数值模型结构不确定性对模拟结果的影响分析

以内蒙古鄂托克旗为例,基于GMS中的MODFLOW模块构建了地下水流数值模拟模型,分析了模型结构(含水层厚度、参数分区)与模型参数不确定性因素对模拟结果的影响.研究结果表明:含水层不确定情景(含水层下边界概化为隔水底板平均值870 m)与实际情况水头差值绝对值的累计和最大为701 m,对模拟结果起了主控作用;当含水层下边界概化为910,940 m时,累计和分别增加为1 013,1 593 m;与仅考虑单个不确定性因素相比,同时考虑模型参数与含水层不确定情景累计和最大为738 m,同时考虑参数分区与含水层不确定情景累计和最大为791 m.因此,在构建地下水流数值模拟模型时,应优先考虑含水层空间结构概化的合理程度,同时考虑多个不确定性因素对模拟结果的综合影响,使地下水数值模拟模型能更精确地反映真实的地下水流状况.     

基于标准化降水蒸散指数的甘肃省干旱时空特征分析

为明确气候变化条件下甘肃省不同时间尺度的干旱特征，选用1951-2015年甘肃省33个气象站点逐日气象数据，计算了不同时间尺度的标准化降水蒸散指数SPEI，同时结合Mann-Kendall突变检验、复小波分析、经验正交函数分解、旋转经验正交函数分解等方法，对甘肃省65 a来干旱时空格局特征进行了分析。结果表明：在年际变化趋势方面，甘肃省干旱情势为由干变湿再变干，近年干旱趋势逐渐加重；四季均呈现由干变湿然后变干的趋势，近年春季变干趋势显著；干旱强度在全省范围内主要为轻旱和中旱等级，并表现为局域性轻旱和全域性中旱。在周期性变化方面，甘肃省的干旱时间周期性强弱依次为39、13、7、22 a尺度，但不同时间尺度表现出了不同的干湿震荡规律。在空间格局方面，甘肃省整体上呈西北部干旱缓解、东南部干旱加剧的趋势；春季干旱加剧最明显，冬季次之，夏季和秋季干湿状况基本相似。按照干旱区域敏感性强弱可将甘肃省分为东南地区东部（Ⅰ区）、西北地区（Ⅱ区）、中部地区（Ⅲ区）和东南地区西部（Ⅳ区），其中Ⅲ区呈干旱缓解趋势，其他地区基本呈干旱加剧的趋势。     

亏缺灌溉对南疆棉花生长和水分利用的影响

针对南疆地区水资源短缺、作物水分利用效率低等问题,以棉花为试验材料进行田间小区试验,在棉花现蕾期、开花期以及结铃期分别设置3个亏缺灌溉水平(W₁:50%ET_c,W₂:65%ET_c,W₃:80%ET_c,ET_c为作物蒸发蒸腾量),以全生育期100%ET_c灌溉处理为对照(CK),研究膜下滴灌条件下,不同生育期亏缺灌溉对棉花生长、产量、氮素吸收和水分利用效率的影响.结果表明:现蕾期亏水对棉花株高、叶面积指数、地上干物质生长、氮素吸收和产量有不同程度的抑制效应,但复水后补偿效应显著,其中轻度亏水(W₃)在籽棉产量减少3.48%的条件下,WUE高达1.57 kg/m³,显著高于CK的1.48 kg/m³;开花期亏水,棉花的各项生长指标均有显著降低,复水后补偿效应不显著,不利于棉花生长发育;结铃期亏水对棉花地上干物质累积、氮素吸收和产量均有显著的抑制效应,但在W₂和W₃水平下,WUE均达1.51 kg/m³.综合考虑在保证棉花产量的同时达到节水增产的目的,可在棉花蕾期进行80%ET_c灌水,其他生育阶段实施充分灌溉,来控制营养生长,促进生殖生长,获得更高的水分利用效率.     

Y型网式过滤器堵塞过程对有机肥浓度的响应研究

为研究水肥一体化设备中用于过滤有机肥的Y型网式过滤器的堵塞规律,对Y型网式过滤器在初始流量500 L/h、水源压力117.6 k Pa下,设置25、30、40、50 g/L共4种黄腐酸钾有机肥肥液质量浓度,进行了过滤器堵塞试验,分析了Y型网式过滤器的局部水头损失与单个滤孔滤网清洁度(单个滤孔有效过水断面面积与孔隙总面积比值) S/S0的关系,并利用XRD分析了过滤器内堵塞物质的成分。结果表明:肥液质量浓度对过滤器滤网清洁度影响显著,建议肥液质量浓度不超过40 g/L;过滤器局部水头损失在S/S0减小到10%后才逐渐开始增大,过滤器局部水头损失与滤网清洁度、肥液质量浓度有关,利用多项式拟合给出了过滤器滤网清洁度与肥液质量浓度、施肥持续时间的关系式及局部水头损失与肥液质量浓度、滤网清洁度的关系式;滤网堵塞物质主要成分为硫酸钙、草酸钙。本研究结果可为水肥一体化设备中过滤器的选择提供理论参考。     

西北旱区制种玉米干物质与氮分配对水氮胁迫的动态响应及模拟

为了量化水氮胁迫对西北旱区制种玉米干物质分配与氮分配的影响,建立水氮胁迫条件下器官间干物质与氮分配模型。本试验设置3种灌水水平,分别是充分灌溉(W1)、轻度水分胁迫(W0.75)和重度水分胁迫(W0.5),并设置3种施氮水平,分别是150 kg/hm~2(N150)、75 kg/hm~2(N75)和0 kg/hm~2(N0)。分析了水氮胁迫对器官间干物质与氮分配系数的影响,构建了干物质与氮分配动态模型。试验结果表明:茎分配系数呈单峰曲线,茎氮分配系数随生育期推进逐渐下降;叶分配系数与叶氮分配系数均呈下降趋势;穗分配系数与穗氮分配系数逐渐增加。总体上,茎分配系数大于茎氮分配系数,叶分配系数小于叶氮分配系数,穗分配系数小于穗氮分配系数。氮胁迫对制种玉米干物质分配与氮分配关系无显著影响。水分胁迫提高茎分配系数与氮分配系数;水分胁迫条件下叶与穗分配系数与叶氮分配系数均显著低于充分灌溉处理。叶分配系数与氮分配系数随着有效积温呈Logistic函数变化;穗干物质分配系数随有效积温呈指数递减变化。模型能够较为准确的模拟整个生育期的分配系数动态变化规律。     

控释氮肥与普通尿素配施比例和方法对冬小麦灌浆特性的影响

[目的]控释氮肥施用模式影响小麦的灌浆和产量构成因素,利用Richards模型模拟陕西关中地区冬小麦灌浆进程并分析产量构成参数,探究控释氮肥掺混尿素的施肥方式和配施比例对冬小麦增产机理及灌浆特性的影响。[方法]以小麦品种‘小偃22’为供试作物,供试控释尿素的释放期为180天,于2017、2018年在陕西农林科技大学旱区灌溉站进行控释氮肥与尿素配合施用田间试验。共设置3个控释氮肥和普通尿素氮配施比例,依次为8:2 (N2)、7:3 (N3)和6:4 (N4);2种施肥方式,即掺混肥料一次性基施(B,简称基施)和基施控释氮肥+拔节期追施普通尿素(T,简称追施);同时设不施氮肥(CKO)、单施普通尿素(基追比4:6,CK1)和单施控释氮肥(一次性基施,CK2) 3个对照。在分蘖期和返青期统计分蘖数;在成熟期统计穗数,测量穗长、穗粒数、千粒重。从冬小麦开花结束第5天开始,每隔5天取1次样,共取9次,计算千粒重。以花后时间t为自变量,以该时间测得的千粒重(W)为因变量,采用方程W=A/(1+Be~(-Kt))~(1/E),计算灌浆参数和生长势。[结果]施氮能显著提高籽粒千粒重和产量,追施氮可保证灌浆物质来源更加充分,追施氮比例增加,起始生长势增大。适量追氮能延长灌浆持续时间,最大延长11.83天,促使最大灌浆速率出现日提前,最早提前3.791天;各处理在快增期均获得最大生长比率(P_(w2)),与基施处理相比,追施增加了快增期(P_(w2))和缓增期(P_(w3))的持续时间和生长比率,持续时间分别延长1.28～2.27天(T_2)、4.46～7.49天(T_3),生长比率分别增加4.69%～7.80%(P_(W2))和20.12%～37.25%(P_(W3))。基施处理的单位面积分蘖数和有效穗数均高于追施处理,与追施处理相比平均分别增加204.1～264.0个/m~2、29.0～97.1穗/m~2。施肥方式和配施比例的交互作用对产量和单位面积有效穗率具有极显著影响,TN2和BN3产量最高,与CK1相比产量分别提高14.54%和13.09%,与CK2相比产量分别提高11.46%和10.85%;其中,TN2处理千粒重较高,为41.32 g,BN3处理单位面积有效穗数较高,为546.5穗/m~2。[结论]控释氮肥配施普通尿素的比例和施用方法能有效调控灌浆动态和产量构成。本试验条件下,以控释尿素和普通尿素7:3混合后全部基施(BN3)和比例为8:2时追施普通尿素(TN2)的效果最为理想。BN3主要通过增加最大灌浆速率和推迟最大灌浆速率出现日期提高籽粒物质量,并通过单位面积分蘖数保证较高的单位面积有效穗数以提高产量。TN2主要通过保证较高的有效穗率,在灌浆期通过延长灌浆持续时间和提高缓增期的生长比率提高籽粒物质量累积,并获得较高的千粒重以提高产量。在冬小麦生产过程中,优先推荐BN3处理的施氮模式,可在获得高产的同时节约劳动力和成本,但从千粒重角度考虑,TN2处理为较优施氮模式。     

基于SIMDual_Kc模型估算非充分灌水条件下冬小麦蒸散量

为研究关中冬小麦植株蒸腾和土壤蒸发规律,利用2 a冬小麦小区控水试验实测数据,率定和验证了双作物系数SIMDual_Kc模型在关中地区的适用性.用大型称重式蒸渗仪的实测蒸散量值(或水量平衡法计算值)与模型模拟值进行对比.结果表明:SIMDualKc模型可较准确地模拟关中不同水分条件下冬小麦蒸散量,且模拟精度较高.模型估算的平均绝对误差为0.643 3 mm/d.模型估算的冬小麦初期、中期和后期的基础作物系数分别为0.35,1.30,0.20.另外,模型还可以较准确地估算不同水分供应条件下的土壤水分胁迫系数、土壤蒸发量和植株蒸散量.冬小麦整个生育期,土壤蒸发主要发生在作物生育前期,中期较低,后期略微增大;植株蒸腾主要发生在作物快速生长期和生长中期,整个生育期中呈先增大后减小的趋势.     

渭北旱塬不同水肥条件下气象因子对苹果树干茎流的影响

为了研究基于苹果树干茎流的果树蒸腾耗水规律及水肥、气象因子的影响,于2018年在陕西渭北旱塬苹果园开展了不同水肥处理(低肥中水、中肥中水、高肥中水、中肥高水和中肥低水)对苹果树茎流影响的试验研究。结果表明:苹果树茎流速率在生育期内不同月份,昼升夜降,昼增夜减的日变化特征明显。灌水量一致时,随着施肥量的增加,果树日茎流量与日均气温、日辐射量和日相对湿度等气象因子的相关性逐渐减小;施肥量一致时,日辐射量、日均气温和地表温度与茎流量的相关性在中肥中水时取得最高值。苹果树茎流在不同水肥处理下排序为:中水高水低水;中肥高肥低肥,低水和低肥处理都会明显降低苹果树的茎流速率,灌水对于苹果树茎流速率的影响要比施肥显著,水肥耦合效应对果树茎流有更大的促进作用,比单肥水平处理和单水分处理更明显。     

不同灌水定额下冬灌效应及其随时间的变化特征

为探讨不同灌水定额下冬灌效应及其随时间的变化特征、确定冬灌直接效应与间接效应的作用时间及作用效果,进行田间试验。结果表明,不同冬灌定额会造成土壤水分空间分布差异,大定额冬灌灌水可更大幅度提高土壤水分含量,这是冬灌的直接效应。在没有降雨等其他外部水分补充情况下,冬灌水在冬灌后75～85 d消耗殆尽,直接效应结束。冬灌的间接效应体现在对冬小麦生长及水分利用上,冬灌定额对冬小麦根系分布与叶面积指数影响显著,而株高对冬灌水量不敏感。不同冬灌定额下冬小麦产量无显著差异,但冬灌定额的增大会降低水分利用效率,造成水资源浪费。以水分利用效率作为衡量冬灌定额适宜性的指标,建议关中地区冬小麦冬灌水量为45 mm。