根域水分亏缺对涌泉灌苹果幼树产量品质和节水的影响

为了有效提高山地苹果树的水分利用效率（water use efficiency,WUE）以及合理分配灌溉用水,该文以陕北黄土高原地区山地苹果树为研究对象,通过大田试验,研究了涌泉根灌（surge-root irrigation,SRI）条件下水分亏缺对苹果树生长、产量、品质及WUE的影响。试验于2016—2018年分别在萌芽期（I）设置轻度（L）、中度（M）和重度（S）3个水平亏缺处理,在开花坐果期（II）和果实膨大期（III）分别设置L和M 2个水平亏缺处理,另设全生育期充分灌溉（FI）与不灌水（NI）作为对照,共9个处理。结果表明：苹果树各生育期耗水量由大到小依次为III期、II期、I期、果实成熟期（IV）,其中III期耗水量占全生育期耗水总量的59%~71%,远高于其他3个生育阶段。调亏灌溉与FI相比节水效果显著（P<0.05）,且其一定程度上抑制了苹果树新梢生长,苹果树水分调亏程度大的处理在下一个阶段复水后其耗水量越大。水分亏缺可调节苹果的品质,I期进行水分亏缺对果实含水率、可溶性物质含量和可溶性还原糖含量的影响均不显著（P>0.05）,III期进行水分亏缺可增加果实硬度,降低单果质量、优果率和果实含水率,因此不宜在苹果树III期设置水分亏缺;而在苹果树II期进行水分亏缺使果实硬度略有增加,果实含水率略有下降,同时单果质量、优果率、可溶性物质和可溶性还原糖含量提高,使苹果更甜且易存储。其中II-M处理的苹果产量、品质及WUE均达到较高水平,建议最优的水分调亏应是II-M处理。该研究可为陕北山地苹果水分管理、精准灌溉提供理论与技术参考。     

基于Green-Ampt的膜孔灌三维入渗模型建立与验证

在膜孔灌入渗方面研究中的入渗模型缺少明确的物理意义,针对这一问题,该文以一维Green-Ampt公式为基础进行探讨。对公式中概化湿润锋为平面的假设条件进行深化讨论,结合膜孔灌三维入渗特点,建立了包含膜孔直径、表征导水率和湿润锋面水吸力的膜孔灌入渗模型,利用室内入渗试验和以不同土壤质地（典型砂壤土、典型壤土和典型粉壤土）的Hydrus-2D软件数值模拟结果对其进行验证。结果表明：试验观测和数值模拟得到的单位面积累积入渗量随时间的变化规律与模型计算得出的结果一致,二者均方根误差和平均绝对误差接近于0,偏差百分比小于10%,数值相差不大;由模型计算得出的概化湿润锋由试验及模拟结果在入渗前期相差很小,在入渗后期差别逐渐变大;另外,相较于水平方向,垂直方向的概化湿润锋计算结果更加接近试验观测值和数值模拟值。建立的模型可为准确计算膜孔灌累积入渗量、预测湿润锋形状提供依据。     

不同植物截留特征的比较研究

为分析不同植物最大截留量,分别采用浸泡法和人工降雨法测定5种单株植物及其叶和茎的最大截留量,试验中用镊子夹住样本浸在水中30min,取出控水1min,待叶片不滴水时称重,或采用针孔降雨器模拟人工降雨,降雨强度是100mm/h,降雨历时为4min,最大截留量值为试验前后样本的重量差值,结果表明:(1)对于玉米、大豆、酸枣、刺槐、紫花苜蓿而言,人工降雨法测得单位叶面积最大截留量值高于浸泡法,而人工降雨法测量茎最大截留量值均低于浸泡法;(2)不同植物茎最大截留量与株高和杆粗乘积、单株植物最大截留量与植株干重均呈线性正相关关系;(3)对于大豆、玉米、紫花苜蓿及酸枣而言,叶片的截留量值明显高于茎,说明叶片截留在植物截留中起到主要作用;(4)浸泡法测定的不同植物叶和茎最大截留量值与人工降雨法测定值均呈很好的线性函数关系;(5)叶长、叶宽、叶周长、叶鲜重与叶片最大截留量的相关性均不显著,而叶面积及叶干重与叶片最大截留量均遵循很好的线性函数关系,且不同植物叶片最大截留量相差较大,浸泡法测定值在30.07~122.84g/m2之间,人工降雨法测定值在32.76~181.14g/m2之间,因此精确分析植物降雨截留量时应考虑物种差异。     

平原河网地区稻田排水过程及其受外河影响的研究

为了探寻符合平原河网地区特点的排水系统最佳布置及管理方案,根据江苏常熟稻田排水观测试验,结合田间水文模型-DRAINMOD模型,分析了河网地区独特的水量平衡关系,确定了稻田排水量以及农田与外河的交换水量,并根据研究区的排水要求计算了可以削减的排水量。结果表明,在现有灌排制度下,生长期内稻田实际排水量约816mm,远高于当地所推荐的适宜排水量,可削减排水量约216mm,占目前灌水量的21.4%;按照当地所推荐的适宜排水量,利用DRAINMOD模型,当暗管埋深为90cm时,排水间距以25m为宜。研究区农田与外河的水位差较小,当外河距离农田大于30m时,实际水量交换很小;外河对农田的影响主要表现为对农田排水系统功能的抑制作用。     

涌泉根灌双点源交汇入渗湿润体试验研究

【目的】探求涌泉根灌土壤水分运移及分布特性,为涌泉根灌理论研究及技术要素确定提供参考。【方法】在20L的灌水量和160~300min的灌水历时条件下,以滴头流量(4,6,8L/h)、滴头间距(30,50cm)为变量,通过变化其中的一个量进行双点源交汇入渗条件下的涌泉根灌试验,测定并分析湿润体水平剖面和垂直剖面湿润锋运移和水分分布的变化规律。【结果】涌泉根灌双点源交汇入渗不同布置方式对水平、垂直剖面湿润锋运移及水分分布有一定影响,不同流量(4,6,8L/h)入渗结束后24h,水平和垂直方向湿润锋分别相差1.5,4.0cm;4.2,2.8cm和6.7,6.8cm。不同滴头间距(30,50cm)入渗结束后24h,水平剖面水平方向和交汇界面湿润锋分别增加24.5,11.3cm和17.7,20.3cm,垂直剖面水平方向和交汇界面湿润锋分别增加26.0,30.2cm和22.1,36.6cm。灌水量和滴头间距相同条件下,灌水结束时大滴头流量湿润体表层土壤的含水量较高,但深层土壤含水量较小滴头流量低。【结论】在灌水量20L和灌水历时160~300min条件下,涌泉根灌滴头流量和滴头间距对湿润体的运移、交汇时间、土壤含水量均有影响。     

基于排列熵和小波分析的渭河降水突变研究

【目的】将排列熵和小波分析相结合,研究近60年来渭河干流降水序列的突变特征及其影响因素,为渭河流域水资源的利用提供参考。【方法】利用1960-2003年渭河流域干流天水、宝鸡、武功和西安4个站点日降水观测资料,按照不同窗口滑动取样得到不同时间段的降雨数据,利用排列熵算法分别计算其复杂度,分析复杂度序列随时间的演变规律来检测序列的突变点,之后通过小波分析对复杂度序列进行逐级分解,分析不同时间尺度的周期波动在降水突变中的贡献。【结果】渭河流域天水、宝鸡、武功和西安4站降水量在20世纪均发生了2次突变,其中位于上游的天水站突变发生于1971和1994年,位于中下游的宝鸡、武功和西安站突变发生于1980和1994年,呈现出一致性的特征。【结论】准10年时间尺度的周期气候波动是渭河干流降水突变的主要因素。     

CO2浓度升高、干旱胁迫和氮沉降对白羊草光响应曲线的影响

为揭示白羊草(Bothriochloa ischaemum (L.) Keng.)对全球气候变化的光合生理特征响应规律,采用盆栽控制试验,研究了白羊草在不同CO₂浓度、水分条件和施氮水平下叶片的叶绿素含量和光响应曲线特征。结果表明:随CO₂浓度升高和施氮量增加,白羊草叶片SPAD值,最大净光合速率(P_max),表观量子效率(AQE)和光饱和点(LSP)均呈增加趋势;干旱胁迫降低了SPAD值,P_max和LSP。多因素方差分析表明,CO₂浓度,水分处理和施氮水平对SPAD值,P_max和LSP有极显著影响,施氮水平对AQE有极显著影响。CO₂浓度和水分处理对P_max,AQE和LSP有显著的交互作用;CO₂浓度和施氮水平对P_max,AQE和光补偿点(LCP)有极显著的交互作用;水分处理和施氮水平对P_max,AQE和LSP有极显著的交互作用。RDA分析表明氮素是影响白羊草光合特征的最重要因素。全球CO₂浓度升高和氮沉降增加对干旱胁迫引起的白羊草光合速率下降有显著的缓解作用。     

基于聚合模型的水库群引水与供水多目标优化调度

该文以深圳市城市供水系统中的公明供水调蓄工程为例,对区域水资源的合理配置和高效利用展开研究。工程中公明水库被用作城市供水的储备水源,以防止连续枯水年份或发生水污染等严重事件对城市供水构成的巨大威胁。为此,充分考虑调蓄工程的供水运行特点,将调蓄工程中的水库群聚合为"虚拟水库",并建立调蓄工程的引水与供水调度模型;调度模型以引水量最小和公明水库换水量最大为目标函数,采用多目标遗传算法NSGA-II对引水与供水调度模型进行优化求解。在此基础上,采用模糊优选方法在Pareto优化解集空间中寻找满意解,并选择3个代表解对调蓄工程的供水进行模拟。对比与分析模拟计算结果,表明优化调度模型能够高效利用外流域引水资源和提高公明水库的水量交换。     

黄土丘陵区油松林细根在坡面的空间分布特征

以黄土丘陵区人工油松林坡地为研究对象,采用网格法,距坡顶10m(SP1),20m(SP2),30m(SP3)和40m(SP4)处,分9层(20cm/层)钻取土样,分析了细根形态、生物量的空间分异特征。结果表明:(1)油松细根生物量和根长密度主要分布在0—100cm的土壤中,占0—180cm土壤的83%和81%,并随土层深度增加呈指数下降趋势,比根长则随土层深度增加而逐渐增大;(2)SP1处细根生物量(1.26 mg/cm~3)、根长密度(7.21 mm/cm~3)、根面积密度(13.28mm~2/cm~3)显著小于SP2,SP3和SP4(p0.05),而SP1处比根长(1 099.36 mm/mg)、比根面积(1 075.48mm~2/mg)显著大于其他坡位处的(p0.05);(3)油松细根在坡面的空间分异性,是由于不同坡位立地条件下土壤水分的显著差异导致,其影响程度达到极显著水平(p0.01)。研究结果对于揭示立地条件对根系行为的影响机制具有一定的参考价值,为黄土丘陵区水土保持植物措施的配置提供科学依据。     

填料及降雨特征对雨水花园削减径流及实现海绵城市建设目标的影响

为了应对城市化对区域水环境的不利影响,我国各地都在积极倡导城市低影响开发(LID),鼓励建设海绵城市。城市雨水花园是目前国际上广泛推崇的一项措施,通过对雨洪的拦蓄,增加入渗,削减污染物的输出。为了研究填充介质以及降雨特征对雨水花园效果的影响,以砂、土分层以及均质黄土2种不同填料雨水花园2a的监测数据,研究了花园对雨水径流总量和洪峰的削减效果,并分析了雨水花园在海绵城市建设中的积极作用。结果表明:在2a监测期内,分层填料雨水花园对14场降雨的水量的削减范围为12.0%~85.9%,平均为44.3%;对径流峰值削减范围为11.2%~93.3%,平均为55.8%;均质黄土填料的花园水量削减范围为9.8%~79.8%,平均39.2%;峰值削减范围为20.3%~89.8%,平均50.5%,分层填料雨水花园对峰值和水量削减均都高于均质黄土填料雨水花园。2个雨水花园的水量削减均与降雨量呈负相关关系,对中小型降雨的水量削减效果更为显著。西安市年内降雨多以中、小型降雨为主,两者之和占总降雨量的69.8%。如果以目前研究区海绵城市建设目标中年径流总量消减80%为控制目标,分层雨水花园和均质雨水花园对小雨的海绵城市完成率分别为98.5%和92.5%;对于中雨,分层和均质填料雨水花园的海绵城市完成率分别为69.0%和62.3%。研究还发现,雨水花园对雨水径流的削减能力与降雨前期的干旱天数呈正相关关系;鉴于研究区——西安雨热同期,雨水花园内土壤水分疏干较快,且降雨间隔天数平均4.25d,此类气候特点有利于雨水花园在该地区高效运行。