不同地下水埋深土壤水分入渗规律研究

【目的】分析农田土水势的分布对作物的生长状况和农田水分循环的影响。【方法】采用观测室内层状长土柱(土柱长L=335 cm)在上边界条件为薄层积水、下边界控制不同地下水埋深时的水分入渗及蒸发过程的试验,分析了不同地下水埋深时土水势与零通量面的变化特征。【结果】入渗率随时间总的变化趋势是减小,入渗率随时间的变化一般经历3个阶段:迅速减小、缓慢减小和稳定阶段;累积入渗量随时间增加,与时间呈幂拟合关系;入渗初始阶段湿润锋运移速率较快,之后随着时间的推移,湿润锋运移速率逐渐减小,至某一时间后趋于稳定。【结论】湿润锋运移距离与时间的平方根呈线性关系     

纵横刀组协同式马铃薯种薯切块装置设计与试验

针对马铃薯种薯切块机械化程度低的问题,设计了一种纵横刀组协同式马铃薯种薯切块装置,对其关键部件进行设计,通过对马铃薯种薯切割过程的力学分析、运动学分析和能量学分析,建立了切种能量的数学模型,确定了影响马铃薯切种效果的主要因素。以切种效率、切种合格率为评价指标,以圆盘刀半径、输送辊与圆盘刀垂直中心距、圆盘刀轴转速和夹持辊轴转速为试验因素,进行了四因素四水平正交试验。对正交试验结果进行方差和极差分析,结果表明:当圆盘刀半径为180 mm、输送辊与圆盘刀垂直中心距为190 mm、圆盘刀轴转速为115 r/min、夹持辊轴转速为56 r/min时,切种效率为74.5 kg/min,切种合格率为98.8%,满足马铃薯切种作业要求。     

Soil Organic Carbon and Soil Physical Characteristics as Affected by Land Uses under Semiarid Irrigated Conditions

ABSTRACT

Rice-Wheat rotation is the dominant land use in the state of Punjab, resulting in over exploitation of ground water resources. Thus, it is necessary to evaluate other land uses that requires less water and are sustainable. The present investigation was planned with four land uses viz., fallow (FLU), rice-wheat (ALU), grasses (GLU) and pear (PLU) with respect to their effect on soil organic carbon and soil physical characteristics in surface and subsurface depth in district Ludhiana, Punjab. The soil organic carbon (SOC) content was higher by 10, 30.9 and 24.9% under rice-wheat, grasses, and pear than that under fallow. The grasses showed higher soil moisture characteristics curve (SMCC) and lower bulk density (Db) than that under rice-wheat. The larger mean weight diameter (MWD) were observed under pear, grasses and fallow than that under rice-wheat by 0.21, 0.51 and 0.41 mm, respectively. The saturated hydraulic conductivity (K_s) was higher in magnitude by 56.1, 55.4 and 28%, respectively under PLU, GLU and FLU over ALU. Of the evaluated land uses, pear and grasses proved to be more sustainable by retaining more moisture, maintaining better soil physical characteristics and SOC under semiarid irrigated conditions in the state on long term gradual response.     

考虑植株氮垂直分布的夏玉米营养诊断敏感位点筛选

探明夏玉米氮素营养生化指标(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶片氮含量和叶片氮积累量)与叶片SPAD值垂直分布特征及两者间定量回归关系,确立基于叶绿素仪的夏玉米氮营养无损诊断敏感叶位和叶片部位,以实现氮营养时空变化的快捷和精准监测。利用2018-2019年连续2季不同氮营养水平下夏玉米关键生育期主茎各叶位(顶1叶~顶12叶,TL1~TL12)和叶片部位(每张叶片从叶片基部开始根据叶片长度每20%分为1个测试区间) SPAD值及氮营养指标数据,研究基于偏最小二乘(partial least square, PLS)回归模型的夏玉米不同位点SPAD值与氮营养指标间关系,确定可稳定指示夏玉米氮营养空间异质性变化的敏感叶位及叶片部位。结果表明,不同叶位间夏玉米叶片SPAD值和氮营养指标于植株间分布均呈典型的"钟型"特征,至TL5或TL6时达至峰值。同一叶位不同部位间SPAD值由20%至100%位点时则逐步升高,且80%~100%位点间无显著差异(P>0.05)。PLS分析结果显示,夏玉米不同叶位SPAD值与氮营养指标间模型精度决定系数(coefficient of determination, R2)和相对分析误差(relative percent deviation,RPD)范围分别为0.693~0.821和1.425~2.744。不同测试位点R2和RPD值范围则分别为0.660~0.847和1.607~2.451,满足模型精确诊断需求。此后,基于PLS模型中各叶位和叶片部位无量纲评价指标变量重要性投影值(variable importance for projection,VIP),确定顶4叶(TL4)完展叶60%~80%区间为夏玉米氮营养诊断的敏感区域,VIP值均高于临界值1.40,预测效果较为理想。研究可为实现氮营养的高效、快捷诊断和精准施氮提供参考。     

储料竖向压力对粮仓中小麦粮堆湿热传递的影响

粮仓中存在压力场、温度场和湿度场等多物理场,为了得出各物理因子共同影响下的粮堆内湿热传递规律,该研究利用自行研制的粮堆多场耦合试验装置,针对仓内小麦粮堆单元体,研究在高温边界38.5℃、低温边界5.2℃,初始粮温25.8℃,竖向压力分别为50、100、150 kPa条件下小麦粮堆湿热传递情况。试验结果表明:竖向压力增加,粮堆孔隙率减小,热量通过粮食籽粒间传导增加,传递速率加快,竖向压力从50 kPa增大至150 k Pa,粮温较入仓时下降约0.5~1.3℃,温度梯度变化率达8.7%,不同压力下粮堆高温区面积随储藏时间呈幂函数减小。粮堆内湿空气在边界处累积至峰值时会有部分湿空气向粮堆内迁移。粮堆中部与靠近低温边界温差大于6.3℃时,粮堆内湿空气扩散加快,粮堆中部平均相对湿度下降速率随竖向压力增加而加快。研究结果可为散装粮堆多场耦合研究提供理论支持。     

透气隔水埋体对土壤水分入渗与溶质运移的影响

为分析透气隔水(弱透水)埋体促进水分入渗与溶质运移功效,开展了不同容重(1.40,1.45,1.50,1.60 g/cm~3)透气隔水(弱透水)埋体的一维垂直土柱入渗试验,分析了不同容重的透气隔水(弱透水)埋体对土壤水分入渗与溶质分布的影响。结果表明,透气隔水(弱透水)埋体能够增加土壤累积入渗量,推动湿润锋运移,在一定范围内,随着透气隔水(弱透水)埋体容重增加,湿润锋推进速度与土壤入渗率均增加。600 min时,土壤累积入渗量相对增加7.42%～29.17%,湿润锋深度达到27 cm,入渗时间相对减少26.97%～64.27%。相比于对照组,不同容重的透气隔水(弱透水)埋体均能降低溶质向深层土壤迁移数量。Philip模型和代数模型均能描述透气隔水(弱透水)埋体土壤水分入渗过程,且Philip模型中吸渗率S和代数模型中综合形状系数α均与透气隔水(弱透水)埋体内外容重比呈正相关关系。研究结果表明透气隔水(弱透水)埋体能够通过改变上层土壤吸力分布提高水分入渗能力与溶质传输效率,实现对城市雨水径流调控和净化。     

棉花根系和叶片质外体汁液分离方法的改进

质外体汁液(apoplastic washing fluid, AWF)在植物生长发育和抵抗生物及非生物逆境方面发挥着重要作用。目前普遍采用真空渗透离心法提取质外体汁液,但具体提取流程和条件却因植物培养条件、种类和器官等不同而不同。本试验以营养液培养的棉花幼苗为材料,改进了棉花根系和叶片AWF分离的取样方法、渗透条件和离心参数等。结果表明,相对于通常的非整体取样,改良后整体取样简单易操作且显著降低了质外体与共质体的苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase, MDH)活性比值,更适宜开展质外体汁液组分研究。根据真空渗透鲜重增加和AWF稀释因子,进一步证明根系不用真空渗透;而叶片需真空渗透,适宜真空强度/时间为-60 kPa/1min,真空后恢复到正常压强约110s。证明叶片颜色变深面积可作为判定真空渗透强度或时间是否适宜的一种简易可行方法。最后,AWF体积、质外体与共质体的可溶性蛋白含量比值和MDH活性比值综合分析表明,棉花根系适宜离心力大小/时间长度为800×g/10～20 min,叶片为400×g/5 min。本改进方法为棉花AWF组分,如蛋白质组学和代谢组学等研究结果的准确性和可靠性奠定了基础,为其他作物AWF分离方法的优化提供了参考。     

高寒区施肥和混播对燕麦人工草地土壤碳氮储量及垂直分布特征的影响

了解高寒地区燕麦人工草地在燕麦品种、施肥措施和混播水平下土壤碳氮储量潜力及垂直分布动态，为高寒地区燕麦人工草地建植提供理论依据。采用4个燕麦品种（A1：青燕1号，Avena sativa cv. Qingyan No.1；A2：林纳，A. sativa cv. Lena；A3：青海444，A. sativa cv. Qinghai 444；A4：青海甜燕麦，A. sativa cv. Qinghai）、4个施肥水平（B1：不施任何肥料，CK0；B2：尿素75kg/hm2+磷酸二铵150kg/hm2，IM；B3：有机肥1500 kg/hm2，OM；B4：尿素37.5 kg/hm2+磷酸二铵75 kg/hm2+有机肥750 kg/hm2，IM+OM）和4个箭筈豌豆混播水平（C1：0 kg/hm2；C2：45 kg/hm2；C3：60 kg/hm2；C4：75 kg/hm2）的三因素四水平正交试验设计[L16(45)]，在燕麦拔节期、抽穗期、开花期、乳熟期和收获后期研究了3个因素对高寒区燕麦人工草地土壤C、N储量的影响极其垂直分布特征，为高寒区燕麦人工草地土壤固C、固N潜力评估提供理论依据。品种、施肥和混播均显著影响了燕麦人工草地土壤C、N储量。3个因素在作物生长期对土壤C储量的积累的影响大小表现为施肥＞混播＞品种，收获后期表现为混播＞施肥＞品种；各时期对土壤N储量的影响大小均表现为施肥＞混播＞品种。采用尿素37.5 kg/hm2+磷酸二铵75 kg/hm2+有机肥750 kg/hm2的施肥处理，混播75 kg/hm2箭筈豌豆建植的燕麦人工草地土壤C、N储量最高。施肥措施造成燕麦人工草地各时期不同土层间土壤C、N储量的差异。在3种措施影响下燕麦人工草地0~50cm土层土壤C、N储量潜力分别为176.78 t/hm2和11.78 t/hm2。土壤C、N随着土层的加深而逐渐下降，0~20cm土层土壤C、N储量显著高于其它土层。     

棉秆隔层对土壤水分入渗及水盐分布的影响研究

采用室内土柱实验,研究了裸地、棉秆隔层表层放置、棉秆隔层15cm、30cm、45cm和60cm处放置6个处理的土壤入渗特征及入渗后土壤水盐分布,以期对盐碱地改良提供依据。结果表明：棉秆隔层的设置降低了土壤入渗速率和累积入渗量,有利于棉秆隔层以上盐分的淋洗；秸秆隔层的设置降低土壤水分的蒸发,有利于隔层以下土壤水分的保持；各处理盐分均出现表聚,其中秸秆表层覆盖盐分表聚最小。     

层状非均质包气带渗透性特征及其对降水入渗的影响

不同的岩性界面影响了降水在包气带中的入渗、运移与再分布过程,其影响机制仍是有待研究的学科前沿问题。针对上述问题,基于层状非均质包气带6 m×4 m×5 m样方,开展了多场次自然降水入渗过程的原位试验监测,研究结果表明层状非均质结构对降水入渗过程和速率影响明显:(1)地层分界面处土壤含水率呈现陡降变化特征;(2)220 cm深度以上包气带中土壤含水率对降水入渗响应变化敏感,呈含水率陡变的多峰谷式脉冲响应变化特征,其中20～100 cm地层土壤含水率变化幅度为22.58%～29.76%,120～200 cm地层土壤含水率变化幅度为13.74%～20.74%;220 cm深度以下包气带中土壤含水率对降水入渗响应滞缓,年内呈现平缓单峰响应变化特征,反映了多场次降雨的累积效应,其中220～400 cm地层土壤含水率变化幅度为2.3%～12.15%,430～460 cm地层土壤含水率变化幅度为2.5%～3.41%;(3)层状非均质结构阻滞了水分的运移(湿润锋通过亚砂土-粉砂界面时,平均运移速度由10.53 cm·d~(-1)下降为0.77 cm·d~(-1);湿润锋通过亚砂土-亚粘土界面时,平均运移速度由12 cm·d~(-1)下降为1.86 cm·d~(-1)),当岩性界面处水分不断蓄积克服阻力后才能向下运移;受上部界面水分蓄积的影响,下部层状非均质结构的阻滞作用将被减弱甚至不明显。