基于有效积温的中国水稻生长模型的构建

有效积温是指作物生长至某一生育阶段所需要积累的有效温度,是反映气象条件对作物生长影响的主要指标,研究有效积温对作物生长过程的影响对提高农业生产效率具有重要意义。该文以有效积温作为气象因子,收集中国气象数据网中的气象数据和已发表的学术论文中的水稻生长数据,建立了描述水稻生长过程的叶面积指数和干物质积累量的普适Logistic模型,并研究了水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量、收获指数(作物经济产量与生物产量的比值)及降水量之间的关系。结果表明:有效积温为1000℃左右时,水稻叶面积指数最大,且此时干物质增长速率最大;水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量之间表现为线性关系;最大叶面积指数和收获指数、降水量之间为二次抛物线关系,当降水量为670.5 mm时,最大叶面积指数为7.93,对应的水稻收获指数达到最大值0.50。该研究对于构建其他作物的生长模型具有一定的参考意义。     

Hydrus-3D模型模拟田间点源入渗与水分再分布准确性评价

滴灌条件下水分入渗与再分布是评价滴灌灌溉效率的重要内容,通过Hydrus3D模型模拟单点源和点源交汇情况下水分入渗及其再分布过程,并利用田间试验实测资料进行验证。结果表明:采用Hydrus3D软件建立的模型可较好地模拟单点源水分入渗、水平湿润锋扩散过程及土壤剖面水分的分布情况,水平湿润锋距离的模拟值和实测值的误差在灌水结束时达到最大,且滴头流量越大,误差亦越明显,其中最大绝对误差为4.6 cm,最大相对误差达0.167,R2在0.95以上,F检验P值大于0.05,且RMSE在2.1以内;模型模拟的土壤体积含水量分布和实测值基本一致,模拟值和实测值的R2在0.90以上,F检验P值大于0.05,RMSE均小于0.07;湿润范围模拟结果和实测结果的吻合度较高。灌水结束后20 h,模拟土壤剖面含水量的分布情况与实测值基本一致,模拟值和实测值R2在0.575~0.652之间,F检验P值大于0.05,RMSE在0.013左右,双点源交汇区整个剖面模拟值和实测值R2为0.526以上,F检验P值大于0.05,RMSE均小于0.01,模拟结果较好,说明Hydrus3D模型可模拟土壤水分再分布情况。     

羧甲基纤维素钠对壤砂土水分运动及水力参数的影响

科学使用羧甲基纤维素钠(CMC)实现保水控盐对于滨海壤砂盐碱土改良具有重要意义,而明晰CMC对滨海壤砂土水分运动规律的影响是科学使用CMC的重要基础。为研究施加CMC滨海壤砂土水分运动规律,本文通过开展一维垂直土柱积水入渗试验,探索不同CMC施量(0、0.1、0.2、0.4、0.6 g?kg-1) 对壤砂土入渗特性、水分分布和土壤水力参数的影响。结果表明,施用CMC土壤的最终累积入渗量增加了4.90％～15.17％、达到预设湿润锋深度的入渗时间增加了61.90%～604.73%;Philip入渗模型参数吸渗率S和Green-Ampt模型参数KsSf均随CMC施量的增加而减少,吸渗率S和平均土壤水扩散率与CMC施量之间的数学关系分别可用二次多项式和指数函数来表示;CMC增强了土壤的持水能力,土壤剖面含水量提高了0.72%～3.74%;CMC通过改变土壤结构影响了土壤水力参数,滞留含水率θr、饱和含水率θs及进气吸力倒数α均与CMC施量呈正相关关系,而与饱和导水率Ks和形状系数n呈反比关系。通过对变异系数CV的分析发现,CMC对饱和导水率Ks和进气吸力倒数α影响表现为中等差异,对滞留含水率θr、饱和含水率θs和形状系数n表现为弱差异。研究结果揭示了CMC对滨海壤砂土减渗保水的内在机理,为滨海盐碱地的改良提供了理论参考。     

西北现代生态灌区建设理论与技术保障体系构建

灌区是我国粮食安全和现代农业发展的基础保障,同时也是区域经济发展和生态环境保护的重要基石。然而西北地区独特的气候、地貌及社会经济状况导致了灌区生产能力和生态服务功能难以满足现代生态农业发展的需求。通过系统分析西北灌溉农业发展中面临的水资源过度开发、土壤盐碱化严重、生态环境功能低下等方面的问题,阐述了西北现代生态灌区的内涵与特征,并基于农业生产“功能水分”来源,将西北灌区划分成了灌溉依赖型灌区、灌溉主导型灌区、灌溉补充型灌区和灌溉提质型灌区4类。以灌区农业生产系统、物能输配系统、生态环境系统为建设对象,提出了灌区生态服务功能优化配置、灌区农田物能调控和灌区生态系统安全评估三大核心理论,构建了灌区系统控污与景观价值提升技术、灌排系统管控技术、作物生境要素综合调控技术三大关键技术,从而形成了西北现代生态灌区理论与技术保障体系,为我国西北灌溉农业高质量可持续发展提供理论与技术指导。     

灌溉施氮和种植密度对棉花叶面积指数与产量的影响

为构建便于实际应用的棉花叶面积指数和产量模型,综合考虑灌溉、施肥、种植密度及覆膜的影响,建立了基于相对有效积温的普适棉花相对叶面积指数的Logistic模型,并研究了棉花最大叶面积指数与全生育期灌水量、施氮量、种植密度及产量之间的关系。结果表明：覆膜棉花叶面积指数最大时的有效积温为1400℃左右,不覆膜棉花的叶面积指数最大时的有效积温为1600℃左右。棉花最大叶面积指数随耗水量、施氮量呈现出先增后减的变化趋势,而种植密度与最大叶面积指数之间表现出明显的正相关性。综合考虑灌水量、施氮量和种植密度的作用可以较为准确描述最大叶面积指数变化特征。棉花产量随着最大叶面积指数的变化呈现出明显的先增后减的变化趋势,当最大叶面积指数为4.93时籽棉产量最大达6066.2kg/hm2。相对化分析结果表明,覆膜与不覆膜棉花相对叶面积指数的变化趋势基本一致,相应的模型参数也基本相同,从而建立了全国范围内覆膜与不覆膜棉花统一的相对叶面积指数的Logistic模型。该研究为棉花科学种植和精细化管理提供了方法,也为其他作物在不同管理措施和地域时进行建模提供了参考。     

基于群智能优化算法的土壤水动力参数反演

土壤水动力参数是模拟田间土壤物质传输过程的基本参数,准确确定土壤水动力参数对实现农田生境精准调控具有重要意义。基于一维垂直入渗试验数据,采用代数方法和数值方法,构造3个不同的目标函数,并分析鲸鱼优化算法和灰狼优化算法反演Brooks-Corey-Mualem模型参数的适用性。结果表明：通过选择合适的目标函数,两种群智能优化算法均可用于反演土壤水动力参数。在代数方法中,鲸鱼优化算法在目标函数2下(由累积入渗量、入渗时间、含水率构成的相对误差)固定参数θ_r、θ_s优化得到的土壤水动力参数误差最小,反演参数得到的累积入渗量、入渗率、含水率的相对误差都在9.74%以下,决定系数都在0.904 0以上,反演时间为70 s;在数值方法中,灰狼优化算法在目标函数3下(由累积入渗量、湿润锋深度、含水率构成的相对误差)固定参数θ_r、θ_s优化得到的参数误差最小,反演参数得到的累积入渗量、入渗率、含水率的相对误差都在2.53%以下,决定系数都在0.991 7以上,反演时间为115 s。因此,代数方法所用时间短、精度相对较低...     

极端干旱区垂直线源灌方式对葡萄生长及水分利用效率的影响

灌溉方式对根系湿润方式的不同会影响作物生长及其对水分的利用效率。以常规滴灌方式为对照,通过田间试验研究了垂直线源灌方式对葡萄生长和水分利用效率的影响,结果表明:葡萄生育关键期灌水前后垂直线源灌方式根层土壤平均含水率可达到田间持水率的75.1%和82.8%,常规滴灌方式为田间持水率的60%和72%;垂直线源灌条件下净光合速率,蒸腾速率,气孔导度均较常规滴灌高,净光合速率均经历了气孔限制和非气孔限制,其中由水分胁迫引起的非气孔限制,垂直线源灌晚于常规滴灌出现,且表现不明显;垂直线源灌方式在地上生物量生长方面略好于常规滴灌方式,但两者未表现出明显差异;垂直线源灌方式较常规滴灌方式在产量上提高了1.2%;叶片水平上的水分利用效率,垂直线源灌方式较常规滴灌方式提高了57.4%。     

典型作物Logistic模型生长参数空间分布及其地区水热相关性

为明确作物生长模型——Logistic模型参数的空间变异特征,本文以冬小麦、夏玉米、水稻和新疆棉花作为典型作物,以作物株高、叶面积指数和干物质积累量作为生长指标,研究各生长指标的全相对化Logistic模型参数的空间分布情况,进一步分析该模型参数与地区多年平均降雨量、多年平均活动积温的相关关系。结果表明,4种典型作物全相对化Logistic模型参数变异系数均大于0.20,属于强变异性,空间分布具有明显的地带性,主要表现为：冬小麦的叶面积指数模型参数表现为黄河中下游地区大于新疆地区;夏玉米的叶面积指数模型参数表现为自沿海向内陆先增大、后减小的变化特征;水稻的干物质积累量模型参数表现为自西南向东北先减小、后增加的规律;新疆棉花的株高模型参数表现为西北小、东南大,且新疆中部地区存在极大值。全相对化Logistic模型参数与地区多年平均降雨量和多年平均活动积温间均具有显著或极显著的正相关关系,其相关系数r均介于0.3和0.6之间,即各地区模型参数的大小与该地区降雨量和温度相关。     

滴灌毛管布置方式对极端干旱区葡萄地上生物量的影响

为了了解滴灌技术对葡萄生长及产量的影响,在吐哈盆地大田条件下以无核白葡萄为研究对象,以传统沟灌(CK)为对照,分别采用地表3管(T1)、地下3管(T2)、地表2管对称滴头流量(T3)和地表2管不对称滴头流量(T4)4种不同的滴灌毛管布置方式进行滴灌,对灌后土壤含水量分布、葡萄叶面积指数和地上干物质量进行对比分析。结果表明:T1、T2和T4处理的湿润体在葡萄根系主要分布区域均能产生交汇,其中,T2处理的土壤含水量分布均匀,在根系主要分布区域均达到田间持水量,湿润范围覆盖了整个根区,且地表含水率较低,能够降低土壤蒸发,最适用于极端干旱区葡萄灌溉;T3处理的土壤含水量分布不均匀,在根系主要分布区域不能产生交汇,导致该区域含水量低于田间持水量,并且湿润范围很难覆盖整个根区。由于滴灌毛管布置方式对根区水分分布的影响,对于叶面积指数和干物质量,T2最高,T1其次,T3最低。并用Logistic修正模型对叶面积指数、地上干物质量和有效积温的关系进行模拟,理论值和实测值无显著性差异,且滴灌毛管布置方式对生物量增长趋势的影响不显著。在此基础上,建立了该地区不同滴灌毛管布置的葡萄叶面积指数和地上干物质量增长模型,有助于通过气象资料来直接推测地上干物质量并及时掌握干物质量的累积情况,为田间管理提供参考。     

葡萄地上干物质量确定研究

葡萄地上干物质量包括地上部枝条干物质量和地上部果实生长量,地上部果实生长量可通过 实测产量得到,而地上部枝条干物质量则较难测得。本研究用模型模拟来获得葡萄枝条干物 质量,通过使用Logistic修正模型、Richards模型、Hoerl模型、蒸汽压模型和高斯模型来 模拟葡萄地上枝条干物质量累积过程,并利用实测资料对各模型模拟结果进行验证,优选出 Logistic修正模型来描述葡萄地上枝条干物质量生长过程。在此基础上,以地上干物质生长 量最大为目标,在不包含埋墩水的情况下,得到葡萄的适宜灌溉定额为430～490 m³·667 m^-2。