基于称量反馈的设施番茄灌溉系统的构建与应用

为提高设施番茄灌溉的精准性,该研究设计了一种基于称量反馈的灌溉系统,该系统包括称量反馈模块、多源信息采集传输模块、灌溉决策模块与水肥执行模块。称量反馈灌溉决策首先利用卫星定位模组获取灌溉地经纬度信息自动计算当天的日出时刻、日落时刻、日中时刻,结合椰糠条吸水特性与番茄植株日需水量变化规律,把1 d自动划分为4个不同的动态灌溉阶段;根据温室内温湿度信息及排液电导率（electrical conductivity,EC）值反馈的番茄植株根部信息,制定了一般模式灌溉肥液或洗盐模式灌溉清水（或低浓度营养液）。设计试验以基于辐射累积控制灌溉、定时灌溉作为对照,分别从栽培效果、灌溉效果、应用效益方面验证该灌溉系统的应用效果。结果显示使用该称量反馈灌溉系统比基于辐射累积控制灌溉系统灌溉量增加1.8%,用肥量减少7.3%,排液比降低7.9%,排液EC值降低9.3%;与定时灌溉方式相比灌溉量减少11.3%,用肥量减少20.0%,排液比降低17.9%,排液EC值降低4.9%。栽培效果显示,使用该称量反馈灌溉系统的椰糠条栽培番茄在茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量和基于辐射累积的控制灌溉相比无显著性差异（P>0.05）,但株高增加4.8%;与定时灌溉相比在株高、茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量均无显著性差异（P>0.05）。预计使用该称量反馈灌溉系统,园区15栋日光温室（1.22 hm²）相比基于辐射累积控制灌溉,应用效益月节约0.276万元,与定时灌溉方式相比,园区月节约2.247万元。该系统简化了番茄植株需水量的计算过程,实现了番茄栽培水分的精准感知与按需精量灌溉。     

基于复杂种植结构多情景分析的灌区多目标多水源优化配置

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾,通过合理调整种植结构,优化灌区水资源配置,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象,将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数,兼顾灌区生态安全约束,构建了基于种植结构优化的多目标多水源优化配置模型,针对作物熟制、作物种类、种植制度以及灌溉方式设置了8种不同的种植结构优化情景,通过自主改进的基于精英策略并协遗传算法（NSGAⅡ-S）对模型求解,获得不同情景下的水资源优化配置方案。结果表明：应用模型进行水资源配置后,各情景配水总量均有所减少,其中水库配水量高于其他水源的配水量,水库水、引黄水和引江水均达到用水总量控制目标,民有分区的各计算单元间的配水量变化明显,总配水量高于滏阳河分区;适当压减主要依靠抽取地下水灌溉的冬小麦的播种面积,变灌溉农业为旱作雨养农业,可以极大地减少地下水用量,增加灌区经济效益;最佳的种植结构优化方案为CS₄（削减冬小麦的种植面积,种植苜蓿,灌溉方式采取管灌或喷灌）,该方案冬小麦播种面积压减17.10%,地下水开采量减少了16.42%,灌区的经济效益增加了26.41%,在保证配水总量最小的同时,具有更高的经济效益。该研究所构建的多目标多水源优化配置模型和作物配水结果可为类似地区的水资源配置提供参考。     

水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为：干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率（electrical conductance,EC）值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1092.04和1263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。     

投喂率对凡纳对虾中间培育生长、生理和水环境的影响

中间培育是凡纳对虾(Penaeus vannamei)养殖的重要阶段,投喂率是影响此阶段养殖成效的重要参数。本研究开展为期30 d的养殖实验,研究3组投喂率(投喂率分别为体重的5%、7.5%、10%,分别命名为T5、T7.5和T10)对凡纳对虾中间培育养殖水质、微生物群落结构、非特异性免疫指标及生长性能的影响。实验期间,水体pH、盐度、温度及溶解氧均保持在适宜对虾生长的范围内。结果显示,随着实验进行,总氨氮(TAN)、亚硝态氮(NO2–-N)和化学需氧量(COD)浓度出现上升趋势,实验结束时,其浓度随投喂率升高呈现显著差异：T10>T7.5>T5。微生物群落结构分析表明,养殖水体的微生物群落丰富度和多样性随投喂率升高呈下降趋势,不同投喂率的优势门类均为变形菌门(Proteobacteria, 50.36%~67.53%)和拟杆菌门(Bacteroidetes, 12.09%~67.53%);在属水平上,对凡纳对虾有害的弧菌(Vibrio)相对丰度在T10组最高(37.33%)、T5组最低(0.13%);对其有益的假交替单胞菌(Pseudoalteromonas)相对丰度在T10组最低(0.28%)、T7.5组最高(9.78%)。凡纳对虾肝胰腺的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(AKP)活性在T10组最低、T7.5组最高(P<0.05)。T7.5和T10组对虾的体长和体重均显著大于T5组(P<0.05),但T7.5和T10组之间无显著差异(P>0.05),投喂率与存活率呈负相关,且3组间存在显著差异(P<0.05)。利用因子分析对非特异性免疫指标和生长指标进行综合评价,结果表明,T7.5组得分最高,为0.92,凡纳对虾中间培育的投喂率在7.5%左右为宜。     

宁夏地区春玉米灌溉需水量特征研究

【目的】提高宁夏地区春玉米的灌溉效率,优化农业资源配置。【方法】依据宁夏地区11个站点1960-2019年的气象资料,确定宁夏地区年际及春玉米生育期不同水文年型的有效降雨量;然后,利用ET₀ Calculator软件计算参考作物腾发量,并结合作物系数法计算作物需水量,求得宁夏地区年际及不同水文年型下春玉米各生育期的作物需水量、灌溉需水量、耦合度和水分盈亏指数。【结果】1960-2019年间,宁夏地区年有效降雨量波动较大(158.5~424.2 mm),北部引黄灌区、中部干旱带和南部山区春玉米生育期有效降雨量分别为123.9,205.4和334.4 mm。宁夏全区春玉米生育期需水量为482.0~690.7 mm,其中南部山区和中部干旱带春玉米需水量有降低趋势,而北部引黄灌区有增大趋势。北部引黄灌区、中部干旱带和南部山区春玉米灌溉需水量分别为566.8,413.0和147.6 mm;在枯水年、平水年和丰水年宁夏全区春玉米灌溉需水量分别为448.5,378.9和317.0 mm。南部山区降雨对作物需水量的满足程度最高,耦合度为0.70,是北部引黄灌区的3.89倍。【结论】宁夏南部山区应以集雨技术为基础发展雨养玉米种植;北部引黄灌区和中部干旱带需要大力发展节水灌溉,其中在北部引黄灌区春玉米大喇叭口期、抽雄期和乳熟期需要分别补灌87.2,79.6和275.6 mm,在中部干旱带需要分别补灌65.7,62.4和212.8 mm。     

吉林省西部盐碱地综合开发多情景模拟与水资源效应

[目的] 盐碱地综合开发利用是提高农业生产力、践行大食物观的必然选择。但受限于开发利用模式单一、耗水压力较大,亟待探索多元化治理模式并依据其水资源效应开展优化调控。[方法] 以吉林省西部地区为研究区,采用FLUS模型预测2030年盐碱地资源在自然发展、粮食安全、粮饲综合开发和生态安全4种情景下的开发利用格局,并对不同情景下的产水量变化进行评估。[结果] (1)2000—2020年研究区开发利用盐碱地1 540.18 km²,主要被恢复为草地或开垦为耕地,但其中旱地次生退化风险较高。(2)不同情景下盐碱地开发均以耕地利用为主。粮食安全情景下水田和旱地开垦面积占比分别为67.48%,4.23%。相较于自然发展情景,粮饲综合开发情景下盐碱地恢复为草地的面积增加139.18 km²,生态安全情景下生态用地规模显著提高。(3)至2030年,4种发展情景下研究区产水量较基期均有所下降,生态安全情景下降幅度最大,达到3.71×10⁸ m³。相比之下,粮饲综合开发情景充分保障粮食和饲草生产,同时缓和盐碱地治理所导致的水资源压力。[结论] 松嫩平原盐碱地开发利用应充分考虑粮饲综合开发模式,统筹粮食和饲草供应,协调粮食和生态安全,以大食物观引领国土空间生态修复和退化土地的开发利用。     

梯形渠道跌水口量水的试验研究

跌水是一种较为常见的渠系建筑物,当水流经过跌水口时必然产生缓流向急流的过渡。在梯形渠道上通过2种不同的连接渐变段(扭面与隔墙)以及不同的堰厚和缺口宽度组合,进行了系统的跌水口量水试验,应用量纲分析法建立了2种连接渐变段在不同堰厚下的流量公式,得出流量计算的平均相对误差最大值为3.002%。     

基于LF-NMR及MRI 的2种速生材干燥过程中水分分布状态研究

为了解太阳能干燥过程中速生材内部水分状态及迁移规律,采用低场核磁共振及核磁共振成像检测桉、杨木干燥过程中水分分布、含量变化及迁移过程,借助扫描电镜在微观层面进行分析。结果表明：核磁共振信号强度与称重法所测含水率相关性系数高达0.99以上,因此低场核磁共振可准确测定木材中的水分含量;桉木和杨木饱水试样的核磁共振信号中均存在3种峰,桉木弛豫时间分别为1.32、32.75、403.70 ms,杨木为2.66、32.75、352.12 ms,对应着结合水及两种状态的自由水;随着干燥进行,不同状态水分的横向弛豫时间逐渐减小,木材对水分的束缚增加。当桉木含水率为27.28%,杨木含水率为35.71%左右时,水分散失转为以结合水为主。通过核磁共振成像中氢质子密度的不同可对水分含量进行区分,进而可观测干燥过程中木材内部水分移动状态。因此,通过低场核磁共振及核磁共振成像可研究速生材干燥过程中的内部水分状态及分布。     

Greenhouse gas emissions in response to straw incorporation,water management and their interaction in a paddy field in subtropical central China

A field experiment was conducted to study the effects of combination of straw incorporation and water management on fluxes of CH₄, N₂O and soil heterotrophic respiration (Rh) in a paddy field in subtropical central China by using a static opaque chamber/gas chromatography method. Four treatments were set up: two rice straw incorporation rates at 0 (S1) and 6 (S2) t ha^?1 combined with two water managements of intermittent irrigation (W1, with mid-season drainage) and continuous flooding (W2, without mid-season drainage). The cumulative seasonal CH₄ emissions for the treatments of S1W2, S2W1 and S2W2 increased significantly by 1.84, 5.47 and 6.63 times, respectively, while seasonal N₂O emissions decreased by 0.67, 0.29 and 1.21 times, respectively, as compared to S1W1 treatment. The significant increase in the cumulative Rh for the treatments S1W1, S2W1 and S2W2 were 0.54, 1.35 and 0.52 times, respectively, in comparison with S1W2. On a seasonal basis, both the CO₂-equivalents (CO₂e) and yield-scaled CO₂e (GHGI) of CH₄ and N₂O emissions increased with straw incorporation and continuous flooding, following the order: S2W2>S2W1>S1W2>S1W1. Thus, the practices of in season straw incorporation should be discouraged, while mid-season drainage is recommended in paddy rice production from a point view of reducing greenhouse gas emissions.     

永久性贮水池在水灭火法扑救森林火灾中的运用

本文简要阐述了水灭火法灭火原理与系统组成,提出通过建立永久性贮水池促进水灭火法将成为我国林火扑救重要手段的发展设想。