管针式土壤含水率探头设计与影响因素分析

为了给基于频域反射法测量土壤质量含水率提供一种方法,设计了一种由圆管和探针组成的管针式土壤质量含水率测量探头。以杨凌地区的塿土为对象,分析了所设计探头间接测量土壤容重的误差;在信号源频率为50、100、150、300、500 MHz下,研究了土壤质量含水率(2.58%~21.43%)、土壤容重(0.80~1.30 g/cm3)和温度(10~50℃)对探针上的电压与信号源输出电压的比值(信号电压比)的影响;建立了信号电压比与土壤温度、容重和质量含水率之间的三元二次方程,分析了模型预测土壤含水率的可行性。结果表明:管针式探头间接测量土壤容重的绝对误差为-0.129~0.016 g/cm3;含水率、容重和温度均影响信号电压比,50、100、150 MHz下含水率对信号电压比影响较显著。在0.01的显著水平上,150 MHz下所建模型较优,其决定系数R2为0.849 6;对该模型的检验结果说明,计算的信号电压比与实际电压比的绝对误差为-0.166~0.159。基于该模型计算的土壤含水率与实际含水率的绝对误差为-3.440%~4.039%。     

宁夏引黄灌区玉豆间作和带状轮作模式对玉米水氮利用及产量的影响

探索间作及带状轮作模式对玉米水氮利用及产量的影响,提出适合宁夏灌区的种植模式。试验于2019—2020年,在宁夏王团旱作节水高效农业试验站开展,设置玉米/大豆间作(IMS)、玉米-大豆带状轮作(RMS)、单作玉米(MM)、单作大豆(SS)4种种植模式。结果表明,与单作玉米相比,带状轮作处理使玉米拔节期至成熟期干物质积累量增加9.58%～11.45%,且与间作相比,干物质积累量增加4.29%～7.53%。带状轮作种植模式下玉米对氮素的积累量、转运量及籽粒贡献率比间作提高2.19%、30.44%和19.86%。带状轮作和间作处理土壤含水量比单作分别提高5.64%和3.98%,且主要分布于0～140 cm土层,带状轮作处理玉米水分利用效率较单作增加38.00%,且比间作增加15.61%。与单作玉米相比,间作处理提高玉米产量11.3%,降低大豆产量51.39%;玉豆带状轮作处理弱化了种间竞争力,使玉米产量提高21.98%,大豆产量下降22.91%。因此,带状轮作种植模式在水分利用效率、干物质积累、氮素转运及产量方面优势明显,可作为宁夏引黄灌区的一种有效替代种植模式。     

反射光谱法估计小麦叶片表皮蜡质含量的初步研究

为了探讨利用冠层反射光谱技术估计小麦叶片表皮蜡质含量的可行性,以小麦高叶片表皮蜡质含量材料2912与低叶片表皮蜡质含量品种普冰201和晋麦47及其杂交构建的F2:3株系为材料,通过氯仿提取称重法测定了小麦抽穗期的旗叶表皮蜡质含量,并采用FieldSpec 3测定了冠层反射光谱,分析小麦冠层反射光谱与叶片表皮蜡质含量之间的关系。结果表明,三个亲本以及株系间蜡质含量差异显著。高蜡质材料的可见光波段反射率整体高于低蜡质材料,短波长波段光谱反射率与叶片表皮蜡质含量相关性较高。以550和675nm波长的反射光谱为基础的单波/差值指数[R550/(R550-R675)]能较好地反映小麦叶片蜡质含量,两F2:3群体拟合模型的r2值分别为0.761和0.679,回归方程分别为y=0.07x-0.575和y=0.088x-1.481。     

小麦和谷子C_4光合途径关键酶活性及其与光合和蒸腾的关系

为了解小麦和谷子叶片中C4光合途径关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)和苹果酸脱氢酶(MDH)的活性差异及其与光合速率和蒸腾速率的关系,以4个小麦品种(中国春、晋麦47、绵阳11、小偃6号)和4个谷子品种(豫谷1号、吨谷1号、冀谷19、冀谷20)为材料,在苗期、拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期,分别测定了小麦和谷子叶片中四种光合酶的活性、净光合速率和蒸腾速率。结果表明,在小麦生育期,叶片中均可检测到这四种光合酶的活性,且酶活性与净光合速率变化趋势一致;谷子叶片中四种光合酶活性均远高于小麦;不同小麦和谷子品种间四种光合酶活性存在显著差异。小麦的PPDK和NADP-ME活性均与净光合速率呈显著正相关,与蒸腾速率相关不显著;谷子的MDH、PEPC和PPDK活性均与净光合速率呈显著正相关,仅豫谷1号的PEPC活性、冀谷20和吨谷1号的MDH活性与蒸腾速率呈显著正相关。     

集雨节灌种植技术对夏玉米光合特性及产量的影响

以沟灌、水平畦灌为对照,通过2年大田试验分析了在关中灌区集雨节灌种植技术对夏玉米功能叶片的光合参数、荧光参数、叶绿素含量及产量的影响。结果表明,在同期灌溉处理中,集雨节灌处理各测定时期的最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）、最大光能转换效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在活性（Fv/Fo）和叶绿素含量显著高于沟灌、畦灌。集雨节灌处理的籽粒产量在播前灌1水处理下较沟灌、畦灌和沟垄集雨种植分别提高4.9%（P<0.05）、8.5%（P<0.05）和2.2%,在开花期灌1水处理下提高6.0%（P<0.05）、8.3%（P<0.05）、1.3%;在播前和开花期均灌1水处理下提高7.0%（P<0.05）、11.2%（P<0.05）和7.2%（P<0.05）。不同灌溉时期集雨节灌处理的净光合速率（Pn）和叶片瞬时 水分利用效率（WUE）均在灌浆期显著高于畦灌,对基础荧光（Fo）和蒸腾速率（Tr）的影响不明显。除开花期灌1水处理外,其它灌水时期下的集雨节灌处理百粒重显著高于沟灌、畦灌处理。研究表明,集雨节灌可以显著提高叶片光合性能,增强PSⅡ反应中心的电子传递、光合化学效率和潜在活性,且产量显著高于传统沟灌、水平畦灌处理。     

实体水-虚拟水"二维三元"耦合流动理论基本框架

在变化环境下,区域水资源系统演变规律正在发生深刻变化。解决新形势下出现的水问题单单依靠传统的实体水资源规划、调度和调控手段还不够。虚拟水概念和理论的提出拓展了水文水资源的认知范畴,丰富了水问题的解决手段。然而,如何搭建虚拟水理论与传统水文水资源认知体系的统一框架,认识自然-经济-社会连续系统中水资源演化的新规律,目前学界还没有成熟统一的看法。该文首先提出了实体水-虚拟水耦合流动效应的基本理论框架,指出实体水-虚拟水耦合流动是现代环境下自然-经济-社会水资源系统呈现的新特征。其次,从文明进步和生产力发展角度,论述了人类社会水文水资源系统的演化历史,将水文水资源系统演进大体分为三个阶段:早期的实体水"一维一元"自然循环阶段,近现代的实体水"二元"水循环阶段和当前的实体水-虚拟水"二维三元"耦合流动阶段。最后,该文详细论述了实体水-虚拟水耦合流动过程的路径结构,并针对其流动过程和状态表征提出了定量表达方程,初步构建了实体水-虚拟水耦合流动基本理论框架。     

秸秆还田对宁南旱作农田土壤活性有机碳及酶活性的影响

在宁南旱区通过研究秸秆还刚对土壤活性有机碳及酶活性的影响,旨在为该区作物生产及土壤培肥制度的建立提供参考.在为期3 a秸秆还出定位试验中,设置了不同秸秆还田量处理,谷子秸秆按3000 kg·hm-2(低L)、6000kg·hm-2(中M)、9000 kg·hm-2(高H)粉碎还田;玉米秸秆按4500 kg·hm-2(低L)、9000 kg·hm-2(中M)、13 500kg·hm-2(高H)粉碎还田,对照为秸秆不还田,对不同处理条件下的土壤有机碳、土壤酶活性及其相关性进行了分析.结果表明,土壤总有机碳、活性有机碳含量和土壤酶活性均随土层的加深而减少;各处理0～60cm土层土壤有机碳含量和酶活性大小为中、高量秸秆还田>低量秸秆还田>秸秆不还田;秸秆还田不仅增加了土壤活性有机碳含量,同时提高了活性有机碳占总有机碳含量的比重.相关性分析表明,运用土壤活性有机碳和碳库管理指数表征土壤酶活性及土壤肥力变化,比土壤有机碳更具灵敏性.在宁南半旱区采用秸秆还田能有效提高土壤活性有机碳含量和土壤酶活性.     

多路径下桃园射频信号传输特性

为解决无线传感器网络在桃园中的快速部署问题,该文研究了2.4 GHz无线射频信号在桃园中的传播特性。依据角度选取4条传输路径,在3种(0.5、1.5、2.5 m)典型的天线高度,同时测量丢包率和路径损耗情况,分析表明两者具有明显的相关性,天线高度和通信距离是路径损耗的主要影响因素。在天线高度为0.5和1.5 m时,可靠传输距离为6个行距(27 m);在天线高度为2.5 m时,可靠传输距离大于14个行距(63 m),因此冠层顶部为布设天线的最佳位置。对路径损耗数据进行回归分析,发现其在每种天线高度,每条传输路径下对数模型最适合作为路径损耗模型,模型的R2最大为0.945,最小为0.732。为研究节点部署于桃园任意位置时的路径损耗情况,便于节点快速灵活地部署,在3种天线高度下对路径损耗数据进行对数回归分析,R2最大为0.976,最小为0.939。最后对2组模型进行了验证,表明模型可以预测射频信号在桃园中的路径损耗情况,该文研究结果为无线传感器网络在桃园中的部署提供了参考。     

相邻喷头射流相互作用对喷洒特性的影响

相邻喷头喷洒重叠区域内的射流来自不同喷头,喷射过程中往往产生冲撞等相互作用。为研究组合喷头喷洒过程中相邻喷头间射流相互作用对组合喷洒特性造成的影响,选取Nelson D3000锯齿状喷盘喷头和R3000旋转式喷头,对其单独喷洒和以2.5 m组合间距进行喷洒时的水量分布以及雨滴谱信息进行了测试与比较。结果表明:喷头之间相互影响的强弱程度受喷头几何结构的影响,R3000喷头受组合喷洒时喷头间射流的影响作用不明显;Nelson D3000喷头(锯齿状喷盘)受组合喷洒时喷头间射流的影响作用剧烈,水量分布集中点的位置因射流轨迹的变化而产生偏移,喷灌强度最大点向靠近喷头侧偏移约0.5 m。组合喷洒条件下测点MP5处的降水强度、能量通量密度以及水滴数目较单独射流分别增长91.27%、107.58%和239.29%,其中粒径大于0.9 mm水滴数目的增加对该测点水量和能量提升的贡献率达到40.89%和58.83%。变异性分析结果表明水量和能量的重分布主要是由组合喷洒时增加了水滴之间相互碰撞的机率所引起。在Nelson D3000锯齿状喷盘喷头这类喷头进行水量叠加计算时,应考虑相邻喷头间水滴互相碰撞、结合或碎裂等相互作用对组合后的水量分布形式产生的影响,采用单喷头水量分布直接叠加的方法可能会导致计算精度较低。     

渭北旱塬不同覆盖材料对旱作农田土壤水分及春玉米产量的影响

为了探索半湿润区沟垄覆盖栽培条件下春玉米田的蓄墒效果和增产增收效应,2009—2010年在渭北旱塬采用普通地膜、生物降解膜和液态膜,设置了不同沟垄覆盖栽培模式,连续2a对土壤水分、产量和经济效益进行分析研究。结果表明,在玉米全生育期,普通地膜和生物降解膜能有效改善土壤的水分利用状况。与传统平作(对照)相比,普通地膜和生物降解膜覆盖处理,0~200 cm土壤平均贮水量分别增加了9.2%和8.6%,液态膜覆盖表现不稳定。2 a玉米平均产量普通地膜和生物降解膜分别较对照提高19.23%和17.82%(P<0.05),水分利用效率平均提高21.49%和20.25%;经济效益以普通地膜和生物降解膜最高,2 a平均纯收益分别较对照增收22.09%和20.44%,而液态膜处理的产量、水分利用效率及经济效益与对照均无显著差异。可见,覆盖生物降解膜和普通地膜有良好的蓄水保墒效果,显著增加了作物产量和水分利用效率,因此生物降解膜可以代替普通地膜应用于农业生产。