mm. In the driest years, and those with more irregular rainfall distribution, soil moisture contents below the wilting point were reached. The high intensity rainfalls, producing important runoff losses (in many cases out of the periods in which crop water needs are higher), together with the increasing temperature trends, which give rise to significant evapotranspiration increases (values up to 32% higher than the average were recorded during the study period), are the main responsible factors for the water deficits recorded during grape development. Winegrape yield was influenced by the water stored into the soil, bloom-veraison or during budbreak-bloom depending on the variety.