根土系统中的根系水力提升研究综述

根土系统可看作是土壤-植物-大气连续体(SPAC)系统的子系统, 根土间存在着内在优化协调的动态机制以更大限度地为SPAC 过程提供水分和养分。植物根系的水力提升现象是根土系统对水分分异的根土环境中土壤水资源优化利用的过程, 是植物根系所具有的一种普遍现象。植物根系的水力提升作用利于植物对土壤水分利用最大化, 同时也促进了对土壤养分的吸收利用及对土壤环境的改善。可以从系统优化的观点对这一现象的存在进行理论解释, 其发生受一定的条件制约, 是必然中的偶然。根系水力提升量不容忽视, 在一些环境的植物中, 水力提升提供了很大比例的蒸腾水分, 不仅对植物蒸腾耗水有利, 更存在广泛的生理生态意义。研究根系提水的应用对干旱区农业发展和生态修复有着潜在的价值, 具有广泛的研究前景。     

农田耗水构成、规律及影响因素分析

农业用水占总用水量的70%左右, 对农田耗水规律和过程的研究对发展区域节水农业有着非常重要的作用。本文通过回顾中国科学院栾城农业生态系统试验站建站以来在农田水分循环和节水方面的研究进展,对长期定位试验下不同灌溉水量的耗水规律、农田耗水过程及影响农田耗水的因素进行了分析。通过利用水量平衡法和大型蒸渗仪测定等方法确定蒸散量, 用小型蒸发器测定土壤蒸发。长期定位试验的结果表明: 在该区域冬小麦-夏玉米一年两作的种植方式下, 这两种作物耗水量相似, 随着灌溉量的增加, 农田耗水有增加的趋势; 冬小麦的农田耗水量在283~493 mm 之间, 灌溉水量较小处理的变异系数较大。利用大型称重式蒸渗仪和自制的微型蒸发器(MLS)测定的冬小麦和夏玉米季的棵间蒸发均占蒸散量的1/3。因此, 在此基础上可以利用秸秆覆盖减少土壤蒸发且效果非常明显, 20 年的试验表明秸秆覆盖每年可以减少土壤蒸发40~50 mm, 冬小麦秸秆覆盖夏玉米田可以抑制棵间蒸发的58.0%, 夏玉米秸秆覆盖冬小麦田可以抑制蒸发40.4%。长期耕作的定位试验表明: 不同耕作方式下的土壤蒸发也存在明显的差异, 免耕加秸秆覆盖处理的蒸发最小, 而深耕的最大。同时, 不同灌溉制度、种植方式和冠层结构均会对农田耗水产生影响。这些研究结果为以后的节水理论和技术发展提供了依据。     

不同种植方式对棉田土壤温度、棉花耗水 和生长的影响

通过2010-2011年大田试验,研究了平作、沟播和地膜覆盖(沟播+地膜覆盖)下棉花生长、水分消耗以及棉田地温变化情况.结果表明:地膜覆盖对棉花苗期和现蕾期地温日变化、最高温影响最大,通过提高土壤温度的最高值来影响土壤温度变化,开花结铃期以后种植方式对地温的影响不明显;不同种植方式对土壤水分也产生了一定影响,覆膜处理的土壤含水量高于其他2种处理,2010年覆膜和沟播处理比平作处理下的水分利用效率分别提高62.4％和25.3％,2011年为26.1％和10.3％;覆膜处理下的棉花净光合速率、生物量和籽棉产量都高于平作和沟播处理,而沟播与平作间的差异不明显;与平作相比,2010和2011年覆膜和沟播处理下的棉花水分利用效率分别提高了0.17、0.10 kg·m-3和0.10、0.03 kg·m-3.覆膜处理与沟播和平作处理相比,能够提高棉花生育前期的地温,有效地保持土壤水分,有利于棉花增产,最终提高了水分利用效率.     

华北平原高产农区冬小麦农田土壤温室气体排放及其综合温室效应

研究不同农业管理措施下小麦农田N2O、CO2、CH4等温室气体的综合增温潜势,有助于科学评价农业管理措施在减少温室气体排放和减缓全球变暖方面的作用,为制定温室气体减排措施提供依据。本研究采用静态明箱气相色谱法对华北平原高产农区4种农业管理措施下冬小麦农田土壤温室气体(CO2、CH4和N2O)季节排放通量进行了监测,估算了不同农业管理措施下小麦季的综合温室效应。结果表明,华北太行山前平原冬小麦农田土壤是CO2、N2O的排放源,CH4的吸收汇。不同农业管理措施对不同温室气体的排放源和吸收汇强度的影响不同,增施氮肥、充分灌溉促进了土壤CO2、N2O的生成,强化了土壤CO2和N2O排放源的特征;但却抑制了土壤对CH4的氧化,弱化了土壤作为大气CH4吸收汇的特征。2009—2010年和2010—2011年冬小麦生长季T1(传统模式)、T2(高产高效模式)、T3(再高产模式)和T4(再高产高效和土壤生产力提高模式)处理土壤排放的温室气体碳当量分别依次为8 880 kg(CO2).hm 2、8 372 kg(CO2).hm 2、9 600 kg(CO2).hm 2、9 318kg(CO2).hm 2和13 395 kg(CO2).hm 2、12 904 kg(CO2).hm 2、13 933 kg(CO2).hm 2、13 189 kg(CO2).hm 2。各处理间温室气体排放差异主要是由于施肥和灌溉措施的不同引起的,秸秆还田与否是造成年度间温室气体排放存在差异的主要原因。T2处理综合增温潜势相对较低,产量和产投比相对较高,为本区域冬小麦优化管理模式。     

水氮调控对冬小麦根冠比和水分利用效率的影响研究

通过田间和桶栽试验研究了水、氮调控对冬小麦根冠比和水分利用效率的影响。田间试验结果显示,土壤水分条件对冬小麦根冠生长影响显著。当冬小麦生育期60 cm土层土壤水分维持在田间持水量的60%以上时,根冠比维持稳定状态,不随灌溉次数的增加而变化;当冬小T麦生育期60 cm土层土壤水分低于田间持水量的60%时,土壤越干旱,根冠比越大。桶栽试验结果显示,氮素水平对冬小麦根冠比影响显著,而水氮互作效应对根冠比影响不显著。在所有水分处理条件下,随着施氮量增加,冬小麦根量减少。施氮对冬小麦地上部分和地下部分的影响不同。在水分亏缺条件下,随着氮用量增加,冬小麦经济产量呈增加趋势,水分利用效率与施氮量存在明显正相关关系;而在充分灌溉条件下,产量随着施氮量的增加表现出先增加后降低的趋势,存在一个氮肥用量阈值。因此,水氮通过调控地上地下干物质分配而影响作物产量和水分利用效率,在水分供应受限制条件下,增施氮肥会降低根冠比,更利于地上干物质的积累和经济产量形成。田间试验和桶栽试验均表明,冬小麦根冠比与水分利用效率呈负相关,根冠比大不利于地上部分干物质的积累和作物产量的形成,导致水分利用效率降低。     

日光温室冬春茬黄瓜产量与灌水量的关系

对华北地区日光温室冬春茬黄瓜产量与灌水量的关系进行了研究，黄瓜于１１月２５日播种，翌年１月１０日定植，从定植到拉秧１４０ｄ（天），设５个灌水量处理（１６２．５～４８４．１ｍ３·６６７ｍ－２）。结果表明，黄瓜产量（９１９２～１２９３３ｋｇ·６６７ｍ－２）随灌水量的增加而增加，灌水利用效率则随之减少，黄瓜品质有下降的趋势。利用含盐量２．２ｇ·Ｌ－１微咸水灌溉，土壤盐分累积显著，但土壤表层盐分随灌水量的增加而减少。     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施。本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射（TPAR）、叶面积指数（LAI）、冠层截获的光合有效辐射（IPAR）等的变化及播期对冬小麦产量的影响。结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大。小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872。小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异。因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产。     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施.本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射(TPAR)、叶面积指数(LAI)、冠层截获的光合有效辐射(IPAR)等的变化及播期对冬小麦产量的影响.结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大.小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872.小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异.因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产.     

改进的蜂群算法在机器人路径规划中的应用

人工蜂群算法已经急速占据了增加的利益群体智能研究社区和被应用到许多真实世界的领域,然而,人工蜂群算法在处理一些复杂问题时也面临着初始收敛速度慢的问题,为了克服这个缺点,本文提出了改进的人工蜂群算法:第一,配置调优参数。在蜜蜂飞行过程中加入步长和视野所看范围的限制条件。第二,将人工蜂群算法与其他算法进行融合以提高性能。本文用改进的人工蜂群算法,实现了动态障碍物环境下机器人的自主动态避障,并且寻找到全局最优路径。     

冬小麦品种间水分利用效率的差异及其影响因子分析

在二种水分处理下,对16个冬小麦品种的水分利用效率及其生理影响因子进行了分析,结果表明,品种间水分利用效率存在显著差异,不同冬小麦品种与水分利用相关的因子存在一定差异,其中,水分利用效率与产量和收获指数呈显著正相关,品种水分利用效率与其开花时间和旗叶比叶重有一定的正相关关系,品种间水分利用效率与单个生理因子间相关性达不到显著水平。