滴灌均匀性对土壤水分传感器埋设位置的影响

合理选择土壤水分传感器埋设位置以减少监测点密度和成本,是基于无线传感器网络制定灌溉处方图亟待解决的一个关键问题。该研究基于土壤含水率时间稳定性原理,将直接代表平均土壤含水率的点位用于土壤水分传感器布设位置点的选取,在水平方向分布均匀,垂直剖面土壤颗粒组成变异程度随土层深度增加的粉壤土田块内分析了低、中、高灌水均匀系数(分别为0.6、0.8和0.97)对春玉米主要根系层土壤含水率空间分布均匀性和时间稳定性的影响。结果表明,春玉米生育期内,随灌水均匀系数降低,土壤含水率空间分布均匀度降低,但低、中、高灌水均匀系数处理的土壤含水率均匀系数均大于0.81;低、中、高灌水均匀系数处理的平均Spearman秩相关系数均达到了显著水平(P0.05),但土壤含水率空间分布结构相似性随灌水均匀度的增加而减小;对高灌水均匀系数处理,0~0.2、0.2~0.4、0.4~0.6、0.6~0.8 m土层直接代表平均土壤含水率的测点比例分别为83%、78%、53%和86%。随灌水均匀系数降低,各土层直接代表平均土壤含水率的测点数量减少,说明土壤水分传感器随机布设引起的测量误差将随滴灌灌水均匀度的减小而增大。     

多路数据采集与处理模型的设计及水分传感器埋设位置优化

为优化土壤水分传感器的埋设位置,该文针对宁夏日光温室滴灌黄瓜田间的土壤水分传感器埋设位置进行优化试验,确定出最佳埋设深度和宽度。利用最小二乘法对澳大利亚生产的MP406土壤水分传感器进行标定,得到水分利用效率的拟合值与实测值的相关性系数为0.9906。设计了多路数据自动采集监测与灌溉系统,可同时获取不同处理的18个水分传感器数据,通过远程客户端实时下载和监控水分数据并实现自动灌溉,通过远程手机短信监控功能,进行手机短信命令控制一个或多个处理的实时灌溉,系统可同时测量不同处理的灌水量。计算水分利用效率和产量,分析传感器水分数据的差异和相关系数,确定出土壤水分传感器在宁夏日光温室滴灌黄瓜田间的最佳埋设深度和宽度位置,该研究方法为确定土壤水分传感器的埋设深度及宽度提供可行的参考方案。     

灌溉对冬小麦水分利用效率的影响研究

通过设计不同的灌溉处理，从叶片水平、群体水平和产量水平3个层次系统分析了冬小麦水分利用效率(Water Use Efficiency, WUE)的变化特点及其内在联系。结果表明：叶片水平WUE或蒸腾效率(Transpiration Efficiency, TE)是群体蒸散效率基础；气孔运动机制及光合作用和蒸腾作用对环境变化响应的差异是叶片水平WUE的生理基础；而产量水平WUE是群体蒸散效率与收获指数共同决定的。随耗水量的增加，叶片光合速率、群体干物质积累及籽粒产量都呈二次曲线增长趋势，结果使叶片水平WUE     

灌溉频率对冬小麦产量及叶片水分利用效率的影响

为了探讨中国北方冬小麦高效节水灌溉模式,采用了3种灌溉处理:在拔节期一次灌溉120mm,在拔节期和抽穗期各灌溉60mm及在拔节期、抽穗期和灌浆期各灌溉40mm,研究了在总灌溉量为120mm的情况下,灌溉频率对冬小麦产量及叶片水分利用效率的影响.结果表明,在冬小麦的拔节期和抽穗期各灌溉60mm,显著提高乳熟期和蜡熟期旗叶...     

调亏灌溉对冬小麦生理机制及水分利用效率的影响

在人工控制试验条件下，采用子母盆栽土培法，以冬小麦为试验材料进行了调亏灌溉试验研究。结果表明，适时适度的水分调亏显著抑制蒸腾速率，而光合速率下降不明显，复水后光合速率又具有超补偿效应，光合产物具有超补偿积累，且有利于向籽粒运转与分配；抑制营养生长，促进生殖生长。冬小麦调亏灌溉的适宜时段为三叶—返青，调亏度为40%～60%田间持水率(θ_F)，历时约55 d；平均比对照增产0.88%～8.25%，节水12.80～18.55%，水分利用效率提高15.96%～32.98%。     

猪场废水灌溉对冬小麦耗水和水分利用效率的影响

应用养殖废水进行农田灌溉是解决农业水资源不足的重要途径,特别在水资源严重短缺的华北地区。本文通过田间小区试验应用不同处理阶段的猪场废水稀释(分别应用原水、厌氧水和氧化塘水与清水进行1∶5稀释)和厌氧水不同量(830m3/hm2,简称"厌高";500m3/hm2,简称"厌中";160m3/hm2,简称"厌低")灌溉冬小麦,应用中子仪定期监测土壤含水量,结合降水量、灌溉量分析了冬小麦生育期耗水量和水分利用效率。结果表明:返青拔节水后,厌氧水不同量灌溉处理170cm土体贮水量和冬小麦耗水量分别呈现厌中厌高厌低和厌高厌中厌低的趋势;不同处理阶段的猪场废水稀释灌溉处理土壤贮水量差别较小,基本稳定在650～700mm之间。厌氧水不同灌溉量处理和不同处理阶段猪场废水稀释灌溉处理水分利用效率分别呈厌中厌低厌高和厌清1∶5塘清1∶5原清1∶5清水的趋势。耗水量分别与灌溉量、水分利用效率、灌溉水利用效率间达到5%显著相关水平。本文建议高效的养殖废水利用效率模式为厌氧水中量灌溉和厌清1∶5、塘清1∶5稀释灌溉。     

渭北地区冬小麦的有限灌溉与水分利用研究

采用越冬前、拔节、抽穗和灌浆4个灌水时期和每次60与120mm两个灌水量的组合设计,在大田条件下对冬小麦的灌水量与耗水量、产量、水分利用效率(WUE)以及灌水效率(IUE)和有限灌溉的下限与适宜的灌水时期进行了小区试验研究,并建立了冬小麦产量与耗水以及WUE与耗水的回归数学模型.试验结果表明,冬小麦在渭北地区的耗水量与产量和WUE之间均呈现非线性关系;满足最大产量时所需的补充灌水量约为180～220mm;满足WUE最大时的补充灌水量为60～80mm.研究结果还显示,在底墒良好的条件下,拔节期60mm的有限     

灌溉与有机肥处理对冬小麦水分利用效率的影响

探究不同灌溉量和有机无机肥配施的组合处理对冬小麦生长及水分利用效率的影响,为冬小麦的科学施肥管理提供参考。以关中地区冬小麦‘小偃22’为研究对象,通过田间试验,采用等氮原则对有机肥与无机肥进行不同比例配施(F1,100%无机肥;F2,24%有机肥+76%无机肥;F3,48%有机肥+52%无机肥),结合2个水平的灌溉(充分灌溉W1和亏缺灌溉W2),共设计6个灌溉施肥组合处理(W1F1、W1F2、W1F3、W2F1、W2F2和W2F3)。通过测定冬小麦的生长指标(植株株高和叶面积指数)、0～200cm土层土壤体积含水率(以20cm为深度间隔)和小麦的产量及构成要素(干物质量、穗长、有效穗数、千粒质量和籽粒产量),分析灌水量与有机无机肥配施对冬小麦生长及水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:(1)充分灌溉(W1)条件下,F2、F3处理株高较F1处理分别提高3.4%～21.2%和0.8%～15.9%,叶面积指数提高5.7%～18.5%和16.8%～47.4%,干物质量提高12.1%～26.1%和21.1%～36.0%,穗长提高12.5%和14.5%,有效穗数提高6.6%和9.3%,千粒质量提高18.3%和24.4%,籽粒产量提高14.8%和28.6%,WUE提高14.6%和27.5%;亏缺灌溉(W2)条件下,与F1处理相比,F2、F3处理株高分别提高8.5%～16.2%和0.5%～10.6%,叶面积指数提高4.9%～20.7%和17.0%～50.0%,干物质量提高7.7%～25.7%和15.0%～34.6%,穗长提高12.3%和18.5%,有效穗数提高7.4%和18.0%,千粒质量提高15.3%和25.1%,籽粒产量提高13.1%和31.8%,WUE提高21.4%和35.2%。在相同灌溉水平下,有机无机肥配施处理可以提高土壤体积含水率。(2)W2F2处理对冬小麦株高增长最有效,灌浆期达最大值,较W1F1处理增长10.4%;W2F3处理对冬小麦叶面积指数、干物质量、穗长、有效穗数、千粒质量影响最大,成熟期较W1F1处理分别提高23.6%、39.0%、20.3%、18.4%和33.1%。(3)W2F3处理对冬小麦籽粒产量和WUE的影响最为显著,W1F1、W1F2、W1F3、W2F1和W2F2处理籽粒产量分别提高了35.5%、18.0%、5.3%、31.8%和16.6%;W1F1、W1F2、W1F3、W2F1和W2F2处理WUE分别提高了52.6%、33.2%、19.7%、35.2%和21.4%。亏缺灌溉与48%有机肥+52%无机肥组合处理的冬小麦籽粒产量和WUE最高,该灌溉施肥管理方案为关中平原及环境相似地区冬小麦的科学施肥管理提供了科学依据。     

化学节水制剂对不同灌溉条件下冬小麦水分关系的影响

试验通过比较保水剂、抗旱剂（FA旱地龙）和钙赤霉素3种化学制剂对半湿润灌区不同灌溉条件下冬小麦生育后期耕层土壤水分状况和冬小麦水分关系影响的差异，结果表明，保水剂和旱地龙处理对提高花后生育期内耕层土壤水分含量、冬小麦的旗叶水势以及叶片WUE的效果更明显，尤其是保水剂处理，在灌2水条件下，花后生育期内耕层土壤水分含量和叶水势的平均值比对照CK2提高9．7％和10．8％；灌。水条件下，则比CK0提高5．3％和7．4％。钙赤霉素处理则显著减小了叶水势和WUE的日变化幅度。回归分析显示，土壤水势决定叶片水势的高低，而叶片水势与叶片WUE显著正相关。试验结果还表明，3种化学制剂均不同程度的提高了冬小麦的产量，但是在本试验条件下，水分条件是产量的决定因素。同一灌溉水平下，4个处理的产量和穗数差异均不显著；不同灌水处理下，产量差异均达到极显著水平。     

灌溉制度对冬小麦耗水及产量的影响

研究结果表明,随灌水量的增加,冬小麦总耗水量明显增加,土壤贮水的消耗量相应减少;随着耗水量的增加,冬泪科生育后期耗水所占的比例明显增加;当灌水量相同时,灌水越早的处理耗水量越多。不同的妈制度对冬小麦产量结构与产量有显著影响,起身水主要增加穗数,拔节水显著增加穗粒数,而孕穗期或开花期灌水对提高千粒重有明显作用;１水以孕加物理穗期,２水以拔节期和开花期,３水以拔节期、开花期和灌浆期灌水效果最佳。适当控     

基于土壤水分空间变异的变量灌溉作物产量及节水效果

提高整个田块作物生长指标和产量的均匀性是实施变量灌溉水分管理的目标之一。该研究基于土壤可利用水量(available water holding capacity,AWC)将试验区划分为4个水分管理区,利用相同的灌水控制指标(0.45AWC)进行分区变量灌溉水分管理;作为对照,基于最小AWC区的土壤水分进行均一灌溉水分管理。对比变量灌溉和均一灌溉条件下冬小麦、夏玉米生长指标(株高、叶面积指数、地上部分干物质质量)、叶片相对叶绿素含量、产量及其均匀性,分析AWC对作物生长和产量的影响。结果表明,与均一灌溉相比,夏玉米变量灌溉节水14.1%,冬小麦灌水量相同。与均一灌溉相比,变量灌溉对冬小麦、夏玉米生长指标、叶片相对叶绿素含量和产量的影响均未达到显著水平,而不同AWC管理区之间作物生长指标和产量的差异均达到了显著水平。为获得更高的作物产量,建议不同AWC管理区内采用不同的灌水控制指标。研究可为大型喷灌机变量灌溉水分管理决策提供依据。     

三深度土壤水分传感器的研制及试验

针对当前植物根区不同深度下土壤含水量测量存在的传感器安装困难、对原位土壤扰动大以及传感器间一致性差等问题,该文基于阻抗法设计了一种三深度土壤水分传感器。该传感器不仅可以同时测量3个不同深度的土壤含水量,并且在安装时对原位土壤扰动极小。试验标定结果显示,该传感器具有较高的精度,所测的土壤含水量与烘干法所得的实际含水量非常吻合,决定系数R2和均方根误差(RMSE,root mean square error)分别达到0.996和0.013 cm3/cm3;传感器可适用于多种不同质地的土壤,在3种不同质地土壤中的输出灵敏度均大于1V/(cm3/cm3)。传感器的输出与土壤体积含水量呈现良好的线性关系,对黏土、砂土及壤土的决定系数R2分别达到0.983、0.965和0.975;土壤水分入渗试验结果进一步表明,该传感器性能良好,3个不同深度的传感器电极具有较高的一致性,在壤土和砂土样本中3个深度传感器电极的输出,相对误差分别小于2%和5%。     

基于土壤表观电导率的变量灌溉管理分区方法

科学划分田块管理小区是实现变量灌溉的前提,确定可快速、准确表征土壤空间变异性的指标是其中的关键环节。该研究利用Veris EC 3100大地电导率勘测仪对3块试验地的土壤表观电导率（ECa）进行了调查,获取了0～30 cm（ECash）与0～90 cm（ECadp）2种不同土层深度的数据,分析了ECa空间分布特征,并测定了土壤质地颗粒组成。研究结果表明,1～3号试验地ECa平均值变化范围分别为13.20～29.25、2.34～5.79、2.69～6.86 mS/m,对应的变异系数均值为25.60%、67.64%与64.20%。ECa与砂粒含量呈线性负相关,与粉粒、黏粒含量呈正相关。相比于ECash,ECadp与砂粒、粉粒与黏粒含量具有更强的线性关系,其R2分别可达0.83、0.90与0.86,可间接表征土壤质地分布情况。因此,可基于ECadp空间分布结果划分变量灌溉小区。在综合考虑ECadp的空间变异系数、分布特征以及喷灌系统变量灌溉控制能力的基础上,对试验地进行了变量灌溉管理小区的划分。基于Java语言开发了一款变量灌溉管理分区软件,可实现基于ECa的灌溉管理小区自动划分与实时管理。该研究为变量灌溉管理小区提供了快速、可靠、简单的划分方法。     

滴灌模式对农田土壤水氮空间分布及冬小麦产量的影响

大田作物最优滴灌模式的研究是滴灌技术深入推广应用过程中的重要研究内容,通过田间试验,选取地表滴灌和地下滴灌两种滴灌类型,研究其在4种不同灌溉制度下农田水、氮空间分布规律以及冬小麦产量的差异。试验结果表明,在土壤水分控制范围相同时,不同滴灌类型下冬小麦生育期内所需的灌水总量和灌水频率不存在显著差异;在施肥量和灌水定额基本相同时,地下滴灌较地表滴灌促使硝态氮向深层土壤运移的几率更大。但总体而言,不同滴灌类型相同灌溉制度下,硝态氮运移规律基本相似;同种滴灌类型不同滴灌制度下的各处理冬小麦产量存在显著差异。而且,在充分灌时,不同滴灌模式下的冬小麦产量差异性不显著;非充分灌时,滴灌模式对冬小麦产量存在显著影响。     

微咸水非充分灌溉对土壤水盐分布与冬小麦产量的影响

为了实现高效用水,缓解北方地区水资源紧缺的状况,根据河北省中科院南皮生态农业试验站2003－2005年的冬小麦微咸水非充分灌溉田间试验资料,研究了微咸水非充分灌溉对土壤含盐量、冬小麦产量和产量构成因素以及水分利用效率的影响。结果表明,从拔节前到麦收后的冬小麦主根区土壤含盐量随着生育期的发展呈明显升高趋势;随着缺水阶段的后移,0～100 cm深度土壤积盐程度逐渐增大;穗粒数对缺拔节水敏感程度最高,缺抽穗水对单位面积穗数的影响最大,缺灌浆水对千粒重的负效应最大;总的来说产量随着缺水阶段的后移,水分胁迫的负效应逐渐减小,水分利用效率随着缺水阶段的后移有所提高,微咸水非充分灌溉的灌水优先顺序应为拔节水、抽穗水和灌浆水。该研究为黄淮海地区冬小麦在微咸水非充分灌溉下的适宜灌溉次数和灌溉水量的确定提供了科学依据,有利于合理开发利用当地微咸水资源。     

覆膜集雨与限量补灌对土壤水分及冬小麦产量的影响

依据北京昌平2005－2006年冬小麦田间试验,探讨覆膜集雨和限量补灌措施对土壤水分及产量影响。结果表明：限量补灌明显的增加了田间土壤水分和耗水量,1.6 m土层耗水量比对照增加45.8%,比覆膜增加29%～39%,产量是对照的1.63～1.95倍,比单纯覆膜增产32%～58%,结合覆膜比单纯补灌略增加上层土壤水分,但产量效应不明显;在覆膜面积占种植面积40%,降雨是常年水平一半的条件下,覆膜集雨提升上层土壤水分,降低深层土壤水分,1.6 m土层耗水量较对照增加3.68%～12.23%,且对深层水的利用是对照的1.55～1.69倍,小麦抗旱能力增强,增产63%～95%, 1 m土层水分生产效率提高55.8%～73.8%;在都有覆膜的前提下,追肥比早秋施肥和一次基肥更好地保持了苗期土层水分。总体来看,覆膜结合补灌追肥和限量补灌措施抗旱增产效果显著,值得在华北地区旱地农田推广应用。     

设计流量和土壤质地对微孔陶瓷灌水器入渗特性的影响

为探明微孔陶瓷灌水器土壤中入渗流量变化的原因,明确微孔陶瓷灌水器的出流原理,该研究基于土桶模拟试验,研究3种设计流量(0.72、1.87和4.40 L/h)的微孔陶瓷灌水器下2种土壤(黄绵土、塿土)的渗流特性。结果表明,使用不同灌水器灌溉后,短时间内入渗流量均迅速减小,而后缓慢减小趋于稳定。设计流量与土壤质地均影响灌水器的出流。灌水器周围土壤水势的变化是造成入渗流量变化的直接原因,土壤含水率的变化是入渗流量变化的根本原因。在没有淹没出流的情况下,土壤含水率越高,入渗流量越小。设计流量为1.87 L/h灌水器应用于塿土中,当土壤含水率由13%增大至40%时,入渗流量由1.4 L/h下降至0.3 L/h左右。灌水器周围土壤含水率对入渗流量具有反馈调节作用。采用微孔陶瓷灌水器作为灌溉系统的核心部件,在内部水头适宜(微压或零压)的情况下,通过灌水器入渗流量与土壤含水率的耦合作用,可实现土壤水分的自动调控,达到主动灌溉的目的。该文可为微孔陶瓷灌水器的推广应用提供参考。     

不同地下水埋深条件下再生水灌溉对冬小麦生长的影响

为给地下水浅埋区再生水作物安全灌溉提供科学指导,该文利用地中渗透仪控制地下水位,研究不同地下水埋深条件下再生水灌溉对冬小麦生长的影响。结果表明：灌水量相同时,地下水埋深对作物生长影响顺序为:埋深2 m>埋深3 m>埋深4 m;灌水量不同时,地下水埋深为2 m的处理,低水处理较高水处理更能促进冬小麦干物质量和产量的增长;地下水埋深为3 m和4 m时,高水处理较低水处理更能促进冬小麦干物质量和产量的增长。再生水灌溉对冬小麦生长有一定的促进作用。     

膜下滴灌条件下灌水水质和流量对土壤盐分分布影响的田间试验研究

膜下滴灌是一种既节水,又能抑制土壤盐分上移的灌水技术。该文着重研究在田间条件下,滴头流量、灌水量和灌水水质对微咸水点源入渗水盐运移的影响。研究结果表明,在充分供水条件下,水平湿润锋和积水锋面随时间的推进符合幂函数关系;滴头流量越小,沿土壤深度方向上的盐分含量越小;滴头流量越大,水平方向含盐量随距离增加的趋势越不明显;灌水量是微咸水灌溉条件下控制盐分累积的一个重要因素,灌水量不足,没有足够的入渗水量以确保盐分的淋洗;灌水矿化度的升高会显著增加土壤表层的含盐量。