多孔变径出流管标准化管径设计方法

针对多孔出流同径管存在压强水头偏差大、造价高、流速分布不均匀的问题,通过对多孔出流管进行变径设计,可使每个孔口实际压强水头等于要求的压强水头,从而提高灌水均匀度.以管道成本最小为目标,以管道允许压强水头差为约束条件,利用微分法得到多孔出流管最优管径组合,初步确定管径范围;在此基础上,结合市场上可购买的商用管道,选择几种靠近初选管径的商用管道,进行管道标准化设计,不同管径的多口出流管压强水头坡度线切点处的斜率等于允许水力坡度,允许水力坡度由允许最大压强水头差和地面高差决定,从而确定出不同管径对应的水力坡度线的交点,进而分析出不同管径对应的管长.实例应用表明,利用该设计方法,每个孔口要求的压强水头与实际压强水头接近,由于管径随管道流量的减小而减小,不仅可以使管道内流速分布均匀而且可以降低造价,该方法计算简单方便,可以在Excel表格上完成,计算结果可直接用于多孔出流管的设计中.     

利用HYDRUS-2D模拟膜下滴灌玉米农田深层土壤水分动态与根系吸水

河套灌区农田地下水埋深普遍较浅且年内波动较大,明确不同膜下滴灌条件下深层土壤水分对根区的补给作用及作物根系吸水的响应差异有利于膜下滴灌技术的完善和推广。本研究开展了连续2 a(2017—2018年)的春玉米田间试验,设置3个膜下滴灌灌溉水平,分别控制土壤基质势下限为-10 kPa(S1)、-30 kPa(S3)和-50 kPa(S5)。利用HYDRUS-2D模型模拟0～120 cm深度土壤含水量、根层下边界(100 cm深度处)水分通量和作物根系吸水速率。结果表明,经过率定后的HYDRUS-2D模型对0～120 cm深度土壤含水量模拟结果的根均方差(RMSE)和决定系数(R~2)分别为0.039～0.042 cm~3·cm~(-3)和0.78～0.73,模拟结果可靠。膜下滴灌农田100 cm和120 cm深度处土壤含水量较高且处理间差异不大,说明不同滴灌条件对于100 cm以下深层土壤含水量影响较小;但不同处理显著影响根区下边界的水分通量和根系吸水速率。基质势下限控制水平越低,深层土壤水分对于根区的补给量(毛管上升)越大,S1、S3、S5生育期内累积补给量在31.9～49.6 mm之间。S5处理根系吸水速率较低,根系吸水受到显著抑制,从而造成作物生长指标和产量显著低于S1和S3处理(P0.05);而S1和S3之间籽粒产量差异不显著。综上,在本研究所设置的3个滴灌处理中,S3生育期内灌溉定额为240～300 mm,既较S1显著减少灌水量、提高水分利用效率,又具有较好的根系活力,有效利用深层土壤水分,因此建议该地区春玉米膜下滴灌的灌水下限为-30 kPa。     

不同秸秆与氮肥管理措施对夏玉米产量及氮素利用的影响

为探讨不同秸秆还田模式下,氮肥管理对夏玉米产量和氮素利用的影响,试验设置施氮措施和秸秆还田模式2个因素。施氮措施设稳定性氮肥施氮量F1（180 kg·hm^-2）、尿素减量施氮量F2（180 kg·hm^-2）和尿素农户传统施氮量F3（270 kg·hm^-2）3个水平;秸秆还田模式设秸秆不还田（N）和秸秆还田（S）2个水平,共6个处理。结果表明：在不同秸秆还田模式下,各施氮措施的玉米产量在8 708.16~9 626.71 kg·hm^-2之间,处理间无显著性差异（P>0.05）。在不同施氮措施下,秸秆还田（S）的产量均高于秸秆不还田（N）,增幅为4.96%~8.94%（P>0.05）。施氮措施对土壤N₂O排放量有显著影响（P<0.05）,在不同秸秆还田模式下,稳定性氮肥措施F1和尿素减量措施F2的土壤N₂O排放量显著低于F3尿素农户施氮措施,降幅为29.26%~68.52%,且F1和F2之间存在显著差异（P<0.05）。在不同施氮措施下,除了SF2和NF2处理之间的N₂O排放量有显著性差异(1.53 kg·hm^-2和1.91 kg·hm^-2),其他秸秆还田模式处理之间均无显著性差异（P>0.05）。不同秸秆还田模式下,各施氮措施的氨挥发累积量在1.61~15.40 kg·hm^-2之间,表现为：F3氨挥发累积量最高（14.37 kg·hm^-2和15.40 kg·hm^-2）,F2氨挥发累积量次之（11.80 kg·hm^-2和12.49 kg·hm^-2）,F1氨挥发累积量最低（1.61 kg·hm^-2和1.79 kg·hm^-2）,各施氮措施间达到显著水平（P<0.05）。在不同施氮措施下,秸秆还田（S）的氨挥发累积量较秸秆不还田（N）提高5.85%~11.18%,但除了SF3和NF3的氨排放量有显著性差异,其他处理间均无显著性差异。不同秸秆还田模式下,各施氮措施0~100 cm土层硝态氮含量均表现出F3>F2>F1;秸秆还田处理（SF1、SF2和SF3）的土壤硝态氮含量显著低于无秸秆还田（NF1、NF2和NF3）,分别显著降低了65.65%、144.79%和128.48%。因此,综合考虑作物产量和农田氮素损失,秸秆还田+稳定性氮肥处理（SF1）是本研究地区夏玉米稳产减排的最优试验处理组合。     

文丘里施肥器能量转化关系

为了深入了解文丘里施肥器喉部负压的产生条件和变化过程,通过对进出口和喉部分别有测压设计的文丘里施肥器进行有压过流试验,研究了水流在不同特征断面处的能量转化关系.对于试验用文丘里施肥器,试验结果表明:当压力水流通过时,进口处的压能将转化成喉部处的动能,随着进口压能和流量的不断增大,喉部动能增大,喉部的压能完全消失,局部开始产生负压,负压达到最小值后,继续增大进口压力水头将不再引起喉部负压值的变化,但流速的增幅明显增大,喉部动能随流量的增加呈抛物线形趋势增大,产生的水头损失急剧增大;对于同一流量,喉部实际流速与理论流速的差异反映了喉部对应断面处的真空空间的大小;相对于自由出流,非自由出流条件下,喉部开始产生负压时对应的进口起点压力提高,流量相对较大,产生相同负压时的进口压力和流量明显高于自由出流条件.     

弹性膜片硬度和厚度对调压装置水力性能的影响

提出了一种毛管调压装置,对起主要调节作用的弹性膜片的厚度和硬度分别选取3个水平做完全试验,测试进口压力在50～300kPa时调压装置的水力性能,试验得到调压装置的流量为962.794～1 419.538L/h,流态指数为0.083 5～0.168 5,调压装置调压效果良好,但调压区间偏小。弹性膜片厚度和硬度对流态指数和流量的影响均显著,并建立了弹性膜片硬度和厚度与调压装置流态指数以及流量的定量关系。     

渭北旱塬区不同沟垄覆盖模式对春玉米土壤温度、水分及产量的影响

为提高旱作区降水利用率,改善作物的水分有效性,于2007-2010年在陕西合阳县旱农试验站,设置了垄上覆地膜,沟内分别覆普通地膜、生物降解膜、玉米秸秆、液体地膜和沟不覆盖5个不同沟垄覆盖栽培模式。以传统平作为对照,研究了不同沟垄覆盖栽培模式对春玉米田土壤温度、水分及产量的影响,并对其经济效益进行了比较分析。4a结果表明,沟覆普通地膜和沟覆生物降解膜处理玉米苗期5～25cm平均土壤温度分别较对照增高2.4和2.1℃;沟覆玉米秸秆处理较对照降低1.7℃。不同集雨处理均能显著改善玉米前期土壤水分,而后期沟覆玉米秸秆、沟覆液体地膜和和沟不覆盖处理0～200cm土层土壤贮水量与对照无差异,沟覆普通地膜和沟覆生物降解膜处理下层土壤贮水量低于其他处理。沟覆生物降解膜、沟覆普通地膜和沟覆玉米秸秆处理增产效果显著,4a平均产量分别较对照增产35.2%、34.7%和33.6%,平均水分利用效率提高30.6%、30.2%和28.6%。沟覆玉米秸秆处理净收入最高,生物降解膜次之,4a平均净收入分别较对照增加3299和2752元/hm2。因此,垄覆普通地膜沟覆秸秆和垄覆普通地膜沟覆生物降解膜处理在改善土壤水温效应的同时能显著增产增收,是渭北旱塬区春玉米的高效栽培模式。     

有机培肥对旱地土壤养分有效性和酶活性的影响

为了探明有机培肥对旱地土壤肥力的影响,为建立旱地土壤改良技术体系提供依据,在渭北旱塬进行了4年有机培肥定位试验,设置3个秸秆还田量水平9 000 kg/hm2 （SH）、6 000 kg/hm2 （SM）、3 000 kg/hm2 （SL）和3个有机肥施用量水平22 500 kg/hm2（MH）、11 250 kg/hm2（MM）、5 250 kg/hm2（ML）处理,不施有机肥作为对照（CK）。结果表明,连续进行有机培肥第4年冬小麦收获后,各处理060 cm土层土壤有效养分和活性碳含量大小顺序均为:MM, SM＞SH, MH＞ML, SL＞CK,各培肥处理速效磷、速效钾、碱解氮和活性碳含量较对照提高幅度分别为13.27%～161.77%（P0.05）、7.51%～25.01%（P0.05）、10.52%～41.87%（P0.05）和64.15%～92.42%（P0.05）,两种培肥措施间无显著差异;土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性均显著高于CK（P0.05）,提高程度因还田量和施肥量的多少而异,以SM 和MM处理效果最显著,过氧化氢酶活性较CK变化不明显。说明旱地秸秆还田和施有机肥对提高土壤养分有效性、土壤活性有机碳和酶活性有显著效果。     

农户对节水型农业种植结构调整意愿的量化分析-- 以黑河干流中游为例

通过探究农户对节水型农业种植结构调整的接受意愿,提出合理性对策以确保其顺利实施,从而提高作物群体用水效率,保障未来干旱缺水地区的粮食安全和农业发展。基于黑河流域中游3个灌区200位农户的调查问卷及入户访谈所取得的具体调查资料,分别运用Logistic回归中的Enter法和Backwardcond itional法分析农户对节水型种植结构调整的意愿及其关键影响因素。结果表明,节水型种植结构调整接受率与农户文化程度、劳动力人口数、耕地面积、兼业程度、政府是否参与、农户节水意识等因素呈显著正相关,与农户年龄、上一季种植作物种类数、商业化程度、农户风险意识等其他因素呈负相关。在此基础上,对影响节水型种植结构调整接受率的关键因素按重要性进行排序为:年龄>政府是否参与>农户节水意识>兼业程度>农户文化程度>耕地面积,其中年龄和政府是否参与2个变量的显著水平分别达到0.002和0.044。此外还构建了关键因素与种植业结构调整接受率的概率关系式。从拟合效果来看,模型拟合值与观测值的吻合度高达78%,说明模型拟合结果较好。基于实证结果,提出依靠示范户带动整体、加强宣传培训及科技投入力度、强化惠农经济补偿、重视政府导向地位等措施,可保证节水型农业种植结构调整的顺利实施。     

西北干旱地区农业健康用水量计算模型研究

农业健康用水量的确定是西北干旱地区可利用水资源在农业与其他用水行业之间合理分配的基础。依据农业健康用水量的内涵和判别标准,建立了西北干旱区农业健康用水量多目标分层优化计算模型。该模型以各业用水及总用水的综合效益最大为目标函数,依据一定的优化次序计算区域农业健康用水量。并以黑河流域为例,应用模型计算各县级行政单元过去年(1999年)、现状年(2006年)和未来年(2020年)在不同来水频率下的农业健康用水量。结果表明:1999年、2006年和2020年水资源配置按模型计算结果重新调整后,流域经济用水总量(包括农业与工业生产用水)所占比例分别降低2.7%、4.6%和2.1%,而综合用水效益分别增加7.1%、16.6%和13.1%,生态效益提高更为显著,分别为27.6%、37.4%和13.6%,证明了模型的可靠性与农业健康用水的可行性。对照不同水平年农业用水健康结果,2006年较1999年、2020年较2006年农业实际用水状态均趋于健康,流域农业用水比重分别下降3.4%和2.0%,综合用水效益分别提高31.1%和91.6%。此外,如果按照以往农业用水分配次序,2020年在50%、75%和95%来水频率下,可预测流域缺水率分别达到10.6%、13.8%和25.9%,表明水资源将进一步趋紧,需采用农业健康用水标准重新配置水资源,达到有效降低缺水损失的最终目的。     

不同生育时期亏水对河西地区春玉米生长、产量和水分利用的影响

【目的】研究不同生育时期亏水对河西地区春玉米生长、产量和水分利用的影响。【方法】以春玉米东单11号为试验材料,设置4个不同灌水处理(全生育时期灌水(4个生育时期均灌水,CK)、拔节期不灌水(I1)、抽雄期不灌水(I2)、灌浆成熟期不灌水(I3)),研究不同生育时期亏水对春玉米株高、叶面积、地上部干物质、产量和水分利用效率的影响。【结果】与CK相比较,任一生育时期不灌水处理都会造成春玉米株高、叶面积、地上部干物质累积量、产量降低,其中I1处理对株高和干物质累积量影响显著,最高分别较对照降低了11.59%和16.10%;I3处理对春玉米叶面积影响显著,最高降低了24.61%;与CK相比较,I3处理灌溉水利用效率最高,较CK增加幅度最大,达23.77%;不同生育时期不灌水处理对春玉米的产量及其构成因素都有显著影响,其中I2处理对产量影响最大,最大降幅为24.45%,而I3处理对产量没有显著影响。【结论】与全生育时期灌水相比较,灌浆期不灌水不仅对春玉米产量没有显著影响,还可大幅度提高水分利用效率。