加气灌溉对番茄地土壤CO_2排放的调控效应

【目的】CO_2是大气中最重要的温室气体,对全球变暖起到重要作用。加气灌溉通过改善土壤通气状态,提高作物产量、品质及水分利用效率等已被大量研究证实,然而加气灌溉引起的土壤环境效应研究较少,且通过静态箱法系统地研究加气灌溉对设施菜地土壤CO_2排放影响的研究尚未见报道。因此,分析加气灌溉对土壤CO_2排放的影响,对评估加气灌溉技术的农田生态效应具有重要作用。【方法】供试番茄品种为‘飞越’,通过温室小区试验利用文丘里计作为加气设备,通过地下滴灌系统实现水气结合的加气灌溉方式。采用静态箱-气相色谱法对温室番茄地土壤CO_2排放进行原位观测,研究加气灌溉对土壤CO_2排放的调控效应。试验按灌水量(充分灌溉、亏缺灌溉)和加气(加气、不加气)的双因素设计,设置4个处理,分别为:加气亏缺灌溉(AI1)、不加气亏缺灌溉(CK1)、加气充分灌溉(AI2)和不加气充分灌溉(CK2),每个处理3个重复。研究加气和充分灌溉较不加气和亏缺灌溉对温室番茄地土壤CO_2排放、土壤水分、土壤温度和土壤有机碳的影响。【结果】番茄整个生育期,不同加气灌溉模式下土壤CO_2排放通量随移植后天数增加呈波动性变化,总体呈现先增加后减小的趋势,峰值均出现在番茄开花坐果期。加气和充分灌溉处理较对应的不加气和亏缺灌溉处理增加了番茄整个生育期土壤CO_2平均排放通量和排放量,但差异不显著(P0.05)。AI1、CK1、AI2和CK2处理土壤CO_2平均排放通量分别为229.31、193.66、259.10和224.76 mg·m~(-2)·h~(-1),且以AI2处理土壤CO_2排放量最大(6 383.43 kg·hm~(-2)),分别是AI1、CK1和CK2处理的1.12、1.32和1.13倍。此外,不同加气灌溉模式下土壤充水孔隙率(WFPS)在番茄整个生育期内大致呈下降的趋势;土壤温度(T)大致呈上升的趋势,且同一时刻处理间土壤温度差异较小;而土壤有机碳(SOC)含量呈波动性变化且番茄整个生育期SOC含量变化幅度较小。加气灌溉较对应的不加气灌溉降低了T和WFPS,增加了SOC含量,但差异均不显著(P0.05);充分灌溉较对应的亏缺灌溉增加了WFPS和SOC,但不显著,对T的影响不一。此外,经相关性分析可知,土壤CO_2排放通量与土壤充水孔隙率呈负相关,与土壤温度和有机碳呈正相关,但相关性均不显著(P0.05)。【结论】通过温室小区试验得出,加气灌溉增加了土壤CO_2排放,但不显著(P0.05)。研究结果为评估加气灌溉技术的农田生态效应和设施菜地温室气体减排提供了一定的参考和科学依据。     

基于水分胁迫系数的枣树园土壤含水率估算

为了实现黄土高原地区滴灌条件下枣树园土壤含水率的小范围快捷监测,根据FAO-56水分胁迫系数的定义和相关计算公式,得到了基于土壤水分胁迫系数的黄土高原地区滴灌条件下枣树根层土壤平均含水率估算公式．2009年4-9月将该公式应用于西北农林科技大学陕西米脂孟岔试验站的枣树试验园,配置了3种不同的土壤含水率控制下限,对枣树2个重要生育期的土壤含水率进行了估算,模拟了水分动态变化过程,并对估算值和实测值进行对比和误差分析．结果表明:采用基于FAO-56水分胁迫系数的计算公式对土壤含水率的动态模拟达到了较高的精度,估算值与实测值之间误差较小:其中开花坐果期各处理(灌水下限为60％,50％,40％的田间持水率)的估算值与实测值之间的相关系数分别为0828 0,0907 3,0935 1;标准误差分别为0055,0093,0068．果实膨大期各处理的相关系数分别为0777 2,0766 7,0905 5;标准误差分别为0057,0092,0079．估算值与实测值之间的相关系数随土壤含水率的增大而减小,随土壤水分胁迫程度的增大而增大,即土壤含水率较高时对公式精度有一定的影响．该方法较适用于黄土高原半干旱地区,对农业用水管理具有一定参考价值．     

枝状管网水力瞬变工况的试验与数值模拟

采用试验并结合特征线法(MOC)对带有一个分支管管网阀门关闭时产生的水锤压力及波动规律进行了研究,试验采用压力传感器监测水锤压力波动、角位移传感器测定阀门的关闭时间及关闭规律,结果表明:MOC方法能较好地预测管网阀门关闭产生的最大水锤压力值,管网监测点计算与试验值相对误差小于13％,但MOC方法计算所得压力波的衰减比较缓慢,而试验得到的压力波衰减很快,是由于在计算中使用的恒定流摩阻所致;在此基础上对5种阀门关闭方案产生的瞬变流动进行了数值计算,表明管路末端2个阀门同时关闭时管网中产生的水锤压力最大,在实际工程中应避免阀门同时关闭的操作;管网最大水锤压力随关阀时间的延长而减小,当阀门关闭时间一定时,采用曲线关闭规律产生的最大水锤压力比直线关闭规律产生的要小,而采用两阶段直线关闭规律产生的最大水锤压力压力小于线性关闭的,对于实际工况中的两阶段关闭应通过延长第一阶段关闭时间以减小最大水锤压力．     

枣树茎直径日最大收缩量影响因子分析

选取4年生梨枣树(Zizyphus jujuba Mill.),设置4个土壤水分梯度,研究不同水分条件下梨枣树不同生育期茎直径日最大收缩量(DMDS)变化规律,确定DMDS与土壤水分及气象因子(参考作物蒸发蒸散量E、水汽压亏缺日均值V)的关系。结果表明:1)土壤水分条件影响梨枣树DMDS对气象变化的敏感度,水分适宜处理梨枣树DMDS对气象变化最为敏感,其余水分处理梨枣树DMDS的变化规律与其一致,但波动幅度较小;2)不同生育期DMDS与气象因子关系存在差异,果实膨大期、果实成熟期与E、V关系均极显著,萌芽展叶期与开花坐果期相关系数较小;3)不同水分处理梨枣不同生育期DMDS与气象因子关系不同,高水分处理(T1)开花坐果期DMDS与V关系显著,与E极显著,其他处理均不显著;4)在不同水分条件下,梨枣全生育期内参考作物蒸发蒸散量E是影响茎直径日最大收缩量的关键因素。     

气候变化对陕北黄土高原水土流失的影响

利用"3S"技术探究气候变化对陕北黄高原的水土流失的影响,通过分析2000～2010年陕北黄土高原水土流失的重要影响因子(降雨、植被、坡度、温度、地表风速),结合水土流失评价指标———风险指数,研究气候变化对陕北黄土高原水土流失的影响。结果表明,2000～2010年陕北黄土高原的风险指数呈上升趋势,气候变化对陕北黄土高原水土流失产生了不利影响。因此,开展水土保持工作刻不容缓,以防止生态环境进一步恶化。     

中国灌溉水粮食生产率及其时空变异

为了评价农业引水总量的生产效益,从全国459个主要灌区的实际灌溉水和粮食生产数据入手,计算、比较了1998,2005和2010年31个省区的灌溉水粮食生产率,利用空间自相关分析方法对1998—2010年中国灌溉水粮食生产率的时空变异规律进行探究.结果显示：各省区灌溉水粮食生产率呈增大趋势,代表年的中国均值为1.03 kg/m3,最大、最小值分别为河南的2.15kg/m3和海南的0.25 kg/m3,区域间差异较大;灌溉水粮食生产率在空间上存在显著的聚集现象,聚集程度随时间变化不明显,高值省区以黄淮海平原为核心集中分布,长江以南则密集了低值省区;江西、安徽及重庆灌溉水粮食生产率的变化幅度与其相邻省区不同步,造成了局部分异特征的变化.分析了中国灌溉水粮食生产率格局的形成及其随时间变化的原因.     

基于系统动力学的咸阳市水资源承载力

基于系统动力学的原理和方法,将水资源承载力系统划分为工业、农业、生活、生态、水资源和污水处理回用子系统,以缺水程度为主要反馈因子,考虑缺水时人们用水决策偏好,通过各子系统之间的反馈关系,建立了咸阳市水资源承载力系统动力学模型.模拟结果表明：按趋势发展型方案,咸阳市工业发展迅速,农业和生态用水被挤占,发展缓慢,规划年内缺水程度为9%～35%,为严重缺水;按资源环境保护型方案,生态环境得到良好保护,但工农业发展受到严重制约;按经济发展型方案,工业发展十分迅速,但农业灌溉面积减少,生态环境恶化,地下水超采严重,缺水情况仍存在,为3%～5%,发展可持续性差;按协调发展型方案,工农业保持13.8%发展速度,污水处理回用量增加,农业灌溉稳步发展,生态环境情况得到改善,缺水程度严重时约为0.4%,表明该方案是咸阳市水资源承载力可持续发展的最优方案.     

引黄灌区浑水管道输水临界不淤流速分析与计算

为了解决引黄灌区浑水管道输水灌溉工程中泥沙淤堵问题,合理确定临界不淤流速,用试验沙样和清水配制了6组不同含沙量的浑水水样,在4种规格管径的管道中进行了浑水管道输水临界不淤流速试验．分析了浑水含沙量、输水管径、泥沙密度和颗粒粒径对临界不淤流速的影响．结果表明:当管径和泥沙密度不变时,临界不淤流速随含沙量的增大而增大;当含沙量和泥沙密度不变时,临界不淤流速随管径的增大而增大;泥沙密度和粒径对临界不淤流速影响也很明显,特别是泥沙颗粒的上限粒径(d90或d95),一般最先沉降到管底的是粒径比较大的泥沙颗粒．同时,基于泥沙悬浮效率系数和悬浮泥沙能量耗损的角度,建立了临界不淤流速计算公式;利用试验数据,确定了泥沙悬浮效率系数计算方法;经试验并比较了临界不淤流速的实测值与计算值,两者之间的最大误差为2958％．     

涌泉根灌土壤湿润体运移模型

为了探明涌泉根灌土壤入渗湿润体运移的变化规律,以黏壤土为例,在室内选取不同土壤容重、初始含水率、灌水器套筒透水部长度和埋深等4个因素进行试验,研究这些因素对涌泉根灌土壤入渗湿润锋随时间运移关系的影响．结果表明：土壤入渗湿润锋运移速率随土壤容重的增大而减小,随土壤初始含水率的增大而增大,随套筒透水部管长的增长而增大,但不同埋深对灌水器湿润锋的推进速度无显著影响,涌泉根灌土壤入渗湿润体随时间的运移符合幂指数关系,幂指数在水平和垂直向分别为032和02．以此为基础分别建立了湿润锋在水平和垂直向运移距离的预测模型,并建立了包括土壤容重、初始含水率和灌水器套筒透水部长度的综合预测模型．用建立的综合模型对涌泉根灌土壤入渗湿润锋运移距离进行预测,并对预测值与试验值进行了比较后得出,综合模型的预测精度较高．     

武功地区气候变化及其对夏玉米单产的影响

基于陕西武功站1935-2010年的逐月气象数据及夏玉米产量等资料,采用Mann-Kendall法、直线滑动平均模拟法和通径分析法,分析了武功地区1935-2010年各个气象因子的变化特征以及气候变化对夏玉米单产的影响．结果表明:该地区最低气温呈上升趋势,风速、日照时数呈下降趋势;夏玉米生育期最低气温和相对湿度呈上升趋势,最高气温、日照时数和风速均呈下降趋势,变化速率分别为0116 ℃／10a,0006／10a,-0158 ℃／10a,-26707 h／10a和-0063 m／(s·10a),SPI呈减小趋势,气候朝干旱演变;夏玉米生育期各气象因素能综合其他气象因素的信息对单产产生作用,日照时数对夏玉米单产综合决定能力最高,决策系数为2309％,降水量呈减小趋势是夏玉米单产增加的主要限制性气象因素,决策系数为-673％;通过技术创新等人为因素作用,可在一定程度上缓解气候变化给武功地区夏玉米生产带来的负面影响．