小麦/玉米套作田棵间土壤蒸发的数学模拟

为了探明小麦/玉米套作条件下棵间土壤蒸发规律及内在机制,该文将 Ritchie 模型和间套作群体光能传输模型结合起来模拟了小麦/玉米套作田的棵间土壤蒸发,并用2012年和2013年微型蒸渗仪的实测值对该方法进行了验证。结果表明,2 a模拟值和实测值的变化趋势都非常一致。与实测蒸发相比,该文所建模型2012年模拟结果的均方根误差为0.447 mm/d,平均绝对误差为0.331 mm/d,分别比原Ritchie模型降低16.8%和20.8%。在实测数据的88 d,累计实测蒸发量为107.2 mm,而模型的模拟值为100.5 mm,仅低估实测值6.7%。在2013年实测数据的68 d,累计实测蒸发量为83.1 mm,而模型的模拟值为73.7 mm,低估11.3%。模拟值与实测值的均方根误差和平均绝对误差分别为0.465和0.333 mm/d,略大于2012年。套作群体根系层水量平衡分析结果表明,小麦/玉米套作系统整个生育期土壤蒸发占总蒸发蒸腾的比例高达41.1%,故有必要在该套作农田实施秸秆覆盖等农艺措施,以减少棵间土壤蒸发,提高土壤水分的利用效率。该研究成果可为小麦套作种植模式下田间水分管理提供依据。     

基于DSSAT模型陕西杨凌不同降水年型冬小麦灌溉制度研究

基于DSSAT作物模型模拟了不同降水年型水分胁迫条件下的冬小麦生产潜力,对比分析不同生育期灌水对产量、WUE以及土壤蒸发量等的影响,从而确定关键灌水期;并在综合考虑产量、WUE、总灌水量、灌水次数等因素的基础上确定了不同降水年型下的最优灌溉制度。结果表明：(1) 冬小麦越冬水、返青水、拔节水、灌浆水四水中以返青水最为关键,其次为拔节水,最后为越冬水和灌浆水;当不灌返青水时,冬小麦产量和蒸腾量显著降低,土壤蒸发量显著升高;(2) 不同降水年型之间也存在显著差异,产量、WUE、作物蒸腾量等表现为丰水年略大于平水年,二者显著大于枯水年;而灌水边际效益表现为平水年＞枯水年＞丰水年;(3) 枯水年、平水年、丰水年的冬小麦最优灌溉制 度分别为枯水年返青期和拔节期各灌水75 mm和50 mm,平水年返青期灌水75 mm,丰水年返青期和拔节期各灌水25 mm。     

基于CROPWAT-DSSAT关中地区冬小麦需水规律及灌溉制度研究

明确关中地区作物需水规律可为合理制定灌溉制度提供理论前提,从而为合理开发和高效利用农业水资源提供帮助。该文基于CROPWAT-DSSAT模型模拟分析了关中地区近30年来冬小麦生长季期间的有效降水量、作物需水量等季节变化特征,并模拟不同降水年型不同灌溉制度下作物产量的变化趋势,分析了多次灌水对产量及经济效益的影响,以确定不同降水年型下的最优灌溉方案。结果表明:关中地区冬小麦生长季期间有效降水量不足其需水量的50%,不同降水年型的季节特征有所不同,总体表现为越冬及返青拔节期缺水较为严重。冬小麦生长期间,越冬水、返青水、拔节水及灌浆水4水中以返青水最为关键,其次为拔节水,灌浆水对产量的贡献作用最小;丰水年、平水年、枯水年冬小麦最佳灌溉定额分别为75 mm、125 mm及150 mm;枯水年需在越冬期、返青期和拔节期分别灌水25 mm、75 mm和50 mm,此时冬小麦产量和经济收益均最高;平水年需在越冬期、返青期、拔节期分别灌水50 mm、50 mm和25 mm,此时冬小麦产量最高,越冬水灌溉量减半后经济效益最高;丰水年则需在越冬期、返青期和拔节期均灌溉25 mm为宜,此时冬小麦产量和经济效益均最高。     

再生水灌溉对土壤斥水性的影响

深入探求再生水灌溉条件下不同土壤中水分和溶质的分布及斥水性变化规律,能为再生水灌溉条件下土壤斥水性产生原因及其影响因素的研究提供一定的参考。选用砂土、砂姜黑土、塿土和盐碱土进行土柱再生水灌溉试验,取样测定不同灌水量条件下剖面土壤的潜在斥水性、含水率、Cl-、有机质(organicmatter,OM)含量及电导率(electrical conductivity,EC)等。结果表明:再生水灌溉后,塿土及盐碱土分别出现0～2,1～3级斥水性,砂土及砂姜黑土为0级斥水性,4种土表层表现出较强的斥水性。土壤斥水性随再生水灌水量和灌溉时间的增加而显著增强,并且灌水量越大,斥水性差异性越显著。4种土有机质含量OM与土壤斥水持续时间变化值TR呈正相关关系,Cl-含量、EC值与土壤斥水持续时间变化值TR呈负相关关系。相比较其他3种土而言,砂土更适合再生水灌溉。     

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.     

低压微灌多孔软管水力特性试验研究

为了进一步探索低压微灌多孔软管的水力性能,采用室内试验方法,研究了低压(1～5m)条件下多孔软管的出流规律、沿程压力分布规律以及水头损失分布规律,结果表明,在低压条件下,多孔软管的水力特性受进口压力、出流孔孔距、铺设长度等因素影响,且受到管壁塑性变形的影响;沿程出流表现出单峰性,随管长及孔距增大,最大值点前移,随压力增大,沿程出流更为均匀;沿程压力一直减少,前半段减幅约为后半段的4倍,且随孔距增大,递减幅度变小;水头损失随孔距减小和压力增大而减小,且进口压力为1～3m时的减幅与4～5m时的比值在管长为40m时,其值约为管长为30m时的2倍。研究结果可为低压微灌技术的完善和发展提供理论依据。     

麦秸预处理方式对黄绵土结构及低吸力段持水性的影响

通过土柱模拟培养试验,对比研究秸秆经过粉碎、氨化预处理及与无机土壤改良剂(硫酸钙)混合配施对黄绵土结构及低吸力段持水特性的影响。结果表明,秸秆经粉碎、氨化预处理及与土壤改良剂配施后能显著提高土壤结构稳定性,降低土壤结构分形维数。其中粉碎氨化秸秆对提高土壤稳定性具有一定的迟效性。秸秆经过不同预处理后施入土壤使土壤孔隙连通性降低,并随着秸秆的分解得到改善。其中长秸秆对土壤孔隙连通性改善作用较粉碎秸秆差。试验表明,土壤团聚体分形维数与土壤结构评价指标均呈极显著负相关关系(P<0.01),土壤团聚体分形维数FD与低吸力段土壤孔隙分形维数Dp之间呈极显著直线相关关系,相关系数为-0.80。FD与Dp两者结合分析可定量描述不同预处理秸秆对土壤结构、低吸力段持水特性的动态影响过程。     

施氮量对棉田土壤速效养分和酶活性变化特征的影响

以美棉33B为材料,研究了施氮量对棉田土壤养分和酶活性的影响,为精确农业的精确施肥及棉花产量和品质改善提供理论依据。结果表明,合理施用氮肥能提高0～20cm关键生育期土壤速效养分和酶活性;速效养分质量分数分布特征为苗期和开花期升高、花铃期降低,吐絮期开始回升的趋势。施氮量主要影响0～20cm土壤脲酶和20～40cm剖面磷酸酶时空分布;脲酶活性高值出现比速效养分质量分数最高值早一个生育时期;就某一生育时期而言,脲酶活性与土壤碱解氮、速效磷、速效钾呈极显著的正相关;土壤磷酸酶与速效磷存在显著或极显著相关。整个生育期内土壤速效钾与酶活性呈显著或极显著正相关;脲酶活性高值出现比速效养分质量分数最高值早一个生育时期,为脲酶作为更灵敏的指标提供了有力证据。     

基于主成分分析和参数设计的畦灌技术参数优化

针对畦灌灌水质量评价指标较多、自然因素存在时空变异性和技术参数有控制误差而造成的灌水质量评价不合理、灌水质量不高且波动大的现状,在田间灌水试验的基础上,利用主成分分析计算灌水质量综合主成分作为评价指标,采用参数设计的方法对畦灌灌水技术参数进行了优化。结果表明,灌水质量综合主成分可以代表99.99%的灌水质量变异信息,且服从正态分布,同时自然参数的变异和技术参数的误差对灌水质量及其稳健性产生了较大影响,经模拟和实测结果验证,泾惠渠灌区畦灌技术参数优化组合为畦宽3.5~4.5 m,畦长120 m左右,单宽流量9 L·s~(-1)·m~(-1)左右,改水成数7成左右,此时具有很好的灌水质量和稳健性。     

供水压力对微孔陶瓷渗灌土壤水分运移的影响

为探明供水压力对微孔陶瓷灌水器灌水条件下土壤水分运移规律的影响,通过室内土箱模拟试验,研究了3个压力水平下的微孔陶瓷灌水器灌水时的土壤水分入渗特征。研究结果表明,微孔陶瓷灌过程中,供水压力是决定土壤水分初始入渗速率和累计入渗量的关键因素,且供水压力越大,土壤水分初期入渗速率越大,最终累计入渗量也越大;微孔陶瓷渗灌形成的湿润体轮廓为上下不对称的椭球体,湿润锋在各方向上的运移距离与时间呈幂函数关系,其中入渗向上距离水平距离向下距离,供水压力越大,水平最大入渗半径距离灌水器底部距离越远;供水压力对土壤含水分分布影响较大,供水压力越大,灌水器周围含水率越高,高含水率区域越大。在各供水压力水平下,微孔陶瓷渗灌形成的湿润体大小和含水率均能满足作物根系吸水需求。