雄安新区上游农业种植结构及需水时空演变

本文利用作物模型模拟小麦、玉米灌溉需水量,结合蒸发皿法估算蔬菜、果树等其他作物需水量,回溯雄安新区上游1986-2015年农业种植结构及农业需水的时空演变趋势,摸清不同作物的需水量比例及时间变化,并推算了消除降水年际波动的1970-2015年农作物灌溉需水量,探讨单纯人类活动下的农业需水量变化趋势。结果表明,1986-2015年,研究区作物播种总面积总体呈上升趋势,耕地面积多年平均84.9万hm²,有效灌溉面积平均71.3万hm²,占总耕地面积的84%。其中小麦播种面积稍有下降,玉米、蔬菜播种面积显著增加,果树种植比例在山区增加、平原区减少。研究区多年平均灌溉需水量22.52×10⁸ m³,小麦、玉米、蔬菜、果树和其他作物分别占灌溉需水总量的58.6%、12.6%、5.8%、16.3%和6.7%,受播种面积增加影响,1970-2015年,蔬菜和果树需水显著上升。从空间上来看,灌溉需水总量在上游山区上升显著,而在平原区表现为下降;排除降水的年际波动后,研究区作物需水自1970年以来一直呈上升趋势,进入20世纪80年代中期,虽然整体上升减缓,但随农业播种总面积增加和蔬菜、水果需水增加影响,需水量整体呈缓慢上升趋势。因此,控制上游农业用水,种植低耗水作物、减少耗水作物的种植面积,是恢复雄安新区清水产流的关键。     

亏缺灌溉对马铃薯生长产量及水分利用的影响

为了解析马铃薯不同品种对水分亏缺的响应,探讨不同品种对水分需求量的差异,该研究在大田遮雨棚滴灌下,以马铃薯品种‘青薯9号’和‘大西洋’为材料,参考西北区和本试验区的年平均降雨量,设置5个水分处理,将参考试验区年平均降雨量的值划分为正常灌水(A),逐级调亏灌水量的值划分为轻度(B)、中度(C)、重度(D)和特重度(E)亏缺灌水处理,研究灌水量对不同品种马铃薯植株生长(株高、茎粗、叶面积)、生物量与分配、叶片相对含水量、产量与构成因素、水分利用的影响。结果表明:正常灌水下,‘青薯9号’株高增长速度大于‘大西洋’,且测定期内持续增高,但‘大西洋’叶面积快速扩增期的扩增速度大于‘青薯9号’;2个品种各器官干质量变化趋势不一致,‘大西洋’各器官干质量呈增长趋势,‘青薯9号’茎叶和根干质量呈前期增长后期下降、块茎干质量呈显著增加趋势(P0.05),且‘青薯9号’块茎生物量分配比例最高值为57.96%,仅是‘大西洋’最高值的67.43%;2个品种叶片相对含水量均呈先升高后降低的变化趋势;‘大西洋’单株结薯数、单株产量、公顷产量、商品薯率高于或显著高于亏缺灌溉(P0.05),‘青薯9号’仅商品薯率和大薯率高于或显著高于亏缺灌溉(P0.05),其他指标则显著低于轻度亏缺灌溉(P0.05),水分利用效率和灌水效率分别为152.62kg/(hm~2·mm)和130.70%。亏缺灌溉下,随水分亏缺度加重,‘大西洋’株高、茎粗和叶面积扩增的抑制大于‘青薯9号’,2个品种叶片相对含水量降低、生物量积累的增速和绝对值降低、产量和大薯率显著下降(P0.05),且‘青薯9号’上述指标的降幅小于‘大西洋’,其中轻度亏缺灌溉下,‘青薯9号’单株结薯数和公顷产量具有补偿效应,较正常灌水分别增加22.79%和11.71%,水分利用效率提高41.48%、灌水效率提高60.05%,抗旱系数为1.12。因此,‘青薯9号’轻度亏缺灌溉,可控制其地上部旺盛生长,利于块茎形成和膨大,‘大西洋’应保证充足水分供给,不宜亏缺灌溉。     

基于指示Kriging法的土壤盐渍化与地下水埋深关系研究

在北方干旱、半干旱的地下水浅埋区,土壤盐渍化是土地资源退化的主要原因,防治土壤盐渍化是农业和生态环境可持续发展的重要保障。该文以内蒙古河套灌区解放闸灌域为例,运用指示Kriging法绘制并比较了不同阈值下地下水位埋深和土壤表层含盐量的概率分布图,从概率空间分布的角度分析研究了土壤盐渍化与地下水位埋深之间的关系,从而将这方面的研究从通常的农田尺度扩大到灌域尺度。结果表明:1)土壤盐分和地下水位埋深空间变异强度均为中等,且具有中等的空间自相关性,球状模型拟合变异函数的效果较好;2)在灌域尺度上,解放闸灌域4月底土壤表层发生中度、轻度盐渍化时地下水位临界埋深分别为2.0、2.5m,西南及中东部地下水位埋深小于临界埋深的概率较大,是土壤返盐的高风险区;3)3月底地下水位埋深对土壤返盐的影响比4月底更大一些,这表明地下水位埋深对土壤返盐的影响具有一定滞后效应,只有地下水位埋深小于临界深度的状态维持一段时间,才会造成土壤中度或轻度盐渍化。     

基于Fluent卷盘式喷灌机喷头内部流场分析

为了了解喷头内部流场的变化情况,根据计算流体力学的基本理论,运用Fluent软件对卷盘式喷灌机喷头内部流场进行了仿真。对在相同压力下不同规格型号的喷头以及相同规格型号的喷头在不同工作压力下的内部流场进行了分析,通过该仿真分析可直观了解在不同条件下,喷头内部流场的分布情况和变化趋势。因此对喷头内部流场的仿真分析在喷头设计或选型中都起着积极作用。     

涌泉根灌湿润体水氮运移特性试验研究

在陕北米脂山地微灌枣树示范基地原状土上进行了涌泉根灌肥液入渗试验,研究了湿润体特征值的变化规律及水氮运移特性.〖JP+1〗结果表明：涌泉根灌入渗能力随肥液质量浓度增大而增大,累积入渗量与入渗时间的关系符合Kostiakov模型;竖直剖面的水平和垂直方向上的湿润锋运移速度均随肥液质量浓度增大而增大,并与时间均呈良好的幂函数关系.肥液质量浓度越大,涌泉根灌相同时间内湿润体的湿润深度越深,相同位置处的土壤质量含水率越大.清水与不同肥液质量浓度的涌泉根灌土壤平均质量含水率分布规律类似,肥液质量浓度越大,相同土层深度的质量含水率越大.在一定施肥条件下,涌泉根灌肥液入渗相同深度处NO-3-N与NH+4-N质量比均随肥液质量浓度增大而增大,经过水分再分布,均于土层深度70 cm处接近本底值.     

喷灌灌水与施肥对春小麦水分动态及产量的影响

为了探索河西走廊春小麦适宜的喷灌灌溉施肥制度,以当地畦灌模式为对照对比分析了不同灌水方式、灌溉施肥水平下土壤水分动态分布及产量效应并对春小麦产量进行了回归分析.研究了喷灌条件下灌水前后土壤水分分布动态、不同生育期内土壤含水率变化特征及不同灌水量水平下土壤水分下渗状况,分析了不同灌水、施肥水平对产量及产量构成要素的影响.结果表明,喷灌灌水定额为75 mm时,有部分水分下渗至春小麦主要根系活动层以下,但较畦灌量小;喷灌灌水定额在45~60 mm时,灌水后大部分水分储存在0~40 cm土层;春小麦整个生育期内,中等灌溉水平40~80 cm土层土壤水分变化不明显;春小麦产量及其构成要素对灌溉量响应大于施肥量,灌溉量过大时,产量有下降趋势;喷灌条件下,中等灌溉、追肥水平下产量较畦灌高1105%,节水增产效果显著.另外,根据产量拟合方程并结合水分利用效率,喷灌中等灌水、施肥水平为该地区适宜发展的灌溉施肥制度.     

内镶贴片式滴灌带局部水头损失试验研究

通过试验研究了标准管径16 mm的5种内镶贴片式滴灌带的局部水头损失,分析了滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值hjt/hf和局部水头损失系数α的变化规律.结果表明:相同工作压力下,滴灌带当量直径随壁厚的增大而减小,造成沿程水头损失和局部水头损失的增大,局部水头损失与壁厚、滴头断面面积和雷诺数有关.随着雷诺数的增大,滴灌带局部水头损失占沿程水头损失的比值hjt/hf减小,最小值可达到0. 67,但仍超过中国制定的微灌工程技术规范设计标准(0. 1~0. 2).通过对试验数据进行多元回归分析,提出了滴灌带局部水头损失系数与过水断面收缩比和雷诺数的关系式,相关系数为0. 96.     

氮素用量对膜下滴灌甜瓜产量以及氮素平衡、硝态氮累积的影响

【目的】针对灌区膜下滴灌甜瓜栽培施氮不合理的问题,通过系统分析膜下滴灌条件下不同施氮量对甜瓜产量、土壤硝态氮累积及氮素吸收和平衡的影响,为河西灌区膜下滴灌甜瓜合理施用氮肥提供理论依据。【方法】试验采用膜下滴灌施肥模式,设置5个施氮水平：0（N₀）、60（N₆₀）、120（N₁₂₀）、180（N₁₈₀）、240 kg·hm ^-2（N₂₄₀）,在苗期、伸蔓期、膨大期和成熟期测定土壤剖面硝态氮含量,并结合成熟期产量和氮素吸收量,分析不同氮素用量对甜瓜产量、品质以及氮素平衡和土壤中硝态氮分布、累积的影响。 【结果】在施氮量为180 kg·hm ^-2时甜瓜商品瓜产量达到较高值,果实吸氮量和氮收获指数达到最大,甜瓜氮素吸收利用效率、氮素农学效率和氮素生理利用率变幅分别为39.59%—40.22%、56.61—61.44 kg·kg ^-1和142.98 —152.76 kg·kg ^-1;不同深度土壤NO₃ ^--N随施氮量的增加而增加,但同一处理中土层越深NO₃ ^--N含量越低;收获后NO₃ ^--N主要累积在0—40 cm土层,占试验监测土壤范围（0—100 cm）的46.74%—51.84%;施氮量与甜瓜吸氮量、硝态氮残留量和氮素表观损失量呈显著正相关,甜瓜吸收量占氮输出量的41.27%—41.36%,氮素残留量占42.62%—43.41%,表观损失占15.32%—16.02%。 【结论】在河西沙漠绿洲灌区甜瓜膜下滴灌种植中,氮素施入量以180 kg·hm ^-2为宜,有利于甜瓜氮素吸收利用能力保持在较高水平,降低氮素损失,达到氮素收支动态平衡以及高产优质高效的生产目的。     

河套灌区不同秋浇年限对土壤细菌群落的影响

【目的】 针对内蒙古河套灌区农民自愿放弃秋浇造成干地面积逐渐增多的现象,通过调查研究不同秋浇年限对盐碱土壤细菌群落组成差异的影响,为灌区盐碱地改良与秋浇制度改革提供科学依据。【方法】 选取盐荒地（CK）、一直秋浇（AUI1）、隔2—3年秋浇（AUI2）、3—4年不秋浇（AUI3）以及6—7年不秋浇（AUI4）5种类型的典型地块,采用高通量测序（Illumina HiSeq）技术,分析不同秋浇年限处理下土壤细菌群落的变化特征,并对土壤化学性质与细菌群落进行了冗余分析以及与群落组成的相关性分析。【结果】 AUI1和AUI2处理对降低0—30 cm土层盐分含量最显著,分别比CK、AUI3、AUI4降低了128.82%和29.04%、108.76%和17.72%、108.44%和17.55%,在30—40 cm土层AUI1处理的盐分含量显著低于其他处理;各个土层的pH值均以AUI2处理最低,其0—40 cm土层pH平均值较CK、AUI1、AUI3、AUI4处理分别显著降低了0.28、0.32、0.16、0.88个单位（P＜0.05）。另外,AUI2处理0—40 cm土层微生物量碳平均含量分别较CK、AUI1、AUI3、AUI4提高了252.89%、148.59%、58.10%和60.10%,可溶性有机碳平均含量分别提高了48.41%、29.42%、6.01%和14.27%（P＜0.05）。AUI1与AUI2处理间的丰富度指数（ACE和Chao1）显著高于CK、AUI3和AUI4处理（P＜0.05）。变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为不同秋浇年限处理的3大优势菌门,占所有菌门的53.93%,而AUI2、AUI3处理分别有利于增加拟杆菌门、酸杆菌门的丰度（P＜0.05）。相关性分析结果表明,变形菌门（Proteobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）与土壤微生物量碳和可溶性有机碳均具有很强的负相关性,其中与微生物量碳的相关系数分别为（r=-0.559**和-0.522*）,与可溶性有机碳的相关系数分别为（r=-0.795**和-0.820**）;而放线菌门（Actinobacteria）、奇古菌门（Thaumarchaeota）、厚壁菌门（Firmicutes）和疣微菌门（Verrucomicrobia）均与土壤盐分呈显著负相关,与土壤微生物量碳和可溶性有机碳呈显著正相关。因子分析显示,土壤盐分、pH、微生物量和可溶性有机碳总共解释了97%的群落变化,成为土壤细菌群落组成变化的主控因子,贡献率依次为：土壤盐分＞pH＞微生物量碳＞可溶性有机碳。【结论】 隔2—3年秋浇（AUI2）处理不仅可以有效降低耕层土壤盐分并能使0—40 cm土层微生物量碳和可溶性有机碳含量显著增加,而且还可提高土壤优势菌群中拟杆菌门的相对丰度。综上所述,隔2—3年秋浇（AUI2）是河套地区兼顾盐碱土壤改良与节水的优化措施。     

膜下滴灌栽培粳稻品种产量构成与穗部特征研究

为探讨膜下滴灌栽培模式下的粳稻产量构成及其穗部特征,以12个水稻品种(A1~A12)为材料,比较分析了其产量及其构成因素、茎蘖组成及其成穗率、穗部构成特征.结果表明:在膜下滴灌栽培条件下,不同品种的产量及其构成因素平均值以A6最高,膜下滴灌水稻主要依靠主茎和一级分蘖成穗,且主茎和一级分蘖的贡献率占97%以上,群体数量的上升较平稳,成穗率中等;膜下滴灌水稻可以依靠二次枝梗数来增加穗粒数,二次枝梗对穗粒数的贡献率在57%以上.膜下滴灌水稻栽培应选用着粒密度较大、紧实的大穗型品种.