基于LoRa物联网的智能节水灌溉系统

针对园林与农业的水资源浪费问题,该研究介绍了一种新的灌溉系统用水管理方法,它可以应用于园林或农田,用LoRa无线传感器网络代替人工干预。传统的灌溉系统由于管理和配置不当,平均浪费了30%的用水。该种智能灌溉系统可以提高灌溉过程的效率,不仅为用户节省资金,而且节约水和电等资源,该系统可以实时检索数据,并利用这些数据确定正确的园林与农业用水量。运用该系统,当使用来自环境温湿度和土壤湿度的传感器数据时,可以节省多达33%的水,当仅使用温度输入时,可以节省多达25%。实测结果验证了该设计的可行性和有效性,能够满足园林与农业节水灌溉的需要。     

沈抚灌区耕地重金属Cd、Pb的变化特征分析

选择沈抚灌区东部13个自然村庄的农业种植区，以1500 m间距网格化布点29处，调查研究区历史耕作情况，选取18个停灌时间不同的耕地样点，每个样点按0~20、20~40、40~60 cm采集3层土壤样品，分析测定重金属Cd、Pb的全量及化学形态，并测定了地上作物的茎叶、籽粒中重金属含量，探究研究区不同停灌时间及利用类型耕地土壤中Cd、Pb的分布特征及变化规律。结果表明：0~20、20~40、40~60 cm土壤中Cd含量分别为0.65~1.57、0.66~1.18、0.61~1.18 mg·kg^-1，停灌20~25年的土壤0~20 cm土层Cd含量最高，为1.57 mg·kg^-1；各土层Pb变化范围分别为21.07~38.59、14.97~30.59、15.71~25.66 mg·kg^-1，未随停灌时间发生明显变化；Cd在20~40、40~60 cm土层迁移率分别为0.42~0.50、0.46~0.52，而Pb仅为0~0.34、0~0.68；玉米茎叶、籽粒中Cd含量分别为0.33~0.47、0.02~0.07 mg·kg^-1，水稻茎叶、籽粒中Cd含量分别为0.33~0.89、0.02~0.09 mg·kg^-1，Pb含量分别为1.51~2.32、0.47~0.62mg·kg^-1，Cd、Pb在作物茎叶、籽粒中未随不同耕作方式及停灌时间表现出明显差异；水田土壤可交换态Cd含量占总量的37.33%，旱田可交换态Cd含量占总量的7.82%~13.95%；水田土壤可交换态Pb含量占总量的9.03%，旱田占总量的0.87%~4.18%。研究结果可为重金属污染耕地的利用管理及污染修复提供依据。     

基于温室番茄产量和果实品质对加气灌溉处理的综合评价

【目的】研究不同灌水水平和滴头埋深条件下加气灌溉对温室番茄产量、灌溉水分利用效率（IWUE）和果实品质的影响,进而对不同试验处理进行综合评价。【方法】试验以常规地下滴灌（S）为对照,设置在W1、W2和W3（对应作物-皿系数k_cp分别为0.6、0.8和1.0）3个灌水水平与D1和D2（分别对应15 cm和25 cm）2种滴头埋深下进行加气灌溉（O）,共12个处理。基于各处理下果实产量和品质指标的差异,通过主成分分析法探索较优的试验处理。【结果】加气灌溉下单株产量、单果重、IWUE、果实中番茄红素、Vc、可溶性糖含量和糖酸比较对照分别显著增加了21.2%、23.9%、21.0%、28.1%、36.0%、22.8%和28.0%（P<0.05）。主成分分析中,第1主成分主要受番茄红素、Vc、灌溉水分利用效率和糖酸比的正影响,且处理W2D1O和W2D2O的得分分列第1和2名。因此处理W2D1O和W2D2O在兼顾节水和番茄果实营养品质方面较优。第2主成分主要受单株产量的正影响和有机酸的负影响,各处理有机酸含量未形成显著性差异且处理W3D1O的单株产量最高,因此得分最高。处理W3D1O的综合得分在12个处理中位列第1位。【结论】灌水水平k_cp为1.0,滴头埋深15 cm的加气灌溉处理可兼顾节水和温室番茄高产、优质的要求,为加气灌溉的实际应用提供理论依据。     

滴灌下氮盐交互对加工番茄荧光特性及产量品质的影响

【目的】新疆有着全中国最大面积的盐碱地和加工番茄的种植基地。在新疆开展两年试验以研究加工番茄在氮盐交互下生长、生理、产量和品质的变化规律,获得适宜新疆盐碱地种植加工番茄的合理施氮量和土壤盐分范围,为新疆扩大加工番茄种植面积和合理施氮提供科学的理论依据及技术途径。【方法】试验于2017和2018年在石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验基地进行,以当地主栽品种3166为试验材料,2017年试验共设置4个土壤含盐量水平：1.5、4.0、7.0和10.0 g·kg ^-1及4个氮素水平：201、166、131和96 kg·hm ^-2,2018年在2017年的基础上去除10.0 g·kg ^-1的土壤含盐量,增加5.0 g·kg ^-1的土壤含盐量和不施氮量处理。试验测定和分析加工番茄的荧光叶绿素参数、产量和品质指标。【结果】在氮盐交互下,加工番茄荧光参数及产量等指标均呈现出复杂的变化规律。绝大多数的荧光参数及产量受土壤盐分的主导作用较氮素强,在同等氮素水平下,7.0 g·kg ^-1和10.0 g·kg ^-1的土壤盐分对加工番茄荧光指标抑制程度最大;低盐分水平下,166 kg·hm ^-2的中等偏高的施氮量对加工番茄的荧光指标促进作用最大,其次是施氮201 kg·hm ^-2的处理;在中等偏高的盐分水平下,96 kg·hm ^-2的低氮对加工番茄的最好,其次为不施氮水平。加工番茄的鲜果产量总体上符合“盐高产低”的规律,但低氮高盐处理的产量明显高于其他同盐度的氮素水平下的产量。可溶性固形物、VC、可溶性糖和可滴定酸均随着土壤含盐量的增大逐渐增大,糖酸比的最大值均出现在低盐处理,盐分对加工番茄品质的影响远高于氮素,二者交互对加工番茄的品质并无显著性影响。通过图形叠加分析方法,得出了加工番茄获得相对最优产量和品质的合理施氮范围和土壤含盐量区间。【结论】在盐碱程度偏高的土壤可通过少施氮素来提高加工番茄产量;加工番茄获得相对最优产量和品质的合理施氮范围和土壤含盐量区间为N：98.12—119.60 kg·hm ^-2,S：3.57—5.58 g·kg ^-1。     

高产条件下日光温室越冬茬黄瓜适宜滴灌量研究

为了明确京郊日光温室越冬茬黄瓜高产栽培所需的适宜滴灌量,以黄瓜"津优35"为试材,研究了不同滴灌量对黄瓜灌溉水分配、产量、品质、水分利用效率和经济效益的影响。结果表明:85%农户常规灌溉量处理较对照节水50.8 mm,深层渗漏量减少42.6%,黄瓜产量提高3.6 t/hm~2,可溶性糖含量提高17.3%,硝酸盐含量降低5.0 mg/kg,果实品质提高;水分利用效率提高3.61 kg/m~3,增收1.42万元/hm~2。综合来看,85%农户常规灌溉量处理是京郊日光温室越冬茬黄瓜适宜滴灌量,全生育期灌溉总量为327.9 mm,其中苗期41.7 mm,初瓜期43.1 mm,结果期243.1 mm,当埋深20 cm的土壤张力计读数为-21.6 kPa时需进行灌溉。     

不同微灌方式下水分调控对猕猴桃光合特性及产量的影响

【目的】为了研究不同微灌方式下水分调控对猕猴桃叶片光合特性及产量的影响,以"翠玉"猕猴桃为研究试材。【方法】采用小管出流(X)、微喷灌(P)和滴灌(D)3种灌溉方式在猕猴桃全生育期实施85%灌水量的轻度亏水(LD)、70%灌水量的中度亏水(MD1)、55%灌水量的偏重度亏水(MD2)和40%灌水量的重度亏水(SD)处理,并设置100%灌水量的对照组(CK),研究了猕猴桃叶片胞间CO2摩尔分数(Ci)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、羧化速率(CE)、瞬时水分利用效率(WUEi)、产量及产量水分利用效率(WUEET)在不同水分亏缺下的变化。【结果】与CK相比,D-MD1处理的日均WUEi及CE分别提高了8.5%和2.7%。P-MD1处理的日均Pn与CE较CK分别提高了10.7%和10.4%,X-MD1处理的日均Ci、Pn、CE较CK分别提高了10.9%、12.2%和11.4%。D、P和X三个处理的WUEET均较CK有不同程度的提高,但D、P和X的产量随着水分的亏缺程度的加大而下降,而滴灌各处理间无显著性差异。与CK相比D-MD1、P-MD1、X-MD1处理的产量分别提高了1.4%、1.6%、2.3%,重度亏水处理的产量显著低于其余水分处理,且其他各处理间无显著性差异。MD1处理在不降低产量的情况下,可以节约灌水同时提高WUEET,重度亏水与偏中度亏水间在WUEET无显著性差异,同时X-MD1的产量均高于其他处理。【结论】X-MD1处理是"翠玉"猕猴桃较为合适的灌溉水分亏缺模式。     

包气带土壤pH对灌溉施肥响应的变异过程

为了分析灌溉施肥活动引起的包气带土壤pH值变异特征及其对地球化学条件的响应，通过历时3 a的野外原位灌溉施肥试验，应用不同季节灌前、灌后6 m土层中不同深度的测定资料，系统分析了土壤pH对灌溉、施肥的响应过程，结果表明：各深度pH值呈弱变异性（CV=1.01%~2.28%），与灌溉前相比，灌后土壤pH值的均值和变异系数均呈现明显的变化；灌前包气带各层pH具有强烈的空间自相关性，灌后受水分、基质等相互作用影响，pH的空间自相关性有所减弱，C₀/(C₀+C)和变程a分别由7.23 m和3.54 m(灌前0 d)减少到3.26 m和2.76 m(灌后第10天)。土壤基质是决定土壤酸碱性的主要因素，在灌溉施肥活动对pH的响应过程中，地球化学条件（土壤含水量、土壤温度、土壤有机质(SOM)、氧化还原电位（RP）等)、土壤基质组成和氮底物浓度（NH⁺₄-N）等的交互作用影响pH的动态。土壤含水量和温度单独对pH影响不显著，两者交互作用对pH有显著影响。引起土壤pH变化的主要变异源为Cl^-、土壤有机质(SOM)、NO^-₃-N、NH⁺₄-N等营养物质和不同空间深度土壤基质的差异，表明灌溉施肥改变了包气带pH地球化学动力场、营养物质和土壤基质的交互作用，引起各深度的生物地球化学反应，控制pH值的空间变异特性。当包气带介质土壤水分变化时，首先营养物氨态氮以分子态或水合态形式被介质吸附，H⁺得到释放，使得灌后第4天pH值下降。随着氨氧化过程中H⁺的释放，pH在灌前和灌后第10天和第30天有显著差异。氨的氧化引起硝酸盐含量不断增加，使得硝酸盐对pH值的影响在灌后不断增强,相关系数由0.24(0 d，P<0.05)增加到0.41(30 d,P<0.01)，而氨态氮对pH值的影响逐步降低，相关系数由0.43(0 d，P<0.01)降低为0.19(30 d,P>0.05)。     

西北旱区喷灌条件下紫花苜蓿生长特征与品质指标的关系

西北旱区由于独特的气候条件,生产的苜蓿干草品质好,产量高。如何根据苜蓿的田间指标估测干草品质参数,对于苜蓿草产品生产销售具有重要意义。研究在喷灌条件下不同灌溉量对紫花苜蓿的生长品质的影响,并利用生长指标对紫花苜蓿的品质进行预测。试验于2014至2015年于中国农业大学石羊河流域生态节水试验站进行为期2年的田间试验。试验共设3个灌溉处理:A₁灌溉量为100%紫花苜蓿蒸腾蒸散量(ETc),A₂,A₃的灌溉量分别为A₁处理的66%,33%,以及一个不灌溉处理A₄。结果表明,苜蓿生长指标如株高(H)和茎叶比(SLR)随生育期的推进呈上升趋势,而鲜干比(FDR)呈下降趋势;所有生长指标随着灌溉量的减少均呈下降趋势。在品质方面,随着生育期的推进,所有处理的粗蛋白(CP)呈下降趋势,而中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)则呈现上升趋势;随着灌溉量的降低,NDF与ADF呈下降趋势,而CP则呈上升趋势。各生长指标与品质指标的拟合结果表明,H和SLR均与各品质指标显著线性相关(P<0.001),且H与品质拟合结果相关系数最高(R²>0.900),而FDR则与各品质指标不显著。这些结果表明,在田间管理较好,长势良好,杂草与病虫害发生较少的情况下,可以用株高对苜蓿干草品质做出预测。     

生物炭对亏缺灌溉下温室重壤土栽培番茄产量及品质的影响

探究生物炭对亏缺灌溉下温室重壤土栽培番茄产量和品质的影响，确定番茄产量和综合品质最优的灌水量及生物炭添加量，为重壤土地区温室番茄栽培提供灌水及生物炭施加依据。采用桶栽试验，设置3个生物炭添加量（0，3%，6%，按干土重的百分比计）和3个灌水水平（充分灌溉W1：75%~85%θ_f；中度亏缺W2：55%~65%θ_f；重度亏缺W3：40%~50%θ_f。θ_f为田间持水量），共9个处理。结果表明：无生物炭添加时，亏缺灌溉下番茄产量降低了13.8%~54.0%（P＜0.05），果实硬度、果色指数、VC、可溶性固形物、有机酸含量等营养品质指标均显著降低，果型指数、番茄红素则呈现增加的趋势，灌溉水利用效率在重度亏缺下降低了10.9%（P＜0.05）；在充分灌溉条件下添加生物炭，番茄产量和灌溉水利用效率分别提高了12.3%~22.0%和23.3%~28.6%，可溶性固形物含量降低了6.4%~17.7%（P＜0.05），对VC、番茄红素、有机酸含量及外观品质无显著影响；在亏缺灌溉条件下添加生物炭不利于增产，C1W3、C2W3处理产量较C0W3处理分别降低了37.6%（P<0.05）、17.1%（P>0.05），但外观品质指标、VC、可溶性固形物均有一定幅度的提升，对灌溉水利用效率的影响表现为低添加量时降低而高添加量时提高。综合分析表明，各灌水水平下添加生物炭均能提高番茄品质的综合排名，充分灌溉下生物炭低添加量效果较好，而亏缺灌溉下高添加量较优，尤其是C2W2处理，番茄品质综合排名可达到充分灌溉的效果。综合考虑番茄品质、产量及灌溉水利用效率，C1W1处理（灌水水平为75%~85%θ_f，施炭量为3%）为最优处理。     

基于FVCOM渤海浅水分潮的特征分析

基于非结构有限体积法海洋模型FVCOM，对渤海潮波系统进行数值模拟。利用渤海沿岸共19个潮位站的资料对模拟结果进行验证，计算结果均与实测结果吻合良好。基于此进一步研究渤海3个主要浅水分潮M4、MS4和M6的主要特征，并与前人的研究成果进行对比。结果表明M4和MS4分潮传播特征相似，都存在5个无潮点，其中1个为顺时针旋转，而其余四个为逆时针旋转。对于M6分潮，结果显示存在9个无潮点，两个为顺时针，其余七个为逆时针。M4分潮振幅在近岸处可达25cm，约为M2分潮振幅的10％，MS4振幅次之，M6振幅最小，仅为M4分潮振幅的18%左右。三者振幅均为从外海向近岸迅速增大，表明浅水分潮振幅分布特征与海底地形关系密切。