基于标准化降水蒸散指数的甘肃省干旱时空特征分析

为明确气候变化条件下甘肃省不同时间尺度的干旱特征，选用1951-2015年甘肃省33个气象站点逐日气象数据，计算了不同时间尺度的标准化降水蒸散指数SPEI，同时结合Mann-Kendall突变检验、复小波分析、经验正交函数分解、旋转经验正交函数分解等方法，对甘肃省65 a来干旱时空格局特征进行了分析。结果表明：在年际变化趋势方面，甘肃省干旱情势为由干变湿再变干，近年干旱趋势逐渐加重；四季均呈现由干变湿然后变干的趋势，近年春季变干趋势显著；干旱强度在全省范围内主要为轻旱和中旱等级，并表现为局域性轻旱和全域性中旱。在周期性变化方面，甘肃省的干旱时间周期性强弱依次为39、13、7、22 a尺度，但不同时间尺度表现出了不同的干湿震荡规律。在空间格局方面，甘肃省整体上呈西北部干旱缓解、东南部干旱加剧的趋势；春季干旱加剧最明显，冬季次之，夏季和秋季干湿状况基本相似。按照干旱区域敏感性强弱可将甘肃省分为东南地区东部（Ⅰ区）、西北地区（Ⅱ区）、中部地区（Ⅲ区）和东南地区西部（Ⅳ区），其中Ⅲ区呈干旱缓解趋势，其他地区基本呈干旱加剧的趋势。     

管针式土壤含水率探头设计与影响因素分析

为了给基于频域反射法测量土壤质量含水率提供一种方法,设计了一种由圆管和探针组成的管针式土壤质量含水率测量探头。以杨凌地区的塿土为对象,分析了所设计探头间接测量土壤容重的误差;在信号源频率为50、100、150、300、500 MHz下,研究了土壤质量含水率(2.58%~21.43%)、土壤容重(0.80~1.30 g/cm3)和温度(10~50℃)对探针上的电压与信号源输出电压的比值(信号电压比)的影响;建立了信号电压比与土壤温度、容重和质量含水率之间的三元二次方程,分析了模型预测土壤含水率的可行性。结果表明:管针式探头间接测量土壤容重的绝对误差为-0.129~0.016 g/cm3;含水率、容重和温度均影响信号电压比,50、100、150 MHz下含水率对信号电压比影响较显著。在0.01的显著水平上,150 MHz下所建模型较优,其决定系数R2为0.849 6;对该模型的检验结果说明,计算的信号电压比与实际电压比的绝对误差为-0.166~0.159。基于该模型计算的土壤含水率与实际含水率的绝对误差为-3.440%~4.039%。     

中国粮食主产区主要气象因子时空演变特征及其对参考作物蒸散量影响

准确评估粮食主产区气象因子变化特征及对参考作物蒸散量(reference crop evapotranspiration,ET0)的影响,对农田水文循环、区域农业水资源优化配置与高效利用等具有重要意义。利用中国粮食主产区258个气象站点1961―2013年的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算ET0,通过M-K趋势检验法、偏相关分析、多元线性回归计算贡献率等方法,分析了1961—2013年中国粮食主产区主要气象因子时空演变及其对ET0变化的贡献特征。结果表明,1961—2013年中国粮食主产区相对湿度、温度、降水在空间上由南至北呈降低趋势,而日照时间和风速则由南至北呈增高趋势;1961—2013年中国粮食主产区全区、温带湿润半湿润地区(I区)、温带干旱半干旱地区(II区)、亚热带湿润地区(III区)及暖温带半湿润地区(IV区)多年平均气温均呈增大趋势,平均风速、相对湿度、降水与日照时间均呈减小趋势;1961—2013年中国粮食主产区年内ET0均呈锯齿状下降,且ET0在四季呈现出夏季春季秋季冬季的特征;多年平均风速、气温、日照时间与ET0在全区及各分区总体均显著正相关(P0.05),而相对湿度与ET0在全区及各分区均极显著负相关(P0.01);1961—2013年中国粮食主产区全区及I~IV区气温、风速、相对湿度对ET0变化均具有较大贡献,其中相对湿度为I区、III区及IV区的主要气象驱动因子,其次为平均气温和风速;而II区ET0变化的主要驱动因子为风速,其平均贡献率WII(风速)为0.37;综上所述,中国粮食主产区主要气象因子变化特征与ET0的响应,均呈现出区域性、季节性差异。     

宁夏引黄灌区玉豆间作和带状轮作模式对玉米水氮利用及产量的影响

探索间作及带状轮作模式对玉米水氮利用及产量的影响,提出适合宁夏灌区的种植模式。试验于2019—2020年,在宁夏王团旱作节水高效农业试验站开展,设置玉米/大豆间作(IMS)、玉米-大豆带状轮作(RMS)、单作玉米(MM)、单作大豆(SS)4种种植模式。结果表明,与单作玉米相比,带状轮作处理使玉米拔节期至成熟期干物质积累量增加9.58%～11.45%,且与间作相比,干物质积累量增加4.29%～7.53%。带状轮作种植模式下玉米对氮素的积累量、转运量及籽粒贡献率比间作提高2.19%、30.44%和19.86%。带状轮作和间作处理土壤含水量比单作分别提高5.64%和3.98%,且主要分布于0～140 cm土层,带状轮作处理玉米水分利用效率较单作增加38.00%,且比间作增加15.61%。与单作玉米相比,间作处理提高玉米产量11.3%,降低大豆产量51.39%;玉豆带状轮作处理弱化了种间竞争力,使玉米产量提高21.98%,大豆产量下降22.91%。因此,带状轮作种植模式在水分利用效率、干物质积累、氮素转运及产量方面优势明显,可作为宁夏引黄灌区的一种有效替代种植模式。     

地膜覆盖对夏玉米籽粒灌浆过程及产量的影响

为揭示地膜覆盖对夏玉米籽粒灌浆过程及产量的影响,在陕西杨凌开展田间试验,以平作不覆膜(CK)为对照,研究了平作全膜覆盖(FM)和平作半膜覆盖(HM)对夏玉米土壤温度、生长指标、灌浆过程、产量与水分利用效率的影响.结果表明:与CK相比,FM和HM提高了表层地温,促进了夏玉米生长发育和干物质积累,优化了籽粒灌浆过程,最终提高了夏玉米的产量和水分利用效率.与CK相比,FM与HM的产量分别增加了15.19％和8.34％,水分利用效率分别增加了19.75％和11.80％.地膜覆盖主要通过提高夏玉米灌浆期各阶段的灌浆速率,延长灌浆快增期持续时间,实现灌浆结束后籽粒产量的提高.与CK相比,FM与HM下夏玉米灌浆结束时理论最大百粒重分别增加了18.19％和7.78％.     

反射光谱法估计小麦叶片表皮蜡质含量的初步研究

为了探讨利用冠层反射光谱技术估计小麦叶片表皮蜡质含量的可行性,以小麦高叶片表皮蜡质含量材料2912与低叶片表皮蜡质含量品种普冰201和晋麦47及其杂交构建的F2:3株系为材料,通过氯仿提取称重法测定了小麦抽穗期的旗叶表皮蜡质含量,并采用FieldSpec 3测定了冠层反射光谱,分析小麦冠层反射光谱与叶片表皮蜡质含量之间的关系。结果表明,三个亲本以及株系间蜡质含量差异显著。高蜡质材料的可见光波段反射率整体高于低蜡质材料,短波长波段光谱反射率与叶片表皮蜡质含量相关性较高。以550和675nm波长的反射光谱为基础的单波/差值指数[R550/(R550-R675)]能较好地反映小麦叶片蜡质含量,两F2:3群体拟合模型的r2值分别为0.761和0.679,回归方程分别为y=0.07x-0.575和y=0.088x-1.481。     

小麦和谷子C_4光合途径关键酶活性及其与光合和蒸腾的关系

为了解小麦和谷子叶片中C4光合途径关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)和苹果酸脱氢酶(MDH)的活性差异及其与光合速率和蒸腾速率的关系,以4个小麦品种(中国春、晋麦47、绵阳11、小偃6号)和4个谷子品种(豫谷1号、吨谷1号、冀谷19、冀谷20)为材料,在苗期、拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期,分别测定了小麦和谷子叶片中四种光合酶的活性、净光合速率和蒸腾速率。结果表明,在小麦生育期,叶片中均可检测到这四种光合酶的活性,且酶活性与净光合速率变化趋势一致;谷子叶片中四种光合酶活性均远高于小麦;不同小麦和谷子品种间四种光合酶活性存在显著差异。小麦的PPDK和NADP-ME活性均与净光合速率呈显著正相关,与蒸腾速率相关不显著;谷子的MDH、PEPC和PPDK活性均与净光合速率呈显著正相关,仅豫谷1号的PEPC活性、冀谷20和吨谷1号的MDH活性与蒸腾速率呈显著正相关。     

平移式喷灌机行走速度及喷灌均匀度试验研究

为研究低压喷灌下喷灌机行走速度合理取值以及喷灌均匀度对土壤含水率均匀度的影响,以自行研制的轻小型平移式喷灌机为研究对象,通过室内单喷头试验和田间喷灌试验,探究了特定灌水定额下喷灌机的工作压力与行走速度关系,并对其水量分布、喷灌均匀度以及土壤含水率均匀度随时间变化进行了分析.结果表明：通过确定灌水定额能够计算出平移式喷灌机的行走速度和工作压力：当灌水定额分别为10,15,20 mm时,40~120 kPa喷灌压力下喷灌机行走速度最小为17.27 m/h,最大为58.65 m/h;增大喷灌压力能小范围提高均匀度,40 kPa工作压力均匀度为0.696,60~120 kPa喷灌压力下均匀度变化范围为0.731~0.788,喷灌水在土壤中的二次分布均匀度明显高于地表喷灌均匀度,40 kPa喷灌压力下喷后6 h土壤含水率均匀度达到0.906,24 h后达到0.953,可相应降低喷灌均匀度设计值以降低运行成本,节约能耗.     

基于2DVD的非旋转折射式喷头水滴直径分布规律

采用基于三维视频粒子测量原理的视频雨滴谱仪(Two-dimensional video disdrometer,2DVD)对喷灌机中常用的Nelson D3000型喷头在多个工作压力下水滴直径沿射程的分布进行了测量,分析了水滴直径沿射程的变化趋势及水滴速度、水滴角度与水滴直径之间的关系。结果表明:水滴直径与射程符合指数函数关系,在距离喷头相同测点处,水滴直径随工作压力的升高而减小,而射程末端的水滴直径随着压力的升高而增大;水滴速度随水滴直径增加而增大,两者呈对数关系;水滴落地时与地面夹角(简称水滴角度)随水滴直径增加呈减小趋势,水滴直径小于1.0 mm时,50、100、150和200 kPa工作压力下,与地面夹角为90°的水滴个数占总水滴数的比值分别为90.46%、84.46%、89.91%和89.15%,其余水滴与地面夹角在30°~89°之间,水滴直径在1.0~2.25 mm范围内,水滴角度随水滴直径的增加迅速减小,水滴直径大于2.25 mm时减小趋势变缓,4个工作压力下最大直径水滴落地时与地面夹角平均值为45°;工作压力对于水滴直径与速度、水滴直径与角度之间的关系影响较小。     

集雨节灌种植技术对夏玉米光合特性及产量的影响

以沟灌、水平畦灌为对照,通过2年大田试验分析了在关中灌区集雨节灌种植技术对夏玉米功能叶片的光合参数、荧光参数、叶绿素含量及产量的影响。结果表明,在同期灌溉处理中,集雨节灌处理各测定时期的最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）、最大光能转换效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在活性（Fv/Fo）和叶绿素含量显著高于沟灌、畦灌。集雨节灌处理的籽粒产量在播前灌1水处理下较沟灌、畦灌和沟垄集雨种植分别提高4.9%（P<0.05）、8.5%（P<0.05）和2.2%,在开花期灌1水处理下提高6.0%（P<0.05）、8.3%（P<0.05）、1.3%;在播前和开花期均灌1水处理下提高7.0%（P<0.05）、11.2%（P<0.05）和7.2%（P<0.05）。不同灌溉时期集雨节灌处理的净光合速率（Pn）和叶片瞬时 水分利用效率（WUE）均在灌浆期显著高于畦灌,对基础荧光（Fo）和蒸腾速率（Tr）的影响不明显。除开花期灌1水处理外,其它灌水时期下的集雨节灌处理百粒重显著高于沟灌、畦灌处理。研究表明,集雨节灌可以显著提高叶片光合性能,增强PSⅡ反应中心的电子传递、光合化学效率和潜在活性,且产量显著高于传统沟灌、水平畦灌处理。