基于主成分分析和Copula函数的灌溉水利用系数影响因素研究

以新疆生产建设兵团第十二师中型灌区为研究对象，采用首尾法测算2018年和2019年4个样点灌区的灌溉水利用系数，在采用主成分分析法对指标体系降维处理的基础上，用Copula函数构建PCA-Copula评价分析方法，对灌溉水利用系数各影响因素的影响程度和影响规律进行计算分析。结果表明：两年测算数据表明，4个样点灌区灌溉水利用系数都在0.63以上，且最大值达到0.668，分别高于同期全疆、全国平均水平5.05%、10.15%；主成分分析得出，渠道衬砌率（0.944）、滴灌灌溉面积比（0.746）、作物需水量（0.635）、实际灌溉面积（0.734）等都具有超过60%的正贡献率，而葡萄种植比（-0.586）和灌区毛灌溉用水量（-0.645）等具有超过58%的负贡献率。利用PCA-Copula分析评估方法得出，作物种植比例和节水灌溉工程状况对十二师中型灌区灌溉水有效利用系数影响显著（P<0.05），其中葡萄净灌溉定额和灌区毛灌溉用水量对灌溉水有效利用系数的影响极其显著（P<0.01），相关系数分别为0.875、0.742，同时利用Spearman等级相关系数检验法和线型回归来检验PCA-Copula评价法与熵值法的密切程度，检验结果其相关系数分别为 0.87（P＜0.05）和0. 52（P＜0.001），表明PCA-Copula评价方法适用于研究灌溉水利用系数影响因素。     

不同立地条件下沙棘土壤水分分布特征及动态生长研究

为探究不同立地条件下沙棘土壤水分分布特征和生长情况,采用样地试验,设置2种坡向（阴坡、阳坡）和3种坡位（坡顶、坡中、坡底）进行研究。研究表明：（1）各样地内的土壤水分季节变化可划分为消耗期（5—6月）、快速补充期（6—7月）和消退期（7—9月）,天然降水对土壤含水率影响较大;（2）各样地内的土壤水分垂直分布为土壤水分显著变化层（Cv>0.2）、土壤水分次变化层（0.2>Cv>0.1）和土壤水分相对稳定层（Cv<0.1）;（3）不同立地条件对土壤水分及植株的生长具有显著影响。阴坡土壤水分明显高于阳坡,土壤水分由坡顶向坡底呈递减趋势;沙棘的生长指标及存活率表现为阴坡>阳坡,不同坡位表现为坡底>坡中>坡顶。研究结果可为玛纳斯县前山地带沙棘造林提供参考和理论依据。     

开沟覆膜滴灌条件下土壤水、温变化规律研究

新疆是中国葡萄重要的生产基地,但每年因盐碱与缺水导致减产现象严重。开沟覆膜滴灌技术结合膜下滴灌与开沟技术优点,理论上可有效改善作物生长的水土环境。为研究桁架葡萄下开沟覆膜滴灌技术对土壤水分与温度变化的影响,在石河子147团6连试验地用EM50仪器开展土壤水分、温度监测试验。研究结果表明:①在开沟模式为20 cm×100 cm,灌水定额为300 m3/hm~2时,无论是膜中还是膜边,灌水前后土壤含水量维持在0.22~0.38,满足作物根系吸水。加大灌水定额,在覆膜影响下,滴灌带表面积水区面积增大,使得在滴头下方形成饱和区增大;随着开沟深度的增大,覆膜中土壤含水量变化不明显,覆膜边呈下降趋势。②温度监测表明,无论是温度上升期(12时),还是夜间下降期(24时),土体温度变化幅度均在15~31℃,给葡萄生长提供良好的温度环境,利于葡萄产量与品质的提高。     

新疆农田排水技术治理盐碱地的发展概况

农田排水技术是解决土壤盐渍化的重要方式之一。近年来依赖合理的农业节水技术和管理理念对耕地进行改造,地下水位逐年降低,绿洲农业的快速发展使人们产生重灌轻排的思想。然而本质上盐分并未脱离土壤,耕地存在次生盐渍化风险,农田排水技术任重道远。实践证明,长期应用农田排水技术在盐碱地改良、提高作物产量、促进农业经济发展等方面起着积极作用。对解放以来新疆农田排水技术治理盐碱化的发展及概况进行梳理和总结,指出农田排水技术在实际发展中存在的实际问题,并提出新形势下通过排水技术治理盐碱化的措施与建议,为今后新疆滴灌盐渍区土壤治理提供参考。     

盐碱胁迫对滴灌加工番茄生理生长和干物质积累的影响

为探讨盐碱胁迫对加工番茄生理生长和和干物质积累的影响,采用桶栽试验方法,人工配制不同盐碱程度的土壤(CK:1.5g/kg,S1:4g/kg,S2:7g/kg,S3:10g/kg),研究滴灌条件盐碱胁迫下加工番茄生长指标、生理指标、干物质积累和产量的变化规律。结果表明:S1处理对加工番茄的生长指标、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶片水分利用效率及叶绿素含量均有一定程度的促进作用,但与CK处理无显著性差异(P0.05);S2与S3处理对以上指标均有一定的抑制性,最小值均出现在S3处理,但在生育后期,S2与S3这2个高盐碱处理下,加工番茄的气孔限制值降低,普遍低于S1与CK处理(P0.01),说明在生育后期高盐碱胁迫下加工番茄光合能力的下降主要是由高盐碱胁迫导致叶片气孔关闭的非气孔限制因素造成的;S1处理使加工番茄增产2.1%,而S2与S3处理因抑制加工番茄生长,使其分别减产18.7%和65.4%;果实膨大一期是加工番茄生长发育的一个非常重要时期,此时,加工番茄长势迅速,干物质积累加快,达到全生育期的最大值。研究结果为新疆盐碱地加工番茄栽培管理技术提供理论依据。     

滴灌下氮盐交互对加工番茄荧光特性及产量品质的影响

【目的】新疆有着全中国最大面积的盐碱地和加工番茄的种植基地。在新疆开展两年试验以研究加工番茄在氮盐交互下生长、生理、产量和品质的变化规律,获得适宜新疆盐碱地种植加工番茄的合理施氮量和土壤盐分范围,为新疆扩大加工番茄种植面积和合理施氮提供科学的理论依据及技术途径。【方法】试验于2017和2018年在石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验基地进行,以当地主栽品种3166为试验材料,2017年试验共设置4个土壤含盐量水平：1.5、4.0、7.0和10.0 g·kg ^-1及4个氮素水平：201、166、131和96 kg·hm ^-2,2018年在2017年的基础上去除10.0 g·kg ^-1的土壤含盐量,增加5.0 g·kg ^-1的土壤含盐量和不施氮量处理。试验测定和分析加工番茄的荧光叶绿素参数、产量和品质指标。【结果】在氮盐交互下,加工番茄荧光参数及产量等指标均呈现出复杂的变化规律。绝大多数的荧光参数及产量受土壤盐分的主导作用较氮素强,在同等氮素水平下,7.0 g·kg ^-1和10.0 g·kg ^-1的土壤盐分对加工番茄荧光指标抑制程度最大;低盐分水平下,166 kg·hm ^-2的中等偏高的施氮量对加工番茄的荧光指标促进作用最大,其次是施氮201 kg·hm ^-2的处理;在中等偏高的盐分水平下,96 kg·hm ^-2的低氮对加工番茄的最好,其次为不施氮水平。加工番茄的鲜果产量总体上符合“盐高产低”的规律,但低氮高盐处理的产量明显高于其他同盐度的氮素水平下的产量。可溶性固形物、VC、可溶性糖和可滴定酸均随着土壤含盐量的增大逐渐增大,糖酸比的最大值均出现在低盐处理,盐分对加工番茄品质的影响远高于氮素,二者交互对加工番茄的品质并无显著性影响。通过图形叠加分析方法,得出了加工番茄获得相对最优产量和品质的合理施氮范围和土壤含盐量区间。【结论】在盐碱程度偏高的土壤可通过少施氮素来提高加工番茄产量;加工番茄获得相对最优产量和品质的合理施氮范围和土壤含盐量区间为N：98.12—119.60 kg·hm ^-2,S：3.57—5.58 g·kg ^-1。     

微咸水膜下滴灌对土壤水盐分布及加工番茄产量的影响

为探明微咸水膜下滴灌对土壤水盐分布及加工番茄生长和产量的影响,通过大田小区试验,设置灌水矿化度和灌水定额两个因素,其中3个灌溉水矿化度水平分别为S1:1 g·L~(-1)、S2:3 g·L~(-1)和S3:5 g·L~(-1),3个灌水定额分别为W1:305 m~3·hm~(-2)、W2:458 m~3·hm~(-2)和W3:611 m~3·hm~(-2),来进一步寻求适宜本地区加工番茄生长的微咸水膜下滴灌灌溉制度。结果表明:覆膜微咸水滴灌条件下土壤含水量垂直方向的变化趋势表现为0～20 cm土层随深度增加含水量逐渐降低、20～100 cm土层随深度增加含水量逐渐增大、60～100 cm范围内土层剖面含水量最大的分布规律;土壤含盐量随着灌水矿化度的增大而增加,且随着灌水量的增加土壤盐分逐渐向水平距滴灌带35 cm处聚集。灌水矿化度超过3 g·L~(-1)时加工番茄株高、茎粗均受到一定程度的抑制作用,但对产量影响不大。本文通过试验得出:灌水定额为611 m~3·hm~(-2)、矿化度为1 g·L~(-1)处理为本地区最佳微咸水膜下滴灌处理,加工番茄生长健壮且产量最高,达到127 613.2 kg·hm~(-2);同时认为,在我国淡水资源比较缺乏的新疆地区可以考虑采用灌水定额458 m~3·hm~(-2)和灌水矿化度3～5 g·L~(-1)的微咸水对盐分中等敏感的加工番茄进行灌溉。     

基于15N示踪技术的干旱区滴灌葡萄氮素利用分析

为研究水氮调控对干旱区滴灌葡萄氮素吸收利用的影响,以新疆鲜食葡萄弗雷为试验材料,利用¹⁵N 示踪技术,设置2种灌水处理(灌水量为4 950、5 400 m³·hm^-2,分别记作W1、W2),3种施氮处理(施氮量为177、235、292 kg·hm^-2,分别记作F1、F2、F3)进行大田试验。结果表明,各处理土壤全氮含量和¹⁵N丰度差异极显著(P<0.01),并且在0~20 cm土层出现富集现象。各器官征调氮素能力随水氮投入加大极显著增强(P<0.01)。根系、茎秆、叶片器官的生物量随着吸氮量的增加极显著提高(P<0.01),而较高施氮量(F3)不利于果实器官生物量的积累。果树吸收的肥料氮量随水氮投入的加大逐渐增加,受水氮调控影响极显著(P<0.01),果树吸收的土壤氮量大于肥料氮量。W2F1的¹⁵N标记氮肥利用率和¹⁵N标记氮肥偏生产力最高,分别为38.36%和114.20 kg·kg^-1,W2F2的产量最高,为20 253 kg·hm^-2,但与W2F1差异不显著。表明水氮投入过多会引起茎秆和叶片器官徒长且不利于提高¹⁵N标记氮肥利用率。综上所述,灌水量5 400 m³·hm^-2、施氮量177 kg·hm^-2(W2F1)是兼顾经济效益与生态效应的可行水氮运筹模式。本研究结果为干旱区滴灌葡萄高产高效种植提供了参考。     

不同盐胁迫对滴灌棉花生理生长及产量的影响

为探明不同程度轻度盐胁迫对滴灌棉花光合生理、生长指标及产量的影响,采取桶栽的方式人为设置不同土壤含盐量,研究了6种不同盐胁迫(CK:1.5g/kg,T1:3.0g/kg,T2:4.0g/kg,T3:5.3g/kg,T4:6.2g/kg,T5:7.3g/kg)处理下棉花的生理生长及产量的变化规律,为新疆轻度盐碱地棉花栽培管理提供理论基础。结果表明,随着盐胁迫程度的增加及胁迫时间的延长,棉花光合生理指标均呈下降趋势(P0.01)。T1、T2处理对棉花净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(Gs)、细胞间CO_2浓度(Ci)及叶片水分利用效率(WUE)的影响不显著(P0.05),而T3、T4及T5处理对光合生理指标具有显著抑制性(P0.05);生育前期盐分胁迫下P_n与T_r、G_s、C_i均呈下降趋势,而L_s值随着盐胁迫的增加呈升高趋势。吐絮期的P_n、G_s、_Ls均小于蕾期,而C_i却大于蕾期;株高、叶面积在生育前期受到盐胁迫的影响显著,到生育后期T2、T3处理株高、叶面积增长迅速,最大值均为T3处理;T1、T2较CK处理对棉花产量及单株铃数、单铃质量影响不大,T3处理产量迅速降低,通过分段耐盐函数得到棉花在0—40cm土层全生育期的耐盐临界值为5.441 9g/kg(St)、耐盐极限值为44.201 6g/kg(S0);产量与P_n、WUE、株高(H)、叶面积(S)拟合程度较好,相关系数分别为0.69,0.73,0.50和0.72。综合分析,与中、重度盐分胁迫相比,轻度盐胁迫下导致棉花光合速率下降的原因生育前期为气孔限制因素,生育后期为非气孔限制因素,光合参数与盐胁迫程度关系密切,而棉花产量又表现出与光合作用指标具有较好的相关关系。     

水肥供应对南疆沙区滴灌红枣生理、生长及产量的影响

为了了解南疆沙区水肥供应对滴灌红枣生理、生长指标与产量的影响,以当地8 a成龄骏枣树为供试材料,结合大田试验,在滴灌条件下进行水肥二因素三水平完全处理小区试验。结果表明:灌水因素对红枣叶片光合特性(净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、细胞间隙CO_2浓度(Ci)、水分利用效率(WUE))、红枣梢径和梢长增加量及灌溉水分利用效率(iWUE)达到显著(P0.05)或极显著水平(P0.01),水肥交互作用对红枣光合特性、梢径和梢长增加量、产量及灌溉水分利用效率(iWUE)达到显著(P0.05)或极显著水平(P0.01),施肥对红枣以上指标未达到显著性水平(P0.05);过高或过低的灌水量均不利于红枣光合作用、生长发育及增产效果,较低的施肥量可以促进红枣生理生长、达到红枣增产的目的;W2F1处理下红枣叶片Pn(8.94μmol·m~(-2)·s~(-1))、Tr(3.86 mmol·m~(-2)·s~(-1))、Gs(0.49μmol·m~(-2)·s~(-1))和Ci(707.41μmol·m~(-2)·s~(-1))值最大,比最小值分别提高23.00%、22.54%、58.06%和58.08%;W3F3处理下WUE值(2.56μmol·mmol-1)最大;梢径增加量和梢长增加量最大值分别在W2F2处理(6.31 mm)、W3F2处理(64 cm),比最小值分别提高51.32%、33.33%;W2F1处理下产量(7 256 kg·hm~(-2))最大,比最小值处理增产55.67%,增产效应(33.14%)最大;iWUE最大值在W1F3处理(8.17 kg·m~(-3)),与W2F1处理无显著性差异(P0.05)。红枣净光合速率与蒸腾速率、气孔导度之间密切相关,红枣产量与红枣梢径增加量有较好的相关关系,梢径增加量在一定程度上能反应红枣产量。灌水量820 mm、施肥量N-P_2O_5-K_2O:200-100-150 kg·hm~(-2)(W2F1处理)为南疆沙区节水、节肥的最佳水肥供应模式。