水氮供应对温室辣椒生长、产量和品质的影响

研究不同水氮供应对温室辣椒生长、产量和品质的影响,以期探索提高温室辣椒高效生产的水氮管理模式。利用温室小区灌溉试验,以‘陇椒2号’为供试品种,设置3个灌水水平:低水W60(60%ETc)、中水W75(75%ETc)和高水W90(90%ETc),全生育期灌水量分别为132、156和180 mm;3个施氮水平:低氮N150(150kg·hm~(-2))、中氮N225(225kg·hm~(-2))和高氮N300(300kg·hm~(-2)),共9个处理。在生育期内对辣椒的各生长指标进行观测,并统计产量、产量构成及测定品质等指标。结果表明:灌水量、施氮量及水氮交互作用对温室辣椒生长指标、干物质积累、水氮利用效率、产量及品质都有显著影响;辣椒产量以W75N225处理最高,为52.87t·hm~(-2),较其他处理增产4.31%~88.63%,且水分利用效率(WUE)提高11.74%~59.91%;辣椒干物质积累量以W90N300处理最高,为6 986.57kg·hm~(-2),与W75N225处理差异不显著;果实的干物质积累量以W75N225处理最高,为4 221.58kg·hm~(-2),较其他处理增加7.35%~109.38%;施氮量对辣椒株高影响显著,W90处理下N300和N225处理与N150处理相比,株高增幅分别为16.09%和10.57%,但茎粗之间无显著差异。W75N225处理辣椒果实品质较高,与其他处理相比,维生素C、可溶性蛋白质和可溶性糖质量分数分别增加3.95%~12.88%、-3.09%~14.12%和-0.66%~15.33%,硝酸盐质量分数较W75N300处理降低24.49%。综合分析产量、品质及水氮利用效率可知,W75N225处理为关中地区温室辣椒最适的水氮组合。     

膜下滴灌水肥调控对玉米生长和水肥利用的影响

针对汾河灌区农业生产中施肥量大,水肥利用效率低的问题,通过研究滴灌条件下不同水肥供应对春玉米生长、干物质累积、分配、转运和产量及水肥利用的影响,为合理的水肥调控措施提供参考。在山西省水利水电科学研究院节水高效示范基地进行大田滴灌试验,设置3个灌水水平,即W_1:60%ETc、W_2:80%ETc、W_3:100%ETc(ETc为作物蒸发蒸腾量); 3个施肥水平(N-P_2O_5-K_2O),即F_1:100-50-50 kg·hm~(-2)、F2:170-75-75 kg·hm~(-2)、F_3:240-100-100 kg·hm~(-2)。结果表明:除产量构成要素外,施肥单因素对其它各指标影响有统计学意义,株高、叶面积指数、干物质累积和产量均随灌水和施肥量的增加而增加,水肥交互作用对产量和灌溉水利用效率影响不显著;高水(W3)处理比低水(W1)处理籽粒分配比例高4%,高肥(F_3)处理比低肥(F1)处理籽粒分配比例高4.64%; W_3F_3处理产量最大为12 474.34 kg·hm~(-2),比W_1F_1处理增产38.36%,W_2F_2处理比W_3F_3处理减产5.2%,但节水528 m~3·hm~(-2),节肥120 kg·hm~(-2)。灌溉水利用效率随灌水量增加而降低,随施肥量增加而升高,肥料偏生产力随灌水量增加而增加,随施肥量增加而降低; W_2F_2处理产量灌溉水利用效率为5.61 kg·m~(-3),比W_3F_3处理高18.9%,产量偏肥料生产力为37.05 kg·kg~(-1),比W_3F_3处理高30.7%。综合高产、高效和节水、节肥等因素,灌水量为80%ETc,施肥量NP_2O_5-K_2O 170-75-75 kg·hm~(-2)为最优灌溉施肥模式。     

基于空间分析的宁夏沙土春玉米滴灌水氮管理模式研究

基于滴灌水肥一体化条件下研究水氮组合对宁夏沙土地区春玉米地上部干物质量、产量、氮素累积量和水氮利用效率的影响,并运用多元回归分析方法,寻求高产高效的水氮配施制度。设计灌水和施氮2因素、3个灌水量水平（W0.6：0.6KcET0、W0.8：0.8KcET0和W10：10KcET0,其中Kc为作物系数,ET0为潜在作物蒸发蒸腾量）和4个施氮量水平（N150：150kg/hm2;N225：225kg/hm2;N300：300kg/hm2;N375：375kg/hm2）进行大田试验。结果表明：Logistic函数对春玉米地上部干物质累积量具有较高的拟合度,W1.0灌水处理延后了地上部干物质快速积累期的起点;灌水量和施氮量对产量、植株氮素累积量、水分利用效率（WUE）均有显著或极显著影响,灌水量对氮肥偏生产力（PFPN）有极显著影响,水氮耦合作用对氮收获指数有显著性影响;相同灌水条件下,地上部干物质累积量、产量、植株氮素累积量（W0.8处理除外）和WUE随施氮量的增加先增加、后减小。考虑试验区年降雨量分配不均,基于产量、WUE、PFPN和籽粒氮素累积量,对水氮管理方案进行优化,多元回归分析结果表明,当灌水量与有效降雨量之和为506～576.mm、施氮量为230～335kg/hm2时,产量、WUE和籽粒氮素累积量均能同时达到最大值的95%以上,优化区间所得的PFPN约为最大值的80%,为适宜的水氮滴灌管理区间。研究成果可为当地沙土地区春玉米滴灌施肥过程中水氮科学管理提供指导依据。     

辐射模型不同率定方法总辐射数据缺失插补比较

在长期连续观测中,总辐射(Rs)的观测数据通常有不同程度的缺失。基于日照时数的ngstrm-Presscott(AP)模型是一种广泛应用且精度较高的总辐射估算经验模型。选取A-P模型3种不同参数率定方法 (M1:每年率定,M2:分月率定,M3:多年率定),基于6个辐射站的辐射资料,对年平均Rs、年平均ET0、参数取值和插补精度进行了比较。t检验结果表明,3种方法下A-P模型在昌都站数据插补无明显差异,Rs年际变化大是造成该站Rs模拟不准的主要原因。在宜昌和南宁站,M1方法进行数据插补精度高于其他方法,M1方法 Rs缺失天数分别为40 d和70 d时,两站计算的参考作物蒸发蒸腾量(ET0)与实测Rs计算的ET0相比,t检验无明显差异。M2与M3相比精度稍高,但在昆明、赣州、杭州和南宁站冬季精度更高且6—8月份精度更低。与1990年以前相比,各站点A-P模型参数a在1990年以后有明显上升,工业污染导致气溶胶增加是原因之一。A-P模型在极端年份率定精度不高,在极端炎热气候年份,应用该模型用于灌溉预报时会低估作物耗水量,可能会给决策带来风险。该研究结果可用于A-P模型的风险评估和提高总辐射时间序列数据缺失情况下的插补精度。     

基于常规气象资料估算南方地区日辐射总量方法比较

日地表总辐射量(Rs)是作物生长模型和参考作物蒸发蒸腾量估算的重要基础数据,但我国只有约1/20的气象站能够直接观测Rs。由于气温资料很容易获得,使用基于基本气象资料的经验模型是估算Rs的常用方法。以1982—2014年南方20个气象站的气象资料为基础,对Bristow-Campbell(B-C)方法和Hargreaves(Harg)方法各6种不同形式重新进行了参数率定,并对以上方法和支持向量机15种参数输入形式进行了适用性评价,结果表明:支持向量机模型整体好于B-C方法和Harg方法。其中,以最高温度(Tmax)、最低温度(Tmin)、相对湿度(RH)和降水量(P)为输入变量的支持向量机模型精度最高,其20站平均R2达到0.80、RMSE平均为3.20 MJ/(m2·d),且在包含降雨量资料后,不存在Rs为负或大于地外总辐射量(Ra)的问题。仅有温度资料时,支持向量机模型的20站平均R2为0.74,RMSE为3.72 MJ/(m2·d)。不同输入变量对支持向量机模型预报Rs的精度影响不同,输入变量为Tmax和Tmin优于输入变量为ΔT;而除温度资料外,当拥有相对湿度和降水量资料时,模型优劣依次表现为RH+P、RH、P。经验模型中B-C方法的M1和M3以及Harg方法的M10和M12模型精度较好,其R2为0.69~0.70、RMSE在4.00 MJ/(m2·d)左右,但M10和M12模型对气象资料要求更高,除日温度差外,需要降水量资料,同时还存在有降水时日Rs严重高估或负值问题。     

柱状苹果树生长生理与蒸散特征对水分的响应研究

通过研究不同灌水量和地表覆膜条件对柱状苹果树的生长生理及蒸散特征的综合影响,探寻适合苹果树生长且水分利用效率高的灌水量和保水措施。通过遮雨棚下可称量式蒸渗桶试验,设置4个灌水水平:60%ETC(W1)、80%ETC(W2)、100%ETC(W3)和120%ETC(W4);地表覆膜处理分别为有覆盖(M)和无覆盖(NM),分析柱状苹果树的干物质量、光合速率、蒸腾速率和阶段耗水情况对不同灌水量和地表覆盖条件的响应规律。结果表明,干物质量随灌水量增加而增加,且M处理可促进干物质量的积累;净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均随着灌水量的增加而升高。不同生育期净光合速率和蒸腾速率由大到小依次均为:果实膨大期、果实成熟期、开花座果期、叶变期。相同灌水量和地表覆盖处理条件下,不同时刻净光合速率由大到小依次为10:00、13:00、08:00,蒸腾速率由大到小依次为13:00、10:00、08:00,气孔导度由大到小依次为10:00、08:00、13:00。瞬时水分利用效率(LWUE)最大值和最小值分别出现在W2处理10:00(4.52μmol/mmol)和W4处理13:00(2.62μmol/mmol);全生育期总蒸散量随着灌水量增加而增加,NM处理较M处理增加11.02%~16.35%。开花座果期、果实膨大期、果实成熟期和叶变期的耗水强度分别为3.29~4.36 mm/d、2.40~4.85 mm/d、0.83~1.79 mm/d和0.77~1.53 mm/d,耗水模数分别为19.34%~27.40%、55.99%~61.41%、8.62%~12.63%和5.85%~7.24%。最终得出120%ETC灌水量和地表覆膜条件有利于改善柱状苹果树的生长和生理状况,但80%ETC处理水分利用效率最高。地表覆膜不仅促进苹果树生长而且降低了土壤蒸发量,具有一定的保水作用。因此,MW2处理为相对节水的灌溉模式。     

滴灌施肥灌水下限和施肥量对温室番茄生长、产量和生理特性的影响

为探索有利于提高番茄生长和产量的温室滴灌施肥有效模式,试验设置了3个灌水下限[W1(65％θF)、W2(75％θF)和W3(85％θF)]和3个施肥水平[F1(低肥)、F2(中肥)和F3(高肥)],在设施栽培条件下研究了滴灌施肥不同灌水下限和施肥量对番茄植株生长、生理特性和产量的影响.结果表明:滴灌施肥条件下不同的灌水下限和施肥量对温室番茄生长、产量和生理特性都有一定的影响.在同一灌水下限条件下,增加施肥量可以显著提高番茄株高、叶面积、光合和蒸腾速率、干物质量和产量,但过高的施肥量反而不利于其生长、干物质累积和产量的提高;在同一施肥水平下,适当上调灌水下限可以显著增加番茄株高、叶面积和干物质量,过高的灌水下限不利于番茄的生长、光合速率和产量的提高.在试验的砂壤土中,W2F2处理最有利于番茄的生长、干物质的形成、产量和水分利用效率的提高.研究还表明,不同水肥处理条件下,番茄的产量与干物质量和叶片的净光合速率均呈显著的线性相关,番茄叶片的水分利用效率与净光合速率的变化关系均呈二次抛物线相关.     

基于高光谱和机器学习模型的冬小麦土壤含水率监测研究

为及时获取大田作物根区土壤含水率(Soil moisture content, SMC),实现精准灌溉,运用高光谱技术,通过连续2年(2019—2020年)田间试验采集了冬小麦拔节期不同土层深度SMC及高光谱数据,构建了3类植被指数(蓝、黄和红边面积等三边光谱参数,与冬小麦根区SMC相关性最高的任意两波段植被指数和前人研究与作物参数相关性较好的经验植被指数)并筛选与各土层深度SMC相关系数最高的植被指数,随后将筛选后的植被指数作为模型输入,分别采用随机森林(Random forest, RF)、反向神经网络(Back propagation neural network, BPNN)和极限学习机(Extreme learning machine, ELM)构建冬小麦拔节期不同土层深度SMC估算模型。结果表明,绝大部分三边参数、任意两波段植被指数和经验植被指数在深度0～20 cm土层的SMC相关系数较20～40 cm和40～60 cm更高,在深度0～20 cm土层两波段组合构建的光谱指数与SMC的相关系数最高,均超过0.8,其中RI与SMC的相关系数最高,为0.851,其波长组合为675...     

基于地面高光谱遥感的大豆产量估算模型研究

为在田间管理中对作物产量进行估测,通过两年大田试验收集了大豆生殖生长期的高光谱数据及产量数据,基于各生育期一阶微分光谱反射率计算了7个光谱指数：比值指数（Ratio index,RI）、差值指数（Difference index,DI）、归一化光谱指数（Normalized difference vegetation index,NDVI）、土壤调整光谱指数（Soil-adjusted iegetation index,SAVI）、三角光谱指数（Triangular vegetation index,TVI）、改进红边归一光谱指数（Modified normalized difference index,mNDI）和改进红边比值光谱指数（Modified simple ratio,mSR）,使用相关矩阵法将光谱指数与大豆产量数据进行相关性分析并提取最佳波长组合,随后将计算结果作为与大豆产量相关的最佳光谱指数,最后将各生育期筛选出的与大豆产量相关系数最高的5个光谱指数作为模型输入变量,利用支持向量机（Support vector machine,SVM）、随机森林（Random forest,RF）和反向神经网络（Back propagation neural network,BPNN）构建大豆产量估算模型并进行验证。结果表明,各生育期（全花期（R2）、全荚期（R4）和鼓粒期（R6））计算的光谱指数与产量的相关系数均高于0.6,相关性较好,其中全荚期的光谱指数FDmSR与大豆产量的相关系数最高,达到0.717;大豆产量最优估算模型的方法是输入变量为全荚期构建的一阶微分光谱指数和RF组合的建模方法,模型验证集R2为0.85,RMSE和MRE分别为272.80kg/hm2和5.12%。本研究成果可为基于高光谱遥感技术的作物产量估测提供理论依据和应用参考。     

不同沟灌方式下玉米根区矿物氮迁移动态研究

为探索交替隔沟灌溉下玉米根区矿物氮分布规律, 通过遮雨棚内微区试验, 研究了常规沟灌、交替隔沟灌和固定隔沟灌3 种沟灌方式对玉米根区硝态氮、铵态氮迁移的影响。结果表明: 交替隔沟灌溉根区硝态氮等值线和常规沟灌相似, 沟内硝态氮含量基本沿垄的中心对称分布。固定隔沟灌溉的湿润沟内硝态氮含量小于干燥沟, 施氮后非灌水沟硝态氮保持较高水平。收获时交替隔沟灌溉的根区硝态氮残留量比常规灌溉略高。与硝态氮分布相比, 铵态氮在根区土壤中的含量很小, 3 种沟灌方式在沟和垄中的铵态氮含量没有明显差异。