考虑水头损失的管道灌溉分水口轮灌分组优化模型

【目的】优化灌溉系统中分水口轮灌分组的灌溉制度,在满足流量要求的条件下节约电能。【方法】提出了在考虑水头损失时不同分水口状态与管道进口压力的关系模型,该模型利用分水口开关0,1状态作为自变量,从管道末端起利用推导的递推公式求出管道进水口的等效水头损失系数。依据该模型,在定流量分组轮灌优化中得到为使分组轮灌功率最小的目标函数。利用遗传算法对上述问题进行了优化求解,并给出了编码方案。【结果】在分水口等间隔布置时,轮灌分组按轮灌分组数等间隔安排所需功率最小,优化后的水头损失系数可以减小到没有优化前的0.772倍。【结论】本研究模型不仅适用于恒定流量的组合优化,也可应用于不同分水口的所需水量不同的随机灌溉以及恒压供水的优化中。     

小麦4B染色体上LOX基因的等位变异及其区域分布

为了解中国不同麦区小麦种质资源籽粒脂肪氧化酶（lipoxygenase,LOX）活性相关基因TaLox-B1的差异和分布,利用小麦4B染色体上的功能标记LOX16和LOX18对7个麦区的436份种质资源进行分子检测。结果表明：在供试材料中共检测到3种TaLox-B1基因等位变异类型,分别为TaLox-B1a（与高LOX活性相关)、TaLox-B1b（与低LOX活性相关）和杂合型,其频率分别为19.0％、70.4％和10.6％。小麦LOX活性基因不同变异类型在各生态区的分布存在明显差异：基因型TaLox-B1a在黄淮冬麦区、北部冬麦区和长江中下游冬麦区分布较多,其比例分别为21.1%、19.8%和17.6%;基因型TaLox-B1b在西南冬麦区和长江中下游冬麦区分布较多,比例分别为87.9%、72.5%;杂合型仅存在于北部冬麦区、黄淮冬麦区与长江中下游冬麦区,比例分别为14.2%、12.4%和9.8%。利用标记LOX16和LOX18对53个自选高代品系进行分子检测,发现自选品系仅有TaLox-B1b与杂合型两种基因型,其中基因型TaLox-B1ab有32个,比例为60.4%。采用分子标记辅助选择,有利于快速鉴定小麦籽粒LOX活性,加速LOX的遗传改良和新品种选育。     

滴灌下生物质改良材料对盐渍土水盐氮运移的调控效应

为探究生物质改良材料对滴灌盐渍土水、盐、肥运移过程的调控效应，采用土箱模拟试验，研究了水肥一体化滴灌条件下，生物炭和腐殖酸两种改良材料对盐渍土水、盐、氮运移和再分布过程及其时空分布特征的影响规律。结果表明：在滴灌条件下，盐渍土壤水盐的时空动态变化表现出明显的水分入渗驱动的盐分运移过程和蒸发扩散驱动的水盐再分布过程；铵态氮含量在时间上表现出先增大、后减小的变化趋势，在空间上的运移再分布特征较弱；硝态氮含量初始时空分布表现出与水盐相似的运移特征，受铵态氮硝化作用的多重影响，后期空间分布与铵态氮空间分布相似；生物炭通过提高土壤饱和导水率，增大了入渗阶段土壤水、盐、氮的运移速率和分布范围；腐殖酸通过提高土壤田间持水率增大了再分布过程土壤水、盐、氮的分布范围和强度，同时其对尿素的水解和硝化过程表现出更强的抑制效果。应用生物质改良材料在改变土壤物理性状进而调控滴灌土壤水盐运移的同时，还影响土壤氮素转化运移过程及其分布，这为水肥一体化滴灌盐渍农田的节水、控盐、减肥治理提供了理论基础。     

Compatibility of root growth and tuber production of potato cultivars with dynamic and static water‐saving irrigation managements

The important root characteristics of root length density (RLD) and root mass density (RMD) generally differ among irrigation managements and potato cultivars. The objective of this study was to investigate the RLD and RMD variations and their functional relationships with gross potato tuber yield for two commercial potato cultivars, Agria and Sante, under different irrigation strategies. Full irrigation and water‐saving irrigation strategies, deficit and partial root drying irrigations, were applied statically (S) and dynamically (D) based on daily crop evapotranspiration. Results showed that SPRD had significantly greater RLD (3.64 cm/cm³) and RMD (132.7 μg/cm³) than other irrigation treatments. Between the potato cultivars, Agria had significantly larger values of RLD (3.50 cm/cm³) and RMD (138.7 μg/cm³) than Sante. The functional relationship between the root growth characteristics and tuber yield showed that under water‐saving irrigations, Agria increased root mass at the expense of gross tuber yield but Sante increased root mass to maintain larger gross tuber yields. However, Agria produced more roots and gross tuber yield than Sante, and it is concluded that Agria is a more drought‐tolerant potato cultivar, which is recommended for tuber production in regions where water might be scarce. It was shown that larger root production in potatoes was associated with improved tolerance to water stress.     

基于土壤水分下限的宁夏枸杞滴灌灌溉制度试验研究

以宁杞7号枸杞为研究对象,在宁夏同心县开展2 a田间试验.设置4个关键控水期、3个控水水平共8个处理,研究枸杞不同生育期不同水分下限条件下根区土壤含水率、叶片光合生理指标、产量与品质变化;分析其耗水规律与水分利用效率,提出基于土壤水分下限的宁夏枸杞滴灌灌溉制度.结果表明:不同水分处理枸杞根区20~60 cm土层土壤含水率最大;叶片气孔导度随土壤下限升高而增大,高水分下限处理的蒸腾速率相对较大,叶片水分利用效率则相反;生育期耗水量随土壤水分下限升高而增大,2 a增幅分别为10.8%和12.8%,平均耗水量为386.6~463.2 mm,夏果期耗水量最大且差异具有统计学意义,是关键需水期.2 a均为处理S5的产量最大分别为2 208.15和2 571.30 kg/hm²,水分利用效率最高为0.39 kg/m³;水分处理对蛋白质含量影响差异不具有统计学意义,低土壤水分下限的枸杞多糖含量相对较高;全生育期分为6个灌水期,其中萌芽期灌水(春水)为375 m³/hm²;春梢生长期、花期、夏果期、秋果期的土壤质量含水率下限分别为50%θ_f(θ_f为田间持水率),65%θ_f,65%θ_f,55%θ_f,而上限为95%θ_f;休眠期冬灌量为450 m³/hm².     

基于P-S-R框架模型试点研究高寒地区生态承载力——以甘肃省迭部县为例

全面客观评价生态资源承载能力,进而为区域可持续发展提供理论依据。以甘肃省迭部县为例,首先,采用压力-状态-响应(P-S-R)模型构建生态承载力评估指标体系,运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)确定各指标权重,评估生态环境承载力现状;其次,在生态功能区层面对迭部县水源涵养功能及生物多样性功能进行评价;最后,对生态承载力状况进行成因解析。研究结果表明：（1）迭部县整体生态承载力得分为0.239,处于“较强”承载力状态,构成整体生态承载力的生态弹性力、资源和环境承载力和人类社会影响力得分分别为0.222、0.062和0.063。（2）2016年,迭部县单位面积水源涵养量为111.76 mm,水源涵养功能处于“高”状态,其中,水源涵养功能较高地区主要集中在以草地和针阔混交林为主的区域。（3）自然栖息地面积占迭部县总面积的83.67%,其自然栖息质量指数(Natural Habitant Quality Index,NHQI)处于“高”状态。（4）从自然和经济2个因素进行分析,发现迭部县生态环境条件较好,但林草地面积已呈现出逐渐减少状态,因此需要通过合理科学的开发引导,发展文化旅游事业,推动迭部县的可持续发展。     

基于主成分分析和Copula函数的灌溉水利用系数影响因素研究

以新疆生产建设兵团第十二师中型灌区为研究对象，采用首尾法测算2018年和2019年4个样点灌区的灌溉水利用系数，在采用主成分分析法对指标体系降维处理的基础上，用Copula函数构建PCA-Copula评价分析方法，对灌溉水利用系数各影响因素的影响程度和影响规律进行计算分析。结果表明：两年测算数据表明，4个样点灌区灌溉水利用系数都在0.63以上，且最大值达到0.668，分别高于同期全疆、全国平均水平5.05%、10.15%；主成分分析得出，渠道衬砌率（0.944）、滴灌灌溉面积比（0.746）、作物需水量（0.635）、实际灌溉面积（0.734）等都具有超过60%的正贡献率，而葡萄种植比（-0.586）和灌区毛灌溉用水量（-0.645）等具有超过58%的负贡献率。利用PCA-Copula分析评估方法得出，作物种植比例和节水灌溉工程状况对十二师中型灌区灌溉水有效利用系数影响显著（P<0.05），其中葡萄净灌溉定额和灌区毛灌溉用水量对灌溉水有效利用系数的影响极其显著（P<0.01），相关系数分别为0.875、0.742，同时利用Spearman等级相关系数检验法和线型回归来检验PCA-Copula评价法与熵值法的密切程度，检验结果其相关系数分别为 0.87（P＜0.05）和0. 52（P＜0.001），表明PCA-Copula评价方法适用于研究灌溉水利用系数影响因素。     

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.     

不同施氮量下覆膜滴灌玉米相对根长密度模型研究

为探明施氮量对宁夏引黄灌区覆膜滴灌玉米根长密度(RLD)的影响,设置5个施氮水平和1个对照(CK,不施氮与不覆膜)进行试验,测定玉米RLD,建立不同施氮量下相对根长密度(NRLD)模型,并加以检验。结果表明:不同施氮处理的玉米RLD分布区域均随土层深度的增加而减小,且大部分集中在0～20 cm土层;随着施氮量的增加,RLD分布区域明显扩大; NRLD分布满足三阶多项式函数模型,模拟曲线的决定系数R2为0.951,模型检验结果R2为0.845,均方根误差(RMSE)为0.248,拟合效果好,但该多项式模型不能保证NRLD在相对取样深度Zr为1时达到0,故对玉米NRLD分布多项式模型进行优化。优化模型验证结果显示,各施氮处理RMSE不大于0.308,CK、N0、N1、N2、N3和N4处理的标准化均方根误差分别为0.242、0.193、0.184、0.226、0.208和0.273,R2分别为0.903、0.953、0.920、0.944、0.962和0.898,具有较高的拟合度,解决了NRLD在Zr=1时达到0的问题。本研究可为宁夏引黄灌区膜下滴灌玉米NRLD分布拟合、根系养分吸收和施肥管理提供理论参考。     

极端暴雨条件下黄土丘陵沟壑区土壤蓄水能力和入渗规律

黄土高原退耕还林还草工程实施后,下垫面环境条件的变化可能对流域水文过程、水文通量、水量平衡以及生态系统产生十分重要的影响。研究极端暴雨条件下剖面土壤蓄水能力和入渗规律,对于阐明流域产汇流过程和影响机制具有重要的科学价值。采用土壤墒情仪对陕北"7·26"特大暴雨事件下黄土丘陵沟壑区草地剖面土壤水分进行了实时动态监测,分析了极端暴雨条件下剖面土壤水分的动态变化和蓄水过程,利用Horton入渗模型模拟了剖面土壤水分湿润锋的运动过程,揭示了极端暴雨条件下剖面土壤水分的入渗规律。结果表明:(1)极端暴雨条件下,黄土丘陵沟壑区坡面草地不同深度层次土壤水分与降雨过程的响应不同,具有层次性和明显的滞后效应,其中,0～140 cm是影响该地区土壤水文过程的关键层次;(2)土壤水分再分配结束时,湿润锋最深深度达140 cm,土壤蓄水量达225.99 mm,较降雨前95.37 mm增加了1.37倍;(3)极端暴雨过程中湿润锋的运动随时间呈对数递减关系,其稳渗速率随容重增加而减小,呈指数函数递减;(4)极端降雨过程中该地区坡面草地的产流机制仍以超渗产流为主,对于揭示流域的产汇流机制和完善水文预报模型具有重要的科学意义。