基于土壤水盐阈值的河套灌区玉米灌水制度

在引黄水量大幅减少且大范围实施节水工程的条件下,为使农田水土环境仍能保持良性健康发展,该文以内蒙古河套灌区隆胜试验区为研究对象,开展引黄灌区玉米生育期适宜灌水决策模拟研究。在田间试验的基础上,对土壤含水率和土壤含盐量的观测数据进行了统计分析,土壤含水率与含盐量观测值均呈中度变异性。利用克里格插值方法按土壤表层盐分空间变异将研究区分为南北2个区,分别在2个区域内建立了土壤水盐数值模型SWAP,分别对2个区域的土壤水盐模型进行了率定与检验。根据相关研究结果和研究区多年实测值综合得到不同生育期的农田生态安全阈值,即土壤含水率的适宜值与作物耐盐阈值(以土壤含盐量阈值表示)。以土壤含水率与土壤含盐量阈值为限制因子,以节水控盐为目的,利用率定与检验后的SWAP模型模拟了不同灌水量条件下玉米不同生育阶段的土壤含水率、含盐量变化,预测了不同水文年满足玉米生长的土壤水盐安全阈值的用水方案,从精细微观的角度提出相应水文年农田水土环境安全用水范围值。基于SWAP模型的决策结果:枯水年(降雨量90 mm)安全用水量为263~311 mm;平水年(降雨量140 mm)198~227 mm;丰水年(降雨量200 mm)106~138 mm;各水文年的用水量较基准年(枯水年)的节水指数分别为:0.01~0.17、0.04~0.16和0.06~0.27。成果可为当地及相近地区农田水土环境可持续发展提供科学依据,对于河套灌区农业生产和水资源的开发利用具有重要的意义。     

基于语义本体的柑橘肥水管理决策支持系统

利用信息技术实现柑橘精准生产管理是果树信息化管理的重点和难点。该文针对山地果园肥水信息化精准管理问题,研发了基于语义本体的柑橘肥水管理决策支持系统。柑橘肥水语义本体是决策支持系统的核心,它以资源描述框架三元组整合涉农信息。系统实现了施肥、生理病害防治和排灌监测3个功能。系统验证结果表明:1)施肥查询模块能够根据树龄、施肥时期、土壤质地、地形和产量5个因素计算氮、磷、钾施肥量,经216组数据验证其输出正确率100%;2)经100组涵盖12种营养素缺乏和过剩生理病害数据验证,病症查询模块能够根据输入病症正确判断生理病害;3)排灌检测模块能根据不同土壤质地对排灌实时监测,经小型气象站获取的土壤含水率数据验证,系统正确预警率达100%。经361组性能测试数据结果表明系统平均响应时间在0.23 s(浏览器端应用)和0.58 s(手机端应用)内,具备较优性能。该研究为农业领域知识建模和异构多源数据整合等问题提供了可行方案。     

磁化水灌溉促进水稻生长发育提高产量和品质

为明确磁化水灌溉对水稻生长发育、产量形成和品质的影响及其机理,该研究以杂交籼稻中浙优1号和杂交粳稻甬优9号为试验品种,于2012-2013年进行了磁化水(F型变频磁化水处理器的磁场强度为0.2 T)和普通水(CK)灌溉大田试验。结果表明,与CK相比,磁化水灌溉显著增加水稻的有效穗(增幅4.0%~7.9%)、结实率(3.9%~8.7%)和产量(增幅5.2%~9.3%)。2013年,磁化水灌溉提高了水稻的低位分蘖发生率(增幅9.4%~21.5%),增加了孕穗期、灌浆期倒三叶的SPAD值(增幅2.4%~7.8%)和干物质积累量(增幅8.7%~18.8%);磁化水灌溉显著改善稻米品质,中浙优1号和甬优9号的的垩白粒率分别降低了13.3%和12.0%,垩白度分别降低了11.4%和7.7%,胶稠度分别提高了6.0和4.0 mm,碱消值提高了4.3%和4.8%。该结果为磁化水在水稻生产上的大面积应用提供了科学依据。     

咸水非充分灌溉条件下土壤水盐运动SWAP模型模拟

为了研究咸水非充分灌溉条件下土壤水盐动态变化规律,该文在2013年田间试验的基础上,利用试验观测数据,对SWAP模型进行了率定和验证,并对咸水非充分灌溉条件下土壤剖面水分和盐分通量变化过程进行了模拟和分析。研究结果表明:SWAP模型模拟值较好地反映了实测值的变化趋势,经过率定和验证后的SWAP模型能够较好地模拟土壤水盐的动态变化规律以及制种玉米的产量情况。在制种玉米苗期阶段,3种灌水处理40 cm以上土壤剖面的水分通量主要以向上为主;在灌水和降雨阶段,各处理土壤剖面的水分通量主要向下,且灌水量越大的处理,向下的水分通量越大;在土壤蒸发阶段,各处理60 cm以下土壤剖面的水分通量向下,且向下的水分通量逐渐减小。土壤盐分通量模拟结果与土壤水分通量具有类似的规律,60 cm以下土壤剖面的盐分通量主要向下,表明土壤盐分主要向深层土壤运移。研究结果可为该研究区域咸水非充分灌溉制度的制定提供理论依据。     

基于产量响应诊断冬小麦水分亏缺适宜土层及其水分阈值

明确作物产量对水分亏缺的响应是实施非充分灌溉的科学基础。该文在华北气候下,通过设置不同灌水次数造成处理间的土壤供水差异,探讨了大田冬小麦籽粒产量与不同生育时期、不同土层深度的土壤水分之间的关系,系统分析了影响小麦产量的水分阈值,提出了适宜的土壤水分诊断深度。结果表明:不论从土壤水分动态、还是从全生育期平均水分来看,亏水处理与充分供水对照在浅层土壤的水分差异最大,且随土层深度增加而减小。0~0.4、0~0.8、0~1.2 m的水分差异分别在19.7%~36.5%、9.3%~21.7%和2.9%~9.7%之间。此外,土壤水分变异程度随土层深度增加而减小。不同生育期、不同深度的水分与小麦产量关系多为开口向下的抛物线函数,但函数关系的显著程度随生育期及土层深度而变化,其中0~0.4 m的水分与产量关系最为密切。影响小麦产量的水分阈值随生育进程呈下降趋势。自拔节孕穗至乳熟期,0~0.4、0~0.6、0~1.0、0~1.2及0~1.6 m的水分阈值由田间持水率的83.1%~95%下降到72.3%~90.0%。依据处理间土壤水分动态差异、全生育期平均水分差异、不同土层的水分变异程度、土壤水分与小麦产量关系显著性程度4方面的分析,该文提出0~0.4 m为适宜的水分亏缺诊断深度,相应在拔节孕穗、抽穗、开花、灌浆初期、灌浆中期、灌浆后期、乳熟期的水分阈值分别为95.0%、98.4%、79.9%、73.7%、88.6%、79.6%和75.7%。该结果对小麦亏缺灌溉管理具有实际指导意义。     

不同灌水技术要素组合下畦灌灌水深度的控制目标

研究地面灌溉反馈控制技术,加强对灌溉过程的控制和管理是当前改进地面灌溉技术的重点所在。该文基于以往研究成果,结合农民实际灌水经验,提出3种灌水深度控制目标(即田面最小灌水深度大于0时关口,入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口,田面最小灌水深度等于灌溉需水量时关口),并借助灌溉模拟模型以确定关口时间,从而控制灌溉水量。将田间试验与数值模拟相结合,分析不同土质、地形、畦长、入畦单宽流量下灌溉性能指标值对3种灌水深度控制目标的响应关系,确定不同灌水技术要素组合下适宜的灌水深度控制目标。结果表明,灌水深度控制目标对灌溉性能指标值的影响程度受畦长影响最为明显,其次是田面坡度和土质、再后是田面平整精度,入畦流量的影响不明显。砂壤和黏壤土质下畦长为50 m时,灌水深度控制目标取入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳;畦长为100 m时,零坡度下灌水深度控制目标取田面最小灌水深度大于0时关口最佳,有坡度下取入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳;畦长为150 m时,除黏壤土有坡度田面平整精度好的情况采用入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳外,其他建议采用田面最小灌水深度大于0时关口。研究成果为畦灌反馈控制方案的制定提供了决策依据。     

滴灌苜蓿田间土壤水盐及苜蓿细根的空间分布

为了明确滴灌苜蓿土壤水、盐运移,细根分布及细根生物量动态,该文对苜蓿进行滴灌和漫灌试验,结果表明,漫灌水分集中在15 cm浅层土壤内且分布均匀,含水率在19.5%~20.5%之间。滴灌水分高值区集中在水平方向距滴头15 cm,深度为40 cm的土层中,含水率达到18.0%~20.0%。漫灌对0~25 cm深度土层盐分淋洗作用明显,土水比1:5土壤水提液的电导率由灌前的0.4~0.5 m S/cm下降到0.3 m S/cm以下;滴灌可使根区盐分下降至0.2 m S/cm,显著低于灌溉初始的盐分含量(P0.05)。与漫灌比较,滴灌苜蓿细根集中分布在水平方向距滴头0~30 cm,垂直深度0~50 cm范围内。生长季各时间节点滴灌细根总量高于漫灌,其平均值分别为211.6和198.3 g/m2。滴灌和漫灌各时间节点细根量表现出明显的波动,其范围分别在193.2~243.6和182.7~219.1 g/m2之间。在整个生长期内,滴灌活根量高于漫灌,且生长前期滴灌死根量变化较漫灌平稳。活细根和死细根之间的周转使得两者呈现出此消彼涨的状态,表明细根具有生长-凋亡-再生长的周期性。该研究可为滴灌技术在苜蓿栽培上的应用提供参考。     

水、磷对紫花苜蓿产量及水肥利用效率的影响

【目的】紫花苜蓿作为畜牧业生产中最主要的优质绿色饲料,是发展草食畜牧业的物质基础,同时它也是一种需水需肥较多的作物。如何从技术方面提高单位面积苜蓿产量,实现苜蓿高产栽培是科学研究人员及生产者研究的重点。北京市东南部接壤的蓟县、宝坻及南部接壤的廊坊、武清等地区,是北京市在生态和环境优先发展原则下畜牧养殖业外移的重要承接区域,苜蓿在当地种植缺乏科学指导,年干重产量仅为7500~10000 kg/hm2,盐碱地年产量更低,为4500~6000 kg/hm2。本研究通过苜蓿水肥试验确立紫花苜蓿达到高产的最佳磷肥施用水平和灌水量,为京南地区苜蓿高产及水肥的高效利用提供可借鉴的水肥管理技术。【方法】实验在低磷砂壤土条件下进行,选用紫花苜蓿中苜2号品种,设置全生育期不灌水（W0）、以及返青后及第1、2茬刈割后灌水且每次灌水25 mm （W1）、50 mm （W2）、75 mm （W3）4个灌水处理;每个灌水处理下设置不施磷（F0）、施P2O5 105 kg/hm2（F1）、210 kg/hm2（F2）3个施磷量处理,研究了灌水和施磷对紫花苜蓿产量、水分和磷肥利用效率的影响。【结果】1）灌水对1、2茬苜蓿产量的影响有显著差异,对3、4茬及全年产量的影响无显著差异;施磷肥对第3茬苜蓿产量没有显著影响,但对第1、2、4茬及全年苜蓿产量的影响均存在显著差异。2）灌水和施磷肥对紫花苜蓿的水分和肥料利用效率均有显著影响,随着施磷量的增加,苜蓿的水分利用率逐渐增大,说明施磷可以提高水分利用效率;随着灌水量的增加,苜蓿的磷肥利用效率呈先增加后降低的趋势,说明适当的增加灌水量可以提高苜蓿的磷肥利用效率。【结论】综合考虑紫花苜蓿产量、水分和肥料利用效率等指标,最优试验处理为每次灌水量50 mm,施P2O5 210 kg/hm2,其次为每次灌水量25 mm, 施P2O5 210 kg/hm2。     

不同灌溉方式和氮肥用量对寒地粳稻干物质积累与转运的影响

采用田间裂区设计的方法,研究了不同灌溉方式和氮肥用量对寒地粳稻干物质累积与运转的影响。结果表明,灌溉方式和氮肥用量对抽穗期、抽穗期后、成熟期的干物质累积量、茎鞘物质输出率和转化率的影响达显著水平,且互作效应显著。轻干湿交替灌溉方式结合适量的氮肥用量可显著提高抽穗期、抽穗期后、成熟期的干物质累积量、茎鞘物质的输出率和转换率;中、重干湿交替方式下,增加氮肥用量虽可提高干物质累积量,但不利于抽穗期至成熟期干物质累积和茎鞘物质的转运。减少氮肥用量可减缓水分胁迫对干物质累积及转运控水效应和互作效应的负效应。本试验表明,轻干湿交替灌溉方式结合150~225 kg·hm-2的氮肥用量的方式为本试验条件下最优的水、氮互作方式;而中、重干湿交替灌溉方式,氮肥用量应减为75~150 kg·hm-2,以缓解控水效应和互作效应的负效应。     

攀西地区烟草节水灌溉技术及应用效果

为寻求适宜四川省攀西地区烟草节水灌溉的技术与推广模式,在冕宁县开展烟草节水灌溉试验,分析对其烟株农艺性状、烟叶化学品质和经济性状及节水效益的影响。结果表明,在烟草植株农艺性状方面,滴灌模式优于软管浇灌及交替沟灌模式;烟叶化学品质方面,节水灌溉可有效增加烟叶总糖和还原糖含量,降低烟叶烟碱含量,有效提升烟叶钾含量及钾氯比,滴灌模式表现最优;经济性状及节水效益方面,滴灌模式对烟叶的增产、增值效果最明显,比对照平均增产38.64%,上等烟比例提升20.9个百分点;在烟叶产值和节水效益上,滴灌与浇灌模式的效果较明显。滴灌和软管浇灌模式对于烟草品质、产量和水分利用效率的提升作用较明显,其中滴灌模式具有较好的应用及推广价值,软管浇灌模式更适合在经济条件较差的干旱缺水地区推广使用。