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.     

水肥调控对滴灌马铃薯生长、品质及水肥利用的影响

研究生育期土壤水分下限调控和施肥对陕北榆林地区滴灌马铃薯生长、品质和水肥利用的影响,以期探寻马铃薯优质高产的水肥调控模式。以马铃薯紫花白为材料,分别在苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期设置3个土壤水分调控下限水平:W1(55%、60%、65%、55%、55%)、W2(65%、70%、75%、65%、65%)、W3(75%、80%、85%、75%、75%),4个施肥水平N-P_2O_5-K_2O (kg·hm~(-2))分别为F1(100-40-150 kg·hm~(-2))、F2(150-60-225 kg·hm~(-2))、F3(200-80-300 kg·hm~(-2))、F4(250-100-375 kg·hm~(-2)),共12个处理,在生育期内对马铃薯生长、产量及品质等指标进行观测,分析马铃薯各指标对水肥的响应机制。结果表明:(1)在同一施肥水平下,W2灌水处理的马铃薯生长、产量、品质、水肥利用效率(WUE)均显著高于W1和W3处理。W2处理的平均产量为43 187.15 kg·hm~(-2),比W1和W3分别增加了24.59%和5.26%,淀粉和维生素C含量分别增加了15.32%和6.37%,8.04%和4.66%,WUE分别增加了15.53%和7.54%,肥料偏生产力(PFP)分别增加了21.65%和4.41%。(2)在同一灌水水平下,F3施肥处理的马铃薯生长、产量、WUE均显著高于F1、F2和F4处理,淀粉含量和维生素C含量在F2处理最高。F3处理的平均产量为44 691.32 kg·hm~(-2),比F1、F2和F4处理分别增加了41.79%、10.98%和6.34%。WUE随施肥量的增加均呈抛物线变化趋势,PFP随施肥量增加呈减小趋势,F1处理的PFP平均为108.69 kg·kg~(-1),比F2、F3和F4处理分别显著增加了17.41%、41.06%和87.50%。(3)运用主成分分析法评价马铃薯品质表明,F3W2处理排名第一,是榆林地区马铃薯优质高产的最优水肥组合。     

水肥耦合对棉花产量、收益及水分利用效率的效应

研究滴灌施肥条件下水肥耦合对棉花籽棉产量、水分利用效率和净收益的影响,并运用多元二次回归与归一化及3种不同目标值组合方式相结合的方法,探索满足多目标综合效益最大化的滴灌水肥用量。采用田间试验的方法,于2012年和2013年棉花生长季,设置5个N-P2O5-K2O施肥水平150-60-30、200-80-40、250-100-50、300-120-60、350-140-70 kg/hm2(分别记为F150、F200、F250、F300、F350)和3个灌溉水平(60%ETC:W1、80%ETC:W2、100%ETC:W3,ETC是作物蒸发蒸腾量)。结果表明,籽棉产量、水分利用效率和净收益的水肥耦合效应明显,60%ETC灌水水平显著抑制籽棉产量并降低净收益,100%ETC灌水水平能够显著提高籽棉产量和净收益,但水分利用效率低于60%ETC灌水水平。2012年灌水量为100%ETC且施肥量300-120-60 kg/hm2(N-P2O5-K2O)时籽棉产量最高,但净收益并未增加,2 a灌水量为100%ETC且施肥量250-100-50 kg/hm2(N-P2O5-K2O)时的净收益最高。二次回归分析结果表明,3种组合方式均可用于水肥多目标优化,其中乘法组合方式2 a水肥投入量差异更小且各目标值变化也更小,2012年灌水量92%ETC、施肥量278-111-56 kg/hm2(N-P2O5-K2O)以及2013年灌水量90%ETC、施肥量268-107-53 kg/hm2(N-P2O5-K2O)可作为籽棉产量、水分利用效率和净收益综合效益最大化的水肥管理策略。     

基于常规气象资料估算南方地区日辐射总量方法比较

日地表总辐射量(Rs)是作物生长模型和参考作物蒸发蒸腾量估算的重要基础数据,但我国只有约1/20的气象站能够直接观测Rs。由于气温资料很容易获得,使用基于基本气象资料的经验模型是估算Rs的常用方法。以1982—2014年南方20个气象站的气象资料为基础,对Bristow-Campbell(B-C)方法和Hargreaves(Harg)方法各6种不同形式重新进行了参数率定,并对以上方法和支持向量机15种参数输入形式进行了适用性评价,结果表明:支持向量机模型整体好于B-C方法和Harg方法。其中,以最高温度(Tmax)、最低温度(Tmin)、相对湿度(RH)和降水量(P)为输入变量的支持向量机模型精度最高,其20站平均R2达到0.80、RMSE平均为3.20 MJ/(m2·d),且在包含降雨量资料后,不存在Rs为负或大于地外总辐射量(Ra)的问题。仅有温度资料时,支持向量机模型的20站平均R2为0.74,RMSE为3.72 MJ/(m2·d)。不同输入变量对支持向量机模型预报Rs的精度影响不同,输入变量为Tmax和Tmin优于输入变量为ΔT;而除温度资料外,当拥有相对湿度和降水量资料时,模型优劣依次表现为RH+P、RH、P。经验模型中B-C方法的M1和M3以及Harg方法的M10和M12模型精度较好,其R2为0.69~0.70、RMSE在4.00 MJ/(m2·d)左右,但M10和M12模型对气象资料要求更高,除日温度差外,需要降水量资料,同时还存在有降水时日Rs严重高估或负值问题。     

基于纹理-颜色特征与植被指数融合的冬小麦LAI估测

准确、快速、无损估测叶面积指数(LAI)对于冬小麦生产管理具有重要意义。利用无人机搭载Prime ALTUM多光谱相机获取冬小麦拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期多光谱图像,利用LAI-2200C型植物冠层分析仪获取地面LAI数据。通过Pearson相关性分析筛选出25个植被指数,并提取植被指数影像中8种纹理特征：对比度(CON)、熵(ENT)、方差(VAR)、均值(MEA)、协同性(HOM)、相异性(DIS)、二阶矩(SEM)和相关性(COR),以及3种颜色特征：一阶矩(M)、二阶矩(V)和三阶矩(S),再分别利用多元逐步回归模型(MSR)、支持向量回归模型(SVR)和高斯过程回归模型(GPR)构建冬小麦LAI估测模型。结果表明：相对于考虑单一类型变量,考虑结合纹理特征和颜色特征进行估测时模型精度更高;3类模型中,GPR模型估测冬小麦LAI的精度最高;所有模型中,基于纹理-颜色特征与植被指数融合的GPR模型估测冬小麦LAI精度最高(决定系数R²为0.94,均方根误差(RMSE)为0.17 m²/m²,平均绝对误差(MAE)...     

负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性研究

通过室内模拟试验研究了3种土壤在不同负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性,并基于Brooks-Corey模型,结合非饱和土壤水动力学方程,推导分析了负水头条件下土壤水分垂直一维入渗时累积入渗量、入渗率、湿润锋以及入渗时间之间的理论关系,并利用入渗试验资料检验了这些变量关系。同时,验证了Philip入渗公式在负水头条件下的适用性。研究结果表明:这些理论关系可以很好地描述负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性。     

不同滴头流量和灌水量下农田土壤湿润体特征及其估算模型

为了准确估算滴灌条件下农田土壤湿润体，利用亮蓝染色剂示踪技术分别在陕西杨凌(粘壤土)、甘肃武威(沙壤土)和宁夏盐池(沙土)3个试验站点开展了农田滴灌试验。试验设不同灌水量和滴头流量，研究不同土壤质地条件下灌水量和滴头流量组合对农田土壤湿润体的影响，进而探求不同土壤质地的土壤湿润体估算模型。结果表明：在相同的土壤条件下灌水后农田土壤形成的湿润体随灌水量的增加而增大，在相同灌水量下增加滴头流量能够显著增加水平方向的湿润距离，相较于小滴头流量(1.38 L·h^-1)而言，大滴头流量(3.0 L·h^-1)形成宽浅形湿润体。在相同的灌水量和滴头流量下，农田土壤湿润体的垂向湿润距离随土壤饱和导水率(K_s)的增加而增加，随灌水前土壤有效持水能力(Δθ)的增加而减小，而水平方向的湿润距离随土壤饱和导水率(K_s)和有效持水能力(Δθ)的增加而减小。在试验的基础上，利用土壤饱和导水率(K_s)、灌水前土壤有效持水能力(Δθ)、灌水量(v)和滴头流量(q)建立了湿润体垂直和水平方向湿润距离的估算模型(幂函数连乘模型)，并结合湿润体形状利用椭圆方程描述湿润体的轮廓形状(湿润体估算模型)。经试验数据验证，农田土壤湿润体估算模型能够很好估算湿润体轮廓，模拟值和试验实测值的决定系数(R²)在0.93~0.99之间，均方根误差(RMSE)在1.3~4.1 cm之间。     

水肥耦合对苹果幼树产量、品质和水肥利用的效应

为探明半干旱地区苹果幼树水肥精准管理模式,研究了水肥耦合对3 a生苹果幼树生长、产量、品质及水肥利用的效应,试验设置4个灌水水平,其灌水上下限分别为田间持水率的75%~85%(W1)、65%~75%(W2)、55%~65%(W3)、45%~55%(W4);3个施肥水平(N-P2O5-K2O),即高肥:30-30-10 g/株(F1)、中肥:20-20-10 g/株(F2)、低肥:10-10-10 g/株(F3)。结果表明:苹果幼树萌芽开花期至新梢生长期控水控肥可有效调控苹果幼树植株和叶面积的增长;苹果产量最高和最低的处理分别为F1W1和F3W4(F1W1比F3W4增加139.1%),产量与干物质质量间相关关系的决定系数R2为0.908 5,达到了极显著水平;增加灌水量提高了苹果着色指数却降低其果形指数,亏水处理和增加施肥量有利于提高苹果硬度;轻度亏缺(F2)灌溉处理下,增加施肥量有利于提高苹果维生素C含量;灌水量对苹果可溶性固形物和可溶性糖影响不显著,但增加施肥量有利于提高苹果可溶性固形物和可溶性糖的含量;施肥量对苹果可滴定酸和糖酸比影响不显著,但增加灌水量可降低苹果可滴定酸含量,提高苹果糖酸比;高水低肥处理能够产生较高的肥料偏生产力(PFP);水分利用效率(WUE)最大值基本上出现在F2W2处理,与F1W1相比,虽然产量减小7.5%,但耗水量却减小16.7%,WUE增加11.2%,高水高肥的F1W1处理并不能得到最大的WUE,最大的WUE出现在F2W2处理。由此可见,F2W2处理是苹果幼树生长、产量、品质以及水肥利用效率方面的最佳水肥组合,达到了节水、节肥的最佳水肥耦合模式。     

灌水频率和施肥量对滴灌马铃薯生长、产量和养分吸收的影响

【目的】针对陕北榆林风沙土马铃薯灌水施肥不合理及水肥利用效率低的问题,通过研究滴灌施肥条件下不同的灌水频率和施肥量对马铃薯生长、产量及养分吸收利用的影响,以期科学地对马铃薯进行水肥调控,为实际生产提供参考依据。【方法】试验于2016年5—10月在陕西省榆林市农业科技示范园区内进行,试验设置了3个灌水频率D1 (4 d)、D2 (8 d)、D3 (10 d)和3个施肥量(N、P_2O_5、K_2O)水平,即F1 (100、40、150kg/hm^2)、F2 (150、60、225 kg/hm^2)、F3 (200、80、300 kg/hm^2)组合,共9个处理。在生育期对马铃薯生长指标进行观测,收获时统计产量及产量构成因素。【结果】1)同一灌水频率下,F3处理的株高、茎粗、叶面积和产量显著高于F1和F2处理,肥料偏生产力在F1处理下最高,而水分利用效率受施肥量的影响不显著,养分利用效率随着施肥量的增加而减小。F3处理的产量达41518 kg/hm^2,比F1和F2处理分别提高11.75%和8.52%,F1处理下肥料偏生产力为128.12 kg/kg,比F2和F3处理的高出45.67%和78.99%。2)在同一施肥量下,马铃薯的生长指标、产量和肥料偏生产力均在D2处理达到最大值,D2处理下的产量和肥料偏生产力分别为42932kg/hm^2和105.88 kg/kg,而D1处理下水肥利用效率最高,但D1和D2之间水分利用效率差异不显著。从水肥交互作用来看,D2F3的产量和水分利用效率最高,分别为44870 kg/hm^2,107.39 kg/(mm·hm^2),D2F1的肥料偏生产力最高,为142.02 kg/kg。【结论】合理的灌水频率与施肥量不仅能维持马铃薯较好的生长特性,而且能获得较大的经济效益。综合产量与节水节肥因素,D2F3处理(8 d,N 200 kg/hm^2、P_2O_5 80 kg/hm^2、K_2O 300kg/hm^2)可作为基于本试验条件下较适宜的灌水施肥组合。     

基于不同水肥组合的春玉米相对根长密度分布模型

根系分布是模拟作物生长与土壤水分和养分运移,以及制定合理的灌溉制度和作物管理不可缺少的参数之一。现有的根系分布模型大多是于单一灌水和施肥条件下建立的,因此研究不同水肥组合下滴灌玉米的根系分布模型更具有实际意义。利用2a的田间小区试验,以春玉米"强盛51号"为试验材料,设置4个灌水水平,2015年和2016年分别为I_(60)(60%ET_c)、I_(75)(75%ET_c)、I_(90)(90%ET_c)、I_(105)(105%ET_c)和I_(60)(60%ET_c)、I_(80)(80%ET_c)、I_(100)(100%ET_c)、I_(120)(120%ET_c),ET_c为玉米需水量;4个N-P_2O_5-K_2O kg/hm~2施肥水平:F60(60-30-30)、F120(120-60-60)、F180(180-90-90)和F240(240-120-120),共16个处理。在春玉米灌浆期对根长密度(root length density,RLD)进行了测定,建立了不同水肥供应条件下相对根长密度(NRLD,normalized root length density)分布模型。结果表明:春玉米NRLD与土壤剖面相对深度呈现显著的三阶多项式函数关系,且三次项参数(R0)与灌水量和施肥量呈现二元二次多项式函数关系,决定系数(R~2)为0.84;验证结果显示,I_(60)、I_(75)、I_(90)和I_(105)灌水水平下NRLD模拟值与实测值均方根误差(RMSE)分别为0.20、0.16、0.16和0.17,标准化均方根误差(n-RMSE)分别为32%、27%、14%和17%,且R~2达0.95以上;基于NRLD分布模型估算各相对深度RLD分布比例,估算结果表明地表至相对根系扎深1/3处根长占总根长比例平均达73.6%,地表至相对根系扎深1/2处根长占总根长比例平均达82.8%。该模型对于指导大田春玉米灌溉施肥管理具有重要的理论意义。