Energy use efficiency of deficit-irrigated silage maize in different soil tillage practices on a high plain with a semi-arid climate

ABSTRACT

Energy requirement increases rapidly in agriculture due to the increase in mechanization. The aim of the present study is to evaluate the energy use efficiency of silage maize under three different tillage practices (conventional, reduced, no-tillage) combined with four different irrigation levels (full and three deficit irrigations). The no-tillage and reduced tillage practices provided savings in input energy at the rate of 17.4 and 9.1%, respectively compared to the conventional tillage. The highest silage yields in all irrigation levels were obtained in the no-tillage practice. Therefore, in full and deficit irrigated silage maize, the highest energy ratio, energy productivity and net energy and the lowest specific energy values were manifested in the no-tillage practice. Energy rates in the no-tillage practice were higher by 34.2 and 22.9% than the conventional and the reduced tillage practices, respectively. Moreover, the direct and non-renewable energy requirements were the lowest in the no-tillage practice. In conclusion, the fully-irrigated no-tillage practice can be recommended to obtain the highest energy use ratio and productivity. However, no-tillage irrigated with up to 50% less water amount could be a better alternative for areas with a water shortage by improving the energy use ratio with better water and fuel savings.     

基于评价模型的宁夏沙土春玉米最佳灌水施氮量研究

为分析不同水氮供应对宁夏沙土春玉米主要评价指标的影响,采用灌水和施氮2因素交互设计,灌水量设置3个水平(W0.6(0.6KcET0)、W0.8(0.8KcET0)和W1.0(KcET0),Kc为作物系数,ET0为潜在作物蒸发蒸腾量),施氮量设量4个水平:N150(150 kg/hm2)、N225(225 kg/hm2)、N300(300 kg/hm2)和N375(375 kg/hm2),进行了大田试验。结果表明:灌水量和施氮量的交互作用对产量、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生产力(PFPN)有极显著影响,对地上部干物质累积量和籽粒氮素累积量有显著影响;在相同灌水条件下,春玉米地上部干物质累积量、产量、WUE均随施氮量的增加先增加后减小。主成分分析法、隶属函数分析法、灰色关联度分析法与基于组合赋权的TOPSIS模型两两之间具有良好的相关性,各模型之间相关系数均值为0.465～0.787;基于整体差异组合评价模型得出W0.8N300评价值最高。考虑试验区年际降雨量分布不均,经回归分析拟合得出,当春玉米生育期内灌水量与有效降雨量之和为544 mm、施氮量为260 kg/hm2时,春玉米综合指标评价值最高(1.47),为适宜的春玉米滴灌灌水施肥量。本研究可为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。     

宽窄行配置一穴多株种植对膜下滴灌玉米产量和群体质量的影响

【目的】在保持种植密度和行距一定的条件下,选择适宜机械化运行的宽行距,研究1穴多株种植对膜下滴灌春玉米产量和群体质量的影响,进而实现增产、提高水肥利用效率和实现农业整体机械化的目标。【方法】试验在同一种植密度(9 900株/hm^2),等行距(30 cm)、等株距(30 cm)条件下,设置3种种植规格:1株/穴(H1,宽行37 cm)、2株/穴(H2,宽行104 cm)、3株/穴(H3,宽行172 cm)。【结果】不同种植株数下春玉米叶面积和叶面积指数(LAI)在大喇叭口期后差异显著,且H2处理叶面积显著大于H1、H3处理,分别高13.8%、7.6%;吐丝期以后H2处理干物质积累量显著高于H1和H3处理;吐丝期至成熟期H2处理的光合势、相对生长率显著高于H1、H3处理,光合势分别高4.60%~12.74%、8.97%~9.79%,相对生长率分别高21.15%、103.06%;H2处理的产量较H1、H3处理平均增产21.6%、24.6%,水分利用效率(WUE)分别提高25.0%、33.5%。【结论】春玉米膜下滴灌宽窄行配置1穴2株种植可以提高春玉米叶面积指数,延缓后期叶面积的衰老,增加光合势,有助于后期干物质的积累,提高粒重,最终提高玉米籽粒产量。与常规种植相比,玉米膜下滴灌采用1穴2株种植规格,产量提高约21.6%,WUE提高约25%。     

浅埋滴灌水氮运筹对春玉米产量及水分利用效率的影响

采用二因素二次饱和D-最优设计，于2016-2017年在辽西半干旱区移动遮雨棚内进行了水氮精量控制试验，设灌溉量和施氮量2个因素，灌溉量分别设145.4、271.7、348.2、436.2 mm 4个水平，施氮量分别设0、84.6、136.1、195.0 kg·hm^-2 4个水平，共6个处理。试验分析了水氮交互作用对春玉米产量和水分利用效率的影响，建立了产量回归模型。研究结果表明：浅埋滴灌条件下，灌溉量在145.4~350.5 mm时，春玉米产量随灌溉量的增加而增高至11 005.60 kg·hm^-2；灌溉量在350.5~436.2 mm时，产量随灌溉量的增加而降低至10 730.09 kg·hm^-2；施氮量在0~146.9 kg·hm^-2时，产量随施氮量的增加而增高至10 983.19 kg·hm^-2，施氮量在146.9~195.0 kg·hm^-2时，产量随施氮量的增加而降低至10 862.39 kg·hm^-2。灌溉量因素的影响大于施氮量，水氮之间有明显的正向交互效应，当灌溉量为373.1 mm，施氮量为165.6 kg·hm^-2时产量最高。作物耗水量在拔节-抽雄期和灌浆-收获期较大，分别为115.64、127.50 mm；水分利用效率随灌溉量的增加呈逐渐降低趋势，降低幅度达到52.21%，随着施氮量的增加则呈先升高后降低趋势，增幅为14.73%~20.08%；其中处理6（灌溉量348.2 mm，施氮量195.0 kg·hm^-2)最利于水分利用效率的提高。综合产量和水分利用效率两方面的因素，初步建立了春玉米浅埋滴灌水氮施用优化模式，参数组合为灌溉量348.2 mm、施氮量165.6 kg·hm^-2。     

滴灌模式和水分调控对夏玉米干物质和氮素积累与分配及水分利用的影响

采用裂区试验设计探究了地下滴灌和地表滴灌(drip underground, DU; drip surface, DS)模式下土壤水分调控(分别为田间持水量的40%～50%、60%～70%和80%～90%,记为W40、W60和W80)对夏玉米干物质和氮素积累与分配及水分利用效率的影响。结果表明,DU处理的吐丝后氮素积累量及水分利用效率分别较DS显著提高了6.18%和4.85%～8.61%。夏玉米的干物质、氮素指标及产量对滴灌模式的响应依赖于土壤水分调控水平,在W40和W60处理条件下,DU处理显著增加夏玉米的净光合速率,提高了吐丝后干物质和氮素的积累量及向籽粒的转运,最终DU处理的干物质积累量、籽粒氮素积累量、产量及氮肥偏生产力分别提高了3.29%～19.94%、?1.10%～20.65%、3.29%～19.94%和3.31%～23.64%。而在W80处理条件下, DS处理的干物质积累量、吐丝后氮素积累量、产量及蒸散量比DU处理分别提高了6.80%～12.24%、5.93%、8.39%～14.91%和9.73%～14.57%。综上所述,在限水灌溉条件下,地下滴灌能够增加吐丝后干物质积累量、氮素积累量及其对籽粒氮素的贡献率,最终增加产量。在充分供水条件下,地表滴灌更有利于干物质及氮素的积累,但由于消耗过多的水分,因此水分利用效率未显著增加。     

基质栽培黄瓜叶片水分状况、光合与荧光参数对不同灌水下限的响应

为探明基质栽培黄瓜适宜的灌水下限,实现农艺节水,以黄瓜品种博特209为试材,采用基质盆栽,共设置4个灌水下限处理,即田间持水量的50%、60%、70%、80%,用A、B、C、D表示,灌水上限统一设定为田间持水量的90%,采用TDR350水分速测仪控制基质的水分含量,研究不同灌水下限对基质栽培黄瓜叶片水分状况、光合日变化及荧光参数的影响。结果表明:随着灌水下限的提高,叶片的相对含水量、自由水含量及自由水/束缚水的比值呈逐渐上升的趋势,水分饱和亏、叶片细胞汁液浓度及束缚水含量则呈下降趋势,处理C、D的相对含水量、自由水含量均显著(P<0.05)高于处理A、B,处理A细胞汁液浓度显著高于处理C、D,处理A、B束缚水含量显著(P<0.05)高于处理C、D。叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b的含量均随灌水下限的升高呈现为先上升后下降的趋势,而类胡萝卜素含量则表现为先下降后上升的趋势,处理C叶绿素a、叶绿素a+b含量显著(P<0.05)高于处理A、B;处理C、D黄瓜叶片的胞间二氧化碳浓度(C_i)的变化趋势基本呈“V”型,而处理A、B的Ci的变化趋势基本呈“W”型;处理A、B、C、D的蒸腾速率(T_r)日变化均呈先上升后下降的趋势,处理B、C、D的Tr在14:00后呈现逐渐下降的趋势,而处理A在12:00后就呈快速下降的趋势;处理B、C、D的气孔导度(G_s)日变化大致呈“M”型的双峰曲线,处理A则呈单峰曲线;处理A、B、C、D叶片净光合速率(P_n)与G_s日变化趋势基本一致,在整个日变化过程中,处理C、D的P_n始终高于处理A、B。F_v/F_m、Φ_PSⅡ、qP随灌水下限的提高呈逐渐上升的趋势,而NPQ呈逐渐下降的趋势。研究结果表明,灌水下限为田间持水量的70%~80%,基质栽培黄瓜叶片的水分状况良好、光合色素含量高、净光合速率大,有利于黄瓜的光合作用,促进黄瓜的生长发育。     

施肥浓度对摇臂式喷头喷灌施肥均匀性的影响

为了研究施肥浓度对喷灌施肥均匀性的影响规律,选用摇臂式喷头10PY₂H,测量其喷灌施肥时肥液体积、施肥浓度、施肥量3种参数的径向分布.试验中,氯化钾溶液质量浓度(即母液浓度)分别为0,20,35,50,65,80 g/L.采用叠加法计算组合喷洒时3种施肥参数的均匀度CU、分布均匀度DU和统计均匀度U_s.分析表明施肥浓度对摇臂式喷头的灌水施肥影响呈现非线性特点.增加母液浓度对肥液体积分布和施肥浓度分布均匀性的影响相对较小,但对施肥量分布均匀性的影响十分显著.组合喷灌加剧了不同测点的数值差异.随着母液浓度增大,施肥量径向分布变化增大,当母液质量浓度增大到80 g/L时,施肥量主要集中在20%~60%射程处,导致施肥均匀性急剧下降;当母液质量浓度小于等于35 g/L时,远端90%~100%射程处的施肥浓度相对更高,与前人得出的滴灌施肥系统施肥浓度沿管道方向递减的规律相反.3个评价指标中,均匀度CU数值最高,分布均匀度DU总体数值最低、变化最大,且以DU变化最为明显,这说明了DU能反映低值区的施肥情况.喷灌施肥等值线图表明肥液与施肥量的分布规律相似,但施肥浓度的分布情况则相反,这可能与射程远端施肥浓度更大有关.     

滴鼻免疫疫苗对SPF鸡气管功能影响的研究

为研究疫苗滴鼻免疫对鸡气管功能的影响，本研究对SPF鸡滴鼻免疫新城疫疫苗后气管纤毛摆动速率、气管形态结构和黏液分泌进行了研究。80只7日龄SPF鸡随机分为对照组和试验组，每组40只，试验组SPF鸡滴鼻免疫新城疫弱毒疫苗，对照组滴鼻生理盐水；于免疫后的第0、2、4和6天，每组每次随机剖杀10只鸡，应用红细胞示踪法测定气管纤毛摆动速率，采集气管制备石蜡组织切片进行HE和奥新蓝pH 2.5和pH 1.0染色。结果发现，疫苗免疫后的第0和2天试验组SPF鸡纤毛摆动速率较对照组升高，但差异不显著（P>0.05）；滴鼻免疫后SPF鸡气管结构完整，无明显损伤；滴鼻免疫后试验组SPF鸡气管酸性黏液分布容积在免疫后的第0和2天显著高于对照组（P<0.05），而后明显降低，于免疫后的第6天又有所升高，但差异不显著（P>0.05）；硫酸化黏液分布容积在免疫后的第0和2天显著升高（P<0.05），而后降低并与对照组相一致。结果表明，新城疫疫苗滴鼻免疫后前两天SPF鸡气管黏液分泌增多，而后恢复到正常水平，疫苗的免疫对气管形态结构和纤毛的摆动速率无明显影响。     

Investigation of crop evapotranspiration and irrigation water requirement in the lower Amu Darya River Basin,Central Asia

High water consumption and inefficient irrigation management in the agriculture sector of the middle and lower reaches of the Amu Darya River Basin(ADRB)have significantly influenced the gradual shrinking of the Aral Sea and its ecosystem.In this study,we investigated the crop water consumption in the growing seasons and the irrigation water requirement for different crop types in the lower ADRB during 2004–2017.We applied the FAO Penman–Monteith method to estimate reference evapotranspiration(ET0)based on daily climatic data collected from four meteorological stations.Crop evapotranspiration(ETc)of specific crop types was calculated by the crop coefficient.Then,we analyzed the net irrigation requirement(NIR)based on the effective precipitation with crop water requirements.The results indicated that the lowest monthly ET0 values in the lower ADRB were found in December(18.2 mm)and January(16.0 mm),and the highest monthly ET0 values were found in June and July,with similar values of 211.6 mm.The annual ETc reached to 887.2,1002.1,and 492.0 mm for cotton,rice,and wheat,respectively.The average regional NIR ranged from 514.9 to 715.0 mm in the 10 Irrigation System Management Organizations(UISs)in the study area,while the total required irrigation volume for the whole region ranged from 4.2×109 to 11.6×109 m3 during 2004–2017.The percentages of NIR in SIW(surface irrigation water)ranged from 46.4%to 65.2%during the study period,with the exceptions of the drought years of 2008 and 2011,in which there was a significantly less runoff in the Amu Darya River.This study provides an overview for local water authorities to achieve optimal regional water allocation in the study area.     

高效节能水锤泵技术研究进展

为了厘清水锤泵的技术发展动态和目前的技术应用现状,文中回顾了水锤泵技术发展历史,并简要介绍了水锤泵的基本结构,在此基础上,阐述了水锤泵的效率计算方法,并对水锤泵的理论设计方法发展进行了梳理.随后对水锤泵的国内外研发现状进行了大致概括,提出了中国水锤泵发展受限的根本原因,并指出简化制造和装配工艺、发展大型化水锤泵制造技术以及研发轻型化和分体式水锤泵是未来发展的重点.接着总结出水锤泵系统参数和结构参数是影响水锤泵的主要因素.最后对国内外水锤泵的实际应用现状进行了对比分析,提出发展应用水锤泵应在考虑泄水阀和输水阀动态启闭过程的水锤泵运行全过程理论模型的基础上发展适用于不同群体或目标的水锤泵制造技术.研究成果对扩大水锤泵的应用范围,提升中国水锤泵的制造技术提供了一定的参考.